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1、湖北理工学院计算机仿真技术考试答卷 设计名称： 直流可逆调速系统的仿真 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 200级电气本（）班 学 号： 学生姓名： 湖北理工学院电气学院 直流可逆调速系统的仿真直流电动机的可逆运行需要电动机产生的正向和反向转矩，由电动机转矩公式可知，改变转矩的方法有两种：一是改变电机的励磁的方向；二是改变电枢电流的方向，本课题主要讨论电枢可逆的方案。在晶闸管-直流电动机系统中，因为晶闸管整流器的单向导电性，不能产生反向电流，因此在晶闸管-直流电动机可逆系统中，需要将两套整流器反向并联给电动机供电（见图1），图中一套整流器向电动机提供正向电流，称为正组整流器VF；一套整流
2、器向电动机提供反向电流，称为反组整流器VR。由于，两组整流器反并联，两组整流器的工作状态就有几种情况。（1） 两组整流器都同时工作于整流状态。在这种状态下两组整流器的输出电压将顺向连接，会产生很大的环流（指不经过电机，而在两组整流器中流通的电流），这是不允许的的工作状态。（2） 一组整流器工作在整流状态，其控制角为；另一组整流器工作在逆变状态，且。如果，则两组整流器的平均电压相等，没有直流环流，但由于两组整流器的输出瞬时电压仍可能不相等，还会产生瞬时脉动环流。如果，则整流器输出的平均电压小于逆变组输出平均电压，不会产生直流环流，但会产生脉动环流。这几种情况统称为配合控制的有环流可逆系统。（3）
3、 在一组整流器工作时（无论工作在整流还是逆变状态），另一组整流器不给触发脉冲，则整流器不会导通,即处于封锁状态，这时两组整理器之间不可能有环流通路，即不会产生直流，环流也不会产生脉动环流，采用这种控制模式的可逆系统称为无环流可逆系统。图1 可逆调速系统两组整流器的连接 配合控制的有环流可逆调速系统1、 配合控制的有环流可逆调速系统工作原理配合控制的有环流可逆调速系统的电气原理图如图2所示。图中主电路由两组三相桥式晶闸管全控型整流器反并联组成，并共用同一路三相电源。由于采用配合控制方式，在两组整流器之间没有直流环流，但还存在脉动环流，在主电路中串入了4个均衡电抗器 ,用于限制脉动环流。平波电抗器
4、 用于减小电动机电枢电流的脉动，减小电枢电流的续断区，改善电动机的机械特性。系统的控制部分采用了转速和电流双闭环控制。由于可逆调速电流的反馈信号不仅要反应电枢电流的大小还需要反应电枢电流的方向，因此电流反馈一般用直流电流互感器或霍尔电流检测器，在电枢端取电流信号。为了确保两组整流器的工作状态相反，电流调节器的输出分两路：一路经正组桥触发器GTF控制正组桥镇流器VF；另一组经倒相器AR、反组桥触发器GTF控制反组桥镇流器VR。图2 配合控制的有环流可逆调速系统的电气原理图系统的启动和运行过程中，在突加给定信号为正时，正组桥工作于整流状态，反组桥VF工作在逆变状态，由于正组桥向电动机提供正向电流，
5、电动机经过电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段后，进入正转稳定运行阶段，反组桥VR仅有少量脉动环流流过。在突加给定信号为负时，正组桥工作于逆变状态，反组桥VF工作在整流状态，由于正组桥向电动机提供反向电流，电动机经过电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段后，进入反转稳定运行阶段，而正组桥VR仅有少量脉动环流流过。可逆系统的特点在反转制动过程，电动机反转需要改变转矩的方向，由可知，改变转矩的方向即需要改变电枢电流的方向，由于电枢回路存在着电感，电枢电流的流向改变则要经历电流的下降和反向电流建立和上升过程。由于电感是储能元件，电感储能与电流有关 ,因此电流下降就意味着电感储能的释放，电流上升就意味着
6、电感储能的增加。因此，电动机的反转制动过程可以分为本桥逆变、反接制动（反向建流）、和回馈制动三个主要阶段，现在以正转到反转的过程给予说明。（1） 本桥逆变。这个阶段里，正转回路的电感释放能量，正向电流下降到零，电动机转速基本不变。当转速给定由正变负时，转速调节器的输出即是电流调节的输入 改变极性，从而电流调节器的的输出 改变符号，使正组桥从整流器改变为逆变状态，反组桥从逆变状态改变为整流状态。（2） 反接制动。当电动机正向电流下降到零后，电感反电动势作用消失，处于整流状态的反组整流器开始输出电流，电枢电流开始反向，由于整流器输出电压与电动机方电动势的方向相同，电动机处于反接制动状态，电流上升很
7、快。在这个阶段，电动机的转速开始下降，反向电路开始上升，正组整流器同样不能通过反向电流，除少量脉动环流外，没有负载电流通过，处于待逆变状态，电感储能开始增加。（3） 回馈制动。在反接制动的阶段中，由于电流上升很快，当电流反馈大于电流给定值时, Uc改变极性使正组整流器处于整流状态，返祖整流器处于逆变状态。这时由于电枢反电动势与整流器输出电压方向相反，且电枢反电动势大于整流器输出电压，这时回路的电流由电枢电动势产生，且经反组整理器(逆变状态)流向交流电源，电动机进入发电回馈制动阶段。这个阶段的特点是电动机转速不断下降，电动机的惯性储能经反组整流器回输电网，产生良好的节能效果。随着转速的下降，电枢
8、电动势也不断下降，但由于转速调节器的输出在电动机转速没有反向超调时，始终保持者最大限幅状态，这是电流调节器发挥作用，维持电动机以最大电流回馈制动，即电流调节器的输出是随转速的下降而减小，相应的晶闸管相位的控制角不断加大，整流器输出电压随之减小，从而保持最大的制动电流取得最快的制动效果。 控制的有环流可逆调速方式在实际应用中由于难于确保状态，一旦出现时，就有可能产生直流环流，使整流器过载或烧坏，故实际并不采用，但研究控制的有可逆系统，对理解直流电动机的正反转和回馈制动过程有很大帮助。下面通过配合控制可逆系统的仿真，研究直流电动机的可逆过程。2 配合控制的有环流可逆调速系统的仿真配合控制的有环流可
9、逆调速系统的仿真图3所示：图3 配合控制的有环流可逆调速系统的仿真图 模型中有交流电源（Ua、Ub、Uc）2组反并联的晶闸管整流器（VF、VR）和触发器、环流电抗器（LD1-LD4）、平波电抗器Ld和电动机组成可逆系统的主电路。控制回路有转速给定、转速调节器（ASR）、电流调节器（ACR）、倒相器（Gain1）、移相控制模块、2和转速反馈、电流反馈等。其中给定环节可以通过切换开关(Manual Switch)选择电动机电动转向，在需要改变转向时，双击改切换开关即可完成正转到反转的或反转到正转的给定切换。转速和电流的反馈信号均取自电动机测量单元的输出。转速调节器ASR和电流调节器ACR由带输出限
10、幅的PI调节器分支电流组成（见图4）。电动机负载为恒转矩负载，且负载转矩随转向改变，因此在模型中用sign模块判别转向，用TL（step）模块设置加载时间和负载值。模型的主要参数设置如表1： 图4 电流调节器ACR和转速调节器ASR表1可逆调速系统的模型参数电源160V（峰值）50HZ电动机 转速调节器 电流调节器 环流电抗器3 仿真波形和分析仿真波形(a)转速曲线(b)电枢电流曲线（c） 转矩曲线（d）给定转速曲线、（e）ud1曲线（f）ud2曲线图5 仿真波形仿真波形分析图3的可逆调速系统从正转启动到反转过程各主要参数的波形如图5所示。仿真经历了5s的变化过程，其中0-1s为系统的正转启动
11、过程，1-2s为系统的加载过程，2-5s为系统的反转过程。在启动过程中，可以看到系统经历了电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段，在转速超调后电流迅速下降并且出现负向电流，这与不可逆调速系统不可能产生反向电流，而可逆系统反转整流器可以提供反向电流，并加快启动调节过程。因为是理想空载启动结束时电枢电流为零。在1s时电动机加上负载，转速发生波动，并且电流增加，经过1s左右时间的调整，系统达到新的平衡状态，转速恢复到1450r/min，电流上升到150A.在启动后2s，转速给定从“+”切换到“-”,系统进入反转阶段的调节状态，电枢电流迅速改变方向，并从正变到负的最大值，电动机转速也从正变为负，系统经历了本桥逆变和反接制动两个阶段，因为电动机是带载反转，反转时转速的上升时间较正转启动（空载）时间长。
