电力拖动直流电机仿真实验(实验1)

电⼒拖动⾃动控制系统实验报告电⼒拖动⾃动控制系统实验实验⼀转速反馈控制直流调速系统的仿真⼀、实验⽬的1、了解MATLAB下SIMULINK软件的操作环境和使⽤⽅法。

2、对转速反馈控制直流调速系统进⾏仿真和参数的调整。

⼆、转速反馈控制直流调速系统仿真根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：图 1 仿真框图1、运⾏仿真模型结果如下：图2 电枢电流随时间变化的规律图3 电机转速随时间变化的规律2、调节参数Kp=0.25 1/τ=3 系统转速的响应⽆超调但调节时间长3、调节参数Kp=0.8 1/τ=15 系统转速的响应的超调较⼤，但快速性较好实验⼩结通过本次实验初步了解了MATLAB下SIMULINK的基本功能，对仿真图的建⽴了解了相关模块的作⽤和参数设置。

并可将其⽅法推⼴到其他类型控制系统的仿真中。

实验⼆转速、电流反馈控制直流调速系统仿真⼀、实验⽬的及内容了解使⽤调节器的⼯程设计⽅法，是设计⽅法规范化，⼤⼤减少⼯作计算量，但⼯程设计是在⼀定近似条件下得到的，⽤MATLAB仿真可根据仿真结果对设计参数进⾏必要的修正和调整。

转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应⽤最⼴泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运⾏的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提⾼⽣产效率的关键。

为了使转速和电流两种负反馈分别起作⽤，可在系统⾥设置两个调节器，组成串级控制。

⼀、双闭环直流调速系统两个调节器的作⽤1)转速调节器的作⽤（1）使转速n跟随给定电压*mU变化，当偏差电压为零时，实现稳态⽆静差。

（2）对负载变化起抗扰作⽤。

（3）其输出限幅值决定允许的最⼤电流。

2)电流调节器的作⽤（1）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压*iU变化。

（2）对电⽹电压波动起及时抗扰作⽤。

（3）起动时保证获得允许的最⼤电流，使系统获得最⼤加速度起动。

（4）当电机过载甚⾄于堵转时，限制电枢电流的最⼤值，从⽽起⼤快速的安全保护作⽤。

当故障消失时，系统能够⾃动恢复正常。

电机拖动实训报告电机拖动实训报告一、变压器空载运行仿真图（1～1）五、他励直流电动机降压软起动仿真图（5～1）六、他励直流电动机调压调速仿真图（6～1）七、直流电动机能耗制动仿真图（7～1）九、三相异步电动机串电阻起动仿真图（9～1）十、三相异步电动机的调压调速仿真图（10～1）十一、三相异步电动机的反转仿真图（11～1）十二、三相异步电动机能耗制动仿真图（12～1）能耗制动前仿真电路图图（12～3）能耗制动后仿真电路图图（1～2）变压器空载运行仿真结果分析：图示电压电流波形，因为空载运行时Io＜＜I1而二次侧开路，Iz=0，所以空载损可近似耗等于变压器的铁损。

图（3）他励直流电动机转矩特性仿真结果分析：从图可以看出电动机的输出转矩与电枢电流Ia成正比关系。

图（4）他励直流电动机机械特性仿真结果分析：由于电枢电路电阻Ra 很小，所以机械特性的斜率很小，硬度很大，固有特性为硬特性。

图（5～2）他励直流电动机降压软启动仿真结果分析:启动时加上励磁电压Uf，保持励磁电流If为额定值不变电枢电压由零逐渐身高到而定值。

这种启动方法启动平稳，启动过程中能量损耗小。

图（6～2）他励直流电动机降压调速仿真结果分析：调速方向是往下调，而且调速稳定性，平滑性好，转矩不变说明调速时允许的是恒转矩负载。

图（7～2）他励直流电动机能耗制动仿真结果分析：能耗制动过程的效果与制定电阻R的大小有关。

Rb小，则Ia大，制动转矩T大，制动时间短。

图（8）三相异步电动机的机械特性仿真结果分析：由于临界转差率SM 正比于转子电阻R2，而最大转矩TM却与转子电阻R2无关。

转子电阻增加后，Ts的大小则与R2和X2的相对大小有关。

图（9～2）三相异步电动机串电阻起动仿真结果分析：这种方法启动简单，但定子串电阻启动耗能较多，主要用于低压小功率电动机。

图（10～2）三相异步电动机的调压调速仿真结果分析：因为电压U1不能超过额定电压UN所以调速方向是往下调。

实验一 转速单闭环直流电机调速系统的性能研究一、实验目的1．验证电动机在理想空载状态下转速的调节过程 2．验证电动机在突然加上负载时转速的调节过程 3. 通过实验了解自控原理中关于控制器设计方法的重要性二、实验原理图1所示为本次实验所用的含PI 调节器的直流电机转速单闭环调速系统。

采用教材例2-1给出的直流电机参数确定图中转速传感器、电机、电力电子装置的数学模型。

图1 含PI 调节器的直流电机转速单闭环调速系统建立系统的仿真模型，通过对I dL 的控制来实现空载和负载的变换。

PI 调节器的参数可根据经验调节，也可采用基于BODE 图的工程最佳设计方法设计。

三、实验步骤1. 在Matlab 的Simulink 中构建图示的仿真模型。

系统的仿真图2. 电机空载起动的仿真按图2和图3所示分别设置给定值和负载电流的数值，并将仿真时间设置为1s。

图2 给定值模块图3 负载电流模块点击仿真按钮，记录示波器中显示的转速和电流曲线。

对于转速曲线，从上升时间（第一次达到稳态值的时间）、超调量、调节时间、振荡次数等方面对转速曲线进行分析，说明该控制系统的性能好坏，并写在实验报告上。

3. 仿真分析系统的抗扰动性能双击图中的IdL模块，按照图4设置仿真模块的数值。

仿真时间设置为1.5s。

图4 IdL模块的参数设置点击仿真按钮，记录示波器中显示的转速和电流曲线。

对于转速曲线，从转速降落（转速下降的最大值）、恢复时间、振荡次数等方便对转速曲线进行分析，说明该控制系统的抗扰动能力的好坏，并写在实验报告上。

4.验证基于BODE图的工程最佳设计方法的优越性将下图中的比例环节和积分环节的参数重新设置为初始值1，IdL模块的值重新设置为0。

现增加一个控制要求：要求系统没有超调量。

请自行调节比例环节和积分环节的参数，将你认为性能已调节到最好的系统的输出曲线记录下来，并粘贴在实验报告上。

仿真时间改回为原来的10s。

注意：如果输出曲线很快能接近稳态值，但有迟迟达不到稳态值，这种情况称为爬坡现象，这在自控系统中是不允许的。

）直流电动的调压调速单项可控直流电源的设计1 电路原理图如下所示：图一2 直流电动机图、图二其中F+，F-：这两个端口是接电机的励磁电源的，分别接正负极A+，A-：电机电枢绕组的连接端TL ：电机负载输入端m ：测量端口，这里输出了电机转速，电枢电流，励磁电流，电磁转矩 参数计算 ： 根据m.1.191500*14.3*23000*60260N N P ===T π得出TL 为19.1N.m 19375.1161.19===ΦIT CaNN T124946.0602=Φ=ΦC C TE π76.1760124946.02200==Φ=C U n E aNmin rV E n C N E419.187124946.0*1500==Φ=。

0476.372arcsin2==UEδ 电动机的设置参数如下：图三3 整流部分晶闸管最重要的特性是可控的正向导通特性.当晶闸管的阳极加上正向电压后,还必须在门极与阴极之间加上一个具有一定功率的正向触发电压才能打通, 这一正向触发电压的导通是由触发电路提供的,根据具体情况这个电压可以是交流、直流或脉冲电压。

由于晶闸管被触发导通以后，门极的触发电压即失去控制作用，所以为了减少门极的触发功率，常常用脉冲触发。

触发脉冲的宽度要能维持到晶闸管彻底导通后才能撤掉，晶闸管对触发脉冲的幅值要求是：在门极上施加的触发电压或触发电流应大于产品提出的数据，但也不能太大，以防止损坏其控制极，在有晶闸管串并联的场合，触发脉冲的前沿越陡越有利于晶闸管的同时触发导通。

为了保证晶闸管电路能正常，可靠的工作，触发电路必须满足以下要求：触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有一定的裕量。

晶闸管如下图所示：图四晶闸管的参数设定所以根据其提供的资料可取电容0.2μF ，电阻取40Ω。

4触发电路图：晶闸管额定电流It(AV)/A 1000500200100502010电容C/μF 2 1 0.5 0.25 0.2 0.15 0.1 电阻R/Ω2510204080100图五为了保证可靠触发 晶闸管触发宽度为整个20度5 平波电抗器图六为保证电流连续所需要的电感量L 可由下式求出：id i m一般取电动机额定电流的5%-10% 此处取6%H L I U 65771.006.0*16220*10*87.2223dim2===-πω6过电流保护电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流现象。

电力拖动自动控制系统---Matlab仿真实验报告实验一二极管单相整流电路一．【实验目的】1．通过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。

图1-1二极管单相整流电路仿真模型图二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立1打开模型编辑窗口；2复制相关模块；3修改模块参数；4模块连接；2.仿真模型的运行1仿真过程的启动；2仿真参数的设置；3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。

三．【实验总结】由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。

图1-2整流电压输出波形图图1-3整流电流输出波形图图1-4整形电压、电流输出波形图实验二三相桥式半控整流电路一．【实验目的】1．通过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。

二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。

2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。

相应的参数设置：（1）交流电压源参数U=100V，f=25Hz，三相电源相位依次延迟120°。

（2）晶闸管参数Rn=0.001Ω，Lon=0.0001H，Vf=0V，Rs=50Ω，Cs=250e-6F。

（3）负载参数R=10Ω，L=0H，C=inf。

（4）脉冲发生器的振幅为5V，周期为0.04s（即频率为25Hz），脉冲宽度为2。

图2-1三相桥式半控整流电路仿真模型图当α=0°时，设为0.0033s，0.0166s，0.0299s。

图2-2α=0°整流输出电压等波形图当α=60°时，触发信号初相位依次设为0.01s，0.0233s，0.0366s。

图2-3α=60°整流输出电压等波形图三.【实验总结】三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等，均可在三相半波的基础上进行分析。

电力拖动自动控制系统---Matlab仿真实验报告实验一二极管单相整流电路一．【实验目的】1．通过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．通过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。

图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立①打开模型编辑窗口；②复制相关模块；③修改模块参数；④模块连接；2.仿真模型的运行①仿真过程的启动；②仿真参数的设置；3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。

三．【实验总结】由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。

图1-2 整流电压输出波形图图1-3 整流电流输出波形图图1-4 整形电压、电流输出波形图实验二三相桥式半控整流电路一．【实验目的】1．通过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。

二．【实验步骤和内容】1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。

2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。

相应的参数设置：（1）交流电压源参数U=100 V，f=25 Hz，三相电源相位依次延迟120°。

（2）晶闸管参数 Rn=0.001 Ω，Lon=0.000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250e-6 F。

（3）负载参数R=10 Ω，L=0 H，C=inf。

（4）脉冲发生器的振幅为5 V，周期为0.04 s （即频率为25 Hz），脉冲宽度为2。

图2-1 三相桥式半控整流电路仿真模型图当α=0°时，设为0.003 3s，0.016 6s，0.029 9 s。

图2-2 α=0°整流输出电压等波形图当α=60°时，触发信号初相位依次设为0.01s，0.0233s，0.0366s。

实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的1．了解MCL-II电机及控制教学实验台的结构及布线情况。

2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。

3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。

二．实验内容1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD24．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td5．测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM7．测定晶闸管触发及整流装置特性Ud = f (Uct)8．测定测速发电机特性UTG = f (n)三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。

本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug 作为触发器的移相控制电压，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。

四．实验设备及仪器1．电机导轨及测速发电机、直流发电机2．MCL—01挂箱3．MCL—02挂箱4．直流电动机M035．MEL—03三相可调电阻器(或自配滑线变阻器)6．双踪示波器7．万用表五．注意事项1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。

2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加Ug须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。

3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。

六．实验方法1．电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图2-1所示。

将变阻器RP（可采用两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。

实验一 转速反馈控制（单闭环）直流调速系统仿真一．实验目的1．研究直流电动机调速系统在转速反馈控制下的工作。

2．研究直流调速系统中速度调节器ASR 的工作及其对系统响应特性的影响。

3. 观察转速反馈直流调速系统在给定阶跃输入下的转速响应。

二、实验设备1．计算机；2．模拟实验装置系统；3．A/D & D/A 接口卡、扁平电缆（如下图所示）。

模拟实验装置系统计算机A/D & D/A 接口卡总线槽扁平电缆三、实验原理● 直流电动机：额定电压 ， 额定电流 ,额定转速 ，电动机电势系数● 晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数 K s =44，滞后时间常数 T s =0.00167s 。

● 电枢回路总电阻 R=1.0Ω ，电枢回路电磁时间常数T 1=0.00167s ，电力拖动系统机电时间常数T m =0.075s 。

● 转速反馈系数α=0.01 V ·min/r 。

● 对应额定转速时的给定电压图1 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图四、实验内容1. 仿真模型的建立⏹ 进入MATLAB ，单击MATLAB 命令窗口工具栏中的SIMULINK 图标，220N U V =55dN I A =1000min N n r /=0.192min/e C V r =⋅*10n U V =图2 SIMULINK模块浏览器窗口(1)打开模型编辑窗口：通过单击SIMULINK工具栏中新模型的图标或选择File→New→Model菜单项实现。

(2)复制相关模块：双击所需子模块库图标，则可打开它，以鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。

在本例中拖入模型编辑窗口的为：Source组中的Step模块；Math Operations组中的Sum 模块和Gain模块；Continuous组中的Transfer Fcn模块和Integrator模块；Sinks组中的Scope 模块；图3 模型编辑窗口(3)修改模块参数：双击模块图案，则出现关于该图案的对话框，通过修改对话框内容来设定模块的参数。

电力拖动与自动控制系统仿真实验报告实验一 转速反馈控制直流调速系统仿真一、实验参数直流电动机：额定电压220N U V =，额定电流55dN I A =，额定转速1000/min N n r =，电动机电动势系数0.192min/e C V r =。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数44s K =，滞后时间常数0.00167s T s =。

电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数0.00167l T s =，电力拖动系统机电时间常数0.075m T s =。

转速反馈系数0.01min/V r α= 。

对应额定转速时的给定电压10n U V *=。

二、实验框图图1 比例积分控制的直流调速系统仿真框图三、仿真实验运行1、采用比例积分控制的直流调速系统时，仿真模型如下：图2 比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型（1）若只采用比例调节器（取消积分环节），仿真结果如下：①kp=0.25时，直流电动机电流和转速随时间变化的波形如下：图3 kp=0.25时电动机转速波形图4 kp=0.25时，电枢电流波形②kp=0.56时，电动机转速和电流波形如下：图5 kp=0.56时，电动机转速波形 图6 kp=0.56时，电枢电流波形③kp=0.8时，电动机转速和电流的波形如下：图7 kp=0.8时，电动机转速波形 图8 kp=0.8时，电枢电流波形（2）采用比例积分控制的直流调速系统，电枢电流和电动机转速波形如下： ①kp=0.25、1/τ=3时，电动机转速和电枢电流如下：图9 电动机转速波形 图10 电枢电流波形②kp=0.56、1/τ=11.43时，电动机转速和电枢电流如下：图11 电动机转速波形图12 电枢电流波形③kp=0.8、1/τ=15时，电动机转速和电枢电流如下：图13 电动机转速波形图14 电枢电流波形2、具有电流截止负反馈直流电动机调速系统模型如下：图15 带电流截止负反馈直流电动机调速系统的仿真模型根据电流截止负反馈对电流的要求：截至电流/dcr com s I U R =，且(1.~1.2)d c r NI I ≥；堵转电流n com dbl sU U I R *+≈，且(1.5~2.0)dbl N I I =。