发布时间 : 星期五 文章直流电机双闭环调速大作业更新完毕开始阅读8779eebc7f21af45b307e87101f69e314232fa42
实验报告
实验名称 直流电机双闭环调速系统
姓名与学号
指导教师
专业 电气工程及其自动化
一、实验内容与要求
参照Chopper-Fed DC Motor Drive例，建立直流电机双闭环调速系统模型。 必做项：
? 描述每个模块的功能；
? 对仿真结果进行分析，包括转速改变、转矩改变下电机运行性能，并解
释相应现象；
? 仿真并分析转速PI调节器参数对电机运行性能的影响。 选做项：
? 电流调节器改用PI调节器。
二、实验设备与仿真平台
PC、Word2013、Matlab2013a
三、研究背景与意义
在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械大多采用电动机拖动。随着工艺技术的不断发展，各种生产机械根据其工艺特点，对生产机械和拖动的电动机也不断提出各种不同的要求，这些不同的工艺要求，都是靠电动机及其控制系统和机械传动装置实现的。可见各种拖动系统都是通过控制转速来实现的，因此，调速控制技术是最基本的电力拖动控制技术。
由于直流调速控制系统具有良好的起制动、正反转及调速等性能，目前在调速领域中仍占主要地位。按供电方式，它可分交流机组供电、水银整流供电和晶闸管供电三类。晶闸管供电的直流调速控制系统具有良好的技术经济指标。因此，在国内外已取代了其他两种供电方式。目前，我国的直流调速控制主要在以下几个方面进行着研究。
① 提高调速的单机容量。我国现有最大单机容量为7000kW，国外单机容量已达14500kW。
② 提高电力电子器件的生产水平，增加品种。20世纪50年代末出现的无自关断能力的半控型普通晶闸管是第一代电力电子器件。70年代以后，出现了能自关断的全控型器件，如电力晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、电力场效应管（MOSFET）、静电感应晶体管（SIT）和静电感应晶闸管（SITH）等称之为第二代电力电子器件，使得变流器结构变得简单、紧凑。80年代后，出现了电力集成电路（PIC），属于第三代电力电子器件，在PIC中，不仅含有主电路的器件，而且把驱动电路以及过压、过电流保护、电流检测甚至温度自动控制等电路都集成在一起，形成一个整体。当今，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。
③ 提高控制单元水平。目前国内使用较多的仍是小规模集成运放和组件构成的交直流调速控制系统，触发装置甚至仍是分立元件的，目前，国外的第四代产品以微处理机为基础，具有控制、监视、保护、诊断及自复原等多种功能。
目前，交流电机变频调速系统已经大面积代替直流电机调速系统。但是直流电机具有模型简单控制方便的优点，因此交流电机变频调速时总是将交流电机通过变换等效成直流电机后进行控制。研究典型的双闭环控制直流电机调速系统对
于深入理解交流电机变频调速过程有重要意义。
四、实验原理与系统建模
双闭环调速系统中包括两个反馈控制闭环，内环为电流控制环，外环为速度控制环。电流环由PI型电流调节器LT，晶闸管移相触发器CF，晶闸管整流器和电动机电枢回路所组成。电流调节器的给定信号un与电机电枢电流反馈信号ufi相比较，其差值?ui送入电流调节器。调节器的输出为移相电压uk，通过移相触发器去控制整流桥的输出电压Ud，在这个电压作用下电机的电流及转矩将相应地发生变化。电流反馈信号可能通过直流互感器或霍尔电流传感器取自电枢回路直流，也可以用交流互感器取自整流桥的交流输入电流，然后经过整流而得。 电流调节的过程是这样实现的：当电流调节器的给定信号un大于电流反馈信号ufi时，经过调节器控制整流桥的移相角?，使整流输出电压升高，电枢电流增大；反之，当电流调节器的给定信号un小于电流反馈信号ufi时，使整流输出电压降低，电流减小，力图使电枢电流与电流给定值相等。
速度环中速度调节器ST也是一个PI型调节器，它的一个输入端送入速度给定信号ug，由它规定电机运行的速度；另一端送入来自与电机同轴的测速发电机TG的速度反馈信号ufn，两者之差?un输入到速度调节器，经PI调节后的输出信号Un则作为电流给定信号输入送到电流调节器，通过前面所述电流调节环的控制作用调节电机的电枢电流Id和转矩T，使电机转速发生变化，最后达到给定转速。
双闭环调速系统连接上的特点是速度调节器的输出作为电流调节器的给定来控制电动机的电流和转矩。这样做的好处在于可以根据给定速度与实际速度的差额及时地控制电机的转矩，使在速度差值比较大时电机转矩大，速度变化快，以便尽快把电机转速拉向给定值，实现调速过程的快速性；而当转速接近给定值时，又能使电机的转矩自动减小，避免过大超调，使转速很快达到给定，做到静态无差。
此外，由于电流环的等效时间常数一般比较小，当系统受到外来干扰时他能比较迅速地作出响应，抑制干扰的影响，提高系统运行的稳定性和抗干扰能力。而且双闭环系统有以速度调节器的输出作为电流调节器的输入给定值的特点，速度调节器的输出限幅值也就限定了电枢电流，对过载能力比较低的晶闸管元件能起到有效的保护作用。
直流电机双闭环调速系统原理图及原理框图如图1、图2：
图1 直流电机双闭环调速系统原理图
图2 直流电机双闭环调速系统原理框图
五、仿真模型与模型分析
1、 直流电机双闭环调速仿真模型
下图是MATLAB中自带的直流电机双闭环调速的SIMULINK仿真模型。
图3 直流电机双闭环调速模型图