交直流调速实验报告

实验报告册

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课程：电力传动控制系统

实验项目名称： 开环直流调速系统的仿真实验 实验时间：5-13—5-20 同组人：实验报告评分：

一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）：

1、实验目的（简述）：

1． 掌握开环直流调速系统的原理；

2． 掌握利用simulink 编程进行仿真的方法。

2、实验原理（简述）：

直流电动机的转速方程为：

a a

e

U RI n C -=Φ (1)

从转速方程可以看出，调节电枢供电电压U a 即可实现调速，这种调速方法的优点是既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性也很硬。

开环直流调速系统的电气原理图如图1.1所示。三相晶闸管桥式整流电路经平波电抗器L 为直流电动机电枢供电，通过改变触发器移相控制信号U c ，可以调节晶闸管的触发角α，从而改变整流电路的输出电压平均值U d ，实现直流电动机的调速。

1-5 V-M 系统的结构示意图

AC

~

图1.1 开环直流调速系统电气原理图

开环直流调速系统数据

直流电动机额定参数：U N=220V，I N=136A，n N=1460r/min，四极，R a=0.21Ω，GD2=22.5N·m2。励磁电压U f=220V，励磁电流I f=1.5A。三相桥式整流器内阻为R rec=0.5Ω。平波电抗器L d=20mH。

3、实验步骤：

1．掌握直流电动机调压调速的原理。

2．分析三相桥式整流电路中触发角α与输出直流电压平均值之间的关系。

3．根据开环直流调速系统电气原理图，编制Simulink实验程序，上机调试，记录结果。

4．分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。

二、实验数据（记录相应的表格或图表）：

1、实验数据表格：

1)设置模块参数

①供电电源电压

②电动机参数

励磁电阻：

励磁电感在恒定磁场控制是可取“0”。

电枢电阻：

电枢电感由下式估算：

电枢绕组和励磁绕组互感：

因为

所以

电动机转动惯量

③额定负载转矩

④模型参考数见表1—1

表1.2直流电动机开环调速系统模型参数

2）设置仿真参数：仿真算法ode15a，仿真时间1.5S，电动机空载启动，启动0.5s后加额定负载T L=171.4N.m

2、实验图表：

1）直流电动机开环调速系统仿真图如下

图1.3

2）启动仿真并观察结果:仿真的结果如图1.3所示。其中图1.3.1是整流器输出端的电压波形（局部），图1.3.2是经平波电抗器后电动机电枢两端电压波形，该波形较整流器其输出端的电压波形脉动减少了许多，电压平均值在225V左右，符合设计要求。图1.3.3和图1.3.4是电动机电枢回路电流和转速变化过程。在全电压直接起动情况下，起动电流很大，在0.25s左右起动电流下降为零（空载起动），起动过程结束，这是电动机转速上升到最高值。在起动0.5s后加额定电压负载，电动机的转速下降，电流增加。图1.3.5是电动机的转矩变化曲线，转矩曲线与电流曲线成比例。图1.3.6给出了工作过程中电动机的转矩—转速特性曲线。通过仿真反应了开环晶闸管—直流电动机系统的空载

起动和加载时的工作情况。

00.005

1.3.4

1.3.5 Array

1.3.6

三、实验思考（完成相应的实验思考题，提出实验的改进方法）：

1、三相桥式整流电路中触发角α与输出直流电压平均值U d 之间的关系：

2

cos 145.0)cos 1(22)(sin 221

2

22αατ

τ

τ

α

+=+=

=⎰U U U U

wt wtd d

2、开环直流调速系统转速n 与转矩T e 之间的关系： T

K

K n T K

K K

U

e

T

e

e

T

e

e s

R

R

n -

=-

=0

γ

-K T

电动机在额定磁通下的转矩系数：Φ=N

T T C K

-n 0理想空载转速，与电压系数γ成正比：

C

U n e

s

γ=

3、假设开环直流调速系统允许的最低转速为500r/min ，根据所给电动机参数计算开环直流调速系统的静差率δ和调速范围D 。 解：电动机的电动势系数：R I U K N

a

N N

e -=

1460

21

.0*136220-=

=0.1311 （v.min/r ）

所以：

1311

.021.0*136=

=

∆K

R I n e

N

N

85.217=（r/min ） 静差率

85

.21750085

.217min +=

∆+∆=

n n n N

N

δ

*100%=30%

调速范围：

)

3.01(*85.2173.0*1460)1(-=-∆=

δδn n N

N D =2.87