昆明学院实验报告册
专业：电气工程及其自动化
班级：电气一班
姓名：文炜
学号： 201217040108
课程：电力传动控制系统
昆明学院自动控制与机械工程学院
实验项目名称： 开环调速系统的仿真实验 实验时间：2015.6.14 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
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
图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1-3a是整流器输出端的电压波形（局部），图1-3b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1-3c和图1-3d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1-3e是电动机的转矩变化曲线，转矩曲线与电流曲线成比例。
1-3a
1-3b
1-3c
1-3d
1-3e
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：U n e
s
γ=0
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：
n
R I U K N
a N N
e -=
146021
.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
实验项目名称： 转速闭环控制的直流调速系统仿真实验
实验时间：2015.06.14 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． 掌握转速闭环控制的直流调速系统原理； 2.掌握利用simulink 编程进行仿真的方法。
2、实验原理（简述）：
1． 直流电动机的调压调速原理
从直流电动机的转速方程可以看出，调节电枢供电电压U a 即可实现调速。 2． 晶闸管装置整流原理
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。 3． 负反馈控制原理
带转速负反馈的直流调速系统稳态结构图如图1所示。系统由转速比较环节、偏差电压方大环节、电力电子变换器和测速反馈环节构成。系统在电动机负载增加时，转速下降，转速反馈U n 减小，而转速的偏差△U n 将增加，同时放大器输出控制电压U c 增加，U c 的增加将使得晶闸管的触发角α减小，从而增大整流装置的输出电压平均值，为电动机提供更大的电枢电压U a ，从而增大电动机的电枢电流I a 。电动机的电磁转矩为e T a T C I φ=，运动方程为：
2d 375d e L d GD n
T T J dt t
ω-== （1）
根据电磁转矩公式和运动方程可知，I a 的增加将使得电磁转矩增大，从而使得转速升高，补偿了负载
增加造成的转速降。
3-6 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图
图1 转速反馈闭环控制直流调速系统稳态结构图
3、实验步骤：
1． 建立转速闭环控制直流调速系统的数学模型； 2． 编程进行转速闭环控制直流调速系统的仿真。
3．根据转速闭环控制直流调速系统稳态结构图，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。
