华北电力大学传动仿真设计

课程设计电力传动系统仿真院系电力工程系专业班级电气1602学生姓名左安邦指导教师孟明董淑惠二○一九年一月电力传动系统仿真1目录1绪论......................................................................31.1课题背景..................................................31.2调速系统..................................................31.2.1直流调速系统的分类.................................................................................................................31.2.2可控直流电源.............................................................................................................................31.2.3开环直流调速系统的局限性.....................................................................................................41.3转速、电流双闭环直流调速系统..............................51.3.1电流反馈环的作用.....................................................................................................................51.3.2双闭环直流调速系统的启动过程.............................................................................................52可控直流电源电路的搭建....................................................72.1参数设计及搭建过程........................................72.2电路图及输出结果..........................................73直流电机模型的建立与参数设置..............................................93.1直流电机模型建立..........................................93.2直流电机参数设置..........................................94直流电动机开环调速系统仿真...............................................114.1概述.....................................................114.2电路搭建.................................................114.3仿真结果及分析...........................................114.3.1仿真结果（恒定负载）............................................................................................................114.3.2加阶跃扰动转矩仿真结果........................................................................................................114.3.3仿真结果分析..........................................................................................................................135转速、电流双闭环直流调速系统仿真.........................................145.1概述.....................................................145.2电路搭建.................................................155.2.1结构图.......................................................................................................................................155.2.2只带内环的调节仿真...............................................................................................................165.2.3双闭环直流调速系统仿真.......................................................................................................16电力传动系统仿真25.3仿真结果及分析...........................................165.3.1电流内环调节的仿真结果（恒定负载..................................................................................165.3.2转速电流双闭环的仿真结果（恒定负载）..........................................................................175.3.3加扰动转矩仿真结果...............................................................................................................195.3.4仿真结果分析...........................................................................................................................206直流斩波做电源的开环调速系统仿真.........................................226.1仿真电路图及结果.........................................226.2谐波分析与比较...........................................237总结与心得...............................................................25电力传动系统仿真31绪论1.1课题背景直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜在宽范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流拖动控制系统不仅在理论上和实践上都很成熟，目前还在应用；而且从控制规律的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。因此，掌握直流拖动控制系统的基本规律和控制方法是非常必要的。1.2调速系统根据所选电动机的不同，调速系统又可分为：(1)直流调速系统——采用直流电动机作为系统驱动器，相应的电能变换器则需选用直流变换器，比如：可控整流器、直流斩波器等；(2)交流调速系统——采用交流电动机作为系统驱动器，相应的电能变换器则需选用交流变换器，比如：交流调压器、各种变频器等。本文只讨论直流调速系统。1.2.1直流调速系统的分类直流调速系统的组成示意框图如图1.1所示。1、开环调速系统“直流电动机”+“可控直流电源”；控制电压Uc用来控制“可控直流电源”的输出直流电压Ud，调节Uc即可改变电动机转速n。2、闭环调速系统。开环调速系统往往不能满足生产机械的性能要求;最常用的反馈变量是转速n和电枢电流Id;由反馈信号Un、Ui与速度给定电压Un*一起共同自动调节控制电压Uc，使输出转速的性能满足要求。1.2.2可控直流电源上世纪中期之前，可控直流电源主要是由一台交流电动机驱动一台直流发电机，通过改变直流发电机的励磁电流来控制直流发电机的输出电压。从60年代开始晶闸管控制的相控整流电源逐渐取代了旋转变流机组。随着全控型电力电子开关器件的进步，直流PWM电力传动系统仿真4变换电源发展很快。在大功率及超大功率(兆瓦以上)直流调速范围内，相控整流电源是不可替代的。在要求快速响应的直流调速场合，PWM变换电源具有不可替代的优势。1、相控整流电源由于没有运动部件，称为静止变流器；响应时间在毫秒级，比变流机组快了2～3个数量级；没有机械磨损和电磁火花，体积更小、寿命更长；效率高、噪音小；主要缺点是功率因数低，电源电流谐波大；特别是当容量较大时，已成为不可忽视的“电力公害”，需要进行无功补偿和谐波治理。2、PWM变换电源单相限电路工作原理输出电压Ud和电流Id都是单方向的，因此该电路只能工作于第Ⅰ象限。当电枢电流Id充分小时，id波形仍然会断续。但是由于载波频率很高，使得电流断续的范围很小，以至可以忽略。图1.1直流调速系统的组成示意框图1.2.3开环直流调速系统的局限性通过控制可调直流电源的输入信号Uc，可以连续调节直流电动机的电枢电压Ud，实现直流电动机的平滑无极调速，但是：在启动或大范围阶跃升速时,电枢电流可能远远超过电机额定电流，可能会损坏电动机，也会使直流可调电源因过流而烧毁。因此必须设法限制电枢动态电流的幅值。开环系统的额定速降一般都比较大，使得开环系统的调速范围D都很小，对于大部分需要调速的生产机械都无法满足要求。因此必须采用闭环反馈控制的方法减小额定动态速降，以增大调速范围。开环系统对于负载扰动是有静差的。必须采用闭环反馈控制消除扰动静差。电力传动系统仿真51.3转速、电流双闭环直流调速系统转速的变化率与动态加速转矩成正比，电磁转矩与电枢电流成正比。因此，调节转速最直接和有效的途径是控制电枢电流。当速度给定电压大于速度反馈电压时，速调输出电压为正。需要一个正向电枢电流Id0，以产生正向电磁转矩。相反，当速度给定电压小于速度反馈电压时，速调输出电压为负。需要一个反向电枢电流Id0，以产生反向电磁转矩。速差越大，需要更大的电枢电流，以产生更大的升/降速转矩。因此，最简单的方法是在转速单环反馈的基础上设置一个电流调节器,它以速调的输出为给定指令信号,以电枢电流为反馈信号,这时速度调节器的输出实际上是一个控制电机转速变化率的转矩给定信号。1.3.1电流反馈环的作用增设电流内环后，带来下列好处：1、电枢电流的快速变化不再受大的电气时间常数的限制，使响应速度更快。2、在电流内环前向通道中的各种扰动量，都会被有效抑制。3、使得系统抗电网电压扰动的能力更强，也使得电枢电流断续引起的系统非线性不再会威胁闭环系统的稳定性。4、利用转速调节器的输出限幅特性，可自