电力电子电机控制系统仿真技术洪乃刚第5章节.ppt

第5章 直流调速系统仿真 本章主要介绍直流调速系统仿真方法，并通过仿真研究直流调速转速和电流的闭环控制，以及谐波分析等问题。 5.1 晶闸管-直流电动机系统 5.1.1 晶闸管直流开环调速系统模型 移相控制——函数模块Fen 取αmin＝30° UCm=10V, 当UC在±15V间变化时， 控制角α的变化范围是0°~180°。 5.1.2 系统模型参数设置 例5.1　仿真晶闸管－整流电动机开环调速系统，电动机额定参数：Unom=220V, Inom=136A,nnom=1460r/m,四极，Ra = 0.21Ω，GD 2 = 22.5 N.m2。励磁电压Uf = 220 V, 励磁电流If = 1.5A。采用三相桥式整流电路，设整流器内阻Rrec=0.05Ω。平波电抗器Ld=20mh。观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速，转矩和电流变化。 1. 三相交流电源参数 2. 三相变压器 和整流器 整流器参数在没有特别要求时保留了预置值 同步变压器二次侧电压可取15V。 3. 直流电机参数 (1)励磁回路 励磁电阻 Rf = Uf / If = 220/1.5 = 146.7Ω, 励磁电感在恒定磁场控制时可以取“0”。 (2)电枢回路 电枢电阻Ra=0.21Ω,电枢电感由下式估算 5.1.3 仿真和系统分析 模型仿真算法ode23s, 仿真时间1.5秒，电动机空载起动，起动0.5秒后突加额定负载。 因为经过电抗器滤波电流的波动很小，稳定电流136A。 二 整流器工作状态 三 整流变压器工作情况 原 边 电压，电流 四 电动机调速特性 随着Uc的减小电机转速下降。 约在，时电机的转速已为0 5.1.4 谐波分析 变压器原边电流谐波分析 谐波用柱状图Bar表示 副边电流谐波，在列表给出了基波（50Hz）峰值为155，主要谐波为5、7、11、13、17、19、23、25次谐波，偶次谐波和3的整倍数次谐波都很小，全部谐波含量THD=30.2%。 5.2 转速闭环控制直流调速系统仿真 系统由转速给定，转速调节器ASR，触发器CF，整流器，电动机M和转速检测TG等单元组成 5.2.1　ASR采用比例调节器 采用比例调节器的有静差转速闭环调速系统模型 一 采用比例调节器系统的调速性能 有静差调速系统。调速范围， 二 放大倍数对调速性能的影响 在Kp20时较大放大倍数可以减小转速降△n，改善系统的稳态性能。 5.2.2 ASR采用比例-积分调节器 PI调节器的转速闭环无静差直流直流系统模型 加载后采用PI调节器的转速比比例调节器的转速高，转速达到给定1460 rpm，实现转速无静差调节 起动电流基本相同，加载的调节过程略有不同，负载相同，系统加载后的稳态电流相同， 通过比较用PI调节器的调速系统性能优于采用比例调节器的系统。 5.2.3 　带电流截止负反馈的 转速闭环调速系统模型 设i-feed放大模块系数为 电流截止负反馈使系统的起动电流最高值从原来的470A减小到260A左右, 调节电流反馈系数和死区模块的死时区间可以调节电流的最大值，但是起动的时间相对延长。 5.3 转速电流双闭环控制直流调速系统仿真 电动机转速和电流由两个独立的调节器分别控制，电流调节器ACR串接在转速调节器ASR之后，转速调节器的输出就是电流调节器的给定，电流环能够随转速偏差调节电动机的电流和转矩。 5.3.1 按直流双闭环系统动态结构图仿真 直流双闭环调速系统动态结构图仿真模型 一 调节器参数设计 例5.2　以例5.1的晶闸管－直流电动机系统为基础设计一转速电流双闭环控制的调速系统，设计指标为电流超调量σi%≤5%,空载起动到额定转速时的转速超调量σn%≤10%。过载倍数λ＝1.5，取电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s，转速反馈滤波时间常数Ton=0.01s。取转速调节器和电流调节器的积分限幅值为12V,输出限幅值为10V,额定转速时转速给定Un*=10V。仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响应的影响。 按工程设计方法设计和选择转速和电流调节器参数，ASR和ACR都采用PI调节器。 根据电流超调量σi%≤5%的要求，电流环按典型Ⅰ型系统设计，电流调节器选用PI调节器，其传递函数为