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《MATLAB工程应用》

晶闸管开环直流调速系统仿真

一、选题背景

直流调速器是一种电机调速装置，包括电机直流调速器、脉宽直

流调速器、可控硅直流调速器等，一般为模块式直流电机调速器，集

电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微

功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常

数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。具有体积小、重量轻等

特点，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电

机，可具有调速器所应有的一切功能。直流调速器就是调节直流电动

机速度的设备，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电

动机无法取代的，因此调节直流电动机速度的设备——直流调速器具

有广阔的应用天地。

二、原理分析(设计理念)

直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器厂供电，并通过改变触

发器移相控制信号Uc调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现

直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图1-1所示。在仿真中为了简化模型，

省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电

动机励磁由直流电源直接供。

任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。例

如，最高转速与最低转速之间的范围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时

允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载时

允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。归纳起来，对于调速系统转

速控制的要求有以下三个方面：

(1)调速。在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地(有级)或平滑地(无级)

调节转速。

(2)稳速。以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的

转速波动，以确保产品质量。

(3)加、减速。频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜

经受剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳。

三、过程论述

设计总览：

1.三相电源及参数：

三个电源将第二个参数改为120、0、-120即可变为三相电源。

2.晶闸管整流桥以及参数设置：

3.平波电抗器及其参数：

4.电动机及其参数：（电动机下方需要接电源220V）

5.同步脉冲触发器及其参数：

四、结果分析

电机转速波形：

电枢电流波形：

转矩波形：

改变触发角后的转速波形：

五、课程设计总结

(1)在一定的范围内当触发角增大时对应的电机转速、电枢电流、电机转速的值

会减小。当触发角a在0°~60°时，直流输出电压随触发角的增大而减小。实

验结果为触发角越大，对应的直流输出电压越小。

(2)当仿真时间在0~0.1s时，电机转速增大，当电源电压不变时，电机的频率变

化直接反应的结果就是转速的同比变化，频率增，转速也增。