電力拖動培訓課件

1、電力拖動三級項目姓名：王澤動 王麗娟 吳昊 張燕明 崔曉旭課程名稱：電力拖動指導教師：趙延治日期：4月前言 為了更好的掌握電力拖動相關的基本理論和技術技能，提高工程設計與實踐能力，同時加強團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，促進交流與合作，拓展視野、勇于創(chuàng)新，提高思考與決策水平，形成解決實際問題的能力和終身學習的能力，特此做了以下幾個題目。2項目名稱 直流電動機的直接啟動仿真1 三相異步電動機能耗制動仿真4 直流電動機能耗制動仿真3 直流電動機電樞串聯(lián)電阻啟動仿真23所用軟件及其模塊簡介 項目采用Matlab軟件及其Simulink模塊。Simulink是一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。它可以處

2、理線性、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)。Simulink把圖形窗口擴展為可以用來編程的圖形界面。在Simulink提供的圖形用戶界面（GUI）上，只要進行鼠標的簡單拖拉操作就可構造出復雜的仿真模型。Simulink以方塊圖形式，采用分層結構建立仿真模型。4直流電動機直接啟動仿真（1）建立仿真模型 如下圖所示，圖中主要包括直流電動機模塊（DC Machine)、直流電源模塊（DC Voltage Source）、理想開關模塊（Ideal 他勵直流電動機直接啟動仿真模型原理圖5Switch）、開關模塊（Switch）、增益模塊（Gain）、電阻模塊(RLC branch)、示波器模塊(Scope

3、)等。（2）模塊參數(shù)設置1）直流電動機模塊。直流電動機的參數(shù)設置窗口如右圖所示，其中：Preset model-預設模型選項，有一些模塊中預先設定好參數(shù)的模型可以使用，文本沒有使用預設模型，所以選定了No選項；直流電動機模塊參數(shù)設置圖6直流電動機模塊參數(shù)設置圖Mechnical input-機械輸入選項，分為功率輸入（Mechnical power Pm）和轉速輸入（Speed w）方式兩種可選，本例選擇了功率輸入方式，也就是轉矩形式輸入；Armature resistance and inductance Ra(ohms)La(H)-電樞電阻和電感，用來設定電樞的電阻值和電感值；Field

4、resistance and inductance Ra(ohms)La(H)-勵磁繞組電阻和電感，用來設定電樞的電阻值和電感值；7Field-armature mutual inductance Laf(H)-勵磁繞組和電樞之間的互感；Total inertia J (kgm2)-電機總轉動慣量；Viscous friction coefficient Bm (Nms)-摩擦系數(shù)；Coulomb friction torque Tf (Nm)-庫倫摩擦轉矩；Initial speed (rad/s)-初始角速度。2）直流電源模塊。參數(shù)設置如右圖所示，其中：Amplitude (V)-幅度，設

5、定直流電源的電壓的幅值；直流電源模塊參數(shù)設置圖8Measurements-測量選項，有None（無）和Voltage（電壓）兩個備選項。3）理想開關模塊。理想開關（Ideal Switch）的參數(shù)設置如右圖所示，其中：Internal resistance Ron (Ohms)-內部導通電阻；Initial state (0 for open, 1 for closed)-初始狀態(tài)，0表示斷開，1表示接通；Snubber resistance Rs (Ohms)-吸收電阻；Snubber capacitance Cs (F)-吸收電容；理想開關模塊參數(shù)設置圖9Show measurement

6、port-測量端口顯示控制選項，選定后模塊會出現(xiàn)一個標記為m的輸出端口，可以用來測量模塊的電壓電流等參數(shù)。4）定時器（Timer）模塊的參數(shù)設置如右圖所示，其中：Time (s)-時間參數(shù)，表示隨后一項Amplitude（幅度）的值改變時刻；Amplitude-幅度。圖中參數(shù)的含義為0s時刻的輸出幅值為0,0.5s時刻的輸出幅值為1。定時模塊參數(shù)設置圖105）開關模塊。開關（Switch）的參數(shù)設置如右圖所示，主標簽（Main）中：Criteria for passing first input-輸入判定標準選項，有u2 = Threshold、u2 Threshold和u2 = 0三個選項，

7、分別實現(xiàn)三種不同功能。Threshold-門限值，其中的數(shù)值為前一項輸入判據(jù)中的值。按照圖中參數(shù)進行設置，其含義是當輸入u2大于門限值1000時輸出為1，當輸入u2小于或等于門限值1000時輸出為0.開關模塊參數(shù)設置11Enable zero crossing detection-使能過零檢測；Sample time-采樣時間，可以設定仿真模塊的采樣時間，-1表示繼承輸入的采樣時間，一般情況下使用默認值無需改動。數(shù)據(jù)類型標簽（Signal attributes）中可以設定輸入輸出數(shù)據(jù)的類型，在這里使用默認值即可。6）常量模塊。常量（Constant）模塊參數(shù)設定相對簡單，只要設定常量即可，這里

8、不再介紹。（3）仿真參數(shù)設置 設定仿真時間為5s。（4）仿真 仿真結果如下圖所示。圖1給出了直流電動機在啟動過程中的轉速電樞電流勵磁電流電磁轉矩的變化。圖2給出了轉速對電樞電流的變化關系。從仿真結果的波形中容易看出啟動電流沖擊很大，同時電磁轉矩的沖擊也較大，轉速能夠在較短的時間內達到穩(wěn)定。12圖1 他勵直流電動機直接啟動仿真結果轉速n/rpm 電樞電流Ia/A 勵磁電流If/A 電磁轉矩Te/Nm時間 t/s13圖2 他勵直流電動機直接啟動轉速-電流關系仿真結果電樞電流 Ia/A轉速 n/rpm14直流電動機電樞串聯(lián)電阻啟動仿真（1）建立仿真模型 他勵直流電動機串聯(lián)啟動電阻的仿真模型原理圖如下

9、圖所示，和直流電機直接啟動仿真模型相比圖中主要增加了電阻控制子模塊（Motor starter）。他勵直流電動機串聯(lián)啟動電阻的仿真模型原理圖15 子模塊的建立可以采用從Simulink庫中拖入子系統(tǒng)模塊（Subsystem）的方法。鼠標雙擊模塊打開子模塊內部原理圖窗口，在該原理圖窗口中按照需要修改其仿真原理圖，例如，增加仿真模塊和輸入、輸出端口等。串聯(lián)啟動電阻控制子模塊原理圖如下圖所示。串啟動電阻控制子模塊原理圖16 在子模塊的原理圖中主要有階躍信號模塊（Step）、斷路器模塊（Breaker）阻抗分支（RLC branch）組成。 在子模塊的圖標上用鼠標右鍵選擇快捷菜單中封裝子模塊命令（Ma

10、sk subsystem），可以對該子模塊進行封裝，出現(xiàn)如下圖的封裝編輯（Mask editor）窗口。 通過編輯窗口中的一些設定可以對封裝按照需要進行設計，如下圖中圖標（Icon）標簽中的畫圖命令（Drawing commands）窗口中填入的disp(3 stepnnstarter)命令將在封裝的顯示圖標上分三行顯示disp3 step starter字符串。在窗口左側還有一些圖標的控制選項（Icon options）在此不作說明，可根據(jù)需要參照相關文獻自行學習。另外三個標簽，采用默認設置。17封裝編輯器窗口18（2）模塊參數(shù)設置 仿真模型中大多數(shù)模塊參數(shù)可參照上一節(jié)的相關內容進行設置，增

11、益模塊是將轉速的角速度值（rad/s）轉換成轉速值（r/min），參數(shù)設置為60/(2),開關門限參數(shù)設置為1400，使轉速上升到1400r/min之后電動機才投入負載轉矩；子模塊中參數(shù)可以參照上一節(jié)相關內容進行設置，其中階躍信號可參照Simulink仿真的內容進行設置，控制斷路器動作時間分別為2.8s、4.8s和6.8s，三個串聯(lián)電阻分別為3.66、1.64和0.74。（3）仿真參數(shù)設置 設定仿真時間為10s。（4）進行仿真 仿真結果如下圖所示。圖3給出了直流電動機在啟動過程中的轉速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉矩的變化。圖4給出了轉速對電樞電流的變化關系。從仿真結果的波形中可以看出通過設定合

12、適的串聯(lián)啟動電阻的投入時間，啟動電流可以控制在一定的范圍內，同時電磁轉矩也能夠得到有效的降低。轉速需要在較長的時間內才能達到穩(wěn)定。19轉速n/rpm 電樞電流Ia/A 勵磁電流If/A 電磁轉矩Te/Nm圖3 他勵直流電動機串啟動電阻仿真結果20圖4 他勵直流電動機串電阻啟動的轉速-電流關系仿真結果轉速 n/rpm電樞電流 Ia/A21直流電動機能耗制動仿真（1）建立仿真模型 直流電動機能耗制動仿真模型原理圖如下圖所示，和直接啟動仿真模型相他勵直流電動機能耗制動防真模型原理圖22比主要增加了經過封裝的電路改變連接控制模塊（Vary connect）和仿真停止控制部分。仿真停止部分包括邏輯比較模

13、塊（Relation operator）和仿真停止模塊（Stop simulation）。仿真停止控制（Simulation stop control）部分實現(xiàn)了當轉速小于零時將仿真停止的功能，無需等到仿真時間結束，這樣是為了使仿真結果符合實際（轉速不會出現(xiàn)負值）而設計的。 電路改變連接控制模塊（Vary connect）的封裝方法如下圖所示。圖中給出的是封裝編輯器窗口參數(shù)（Parameters）設定標簽。其中左邊一列工具按鈕從上到下分別具有插入參數(shù)、刪除參數(shù)、上移參數(shù)和下移參數(shù)功能。單擊插入參數(shù)按鈕可以采用右側的參數(shù)對話框（Dialog parameters）中設定子模塊的參數(shù)，本例中增加了

14、一個變量名（Variable）為StpTime的參數(shù),其提示（Prompt）為StopTime字符串，參數(shù)為可編輯（edit）類型（Type）。23封裝編輯器窗口的參數(shù)設定標簽24單擊確定（OK）后即完成了子模塊的封裝，經過參數(shù)設定后的模塊再雙擊該模塊時會顯示下圖所示的參數(shù)設定窗口，將不再能夠進入子模塊的原理圖窗口，如果需要進入子模塊的原理圖窗口時，需要在模塊上鼠標單擊右鍵選擇查看子系統(tǒng)（Look subsystem）功能。改變電路連接子模塊的參數(shù)設置圖25 下圖給出了電路改變子模塊原理圖，為了使設定的參數(shù)可以傳遞給模塊原理圖中相關模塊，所以需要在子模塊的原理圖中相關的模塊參數(shù)設置中使用封裝參數(shù)的變量名稱。電路改變子模塊原理圖26（2）模塊參數(shù)設置 本例中，為使上圖中的設定參數(shù)5s傳遞給定時器模塊（Timer），需要將定時器2（Timer2）模塊的參數(shù)設定為如圖所示的值。圖中的參數(shù)Stptime必須和在上圖的封裝標簽中設定的變量名稱一致，才能正確地將子模塊封裝后的參數(shù)設置傳遞給子模塊中的定時器模塊。本例參數(shù)的含義定時器模塊設置參數(shù)圖27為0s時定時器輸出幅度為1，Stptime時刻定時器輸出幅度為-1。定時器模塊1（Timer1）的參數(shù)定時時刻設置為 0 Stptime ，幅度設置為 -1 1 。（3）仿真參數(shù)設置 設置仿真時間為1