例如图2.1所示的升降机可逆调速系统，电动机由一台电力电子变流器供电，采用转速和电流双闭环控制。直流可逆调速系统主电路如图2.2所示。其中，图2.2a所示为两台晶闸管变流器反并联的可逆电路，图2.2b所示为H形PWM变流器的可逆电路。......
2023-06-19
直流调速系统主电路仿真优化方案
【摘要】：图1.43所示是晶闸管-直流电动机开环直流调速系统主电路模型，模型中主要模块提取路径见表1.11。现以例1.2的双闭环控制直流调速系统为例说明。
1.直流调速系统主电路模型
直流调速系统主电路是开环调速系统，系统主要包括交流或直流电源、变流器、直流电动机等，这些元器件在SimPower System模型库中都有相应的模块，调用这些模块可以方便地组成直流开环调速系统的模型。图1.43所示是晶闸管-直流电动机开环直流调速系统主电路模型，模型中主要模块提取路径见表1.11。
图1.43 直流调速系统主电路模型
表1.11 直流电动机开环直流调速系统主电路主要模块提取路径
模型中，三相电源Three-Phase Source、变压器Transformer1、晶闸管整流器6-pulse thyristor bridge和电动机DC Machine组成开环调速系统主电路；同步变压器Transformer2，电压测量模块（ab，bc，ca）和六脉冲触发器模块6-Pulse组成晶闸管整流器触发单元。在6-Pulse模块的控制端alpha-deg连接着常数模块Uct和函数模块Fcn，其中常数模块Uct用于设定移相控制信号（0～10），函数模块Fcn设定触发器移相特性（见图1.44）。触发延迟角与移相信号Uct的关系为
直流电动机模块DC Machine的TL端用于接入负载转矩信号，负载转矩用step模块设定负载转矩的大小和施加时间；DCMachine模块的m端连接信号分解模块Demux，可以观察电动机的转速、电枢电流、励磁电流和电动机转矩响应。模型中设置了多个示波器模块用于观察电动机转速和系统各部分的电压、电流波形。
图1.44 移相特性
2.设置模块参数
在模型进行仿真前需要给各个模块设置参数，双击模块图标可弹出模块参数设置对话框，在对话框中有输入模块参数。现以例1.2的双闭环控制直流调速系统为例说明。整流器为三相桥式电路，直流电动机为220V、136A、1460r/min，整流变压器一次/二次电压取380V/115V。三相电源、变压器、变流器和直流电动机模块参数对话框和设置的参数如图1.45～图1.48所示。同步变压器和触发器的参数设置如图1.49和图1.50所示。
图1.45 三相电源参数
图1.46 三相变压器参数
图1.47 变流器参数
图1.48 直流电动机参数
图1.49 同步变压器参数
图1.50 触发器参数
3.设置仿真参数
系统仿真参数主要有仿真算法和仿真起止时间，MATLAB/Simulink固化了多种数值算法，可分为可变步长和固定步长算法两类，对电力电子系统主要使用可变步长类算法。可变步长算法有多种，其中ode45、ode15s、ode23是较常用的，仿真时如果一种算法效果不理想时，可以换一种算法。连续系统仿真起始时间一般取0，结束时间可以先估计一个，在仿真时根据实际需要增减。
设置仿真参数的步骤是：单击仿真平台上方菜单的Simulation，在下拉的菜单中选择Configuration parameters命令或用键盘Ctrl+E组合键，弹出仿真算法对话框。本例仿真参数设置如图1.51所示，仿真开始时间Start time为“0”，终止时间Stop time为“1.5”，仿真算法为ode23s。
图1.51 仿真参数设置
4.主电路的仿真和波形分析
设置模块参数和仿真参数后可以启动仿真，单击菜单快捷键“▶”后模型仿真开始，在模型下方提示栏中可以看到仿真的进程。如果模块参数设置有遗漏或有问题时，会自动弹出提示对话框，这时可以按照对话框提示进行补充和修改。仿真结束后单击示波器模块即可观察各点的波形，根据波形分析系统的工作情况。图1.52所示波形图是用plot命令绘制的。
图1.52 整流器输出电压和电流波形（ud、Ud、id波形）
图1.52所示控制电压Uct=10V、α=30°，Uct=7.5V、α=45°，Uct=5V、α=60°，Uct=2.5V、α=75°时，晶闸管整流器在仿真开始后1～1.02s的输出电压和电流波形。图中，ud为输出电压瞬时值，Ud为输出电压平均值，id为输出电流。从波形可以看到输出电压、电流随触发延迟角α增加而减小，仿真波形与晶闸管整流器的实际工作波形是相符的。
图1.53所示是Uct=10、α=30°时，电动机带额定负载171.4N·m时起动的转速和电流响应，从波形可以看到0～0.6s是电动机的起动阶段，电动机转速略有超调后下降到1460r/min，带载起动时最高电枢电流达520A左右。如此高的电流会引起过电流跳闸，甚至晶闸管等器件的损坏，需要采取限制措施。稳定后1460r/min的电流为额定值136A。仿真表明，设计的晶闸管整流器-直流电动机主电路模型（见图1.43）符合题意要求，改变Uct将改变电动机转速，实现调速控制。
图1.53 Uct=10V、α=30°时电动机转速和电流响应波形
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2023-06-19
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