基于Matlab仿真的直流閉環調速系統

李沙沙，汪東霞

（黃河交通學院機電工程學院，河南焦作，454950）

0 引言

在現代化的工業生產中，對作為生產設備主要動力的電動機有較高的要求。根據不同的生產要求，常常需要對生產設備進行平滑調速，而調速要通過調節電動機來實現。同時，大多數設備要求動力系統運行穩定、具有良好的動態性能，這往往也直接取決于電動機的性能。直流電動機因為具有較多明顯的優點，常常被用于工業生產中。直流電動機閉環調速系統具有較多優點，如可以在較大范圍內進行無級調速且結構簡單，啟動、制動性能良好等，在具有較高要求的工業生產領域得到了廣泛應用。因此本文在Matlab平臺上搭建了直流電動機閉環調速系統的仿真模型[1]，并進行了仿真分析。

1 直流閉環調速系統原理

帶轉速負反饋的有靜差直流閉環調速系統的電氣原理圖如圖1所示。系統由轉速給定環節、放大器、 移相觸發器CF、晶閘管整流器、直流電動機M、測速發電機G等組成。其中，：轉速反饋；：轉速偏差，：放大器輸出；Ud：整流器輸出電壓；Id：電樞電流。

圖1 帶轉速負反饋的有靜差直流調速系統原理圖

在該系統中，當電動機負載增加時，轉速反饋Un將隨著轉速的下降而減小，而轉速的偏差?Un將增大，同時放大器輸出UC增加，并經移相觸發器使整流輸出電壓Ud增加，電樞電流Id增加，從而使電動機電磁轉矩增加，轉速也隨之提高，補償了由于負載增加所引起的轉速降落[2]。帶轉速反饋的直流調速系統的穩態特性方程為：

電動機轉速降落

本設計采用帶阻感負載的單相橋式全控整流電路，如下圖2所示，晶閘管VT1和VT3組成一對橋臂，VT2和VT4組成另一對橋臂。在U2的正半周期，觸發角α處給晶閘管VT1和VT3加觸發脈沖使其開通。U2過零變負時，由于電感的作用使VT1和VT4并不關斷。至ωt=π+α時刻，給VT2和VT4加觸發脈沖使其開通，U2通過VT2和VT4分別向VT1和VT3施加反壓使其關斷[3]。至下一周期，重復上述過程，如此循環下去。

圖2 整流電路

觸發器的控制角（alpha-deg端）通過移相控制環節（Fcn）。移相控制模塊的特性如圖3所示。在本模型中取αmin=30°，移相特性的數學表達式為：

圖3 轉速負反饋有靜差直流調速系統仿真模型

2 參數計算

主要元件參數如表1所示。

元件 參數名 參數交流電源 電壓 220V變壓器 原邊電壓 220V副邊電壓 205V晶閘管整流橋 內阻 0.01Ω RL 電阻 0.85Ω電感 0.001H電樞額定電壓 220V電樞額定電流 136A額定轉速 1460r/min勵磁電壓 220V勵磁電流 1.5A直流電動機

3 仿真模型

在Matlab/Simulink中搭建的仿真模型如圖3所示。在仿真中，為了簡化模型，省略了同步變壓器和測速發電機，整流器和觸發同步使用同一交流電源，為了減小整流器諧波對同步信號的影響，設交流電源電感為LS=0，直流電動機的勵磁由直流電源直接供電[4]。

4 仿真分析

電動機測得轉速要與給定值進行運算得出差值，即的大小將一定程度上決定轉速差的大小，經過一系列環節將影響整流橋控制角。由上圖知通過調節的大小可以進行調速。

5 結論

文章首先介紹了直流閉環調速系統的工作原理，其次通過在Matlab中搭建模型對直流閉環調速系統進行了仿真分析。通過仿真結果得出，轉速隨著給定值?的變化而變化；并對不同的放大倍數情況進行對比分析，可知隨著放大倍數的增大，系統的穩態轉速將減小，但放大倍數過大時，會增加震蕩的可能性。為實際系統的研究提供了理論支持。