直流、交流电机调速**实验设计。
目录。一）直流电机调速**实验2
一、 基本原理2
.三相桥式全控整流电路原理2
2.直流电动机调速原理7
二、**实验7
1**模型8
2**实验结果及分析8
二）交流电机调速**实验10
一、 基本原理10
1、pwm控制电路10
2、pwm控制的基本原理12
3、pwm控制三相逆变电路主电路14
4、感应电动的变频调速16
二、**实验16
1）**模型16
2）**实验结果及分析17
三）**软件matlab和simulink的简介………20
四）课程设计总结26
五） 参考文献27
一）直流电机调速**实验。
一、 基本原理。
.三相桥式全控整流电路原理：
三相桥式全控整流电路图是应用最为广泛的整流电路，其电路图如下：
图11） 三相桥式全控整流电路的特点：
一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般为共阴极为共阳极。
2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。
对触发脉冲的要求：
1)按vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6的顺序，相位依次差60。
2)共阴极组vt1、vt3、vt5的脉冲依次差120，共阳极组vt4、vt6、vt2也依次差120。
3)同一相的上下两个桥臂，即vt1与vt4，vt3与vt6，vt5与vt2，脉冲相差180。
ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。
需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）
晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
2）带电阻负载时的工作情况：
1)当a≤60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。
波形图：a =0（图1）、a =30（图2）、a =60（图3）
2)当a>60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值。
波形图： a =90（图4）
3)带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120
3）晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示 ：
表1图2 α=0
图3 α=30
图4 α=60
图5 α=90
2.直流电动机调速原理。
转速与电流的机械特性关系式为
三相桥式全控整流电路电动机负载时的机械特性方程为。
因此，当调节触发角α时就可以调节电动机的转速，实现直流调速。
二**实验。
基本参数组：
电源峰值电压220v，相位为0，-120，-240，整流为三相桥式全控电路（晶闸管），脉冲触发角70，为双脉冲触发方式，脉冲宽度为30°，负载为他励直流电动机，励磁电压为100v，转动惯量为0.01，负载转矩10。
1）**模型。
2） **实验结果及分析。
a =70触发脉冲波形。
整流电压波形。
电机参量：转速，电枢电流，励磁电流，转矩分别如下图所示。
二）交流电机调速**实验。
一、 基本原理。
1、pwm控制电路。
本次设计中采用的控制电路为pwm控制电路。
pwm的全称是pulse width modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。
所谓spwm，就是在pwm的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的ups就是一个例子。三相spwm是使用spwm模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。
1）pwm控制的基本原理。
pwm脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。
由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。利用pwm逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。
对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次斜波谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
2）spwm波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和spwm控制相同，也基于等效面积原理。
调制的方法，其有两种基本算法，即自然采样法和规则采样法。
1） 自然采样法
以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。其优点是所得spwm波形最接近正弦波，但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。
2） 规则采样法
规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现spwm法。当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样。
当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称，这种方法称为非对称规则采样。
规则采样法是对自然采样法的改进，其主要优点就是是计算简单，便于**实时运算，其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦。其缺点是直流电压利用率较低，线性控制范围较小。
2、pwm控制的基本原理
理论基础：
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
面积等效原理：
分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（r-l电路）上，如图2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形。
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波n等分，看成n个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
spwm波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的pwm波形。
要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
pwm电流波： 电流型逆变电路进行pwm控制，得到的就是pwm电流波。
pwm波形可等效的各种波形：
直流斩波电路：等效直流波形
spwm波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和spwm控制相同，也基于等效面积原理。
3、pwm控制三相逆变电路主电路。
1.逆变电路的控制方法。
1）计算法和调制法
根据pwm控制的基本原理，如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，pwm波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的pwm波形，这种方法称之为计算法。可以看出，计算法是很繁琐的，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。
与计算法相对应的是调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的pwm波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多。因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线形关系且左右对称，当他与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合pwm控制的要求。
在调制信号波为正弦波时，所得到的就是spwm波形，这种情况应用最广。当调制信号不是正弦波，而是其他所需要的波形时，也能得到与之等效的pwm波。
图4三相桥式pwm型逆变电路。
该电路是采用双极性控制方式。u,v,w三相的pwm控制通常公用一个三角载波uc,三相的调制信号uru,urv和urw依次相差120°。u,v和w各相功率开关器件的控制规律相同，现以u相为例来说明。
当uru大于uc时，给上桥臂v1导通信号，给下桥臂v4以关断信号，则u相相对于直流电源假象中点n’的输出电压uun’=ud/2。当uru小于uc时，给v4一导通信号，给v1上桥臂关断信号时，则uun=。v1和v4的驱动信号始终是互补的。
当给v1（v4）以导通信号，也可能是二极管vd1(vd4)续流导通这要由阻感负载中电流方向来决定。这是因为阻感负载中电流的方向来决定的。v相及w相的控制方式都相同。
电路波形如图所示。可以得出，的pwm波形都只有两种电平，当臂1臂6导通时uuv=ud，当臂3和臂4导通时uuv=－ud，当臂1和臂3或臂4和臂6导通时uuv=0。因此，逆变器的输出线电压pwm波由ud和0三种电平构成。
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