電力電子技術(shù)及應(yīng)用 課件 第6-8章 單相交流調(diào)壓電路、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、虛擬仿真環(huán)境簡(jiǎn)介

6.1

單相交流調(diào)壓電路(帶電阻負(fù)載)

6.2單相交流調(diào)壓電路(帶電阻電感負(fù)載)6.1單相交流調(diào)壓電路(帶電阻負(fù)載)單相交流調(diào)壓電路(帶電阻負(fù)載)結(jié)構(gòu)如圖6.1所示，由交流電壓源u1、反向并聯(lián)的晶閘管VT1和VT2、電阻負(fù)載R組成。由于本電路的波形是周期性變化的，故只需分析一個(gè)周期的工作情況(即0°～360°)，觀測(cè)電阻負(fù)載兩端輸出電壓uo、流過電阻負(fù)載R的電流io及并聯(lián)晶閘管兩端電壓uVT的波形，本電路控制角α的取值為90°。由圖形連接方式可知晶閘管VT1在0°～180°的區(qū)間內(nèi)承受正向電壓，晶閘管VT2在180°～360°的區(qū)間內(nèi)承受正向電壓，因此，當(dāng)晶閘管的控制角α取值為90°時(shí)，VT1的門極觸發(fā)脈沖在相位90°的時(shí)候施加，VT2的門極觸發(fā)脈沖在270°的時(shí)候施加。由此便可確定2個(gè)晶閘管在何區(qū)間導(dǎo)通。單相交流調(diào)壓電路(帶電阻負(fù)載)的工作情況如表6.1所示。單相交流調(diào)壓電路(帶電阻負(fù)載)電阻負(fù)載兩端輸出電壓uo、流過電阻負(fù)載R的電流io、晶閘管兩端電壓uVT的波形如圖6.2所示。當(dāng)單相交流調(diào)壓電路穩(wěn)定工作后，將不斷重復(fù)圖6.2所示的波形。6.2單相交流調(diào)壓電路(帶電阻電感負(fù)載)單相交流調(diào)壓電路(帶電阻電感負(fù)載)結(jié)構(gòu)如圖6.3所示，由交流電壓源u1、反向并聯(lián)的晶閘管VT1和VT2、電阻電感負(fù)載RL組成。本電路分析0°～360°的工作情況，即觀測(cè)一個(gè)周期中電阻電感負(fù)載兩端輸出電壓uo、流過電阻電感負(fù)載RL電流io及并聯(lián)晶閘管兩端電壓uVT的波形，本電路門極觸發(fā)脈沖控制角α的取值為90°。在該電路中，0°～180°內(nèi)晶閘管VT1承受正向電壓，180°～360°內(nèi)晶閘管VT2承受正向電壓，當(dāng)控制角α取值為90°時(shí)，VT1的門極觸發(fā)脈沖在相位90°施加，VT2的門極觸發(fā)脈沖在270°施加。該電路與6.1節(jié)帶電阻負(fù)載的單相交流調(diào)壓電路的不同之處是負(fù)載由電阻R變?yōu)殡娮桦姼蠷L，由于電感的存在會(huì)使得流過晶閘管的電流無法突變?yōu)??A，延后晶閘管關(guān)斷的時(shí)刻。單相交流調(diào)壓電路(帶電阻電感負(fù)載)的工作情況如表6.2所示。單相交流調(diào)壓電路(帶電阻電感負(fù)載)電阻電感負(fù)載兩端輸出電壓uo、流過電阻電感負(fù)載RL的電流io、晶閘管兩端電壓uVT的波形如圖6.4所示。7.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

7.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)7.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖7.1所示，單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：給定電壓電路、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、觸發(fā)電路CF、三相整流橋電路、電機(jī)主回路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、反饋電路。在圖7.1中可以觀測(cè)到只有一個(gè)轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，故該電路被稱為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。7.1.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的正反饋與負(fù)反饋模式參考自動(dòng)控制原理，閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)按照反饋信號(hào)處理方式，可以分為正反饋工作模式和負(fù)反饋工作模式兩種。正反饋的定義是，將輸出量與輸入量采用相加的比較方式，而后通過反饋回路回饋至輸入端口，從而影響控制系統(tǒng)；負(fù)反饋采用將輸出量與輸入量作差的方式，將作差得到的信號(hào)回饋至輸入端口，從而影響控制系統(tǒng)。在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，只有采用負(fù)反饋的工作模式才可消除轉(zhuǎn)速偏差，如果控制方式采用正反饋模式，則會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷上升最終發(fā)生失控的現(xiàn)象。1.正反饋工作模式當(dāng)控制系統(tǒng)采用電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋電壓Un和給定電壓

“相加”的正反饋模式時(shí)，系統(tǒng)輸入端的輸入電壓為

。當(dāng)控制系統(tǒng)中的電機(jī)由于外界干擾導(dǎo)致轉(zhuǎn)速n增大，電機(jī)反饋電壓Un隨之增大，導(dǎo)致系統(tǒng)輸入端電壓

增大，下一環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓Uct增大，晶閘管整流裝置輸出電壓Ud繼而增大，使得轉(zhuǎn)速n進(jìn)一步增大，而電機(jī)轉(zhuǎn)速n增大通過反饋回路又使得電機(jī)反饋電壓Un隨之增大，而后系統(tǒng)輸入端電壓ΔU又繼續(xù)增大，進(jìn)入一個(gè)和剛才敘述過程重復(fù)的正反饋循環(huán)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在該過程中不斷增加，最終導(dǎo)致失控現(xiàn)象的發(fā)生，該反饋過程為：2.負(fù)反饋工作模式為了克服上述正反饋的缺點(diǎn)，控制系統(tǒng)需要采用負(fù)反饋，負(fù)反饋模式下給定電壓

和轉(zhuǎn)速反饋電壓Un“相減”，系統(tǒng)輸入端的輸入電壓為

。考慮給定電壓

對(duì)系統(tǒng)的影響，轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小受轉(zhuǎn)速給定電壓

控制，當(dāng)給定電壓取值為零時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)給定電壓

增大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增大；當(dāng)給定電壓

減小時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之降低。以提高轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)原理分析為：當(dāng)給定電壓

增大時(shí)，會(huì)使得系統(tǒng)輸入端的輸入電壓

增大，而后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓Uct增大，晶閘管整流裝置輸出電壓Ud隨之增大，最終使得轉(zhuǎn)速n上升，在有靜差的系統(tǒng)中，

趨向于一個(gè)穩(wěn)定的值，轉(zhuǎn)速在增加一定取值之后趨于穩(wěn)定。考慮轉(zhuǎn)速變化對(duì)系統(tǒng)的影響，當(dāng)系統(tǒng)受到外界的擾動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速n下降時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋電壓Un隨之減小，導(dǎo)致系統(tǒng)輸入端電壓

增大，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓Uct增大，晶閘管整流裝置輸出電壓Ud繼而增大，使得轉(zhuǎn)速n增大，而轉(zhuǎn)速n的增大會(huì)使得由于外界負(fù)載變化擾動(dòng)而降低的電機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到一個(gè)正常區(qū)間，該過程為通過這一調(diào)節(jié)可抑制轉(zhuǎn)速的下降，雖然不能做到完全阻止轉(zhuǎn)速下降，但同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，轉(zhuǎn)速的下降程度會(huì)大大降低，從而保持了轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定。7.1.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性上文對(duì)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)反饋工作模式進(jìn)行了介紹，為更進(jìn)一步了解系統(tǒng)的工作原理，本節(jié)將分析單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電樞電流Id(或轉(zhuǎn)矩)之間的關(guān)系稱為閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。圖7.2為圖7.1轉(zhuǎn)換而成的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。其中，Kp為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊中的運(yùn)算放大器放大系數(shù)，Ks為功放整流模塊系數(shù)，Id為電樞電流，R為電樞電阻，Ce為額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，α為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。由穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可得如下計(jì)算公式：綜合上述四個(gè)公式可以得出系統(tǒng)的靜特性方程為其中，K稱為系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，計(jì)算公式為由電機(jī)拖動(dòng)原理可知開環(huán)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的公式為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速公式即式(7-1)的靜特性方程為由此可得開環(huán)系統(tǒng)計(jì)算公式的斜率為

，單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)計(jì)算公式的斜率為

，可見單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的斜率比開環(huán)系統(tǒng)的斜率小得多，為了更加直觀地觀測(cè)二者的區(qū)別，圖7.3中使用式(7-1)、式(7-2)繪制了開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性曲線，兩者都表示電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電樞電流Id(或轉(zhuǎn)矩)之間的關(guān)系，只是開環(huán)系統(tǒng)用機(jī)械特性表示二者關(guān)系，閉環(huán)系統(tǒng)用靜特性表示二者關(guān)系。需要注意的是，閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性表示的是電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電樞電流Id(或轉(zhuǎn)矩)的靜態(tài)關(guān)系，是經(jīng)過閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后的結(jié)果，在每條機(jī)械特性曲線上對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)，是一種靜態(tài)的關(guān)系，靜特性無法體現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的工作過程。如圖7.3所示，Ud1、Ud2、Ud3、Ud4線段是不同電樞電壓下的開環(huán)機(jī)械特性曲線，當(dāng)電壓取值為Ud1而電樞電流取值為Id1時(shí)，電機(jī)位于線段Ud1的A點(diǎn)上，當(dāng)電壓保持Ud1不變，負(fù)載增加時(shí)，電樞電流增大至Id2，電機(jī)轉(zhuǎn)速由A點(diǎn)沿著線段Ud1下降至E點(diǎn)。因此在開環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)受到外界環(huán)境擾動(dòng)，轉(zhuǎn)速n會(huì)下降。在閉環(huán)系統(tǒng)中由于存在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，當(dāng)電機(jī)所帶的負(fù)載增大，電樞電流Id隨之增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速稍有下降時(shí)，在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的作用下，系統(tǒng)輸入端電壓

即刻增大，ΔU輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過前向通路影響電機(jī)的最終轉(zhuǎn)速，根據(jù)靜特性的計(jì)算公式可得，電機(jī)從A點(diǎn)切換到B點(diǎn)，觀察圖7.3可知，雖然流過電機(jī)的電樞電流Id加大，但是電機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎不變。同理，如果電機(jī)所帶的負(fù)載繼續(xù)加大，電流逐步增加為Id3、Id4，在轉(zhuǎn)速反饋的持續(xù)調(diào)節(jié)下，電機(jī)工作點(diǎn)會(huì)位于C點(diǎn)和D點(diǎn)，對(duì)比閉環(huán)靜特性的A、B、C、D點(diǎn)與開環(huán)特性線段上的A、E點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性更硬，轉(zhuǎn)速下降的數(shù)值較少。7.1.3有靜差調(diào)速與無靜差調(diào)速依據(jù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用的調(diào)節(jié)方式，可將單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)分為有靜差調(diào)速系統(tǒng)和無靜差調(diào)速系統(tǒng)，下文將對(duì)這兩種系統(tǒng)的概念作具體介紹。1.有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用比例調(diào)節(jié)器(P)時(shí)，此種單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)稱為有靜差調(diào)速系統(tǒng)。圖7.1中采用的便為比例調(diào)節(jié)器的工作模式，對(duì)于其工作原理本節(jié)不再贅述。從圖7.2有靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖來看，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓比較后的偏差電壓ΔU來控制的，偏差電壓ΔU取值越大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n便越高，因此，在有靜差的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速n的實(shí)際值和給定的期望轉(zhuǎn)速值總是有一定的偏差。下面所示的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降公式也證明了這點(diǎn)：根據(jù)式(7-3)可知，只有當(dāng)放大系數(shù)K取值極大時(shí)，轉(zhuǎn)速實(shí)際值和期望值之差Δnb才能趨向于0，但在實(shí)際工作中，K的取值不會(huì)是無窮大的，因此實(shí)際轉(zhuǎn)速和期望轉(zhuǎn)速值一直會(huì)存在一個(gè)偏差Δnb，這便是有靜差的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。2.無靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用比例積分調(diào)節(jié)器(PI)時(shí)，此種單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)稱為無靜差調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)無靜差調(diào)速系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋電壓Un與給定電壓的值相等，因此調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓ΔU取值為零。比例積分調(diào)節(jié)器(PI)由比例調(diào)節(jié)器(P)和積分調(diào)節(jié)器(I)組合而成，其輸入輸出特性是二者特性的疊加。在比例調(diào)節(jié)器中，輸出電壓為根據(jù)該公式可得，比例調(diào)節(jié)器的輸出跟隨輸入的變化而變化，調(diào)節(jié)的速度較快，且由于調(diào)節(jié)器的輸入偏差ΔU取值不為零，因此如果僅使用比例調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)有靜差控制。在積分調(diào)節(jié)器中，輸出電壓為由積分調(diào)節(jié)器的輸出電壓公式可知，當(dāng)電壓差值ΔU恒定時(shí)，輸出電壓Uo在積分的作用下線性增長(zhǎng)；當(dāng)電壓差值ΔU取值為零時(shí)，輸出電壓Uo恒定不變。因此，在這種情況下，恒定不變的輸出電壓Uo使電機(jī)繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的無靜差控制。為綜合比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，將二者組合為比例積分調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器在積分環(huán)節(jié)之前先經(jīng)過比例環(huán)節(jié)，因此具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)；當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸入端偏差取值為零，可實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速控制。如圖7.4所示，為采用比例積分調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，即無靜差系統(tǒng)。7.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)7.2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖7.5所示，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：給定電壓模塊、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR、觸發(fā)及功放電路CF、電力電子變換器UPE、電機(jī)主回路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)反饋回路、電流檢測(cè)反饋回路。其中，TG表示測(cè)速發(fā)電機(jī)，TA表示電流互感器。由圖7.5可得，本系統(tǒng)有電流和轉(zhuǎn)速2個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)反饋回路，電流反饋環(huán)稱為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速反饋環(huán)稱為外環(huán)，因此該控制系統(tǒng)被稱為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。為獲得優(yōu)良的工作性能，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR采用比例積分調(diào)節(jié)器。從圖7.5中可以觀測(cè)到，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR串級(jí)連接，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出

作為電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入，而后再用電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出Uc去控制觸發(fā)電路CF。同時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR帶有限幅作用，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的限幅值為

，電流調(diào)節(jié)器ACR的限幅值為Ucm。圖7.5可以簡(jiǎn)化為圖7.6所示的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，其中α表示轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，β表示電流反饋系數(shù)。7.2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性調(diào)節(jié)器具有飽和與不飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)指的是調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到限幅值并恒定在該限幅值，此刻調(diào)節(jié)器的輸入量變化將不再影響輸出量，即處于飽和狀態(tài)的調(diào)節(jié)器等同于開環(huán)狀態(tài)(如要退出該飽和狀態(tài)，需有反向的輸入信號(hào))。不飽和狀態(tài)指的是調(diào)節(jié)器的輸出沒有達(dá)到限幅值，如果此刻調(diào)節(jié)器工作于穩(wěn)定狀態(tài)，則輸入的偏差信號(hào)取值應(yīng)該為零。在系統(tǒng)正常進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)工作時(shí)，一般電流調(diào)節(jié)器ACR一直處于不飽和狀態(tài)，因此系統(tǒng)只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和與不飽和兩種情況。(1)當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR處于不飽和狀態(tài)，而電流調(diào)節(jié)器ACR也處于不飽和狀態(tài)時(shí)，由于ASR和ACR均使用比例積分調(diào)節(jié)器，因此ASR的輸入電壓差值為0，ACR的輸入電壓差值也為0，有如下公式：由式(7-4)可得電機(jī)轉(zhuǎn)速n?=?

/α?=?n0，因而直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速n一直恒定在數(shù)值n0；而由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR處于不飽和狀態(tài)，因此ASR的輸出電壓

＜

，根據(jù)式(7-5)可得流過電機(jī)的負(fù)載電流Id＜Idm。由上述分析總結(jié)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR均為不飽和狀態(tài)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n恒為n0，流過電機(jī)的負(fù)載電流取值小于最大值Idm。當(dāng)電機(jī)帶有不同負(fù)載使得流過電機(jī)的電流Id取不同值時(shí)，系統(tǒng)的各個(gè)工作點(diǎn)位于圖7.7中的CA段。(2)當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR處于飽和狀態(tài)，電流調(diào)節(jié)器ACR處于不飽和狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出達(dá)到限幅值

，此刻直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速n對(duì)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR不再產(chǎn)生影響，即呈現(xiàn)開環(huán)狀態(tài)，這使得系統(tǒng)中僅有使用比例積分調(diào)節(jié)器控制方式的電流調(diào)節(jié)器ACR工作，而由于ACR使用比例積分調(diào)節(jié)器且工作在穩(wěn)定狀態(tài)，因此ACR的輸入偏差電壓為0，根據(jù)式(7-5)可得，此刻電流Id?=?

/β?=?Idm，因此當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，電流調(diào)節(jié)器ACR為不飽和時(shí)，靜特性曲線如圖7.7中的AB段。以上分析所得的靜特性可以總結(jié)為：當(dāng)電流未達(dá)到系統(tǒng)設(shè)置的限定值Idm時(shí)，即使工作系統(tǒng)外界存在干擾，電機(jī)轉(zhuǎn)速仍舊能恒定在n0，此刻轉(zhuǎn)速負(fù)反饋ASR起主要調(diào)節(jié)作用。而當(dāng)流過電機(jī)的負(fù)載電流達(dá)到限定值Idm時(shí)，電流調(diào)節(jié)器ACR起到主要作用，防止電流超過限定值Idm，實(shí)現(xiàn)過電流自動(dòng)保護(hù)的目標(biāo)。然而，實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)K取值并不是無窮大，靜特性有很小的靜差存在，使得繪制出的靜特性曲線不是上文中提到的理想狀態(tài)，實(shí)際圖形如圖7.7中虛線所示。8.1虛擬仿真界面介紹

8.2常用模塊的調(diào)用8.1虛擬仿真界面介紹1.打開Simulink界面的方式進(jìn)入Simulink虛擬仿真界面有三種方式，用戶可根據(jù)需要選擇其中任意一種方式，均可打開仿真界面。(1)單擊菜單欄中的Simulink圖標(biāo)即可打開Simulink界面，如圖8.1所示。(2)在命令行窗口界面中輸入指令“simulink”，按下回車鍵后即可打開Simulink界面。(3)單擊菜單欄中的“新建”，在出現(xiàn)的欄目中選擇“SimulinkModel”選項(xiàng)即可打開Simulink界面。按照上述操作方式啟動(dòng)Simulink后，便會(huì)出現(xiàn)仿真界面，相應(yīng)電路仿真的搭建便在此界面進(jìn)行，如圖8.4所示。2.?Simulink界面操作方式簡(jiǎn)介單擊圖8.4Simulink仿真界面中框出的“LibraryBrowser”按鍵便會(huì)彈出“SimulinkLibraryBrowser”界面，即仿真模塊庫，如圖8.5所示，電路仿真所需元件模塊可在該模塊庫中搜尋并拖動(dòng)至圖8.4所示的仿真界面進(jìn)行元件模塊連線、參數(shù)設(shè)置。仿真項(xiàng)目搭建完成后，單擊圖8.4Simulink仿真界面中的“Run”運(yùn)行按鍵即可進(jìn)行項(xiàng)目仿真，具體電路仿真搭建方式將在后續(xù)章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。項(xiàng)目搭建完成后，單擊圖8.4Simulink仿真界面菜單欄中的“File”，在顯示的下拉欄目中選擇“Saveas…”如圖8.6(a)所示，即可彈出另存為界面，如圖8.6(b)所示，用戶可根據(jù)需要調(diào)整仿真項(xiàng)目的存儲(chǔ)路徑、文件名稱、保存類型等屬性。8.2常用模塊的調(diào)用1.電壓源(1)單相交流電壓源。搜索元件有2種方式，首先介紹第一種方式，打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左側(cè)欄目中找到“Simscape”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“Simscape”邊上的箭頭展開，找到“PowerSystems”，點(diǎn)擊展開“PowerSystems”模塊，找到該模塊下的“SpecializedTechnology”，點(diǎn)擊展開“SpecializedTechnology”，找到“FundamentalBlocks”，點(diǎn)擊展開“FundamentalBlocks”模塊，找到“ElectricalSources”，選中“ElectricalSources”并在右側(cè)顯示欄中找到“ACVoltageSource”模塊，并拖入Simulink仿真界面中。但該方式搜尋元器件較為繁瑣，因此在下文中將介紹第二種方式，列出常用元件的英文名稱，將該英文名稱輸入圖8.7對(duì)話框左上角的搜索欄，直接點(diǎn)擊搜索即可得到所需元件。單相交流電壓源在Simulink中的英文名稱為ACVoltageSource，將該英文名稱輸入圖8.7左上角的搜索欄進(jìn)行搜索，所得模塊元件圖形如圖8.8(a)所示，該單相交流電壓源標(biāo)注有“+”號(hào)，在進(jìn)行電路模擬仿真連線時(shí)注意該符號(hào)方向。雙擊該元件便可打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8.8(b)所示。(2)直流電壓源。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜尋直流電壓源(DCVoltageSource)，模塊元件圖形如圖8.9(a)所示，雙擊該元件便可打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8.9(b)所示，對(duì)話框中Amplitude指的是直流電壓源輸出的直流電壓取值，以伏(V)為單位。2.負(fù)載(1)串聯(lián)型負(fù)載。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索串聯(lián)型負(fù)載(SeriesRLCBranch)，模塊元件圖形如圖8.10(a)所示。雙擊該元件便可打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8.10(b)所示，對(duì)話框中Branchtype參數(shù)可以選擇負(fù)載類型，有電阻電感電容RLC、純電阻R、純電感L、純電容C、電阻電感RL、電阻電容RC、電感電容LC、開路Opencircuit8種，電阻R的單位為歐姆(Ω)，電感L的單位為亨利(H)，電容C的單位為法拉(F)。該元件模塊中，所有元件都是串聯(lián)的。(2)并聯(lián)型負(fù)載。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索并聯(lián)型負(fù)載(ParallelRLCBranch)，模塊元件圖形如圖8.11(a)所示。雙擊該元件便可打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8.11(b)所示，對(duì)話框中Branchtype參數(shù)可以選擇負(fù)載類型，有電阻電感電容RLC、純電阻R、純電感L、純電容C、電阻電感RL、電阻電容RC、電感電容LC、開路Opencircuit8種，但該元件模塊中所有元件都是并聯(lián)的。3.測(cè)量工具(1)電壓測(cè)量?jī)x。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索電壓測(cè)量?jī)x(VoltageMeasurement)，模塊元件圖形如圖8.12所示，該元件用于測(cè)量電壓，由放置在仿真模型中的Powergui模塊激活。圖形中的“+”“-”表示輸入該模塊的電壓測(cè)量端口，而“v”端口則是輸出端口，需要連接至下文中介紹的示波器上。(2)電流測(cè)量?jī)x。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索電流測(cè)量?jī)x(CurrentMeasurement)，模塊元件圖形如圖8.13所示，該元件用于測(cè)量仿真電路中的電流，由放置在仿真模型中的Powergui模塊激活。圖形中的“+”表示電流由此流入該元件模塊，“-”表示電流由此流出該元件模塊，i端口是輸出端口，需要連接至下文中介紹的示波器上。(3)示波器。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索示波器(Scope)，模塊元件圖形如圖8.14(a)所示，雙擊該元件便可打開示波器顯示界面，如圖8.14(b)所示。如需對(duì)示波器顯示方式進(jìn)行調(diào)整，則需選擇示波器顯示界面菜單欄中圖8.14(b)框出的設(shè)置按鍵，打開“ConfigurationProperties:Scope”對(duì)話框，在Main選項(xiàng)卡下進(jìn)行端口參數(shù)調(diào)整，主要可進(jìn)行Numberofinputports的調(diào)整，該參數(shù)表示示波器中顯示波形的數(shù)目，在該欄右側(cè)的Layout選項(xiàng)中則可進(jìn)行示波器顯示的布局，例如，當(dāng)Numberofinputports參數(shù)調(diào)整為3，Layout選項(xiàng)按照?qǐng)D8.15(a)所示進(jìn)行設(shè)置，示波器顯示界面則調(diào)整為圖8.15(b)所示。在“ConfigurationProperties:Scope”對(duì)話框的Display選項(xiàng)卡下，可對(duì)示波器顯示坐標(biāo)軸大小范圍進(jìn)行調(diào)整，如圖8.15(c)所示，Activedisplay為當(dāng)前需要調(diào)整坐標(biāo)軸大小的示波器欄目選擇，例如將該參數(shù)調(diào)整為1，則表示對(duì)圖8.15(b)中第一行坐標(biāo)軸Y的最大值最小值進(jìn)行調(diào)整，將Y-limits(Minimum)，即Y軸坐標(biāo)最小值參數(shù)調(diào)整為?-?100?V，將Y-limits(Maximum)，即Y軸坐標(biāo)最大值參數(shù)調(diào)整為100?V，點(diǎn)擊“OK”按鍵，便可得出調(diào)整過后的示波器第一欄Y軸坐標(biāo)顯示情況，如圖8.15(d)所示。4.電子器件(1)二極管。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索二極管(Diode)，模塊元件圖形如圖8.16(a)所示，圖形中a端口為二極管的陽極，k端口為二極管的陰極，m端口為二極管工作狀態(tài)的輸出端口。雙擊該元件便可打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8.16(b)所示，對(duì)話框中ResistanceRon參數(shù)表示二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的內(nèi)阻阻值，以歐姆(Ω)為單位；InductanceLon參數(shù)表示二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的內(nèi)置電感取值，以亨利(H)為單位；ForwardvoltageVf參數(shù)表示二極管的前向電壓，即二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)兩端的電壓取值，以伏特(V)為單位。在本書的電路模擬仿真中二極管的參數(shù)可保持默認(rèn)值。(2)晶閘管。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索晶閘管(Thyristor)，模塊元件圖形如圖8.17(a)所示，圖形中a端口為晶閘管的陽極，k端口為晶閘管的陰極，g端口為晶閘管的門極，m端口為工作時(shí)晶閘管電壓、電流情況的輸出端口。雙擊該元件便可打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8.17(b)所示，對(duì)話框中ResistanceRon參數(shù)指的是晶閘管的等效電阻，以歐姆(Ω)為單位；InductanceLon指的是等效電感，以亨特(H)為單位；ForwardvoltageVf指的是電壓，以伏特(V)為單位；InitialcurrentIc指的是非0初始條件下晶閘管的電流初始取值，以安培(A)為單位；SnubberresistanceRs、SnubbercapacitanceCs指的是和晶閘管并聯(lián)的R、C吸收電路元件參數(shù)，這類參數(shù)在本書的電路模擬仿真中可保持默認(rèn)值；當(dāng)Showmeasurementport欄被勾選上時(shí)，m端口可以輸出工作時(shí)晶閘管電壓情況、電流情況。(3)絕緣柵雙極型晶體管。打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，模塊元件圖形如圖8.18(a)所示，圖形中g(shù)端口為絕緣柵雙極型晶體管的柵極，C端口為絕緣柵雙極型晶體管的集電極，E端口為絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極，m端口為工作時(shí)絕緣柵雙極型晶體管的電壓、電流情況輸出端口。雙擊該元件便可打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8.18(b)所示。5.脈沖觸發(fā)器打開仿真模塊庫“SimulinkLibraryBrowser”界面，在左上角搜索欄搜索脈沖觸發(fā)器(PulseGenerator)，模塊元件圖形如圖8.19(a)所示。該模塊用于在每個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的方波脈沖，可給晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管等元器件施加脈沖。雙擊該模塊便可打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8.19(b)所示。脈沖形式Pulsetype欄可選擇Timebased；時(shí)間Time欄可選擇Usesimulationtime；Amplitude為方波的幅值參數(shù)；Period為方波的周期參數(shù)；PulseWidth為方波的脈寬參數(shù)；Phasedelay為相位延遲參數(shù)，但注意該參數(shù)的單位是秒(s)，因此需要進(jìn)行換算，例如，在頻率為50?Hz的交流電中(即一個(gè)周期為0.02?s)，如