《自控系统》-Matlab实训

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实验课一 直流调速用电源 Matlab 仿真
一. 实验目的:
1. 加深理解三相桥式全控整流电路工作原理及特点。
2. 学习基本的 Matlab 建模方法及元件模型参数设定。
二. 实验任务:
1. 在 simulink 平台上，构建三相桥式全控整流电路模型。分别对纯电
阻负载、阻感负载情况仿真，观察整流输出电压及电流波形变化。
2. 按教材例题 1­4~5 的数据进行直流电动机建模。并分别对两种不同供
电方式下的电机运行情况进行仿真。
三. 实验内容: ①
1. 三相桥式全控整流电路建模与仿真
( 1 ) 三相桥式全控整流电路的工作原理：
三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，完整的三相桥式整流电路由整流变压器、
6 个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成（图中未画出） 个晶闸管依次相隔
。6
60 度触发，将电源交流电整流为直流电。三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲
触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。整流元
件必须有序控制，习惯上将共阴极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管编为 VT1、
①
本实验课所用 Matlab 文件为 Lab_course1_1.mdl

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VT3、VT5，共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为 VT4、VT6 、VT2。
按此编号，晶闸管导通的顺序为：VT1­VT2­VT3 ­VT4­VT5­VT6。整流变压器采用Δ/Y 联结
可减少 3 的整倍数次谐波电流对电源的影响。
( 2 ) 基于 Simulink 三相桥式全控整流电路的建模
在 Simulink 环境下，运用 PowerSystemBlockset 的各种元件模型建立了三相桥式全控
整流电路的仿真模型，仿真结构如图 1­1 所示：从 Simulink 和 SimPowerSystems 模块库中，
找到所用的模块拖入到新建的模型编辑窗口中。
( 3 ) 建模参数设置
a) 电源参数设置：三相电源的电压峰值 220 2 V，频率为 50HZ，相位分别为 0、­120、
­240。
b) 整流器变压器参数设置：一次绕组联结（wingding1 connection）选择 Delta(D11)，

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线电压为 380V；二次绕组联结（wingding 2 connection）选择 Y，线电压为 230v，在要求
不高时变压器容量、互感等其他参数可以保持默认值不变。
c）同步变压器参数设置：一次绕组联结（wingding1 connection）选择 Delta(D11)，
线电压为 380V；二次绕组联结（wingding 2 connection）选择 Y，线电压为 15v，其他参
数可以保持默认值不变。
d）三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。在整流器件栏选 Thyristors（晶闸管）
e）RLC 负载参数设置：R 值为 0.5 欧姆，L 值选 0.0147H，C 的值为 inf。
并选支路电压、电流可测。

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f）6 脉冲发生器设置：频率为 50HZ，脉冲宽度取 10，选择双脉冲触发方式。
该模块是经过子系统封装后构成的一个模块。可以通过 Edit 菜单选项 Look under Mask
查看其内部结构。
g）直流电机设置：F+和 F­是直流电机励磁绕组的连接端，A+和 A­是电机电枢绕组
的联结端，TL 是电机负载转矩的输入端。m 端用于输出电机的内部变量和状态，在该端可

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以输出电机角速度、电枢电流、励磁电流和电磁转矩四项参数。本例设置电枢电阻 0.5 欧姆，
2
电枢电感 0.0023H，励磁绕组电阻 100 欧姆，励磁和电枢互感 0.836H，转动惯量 0.255kg.m 。
励磁直流电源电压 220V。其它参数可选默认值。粘滞摩擦系数（Viscous friction coefficient）
为 0，库仑摩擦转矩（Coulomb friction torque）为 0，初始角速度(initial speed)为 0.1。
以上参数除电机额定参数外，可用下述估算式得到：
U - I N R
电动势系数 C = N
e
a
nN
11.9 eU N
C
电枢电感(H)： L =
a p 为电机磁极对数
2 pnN I N
U f
场枢互感(H): L = Cm = 30 e C I f =
af
If p I f R f

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Uf 为励磁绕组直流电压；Rf 为励磁绕组电阻；恒磁场控制时 Lf 可设为 0。
2
电机转动惯量(kg.m ) GD 2 g 为重力加速度
J =
4 g
电机额定电磁转矩(N.m) TN = Cm I N = 9.55 e I N
C
供电电源变压器二次电压(相电压)
U - Rrec I N
U 2 = N
2.34 cos a min
h）其它为示波器、万用表等观测模块，可选用。
( 4 ) 三相桥式全控整流电路仿真结果
a) 纯电阻负载，触发角分别为 30°、90°、120°时整流器输出电压仿真图

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可见，控制触发角范围 0~120°其中 60°为临界连续点。
b) 阻感负载（电感足够大），触发角分别为 65、90、115 时整流器输出电压仿真图

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可见，90°时输出电压平均值为 0，只要电感值足够大，电路电流就能连续。
四. 实验步骤:
1. 进入 Windows 操作系统；
2. 进入 Matlab Command Window(双击桌面上的 Matlab 图标进入)；
3. 进入 Simulink 窗口(在 Matlab Command Window 窗口中，键入 Simulink 后按回车
键) 或双击工具栏中的 图标；如下

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所用框图多在 Simulink 和 SimPowerSystems 栏里，点击后，右边窗口出现模块类，所用
的多在 Commonly Used Block（通用类模块）、Continuous（连续系统类模块）、Math
Operations（数学运算类模块）、Sinks（输出类模块）和 Source（输入类模块）里。
4. 点击 Simulink 窗口中的 图标，弹出一个新窗口，就可将所需的模块从 Simulink 库中
拖入该窗口中，连接好各模块和设置参数后命名保存，就会生成一个后缀为.mdl 的
Matlab 文件。
5. 在 Simulink 窗口构建好动态数学模型后，选择好仿真时间和仿真算法（多采用 ode23）
对系统模型仿真。
五. 思考问题:
1. V-M 系统中平波电抗器有什么作用？
2. 如何封装用户子系统，构成用户模块？
3. Matlab 对你所学的还有其他用处吗？