电力电子与电气传动综合设计

Question

1、设计一个三相桥式全控整流电路，电源相电压为 220V，利用可调的直流电压驱动直流电

机进行调速，仿真观察整流电路输出电压和电流波形，电机电流、转速、转矩变化曲线。

2、设计一个双闭环直流电动机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，电动机参数：

UN=220V,IdN=136A,nN=1460r/min,Ce=0.132V.min/r, 过载倍数 λ＝1.5，整流装置放大系数

Ks＝40，电枢回路总电阻 R＝0.5 欧，时间常数 Tl=0.03s,Tm=0.18s,电流反馈系数 β＝0.05V/A,

转速反馈系数 α＝0.007V.min/r，要求实现稳态无静差，电流超调量 σi％≤5％，空载起动到

额定转速时的转速超调量 σn％≤10％，取电流反馈滤波时间常数 Toi＝0.0017s,转速反馈滤波

时间常数 Ton＝0.01s,取转速调节器和电流调节器的饱和值为 12V，输出限幅值为 10V，额

定转速时转速给定 Un*＝10V。仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响应的影响。

3、完成基于 IGBT 逆变电路的异步电机恒压频比变频调速系统仿真，电机参数如下：额定

功率为2.2kW,额定线电压为380V，额定频率为50Hz,额定转速为1423pm，定子电阻为3.478Ω，

定子漏感为 0.01254H，转子电阻为 2.546Ω，转子漏感为 0.01226H，励磁电感为 0.3329H，

转动惯量为 0.0131，极对数为 2。

4、采用三相 SPWM 技术设计一个转速开环变频调速系统，观察电动机的电流、转速和转矩

曲线

Answer 1

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1、设计一个三相桥式全控整流电路，电源相电压为 220V，利用可调的直流电压驱动直流电机进行调速，仿真观察整流电路输出电压和电流波形，电机电流、转速、转矩变化曲线。 解答： 整流电路的原理图如下所示：  根据电路原理图，可以编写以下 MATLAB/Simulink 仿真模型来模拟整流电路的输出电压和电流波形，电机电流、转速、转矩变化曲线的实时变化情况：  2、设计一个双闭环直流电动机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，电动机参数：UN=220V,IdN=136A,nN=1460r/min,Ce=0.132V.min/r, 过载倍数 λ=1.5，整流装置放大系数Ks=40，电枢回路总电阻R=0.5欧，时间常数Tl=0.03s,Tm=0.18s,电流反馈系数β=0.05V/A,转速反馈系数α=0.007V.min/r，要求实现稳态无静差，电流超调量σi≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤10%，取电流反馈滤波时间常数Toi=0.0017s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.01s,取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V，输出限幅值为10V，额定转速时转速给定Un*=10V。仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响应的影响。 解答： 根据上述要求，我们需要设计一个双闭环直流电动机调速系统的控制器结构，如下图所示：  使用 MATLAB/Simulink 软件，可以编写以下仿真模型，来模拟双闭环直流电动机调速系统的实时响应和设定参数变化对系统响应的影响：  3、完成基于 IGBT 逆变电路的异步电机恒压频比变频调速系统仿真，电机参数如下：额定功率为2.2kW,额定线电压为380V，额定频率为50Hz,额定转速为1423pm，定子电阻为3.478Ω，定子漏感为0.01254H，转子电阻为2.546Ω，转子漏感为0.01226H，励磁电感为0.3329H，转动惯量为0.0131，极对数为2。 解答： 基于 IGBT 逆变电路的异步电机恒压频比变频调速系统的原理图如下所示：  使用 MATLAB/Simulink 软件，可以编写以下仿真模型，来模拟该系统的实时响应：  4、采用三相 SPWM 技术设计一个转速开环变频调速系统，观察电动机的电流、转速和转矩曲线。 解答： 采用三相 SPWM 技术设计的转速开环变频调速系统的原理图如下所示：  使用 MATLAB/Simulink 软件，可以编写以下仿真模型，来模拟该系统的实时响应：