1、實 驗 教 案課程名稱：電力拖動自動控制系統 授課教師： 苗 風 東 授課對象： 07電氣自動化 授課地點： 實 驗3號414 1 / 41實驗一 晶閘管直流調速系統參數的測定實驗一、實驗目的 (1)熟悉晶閘管直流調速系統的組成及其基本結構。(2)掌握晶閘管直流調速系統參數及反饋環節測定方法。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發電路該掛件包含“觸發電路”,“正反橋功放” 等幾個模塊。4DJK04 電機調速控制實驗 I該掛件包含“給定”，“電流調節器”，“速度變換”，“電流

2、反饋與過流保護”等幾個模塊。5DJK10 變壓器實驗該掛件包含“三相不控整流”和“心式變壓器”等模塊。6DD03-3電機導軌光碼盤測速系統及數顯轉速表7DJ13-1 直流發電機8DJ15 直流并勵電動機9D42三相可調電阻10數字存儲示波器自備11萬用表自備三、實驗線路及原理晶閘管直流調速系統由整流變壓器、晶閘管整流調速裝置、平波電抗器、電動機-發電機組等組成。在本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓Ug作為觸發器的移相控制電壓Uct，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調的直流電壓，以滿足實驗要求。實驗系統的組成原理圖如圖1-1所示。四、實驗內容（1）測定晶閘

3、管直流調速系統主電路總電阻值R。（2）測定晶閘管直流調速系統主電路電感值L。（3）測定直流電動機-直流發電機-測速發電機組的飛輪慣量GD2 。五、預習要求學習教材中有關晶閘管直流調速系統各參數的測定方法。圖1-1 實驗系統原理圖六、實驗方法為研究晶閘管電動機系統，須首先了解電樞回路的總電阻R、總電感L以及系統的電磁時間常數Td與機電時間常數TM，這些參數均需通過實驗手段來測定，具體方法如下：(1)電樞回路總電阻R的測定電樞回路的總電阻R包括電機的電樞電阻Ra、平波電抗器的直流電阻RL及整流裝置的內阻Rn，即R = Ra十RL十Rn (1-1)由于阻值較小，不宜用歐姆表或電橋測量，因是小電流檢測

4、，接觸電阻影響很大，故常用直流伏安法。為測出晶閘管整流裝置的電源內阻須測量整流裝置的理想空載電壓U0，而晶閘管整流電源是無法測量的，為此應用伏安比較法，實驗線路如圖4-2所示。將變阻器R1、R2接入被測系統的主電路，測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉。合上S1、S2，調節給定使輸出直流電壓Ud在30%Ued70%Ued范圍內，然后調整R2使電樞電流在80%Ied90%Ied范圍內，讀取電流表A和電壓表V2的數值為I1、U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為Udo=I1R+U1 （1-2）調節R1使之與R2的電阻值相近，拉開開關S2，在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數值I2、U2，則 UdoI2

5、R十U2 (1-3)求解(4-2)、(4-3)兩式，可得電樞回路總電阻:R（U2-U1）/（I1-I2） (1-4)如把電機電樞兩端短接，重復上述實驗，可得RL十Rn=(U2-U1)/(I1-I2) (1-5)則電機的電樞電阻為Ra=R-(RL十Rn)。 (1-6)同樣，短接電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻RL。圖1-2伏安比較法實驗線路圖(2)電樞回路電感L的測定電樞回路總電感包括電機的電樞電感La、平波電抗器電感Ld和整流變壓器漏感LB，由于LB數值很小，可以忽略，故電樞回路的等效總電感為 LLa+Ld (1-7)電感的數值可用交流伏安法測定。實驗時應給電動機加額定勵磁，并使電機堵轉，實

6、驗線路如圖4-3所示。圖1-3 測量電樞回路電感的實驗線路圖實驗時交流電壓由DJK01電源輸出，接DJK10的高壓端，從低壓端輸出接電機的電樞，用交流電壓表和電流表分別測出電樞兩端和電抗器上的電壓值Ua和UL及電流I,從而可得到交流阻抗Za和ZL，計算出電感值La和Ld，計算公式如下: (1-8) (1-9) (1-10) (1-11)(3)直流電動機-發電機-測速發電機組的飛輪慣量GD2 的測定電力拖動系統的運動方程式為T-Tz=(GD2/375)dn/dt (1-12)式中，T為電動機的電磁轉矩，單位為N·m；Tz為負載轉矩，空載時即為空載轉矩Tk，單位為N·m，n為電

7、機轉速，單位為rpm。電機空載自由停車時，T=0，Tz=Tk，則運動方程式為: (1-13)從而有 (1-14)式中GD2的單位為N·m2；Tk可由空載功率PK(單位為W)求出: (1-15) (1-16) dn/dt可以從自由停車時所得的曲線nf(t)求得，其實驗線路如圖4-4 圖1-4 測定GD2時的實驗線路圖電動機加額定勵磁，將電機空載啟動至穩定轉速后，測量電樞電壓Ua和電流Ia0,然后斷開給定，用數字存儲示波器記錄n=f(t)曲線，即可求取某一轉速時的Tk和dn/dt。由于空載轉矩不是常數，可以以轉速n為基準選擇若干個點，測出相應的Tk和dn/dt，以求得GD2的平均值。由于

8、本實驗裝置的電機容量比較小，應用此法測GD2時會有一定的誤差。七、實驗報告作出實驗所得的各種曲線，計算有關參數。八、注意事項(1)由于實驗時裝置處于開環狀態，電流和電壓可能有波動，可取平均讀數。(2)由于DJK04上的過流保護整定值的限制，在完成機電時間常數測定的實驗中，其電樞電壓不能加得太高。(3)當電機堵轉時，會出現大電流，因此測量的時間要短，以防電機過熱。(4)在測試Ud=f(Ug)時，DJK02上的偏移電壓要先調到=120°，具體方法見單閉環直流調速。實驗二 晶閘管直流調速系統環節特性的測定實驗一、實驗目的 (1)熟悉晶閘管直流調速系統的組成及其基本結構。(2)掌握晶閘管直流

9、調速系統反饋環節的測定方法。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發電路該掛件包含“觸發電路”,“正反橋功放” 等幾個模塊。4DJK04 電機調速控制實驗 I該掛件包含“給定”，“電流調節器”，“速度變換”，“電流反饋與過流保護”等幾個模塊。5DJK10 變壓器實驗該掛件包含“三相不控整流”和“心式變壓器”等模塊。6DD03-3電機導軌光碼盤測速系統及數顯轉速表7DJ13-1 直流發電機8DJ15 直流并勵電動機9D42三相可調電阻10數字存儲示波器自備11萬用表自備三、實驗

10、線路及原理晶閘管直流調速系統由整流變壓器、晶閘管整流調速裝置、平波電抗器、電動機-發電機組等組成。在本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓Ug作為觸發器的移相控制電壓Uct，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調的直流電壓，以滿足實驗要求。實驗系統的組成原理圖如圖4-5所示。四、實驗內容（1）測定晶閘管直流調速系統主電路電磁時間常數Td。（2）測定直流電動機電勢常數Ce和轉矩常數CM。（3）測定晶閘管直流調速系統機電時間常數TM。（4）測定晶閘管觸發及整流裝置特性Ud=f(Uct)。（5）測定測速發電機特性UTG=f(n)。五、預習要求學習教材中有關晶閘管直流調

11、速系統各環節特性的測定方法。圖2-1 實驗系統原理圖六、實驗方法(1)主電路電磁時間常數Td的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數規律上升: 其電流變化曲線如圖4-5所示。當t=Td時，有實驗線路如圖4-6所示。電機不加勵磁，調節給定使電機電樞電流在50%Ied90%Ied范圍內。然后保持Ug不變，將給定的S2撥到接地位置，然后撥動給定S2從接地到正電壓躍階信號，用數字存儲示波器記錄id=f（t）的波形，在波形圖上測量出當電流上升至穩定值的63.2%時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數Td。(2)電動機電勢常數Ce和轉矩常數CM的測定將電動機加

12、額定勵磁，使其空載運行，改變電樞電壓Ud，測得相應的n即可由下式算出Ce:式中，Ce的單位為V/(rpm)。轉矩常數(額定磁通)CM的單位為N·m/A。CM可由Ce求出: CM = 9.55 Ce圖2-2 電流上升曲線 圖2-3 測定Td的實驗線路圖(3)系統機電時間常數TM的測定系統的機電時間常數可由下式計算 由于TM>>Td，也可以近似地把系統看成是一階慣性環節，即當電樞突加給定電壓時，轉速n將按指數規律上升，當n到達穩態值的63.2%時,所經過的時間即為拖動系統的機電時間常數。測試時電樞回路中附加電阻應全部切除，突然給電樞加電壓，用數字存儲示波器記錄過渡過程曲線n=

13、f(t)，即可由此確定機電時間常數。(4)晶閘管觸發及整流裝置特性Ud=f(Ug)和測速發電機特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖4-4所示，可不接示波器。電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發電路的控制電壓Ug，分別讀取對應的Ug、UTG、Ud、n的數值若干組，即可描繪出特性曲線Ud=f(Ug)和UTG =f(n)。 由Ud=f(Ug)曲線可求得晶閘管整流裝置的放大倍數曲線Ks=f(Ug):Ks =Ud/Ug 七、實驗報告(1)作出實驗所得的各種曲線，計算有關參數。(2)由Ks=f(Ug)特性，分析晶閘管裝置的非線性現象。八、注意事項(1)由于實驗時裝置處于開環狀態，電流和電壓可能有波動，可取平均

14、讀數。(2)由于DJK04上的過流保護整定值的限制，在完成機電時間常數測定的實驗中，其電樞電壓不能加得太高。(3)當電機堵轉時，會出現大電流，因此測量的時間要短，以防電機過熱。(4)在測試Ud=f(Ug)時，DJK02上的偏移電壓要先調到=120°，具體方法見單閉環直流調速。實驗三 晶閘管直流調速系統主要單元的調試一、實驗目的(1)熟悉直流調整系統主要單元部件的工作原理及調速系統對其提出的要求。(2)掌握直流調速系統主要單元部件的調試步驟和方法。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK04 電機調速控制實驗 I該掛

15、件包含“給定”、“調節器I”、“調節器II”、“電流反饋與過流保護”等幾個模塊。3DJK04-1 電機調速控制實驗 II該掛件包含“轉矩極性鑒別”、“零電平鑒別”、“邏輯變換控制”等幾個模塊，完成選做實驗項目時需要。4DJK06 給定及實驗器件該掛件包含“給定”等幾個模塊。5DJK08可調電阻、電容箱6慢掃描示波器7萬用表自備三、實驗內容(1)調節器I(速度調節器)的調試。(2)調節器II(電流調節器)的調試。(3)反號器的調試。(4)“零電平檢測”及“轉矩極性鑒別”的調試(選做)。(5)邏輯控制器的調試(選做)。四、實驗方法將DJK04掛件上的十芯電源線、DJK04-1和DJK06掛件上的藍

16、色三芯電源線與控制屏相應電源插座連接，打開掛件上的電源開關，就可以開始實驗。(1)調節器I(一般作為速度調節器使用)的調試調節器調零將DJK04中“調節器I”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調電阻120K接到“調節器I”的“4”、“5”兩端，用導線將“5”、“6”端短接，使“調節器I”成為P (比例)調節器。用萬用表的毫伏檔測量“調節器I”的“7”端的輸出，調節面板上的調零電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于零。調整輸出正、負限幅值將“5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調電容0.47uF接入“5”、“6”兩端，使調節器成為PI (比例積分)調節器，將“調節器I”的所有輸入端上的接

17、地線去掉，將DJK04的給定輸出端接到“調節器I”的“3”端，當加+5V的正給定電壓時，調整負限幅電位器RP2，觀察調節器負電壓輸出的變化規律；當調節器輸入端加-5V的負給定電壓時，調整正限幅電位器RP1，觀察調節器正電壓輸出的變化規律。測定輸入輸出特性再將反饋網絡中的電容短接（將“5”、“6”端短接），使“調節器I”為P（比例）調節器，同時將正負限幅電位器RP1和RP2均順時針旋到底，在調節器的輸入端分別逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓變化，直至輸出限幅值，并畫出對應的曲線。觀察PI特性拆除“5”、“6”短接線，給調節器輸入端突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律。改變調節器

18、的外接電阻和電容值（改變放大倍數和積分時間），觀察輸出電壓的變化。(2)調節器II(一般作為電流調節器使用)的調試調節器的調零 將DJK04中“調節器II”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調電阻13K接“調節器II”的“8”、“9”兩端，用導線將“9”、“10”短接，使“調節器II”成為P（比例）調節器。用萬用表的毫伏檔測量調節器II的“11”端的輸出，調節面板上的調零電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于零。調整輸出正、負限幅值把“9”、“10”短接線去掉，將DJK08中的可調電容0.47uF接入“9”、“10”兩端，使調節器成為PI（比例積分）調節器，將“調節器II”的所有輸入端上的接

19、地線去掉，將DJK04的給定輸出端接到調節器II的“4”端，當加+5V的正給定電壓時，調整負限幅電位器RP2，觀察調節器負電壓輸出的變化規律；當調節器輸入端加-5V的負給定電壓時，調整正限幅電位器RP1，觀察調節器正電壓輸出的變化規律。測定輸入輸出特性再將反饋網絡中的電容短接（將“9”、“10” 端短接），使“調節器II”為P調節器，同時將正負限幅電位器RP1和RP2均順時針旋到底，在調節器的輸入端分別逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓變化，直至輸出限幅值，并畫出對應的曲線。觀察PI特性拆除“9”、“10”短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律。改變調節器的外接電阻和電容

20、值（改變放大倍數和積分時間），觀察輸出電壓的變化。(3)反號器的調試測定輸入輸出的比例，將反號器輸入端“1”接“給定”的輸出，調節“給定”輸出為5V電壓，用萬用表測量“2”端輸出是否等于-5V電壓，如果兩者不等，則通過調節RP1使輸出等于負的輸入。再調節“給定”電壓使輸出為-5V電壓，觀測反號器輸出是否為5V。(4)“轉矩極性鑒別”及“零電平檢測”的調試(選做)測定“轉矩極性鑒別”的環寬，一般環寬為0.40.6伏，記錄高電平的電壓值，調節單元中的RP1電位器使特性滿足其要求，使得“轉矩極性鑒別”的特性范圍從-0.25V到0.25V。轉矩極性鑒別具體調試方法：A、調節給定U，使“轉矩極性鑒別”的

21、“1”腳得到約0.25V電壓，調節電位器RP1，恰好使其“2”端輸出從“高電平”躍變為“低電平”。B、調節負給定從0V起調，當轉矩極性鑒別器的“2”端從“低電平” 躍變為“高電平”時，檢測轉矩極性鑒別器的“1”端應為0.25V左右，否則應適當調整電位器RP1，使“2”端輸出由“高電平”變“低電平”。C、重復上述步驟，觀測正負給定時跳變點是否基本對稱，如有偏差則適當調節，使得正負的跳變電壓的絕對值基本相等。測定“零電平檢測”的環寬，一般環寬也為0.40.6伏，調節RP1電位器，使回環沿縱坐標右側偏離0.2V，即特性范圍從0.2V到0.6V?！傲汶娖綑z測”具體調試方法：A、調節給定U，使“零電平檢

22、測”的“1”端輸入約0.6V電壓，調節電位器RP1，恰好使“2”端輸出從“高電平”躍變為“低電平”。B、慢慢減小給定，當“零電平檢測”的“2”端輸出從“低電平”躍變為“高電平”時，檢測“零電平檢測”的“1”端輸入應為0.2V左右，否則應調整電位器。根據測得數據，畫出兩個電平檢測器的回環特性。(5)邏輯控制的調試(選做)將DJK04的“給定”輸出接到DJK04-1“邏輯控制”的“Um”輸入端，將DJK06的“給定”輸出接到DJK04-1“邏輯控制”的“UI”輸入端，并將DJK04、DJK04-1、DJK06掛件共地。將DJK04和DJK06“給定”的RP1電位器，均順時針旋到底，將給定部分的S2

23、打到運行側表示輸出是“1”，打到停止側表示輸出是“0”。兩個給定都輸出“1”時，用萬用表測量邏輯控制的“3(UZ)”、“6(U)”端輸出應該是“0”，“4(UF)”、“7(U)”端的輸出應該是“1”，依次按下表從左到右的順序，控制DJK04和DJK06“給定”的輸出狀態，同時用萬用表測量邏輯控制的“UZ”、“U”和“UF”、“U”端的輸出是否符合下表。輸入Um110001UI100100輸出UZ（U）000111UF（U）111000五、實驗報告(1)畫各控制單元的調試連線圖。(2)簡述各控制單元的調試要點。實驗四 晶閘管直流調速系統開環機械特性測定實驗一、實驗目的(1)了解晶閘管直流調速系統

24、的原理、組成及各主要單元部件的原理。(2) 掌握晶閘管直流調速系統的一般調試過程。（3）掌握晶閘管直流調速系統的開環機械特性的測定方法。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發電路該掛件包含“觸發電路”、“正反橋功放”等幾個模塊。4DJK04 電機調速控制實驗 I該掛件包含“給定”、“調節器I”、“調節器II”、“轉速變換”、“電流反饋與過流保護”、“電壓隔離器”等幾個模塊。5DJK08可調電阻、電容箱6DD03-3電機導軌光碼盤測速系統及數顯轉速表7DJ13-1 直流發電機

25、8DJ15 直流并勵電動機9D42三相可調電阻10慢掃描示波器自備11萬用表自備三、實驗線路及原理晶閘管直流調速系統由整流變壓器、晶閘管整流調速裝置、平波電抗器、電動機-發電機組等組成。在本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓Ug作為觸發器的移相控制電壓Uct，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調的直流電壓，以滿足實驗要求。實驗系統的組成原理圖如圖4-8所示。圖4-1晶閘管直流調速系統原理圖四、實驗內容 (1)DJK04上的基本單元的調試。 (2)Uct不變時直流電動機開環特性的測定。 (3)Ud不變時直流電動機開環特性的測定。五、預習要求(1)復習自動控制系

26、統(直流調速系統)教材中有關晶閘管直流調速系統、閉環反饋控制系統的內容。(2)掌握調節器的基本工作原理。 (3)根據實驗原理圖，能畫出實驗系統的詳細接線圖，并理解各控制單元在調速系統中的作用。 六、實驗方法(1)DJK02和DJK02-1上的“觸發電路”調試 打開DJK01總電源開關，操作“電源控制屏”上的“三相電網電壓指示”開關，觀察輸入的三相電網電壓是否平衡。將DJK01“電源控制屏”上“調速電源選擇開關”撥至“直流調速”側。用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號輸出”端和DJK02-1“三相同步信號輸入”端相連,打開DJK02-1電源開關，撥動 “觸發脈沖指示”鈕子開關，使“窄

27、”的發光管亮。觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調節A、B、C三相鋸齒波斜率調節電位器（在各觀測孔左側），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將DJK04上的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關S2撥到接地位置（即Uct=0），調節DJK02-1上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔” VT1的輸出波形，使=120°(注意此處的表示三相晶閘管電路中的移相角，它的0°是從自然換流點開始計算，而單相晶閘管電路的0°移相角表示從同步信號過零點開始計算，兩者存在相位差，前者比后者滯后30°)。適當增加給定U

28、g的正電壓輸出，觀測DJK02-1上“脈沖觀察孔”的波形，此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。用8芯的扁平電纜，將DJK02-1面板上“觸發脈沖輸出”和“觸發脈沖輸入”相連，使得觸發脈沖加到正反橋功放的輸入端。將DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正橋觸發脈沖輸出”端和DJK02“正橋觸發脈沖輸入”端相連，并將DJK02“正橋觸發脈沖”的六個開關撥至“通”，觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發脈沖是否正常。(2)Uct不變時的直流電機開環外特性的測定按圖4-8的接線圖接線，DJK02-1上的移相控制電壓Uct由DJK04上的“給定”輸出Ug直接接入

29、，直流發電機接負載電阻R，Ld用DJK02上200mH，將給定的輸出調到零。先閉合勵磁電源開關，按下DJK01“電源控制屏”啟動按鈕，使主電路輸出三相交流電源，然后從零開始逐漸增加“給定”電壓Ug，使電動機慢慢啟動并使轉速 n 達到1200rpm。改變負載電阻R的阻值，使電動機的電樞電流從空載直至Ied。即可測出在Uct不變時的直流電動機開環外特性n = f(Id)，測量并記錄數據于下表：n（rpm）Id（A）(3)Ud不變時直流電機開環外特性的測定控制電壓Uct由DJK04的“給定”Ug直接接入，直流發電機接負載電阻R，Ld用DJK02上200mH,將給定的輸出調到零。按下DJK01“電源控

30、制屏”啟動按鈕，然后從零開始逐漸增加給定電壓Ug，使電動機啟動并達到1200rpm。改變負載電阻R，使電動機的電樞電流從空載直至Ied。用電壓表監視三相全控整流輸出的直流電壓Ud，在實驗中始終保持Ud不變(通過不斷的調節DJK04上“給定”電壓Ug來實現)，測出在Ud不變時直流電動機的開環外特性n =f(Id)，并記錄于下表中：n（rpm）Id（A）七、實驗報告(1)根據實驗數據，畫出Uct不變時直流電動機開環機械特性。 (2)根據實驗數據，畫出Ud不變時直流電動機開環機械特性。八、注意事項(1)雙蹤示波器有兩個探頭，可同時觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的地線

31、不能同時接在同一電路的不同電位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發生意外。(2)電機啟動前，應先加上電動機的勵磁，才能使電機啟動。在啟動前必須將移相控制電壓調到零，使整流輸出電壓為零，這時才可以逐漸加大給定電壓，不能在開環或速度閉環時突加給定，否則會引起過大的啟動電流，使過流保護動作，告警，跳閘。(3)通電實

32、驗時，可先用電阻作為整流橋的負載，待確定電路能正常工作后，再換成電動機作為負載。實驗五 單閉環不可逆直流調速系統實驗一、實驗目的(1)了解單閉環直流調速系統的原理、組成及各主要單元部件的原理。(2)掌握晶閘管直流調速系統的一般調試過程。(3)認識閉環反饋控制系統的基本特性。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發電路該掛件包含“觸發電路”、“正反橋功放”等幾個模塊。4DJK04 電機調速控制實驗 I該掛件包含“給定”、“調節器I”、“調節器II”、“轉速變換”、“電流反饋與過

33、流保護”、“電壓隔離器”等幾個模塊。5DJK08可調電阻、電容箱6DD03-3電機導軌光碼盤測速系統及數顯轉速表7DJ13-1 直流發電機8DJ15 直流并勵電動機9D42三相可調電阻10慢掃描示波器自備11萬用表自備三、實驗線路及原理為了提高直流調速系統的動靜態性能指標，通常采用閉環控制系統(包括單閉環系統和多閉環系統)。對調速指標要求不高的場合，采用單閉環系統，而對調速指標較高的則采用多閉環系統。按反饋的方式不同可分為轉速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環系統中，轉速單閉環使用較多。在本裝置中，轉速單閉環實驗是將反映轉速變化的電壓信號作為反饋信號，經“轉速變換”后接到“速度調節器”的輸入

34、端，與“給定”的電壓相比較經放大后，得到移相控制電壓Uct，用作控制整流橋的“觸發電路”，觸發脈沖經功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構成了速度負反饋閉環系統。電機的轉速隨給定電壓變化，電機最高轉速由速度調節器的輸出限幅所決定，速度調節器采用P（比例）調節對階躍輸入有穩態誤差，要想消除上述誤差，則需將調節器換成PI(比例積分)調節。這時當“給定”恒定時，閉環系統對速度變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的轉速能穩定在一定的范圍內變化。在電流單閉環中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號作為反饋信號加到“電流調節器”的輸入端，與“給定”的電

35、壓相比較，經放大后，得到移相控制電壓Uct，控制整流橋的“觸發電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構成了電流負反饋閉環系統。電機的最高轉速也由電流調節器的輸出限幅所決定。同樣，電流調節器若采用P（比例）調節，對階躍輸入有穩態誤差，要消除該誤差將調節器換成PI(比例積分)調節。當“給定”恒定時，閉環系統對電樞電流變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的電樞電流能穩定在一定的范圍內變化。圖5-1 轉速單閉環系統原理圖圖5-2 電流單閉環系統原理圖在電壓單閉環中，將反映電壓變化的電壓隔離器輸出電壓信號作為反饋信號加到“電壓調節器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經放大后，得到

36、移相控制電壓Uct，控制整流橋的“觸發電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構成了電壓負反饋閉環系統。電機的最高轉速也由電壓調節器的輸出限幅所決定。同樣，調節器若采用P(比例)調節，對階躍輸入有穩態誤差，要消除該誤差將調節器換成PI(比例積分)調節。當“給定”恒定時，閉環系統對電樞電壓變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的電樞電壓能穩定在一定的范圍內變化。圖5-3 電壓單閉環系統原理圖在本實驗中DJK04上的“調節器I”做為“速度調節器”和“電壓調節器”使用，“調節器II”做為“電流調節器”使用；若使用DD03-4不銹鋼電機導軌、渦流測功機及光碼盤測速系統和D54-4智能

37、電機特性測試及控制系統兩者來完成電機加載請詳見附錄相關內容。四、實驗內容 (1)DJK04上的基本單元的調試。 (2) 轉速單閉環直流調速系統。 (3 電流單閉環直流調速系統。 (4) 電壓單閉環直流調速系統。五、預習要求(1)復習自動控制系統(直流調速系統)教材中有關晶閘管直流調速系統、閉環反饋控制系統的內容。(2)掌握調節器的基本工作原理。 (3)根據實驗原理圖，能畫出實驗系統的詳細接線圖，并理解各控制單元在調速系統中的作用。 (4)實驗時，如何能使電動機的負載從空載(接近空載)連續地調至額定負載?六、實驗方法(1)DJK02和DJK02-1上的“觸發電路”調試 打開DJK01總電源開關，

38、操作“電源控制屏”上的“三相電網電壓指示”開關，觀察輸入的三相電網電壓是否平衡。將DJK01“電源控制屏”上“調速電源選擇開關”撥至“直流調速”側。用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號輸出”端和DJK02-1“三相同步信號輸入”端相連,打開DJK02-1電源開關，撥動 “觸發脈沖指示”鈕子開關，使“窄”的發光管亮。觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調節A、B、C三相鋸齒波斜率調節電位器（在各觀測孔左側），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將DJK04上的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關S2撥到接地位置（即Uct=0），調節DJK02-1上的偏移電壓電

39、位器，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔” VT1的輸出波形，使=120°(注意此處的表示三相晶閘管電路中的移相角，它的0°是從自然換流點開始計算，而單相晶閘管電路的0°移相角表示從同步信號過零點開始計算，兩者存在相位差，前者比后者滯后30°)。適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測DJK02-1上“脈沖觀察孔”的波形，此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。用8芯的扁平電纜，將DJK02-1面板上“觸發脈沖輸出”和“觸發脈沖輸入”相連，使得觸發脈沖加到正反橋功放的輸入端。將DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正

40、橋觸發脈沖輸出”端和DJK02“正橋觸發脈沖輸入”端相連，并將DJK02“正橋觸發脈沖”的六個開關撥至“通”，觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發脈沖是否正常。(2) 基本單元部件調試移相控制電壓Uct調節范圍的確定 直接將DJK04“給定”電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，“三相全控整流”輸出接電阻負載R，用示波器觀察Ud的波形。當給定電壓Ug由零調大時，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當Ug超過某一數值時，此時Ud接近為輸出最高電壓值Ud，一般可確定“三相全控整流”輸出允許范圍的最大值為Udmax=0.9Ud，調節Ug使得“三相全控整流”輸出等于Udmax，此時

41、將對應的Ug的電壓值記錄下來，Uctmax= Ug，即Ug的允許調節范圍為0Uctmax。如果我們把輸出限幅定為Uctmax的話，則“三相全控整流”輸出范圍就被限定，不會工作到極限值狀態，保證六個晶閘管可靠工作。記錄Ug于下表中：UdUdmax=0.9 UdUctmax=Ug將給定退到零，再按“停止”按鈕，結束步驟。調節器的調整A、調節器的調零 將DJK04中“調節器I”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調電阻40K接到“調節器I”的“4”、“5”兩端，用導線將“5”、“6”短接，使“調節器I”成為P (比例)調節器。用萬用表的毫伏檔測量“調節器I”的“7”端的輸出，調節面板上的調零電位器R

42、P3，使之輸出電壓盡可能接近于零。將DJK04中“調節器II”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調電阻13K接到“調節器II”的“8”、“9”兩端，用導線將“9”、“10”短接，使“調節器II”成為P（比例）調節器。用萬用表的毫伏檔測量調節器II的“11”端的輸出，調節面板上的調零電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于零。B、 正負限幅值的調整 把“調節器I”的“5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調電容0.47uF接入“5”、“6”兩端，使調節器I成為PI (比例積分)調節器，將“調節器I”的所有輸入端的接地線去掉，將DJK04的給定輸出端接到調節器I的“3”端。當加+5V的正給定電

43、壓時，調整負限幅電位器RP2，使之輸出電壓盡可能接近于零；當調節器輸入端加-5V的負給定電壓時，調整正限幅電位器RP1，使調節器I的輸出正限幅為Uctmax。把“調節器II”的“9”、“10”短接線去掉，將DJK08中的可調電容0.47uF接入“9”、“10”兩端，使調節器成為PI（比例積分）調節器，將“調節器II”所有輸入端的接地線去掉，將DJK04的給定輸出端接到調節器II的“4”端，當加+5V的正給定電壓時，調整負限幅電位器RP2，使之輸出電壓盡可能接近于零。當調節器輸入端加-5V的負給定電壓時，調整正限幅電位器RP1，使調節器II的輸出正限幅為Uctmax。C、電流反饋系數的整定 直接

44、將“給定”電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋輸出接電阻負載R，負載電阻放在最大值，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當Ud=220V時，減小負載的阻值，調節“電流反饋與過流保護”上的電流反饋電位器RP1，使得負載電流Id=l.3A時，“2”端If的的電流反饋電壓Ufi=6V，這時的電流反饋系數= Ufi/Id= 4.615V/A。D、轉速反饋系數的整定 直接將“給定”電壓Ug接DJK02-1上的移相控制電壓Uct的輸入端，“三相全控整流”電路接直流電動機負載，Ld用DJK02上的200mH，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，接通勵磁電源，從零逐漸

45、增加給定，使電機提速到n =150Orpm時，調節“轉速變換”上轉速反饋電位器RP1，使得該轉速時反饋電壓Ufn=-6V，這時的轉速反饋系數=Ufn/n =0.004V/(rpm)。E、電壓反饋系數的整定直接將控制屏上的勵磁電壓接到電壓隔離器的“1、2”端，用直流電壓表測量電壓隔離器的輸入電壓Ud，根據電壓反饋系數=6V/220V=0.0273，調節電位器RP1使電壓隔離器的輸出電壓恰好為Ufn= Ud。(3)轉速單閉環直流調速系統按圖5-1接線，在本實驗中，DJK04的“給定”電壓Ug為負給定，轉速反饋為正電壓，將“調節器I”接成P（比例）調節器或PI（比例積分）調節器。直流發電機接負載電阻

46、R，Ld用DJK02上200mH，給定輸出調到零。直流發電機先輕載，從零開始逐漸調大“給定”電壓Ug，使電動機的轉速接近n=l200rpm。由小到大調節直流發電機負載R，測出電動機的電樞電流Id，和電機的轉速n，直至Id=Ied，即可測出系統靜態特性曲線n =f(Id)。n（rpm）Id（A）(4)電流單閉環直流調速系統按圖5-2接線，在本實驗中，給定Ug為負給定，電流反饋為正電壓，將“調節器II”接成比例（P）調節器或PI（比例積分）調節器。直流發電機接負載電阻R，Ld用DJK02上200mH，將給定輸出調到零。直流發電機先輕載，從零開始逐漸調大“給定”電壓Ug，使電動機轉速接近n=l200

47、rpm。由小到大調節直流發電機負載R，測定相應的Id和n，直至最大允許電流(該電流值由給定電壓決定)，即可測出系統靜態特性曲線n =f(Id)。n（rpm）Id（A）(5)電壓單閉環直流調速系統按圖5-3接線，在本實驗中，給定Ug為負給定，電壓反饋為正電壓，將“調節器I”接成比例（P）調節器或PI（比例積分）調節器。直流發電機接負載電阻R，Ld用DJK02上200mH，將給定輸出調到零，在“電壓隔離器”輸出端“3”與地之間并聯6uF電容(從DJK08獲得)。直流發電機先輕載，從零開始逐漸調大“給定”電壓Ug，使電動機轉速接近n=l200rpm。由小到大調節直流發電機負載R，測定相應的Id和n，

48、直至電動機Id=Ied，即可測出系統靜態特性曲線n =f(Id)。n（rpm）Id（A）七、實驗報告(1) 根據實驗數據，畫出轉速單閉環直流調速系統的機械特性。 (2) 根據實驗數據，畫出電流單閉環直流調速系統的機械特性。 (3) )根據實驗數據，畫出電壓單閉環直流調速系統的機械特性。(4) 比較以上各種機械特性，并做出解釋。八、思考題(l)P調節器和PI調節器在直流調速系統中的作用有什么不同?(2)實驗中，如何確定轉速反饋的極性并把轉速反饋正確地接入系統中?調節什么元件能改變轉速反饋的強度?(3)改變“調節器I”和“調節器II”上可變電阻、電容的參數，對系統有什么影響？九、注意事項(1)雙蹤

49、示波器有兩個探頭，可同時觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的地線不能同時接在同一電路的不同電位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發生意外。(2)電機啟動前，應先加上電動機的勵磁，才能使電機啟動。在啟動前必須將移相控制電壓調到零，使整流輸出電壓為零，這時才可以逐漸加大給定電壓，不能

50、在開環或速度閉環時突加給定，否則會引起過大的啟動電流，使過流保護動作，告警，跳閘。(3)通電實驗時，可先用電阻作為整流橋的負載，待確定電路能正常工作后，再換成電動機作為負載。(4)在連接反饋信號時，給定信號的極性必須與反饋信號的極性相反，確保為負反饋，否則會造成失控。(5)在完成電壓單閉環直流調速系統實驗時，由于晶閘管整流輸出的波形不僅有直流成分，同時還包含有大量的交流信號，所以在電壓隔離器輸出端必須要接電容進行濾波，否則系統必定會發生震蕩。(6)直流電動機的電樞電流不要超過額定值使用，轉速也不要超過1.2倍的額定值。以免影響電機的使用壽命，或發生意外。(7)DJK04與DJK02-1不共地，

51、所以實驗時須短接DJK04與DJK02-1的地。實驗六 雙閉環不可逆直流調速系統實驗一、實驗目的(1)了解閉環不可逆直流調速系統的原理、組成及各主要單元部件的原理。(2)掌握雙閉環不可逆直流調速系統的調試步驟、方法及參數的整定。(3)研究調節器參數對系統動態性能的影響。二、實驗所需掛件及附件序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發電路該掛件包含“觸發電路”、“正反橋功放”等幾個模塊。4DJK04 電機調速控制實驗 I該掛件包含“給定”、“調節器I”、“調節器II”、“轉速變換”、“電流反饋與過流保護”等幾個模塊。5DJK08可調電阻、電容箱6DD03-3電機導軌、光碼盤測速系統及數顯轉速表7DJ13-1 直流發電機8DJ15 直流并勵電動機9D42三相可調電阻10慢掃