1、運動控制系統實驗指導書趙黎明、王雁編廣東海洋大學信息學院自動化系直流調速實驗一 不可逆單閉環直流調速系統靜特性的研究一實驗目的1研究晶閘管直流電動機調速系統在反饋控制下的工作。2研究直流調速系統中速度調節器ASR的工作及其對系統靜特性的影響。3學習反饋控制系統的調試技術。二預習要求1了解速度調節器在比例工作與比例積分工作時的輸入輸出特性。2弄清不可逆單閉環直流調速系統的工作原理。三實驗線路及原理見圖6-7。四實驗設備及儀表1MCL系列教學實驗臺主控制屏。2MCL18組件（適合MCL)或MCL31組件（適合MCL）。3MCL33(A)組件或MCL53組件。4MEL-11掛箱5MEL03三相可調電

2、阻（或自配滑線變阻器）。6電機導軌及測速發電機、直流發電機M01（或電機導軌及測功機、MEL13組件）。7直流電動機M03。8雙蹤示波器。五注意事項1直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。2接入ASR構成轉速負反饋時，為了防止振蕩，可預先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底，使調節器放大倍數最小，同時，ASR的“5”、“6”端接入可調電容（預置7F）。3測取靜特性時，須注意主電路電流不許超過電機的額定值（1A）。4三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。5電源開關閉合時，過流保護發光二極管可能會亮，只需按下對應的復位開關SB1即可正常工作。6系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。7起動電

3、機時，需把MEL-13的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。8改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統的給定為零。9雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。六實驗內容1移相觸發電路的調試（主電路未通電）（a）用示波器觀察MCL33（或MCL53，以下同）的雙脈沖觀察孔，應有雙脈沖，且間隔均勻，幅值相同；觀察每個晶閘管的控制極、陰極電壓波形，應有幅值為1V2V的雙脈沖。（b）觸發電路輸出脈沖應在3090范圍內可調。可通過對偏移電壓調節單位器及ASR輸出電壓的調整實現。例如：使AS

4、R輸出為0V，調節偏移電壓，實現=90；再保持偏移電壓不變，調節ASR的限幅電位器RP1，使=30。2求取調速系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性。a斷開ASR的“3”至Uct的連接線，G（給定）直接加至Uct，且Ug調至零，直流電機勵磁電源開關閉合。b合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節三相調壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=200V。注：如您選購的產品為MCL、，無三相調壓器，直接合上主電源。以下均同。c調節給定電壓Ug，使直流電機空載轉速n0=1500轉/分，調節測功機加載旋鈕（或直流發電機負載電阻），在空載至額定負載的范圍內測取78點，讀取整流裝置輸出電壓Ud，輸出電流id以及被測電

5、動機轉速n。id（A）Ud（V）n（r/min）3帶轉速負反饋有靜差工作的系統靜特性a斷開G（給定）和Uct的連接線，ASR的輸出接至Uct，把ASR的“5”、“6”點短接。b合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節Uuv，Uvw，Uwu為200伏。c調節給定電壓Ug至2V，調整轉速變換器RP電位器，使被測電動機空載轉速n0=1500轉/分，調節ASR的調節電容以及反饋電位器RP3，使電機穩定運行。調節測功機加載旋鈕（或直流發電機負載電阻），在空載至額定負載范圍內測取78點，讀取Ud、id、n。id（A）Ud（V）n（r/min）4測取調速系統在帶轉速負反饋時的無靜差閉環工作的靜特性a斷開ASR的“5

6、”、“6”短接線，“5”、“6”端接MEL11電容器，可預置7F，使ASR成為PI（比例積分）調節器。b調節給定電壓Ug，使電機空載轉速n0=1500轉/分。在額定至空載范圍內測取78個點。id（A）Ud（V）n（r/min）七實驗報告繪制實驗所得靜特性，并進行分析、比較。八思考題1系統在開環、有靜差閉環與無靜差閉環工作時，速度調節器ASR各工作在什么狀態？實驗時應如何接線？2要得到相同的空載轉速n0，亦即要得到整流裝置相同的輸出電壓U，對于有反饋與無反饋調速系統哪個情況下給定電壓要大些？為什么？3在有轉速負反饋的調速系統中，為得到相同的空載轉速n0，轉速反饋的強度對Ug有什么影響？為什么？4

7、如何確定轉速反饋的極性與把轉速反饋正確地接入系統中？又如何調節轉速反饋的強度，在線路中調節什么元件能實現？運動控制系統綜合實驗指導書趙黎明、王雁編廣東海洋大學信息學院自動化系實驗名稱 雙閉環三相異步電動機調壓調速系統及串級系統實驗項目性質：綜合性實驗所涉及課程：運動控制系統、電力電子、電機學計劃學時：4實驗目的：本綜合性實驗是將調壓調速系統與串級系統的綜合調速性能的綜合比較。首先熟悉三相異步電動機調壓調速系統的組成及工作原理、調速性能；熟悉相位控制交流調壓調速系統的組成與工作;了解并熟悉雙閉環三相異步電動機調壓調速系統的原理及組成;了解繞線式異步電動機轉子串電阻時在調節定子電壓調速時的機械特性

8、;通過測定系統的靜特性和動態特性進一步理解交流調壓系統中電流環和轉速環的作用。然后熟悉雙閉環三相異步電動機串級調速系統的組成及工作原理、調速性能；掌握串級調速系統的調試步驟及方法；了解串級調速系統的靜態與動態特性。最后將兩種調速系統的調速原理及調速性能進行比較。注意事項：每一步實驗都必須嚴格檢查接線是否正確。 實驗內容：（分三步）一、雙閉環三相異步電動機調壓調速系統（將直流電機作為交流電動機的負載）（一）系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性（接線圖見圖一所示）首先將MCL-31的低壓電源+15V、0V、-15V與MCL-33低壓直流輸入+15V、0V、-15V對應連線；然后將MCL-32中的

9、直流電機勵磁電源的+、-分別與M03直流機的勵磁繞組F1、F2對應相連接。實驗步驟：a斷開ACR（MCL31）的“7”至Uct（MCL33）的連接線，MCL31的Ug（給定）直接加至Uct，且Ug調至零。直流電機勵磁電源開關閉合。電機轉子回路接入每相為10W左右的三相電阻(由二極管整流橋電路代替)。b合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節三相調壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=230V。c調節給定電壓Ug(調節MCL-31的G給定中的RP1滑動變阻器)，使電機空載轉速n0=1300轉/分，調節或直流發電機負載電阻，在空載至額定負載的范圍內測取45點，讀取直流發電機輸入電壓Ud，輸出電流id以及被

10、測電動機轉速n，算出測功機輸出轉矩M。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)注：若采用直流發電機，轉矩可按下式計算 M三相異步電動機電磁轉矩；IG直流發電機電流；UG直流發電機電壓；RS直流發電機電樞電阻；P0機組空載損耗。不同轉速下取不同數值：n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，Po=6W。（二）、閉環系統調試（1）調壓器輸出接三相電阻負載，觀察輸出電壓波形是否正常。（2）將系統接成雙閉環調壓調速系統：即將上面實驗過程中斷開的連線連上(仍按照圖一接線)。轉子回路仍串每相10W左右的電阻(由二極管整流橋電路代替)，漸加

11、給定Ug至+5V, 調節FBS的反饋電位器，使電機空載轉速n0=1300轉/分，觀察電機運行是否正常。（3）調節ASR.ACR的外接電容及放大倍數調節電位器，用慢掃描示波器觀察突加給定的動態波形，確定較佳的調節器參數。（三）系統閉環特性的測定調節Ug，使轉速至n =1300r/min，從輕載按一定間隔做到額定負載，測出閉環靜特性n =f(M)。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)系統動態特性的觀察，用慢掃描示波器觀察：（1）突加給定起動電機時轉速n，電機定子電流i及ASR輸出Ugi的動態波形。（2）電機穩定運行，突加，突減負載時的n, Ugi, i的動態波形。（四）、實驗報告1根據

12、實驗數據，畫出開環時，電機人為機械特性。2根據實驗數據，畫出閉環系統靜特性，并與開環特性進行比較。3根據記錄下的動態波形分析系統的動態過程。二、雙閉環三相異步電動機串級調速系統（）實驗內容1控制單元及系統調試2測定開環串級調速系統的靜特性。3測定雙閉環串級調速系統的靜特性。4測定雙閉環串級調速系統的動態特性。（二）實驗系統組成及工作原理繞線式異步電動機串級調速，即在轉子回路中引入附加電動勢進行調速。通常使用的方法是將轉子三相電動勢經二極管三相橋式不控整流得到一個直流電壓，再由晶閘管有源逆變電路代替電動勢，從而方便地實現調速，并將能量回饋至電網，這是一種比較經濟的調速方法。本系統為晶閘管亞同步閉

13、環串級調速系統。控制系統由速度調節器ASR，電流調節器ACR，觸發裝置GT，脈沖放大器MF，速度變換器FBS，電流變換器FBC等組成，其系統原理圖如圖7-2所示。（三）注意事項1本實驗是利用串調裝置直接起動電機，不再另外附加設備，所以在電動機起動時，必須使晶閘管逆變角處于min位置。然后才能加大角，使逆變器的逆變電壓緩慢減少，電機平穩加速。2本實驗中，角的移相范圍為90150，注意不可使90，否則易造成短路事故。3接線時，注意繞線電機的轉子有4個引出端，其中1個為公共端，不需接線。4接入ASR構成轉速負反饋時，為了防止振蕩，可預先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底，使調節器放大倍數最小，同時，

14、ASR的“5”、“6”端接入可調電容（預置7F）。5測取靜特性時，須注意電流不許超過電機的額定值（0.55A）。6三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。逆變變壓器采用MEL-03三相芯式變壓器的高壓繞組和中壓繞組，注意不可接錯。7電源開關閉合時，過流保護、過壓保護的發光二極管可能會亮，只需按下對應的復位開關SB1、SB2即可正常工作。8系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。9起動電機時，需把MEL-13的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。10改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統的給定為零。11雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在

15、使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。12繞線式異步電動機：PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，nN=1350，MN=0.68，Y接。（四）實驗方法1移相觸發電路的調試（主電路未通電）（a）用示波器觀察MCL33（或MCL53）的雙脈沖觀察孔，應有間隔均勻，幅值相同的雙脈沖；將G輸出直接接至Uct，調節Uct，脈沖相位應是可調的。（b）將面板上的Ublf端接地，調節偏移電壓Ub，使Uct=0時，a接近1500。將正組觸發脈沖的六個鍵開關“接通”，觀察正橋晶閘管的觸發脈沖是否正常（應有幅值為1V2V的雙脈沖）。（c）觸發電路輸出脈沖應在3090范圍

16、內可調。可通過對偏移電壓調節電位器及ASR輸出電壓的調整實現。例如：使ASR輸出為0V，調節偏移電壓，實現=30；再保持偏移電壓不變，調節ASR的限幅電位器RP1，使=90。2控制單元調試按直流調速系統方法調試各單元3求取調速系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性。a斷開ASR（MCL18或MCL31）的“3”至Uct（MCL33或MCL53）的連接線，G（給定）直接加至Uct，且Ug調至零。直流電機勵磁電源開關閉合。電機轉子回路接入每相為10W左右的三相電阻。b三相調壓器逆時針調到底，合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節三相調壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=230V。c緩慢調節給定電壓Ug

17、，使電機空載轉速n0=1300轉/分，調節測功機加載旋鈕（或直流發電機負載電阻），在空載至額定負載的范圍內測取78點，讀取測功機輸出轉矩M（或直流發電機輸入電壓Ud，輸出電流id）以及被測電動機轉速n。注：如您選購的產品為MCL、，無三相調壓器，直接合上主電源。以下均同。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)注：若采用直流發電機，轉矩可按下式計算 式中 ：M三相異步電動機電磁轉矩；IG直流發電機電流；UG直流發電機電壓；RS直流發電機電樞電阻；P0機組空載損耗。不同轉速下取不同數值：n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，

18、Po=6W。3閉環系統調試MCL18（或MCL31）的G（給定）輸出電壓Ug接至ASR的“2”端，ACR的輸出“7”端接至Uct。三相調壓器逆時針調到底。調節Uct，使ACR飽和輸出，調節限幅電位器RP1，使b=30O。合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節三相調壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=230V。調節給定電壓Ug，使電機空載轉速n0=1300轉/分，觀察電機運行是否正常。調節ASR,ACR的外接電容及放大倍數調節電位器，用慢掃描示波器觀察突加給定的動態波形，確定較佳的調節器參數。4雙閉環串級調速系統靜特性的測定調節給定電壓Ug，使電機空載轉速n0=1300轉/分，調節測功機加載旋鈕（或

19、直流發電機負載電阻），在空載至額定負載的范圍內測取78點，讀取測功機輸出轉矩M（或直流發電機輸入電壓Ud，輸出電流id）以及被測電動機轉速n。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)5系統動態特性的測定用慢掃描示波器觀察并用示波器記錄：（1）突加給定起動電機時的轉速n，定子電流i及輸出Ugi的動態波形。（2）電機穩定運行時，突加，突減負載時的n, I,Ugi的動態波形。（五）實驗報告1根據實驗數據，畫出開環，閉環系統靜特性n =f (M)，并進行比較。2根據動態波形，分析系統的動態過程。三、雙閉環三相異步電動機調壓調速系統與串級調速系統的工作原理及調速性能的比較 比較兩種調速系統的工作原理；在調速性能上的區別；實驗中所測取的開環及閉環特性的區別。比較出兩種調速性能的優劣。實驗儀器設備和材料清單1MCL系列教學實驗臺主控制屏。2MCL18組件（適合MCL)或MCL31組件（適合MCL）。3MCL33組件或MCL53組件（適合MCL、）。4電機導軌及測速發電機、直流發電機5MEL03三相可調電阻器(或自配滑線變阻器450W，1A)6繞線式異步電動機7MEL11組件 8直流電動機M03 9雙蹤示波器。 10萬用表試驗要求按照實驗內容要求將兩種系統的實驗數據及其特性曲線作出詳細分析比較。實驗步驟及結果測試詳見實驗內容。考核形式以實驗報告為主，參考平時實驗表現。按照實