實(shí)驗(yàn)三 單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、信息工程學(xué)院 11級(jí)應(yīng)用電子技術(shù)（4）班 吳曉強(qiáng) 3111002716實(shí)驗(yàn)三 單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)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(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程。 (3) 認(rèn)識(shí)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型 號(hào)備 注1djk01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2djk02 晶閘管主電路3djk02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”,“正橋功放”等幾個(gè)模塊。4djk04 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)i該掛件包含“給定”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電流反饋與過流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。5

2、djk08可調(diào)電阻、電容箱6dd03-2電機(jī)導(dǎo)軌測速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表7dj13-1 直流發(fā)電機(jī)8dj15 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)9d42三相可調(diào)電阻10慢掃描示波器自備11萬用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。對調(diào)速指標(biāo)要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調(diào)速指標(biāo)較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。在本裝置中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗(yàn)是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)，經(jīng)“速度變換”后接到“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，得到移相控

3、制電壓uct，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)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(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)節(jié)器采用p（比例）調(diào)節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成pi(比例積分)調(diào)節(jié)。這時(shí)當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。在電流單閉環(huán)中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)加到“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓uct，控

4、制整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電流負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也由電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，電流調(diào)節(jié)器若采用p（比例）調(diào)節(jié)，對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成pi(比例積分)調(diào)節(jié)。當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電流變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。圖3-1 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖圖3-2 電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1) djk04上的基本單元的調(diào)試。(2) uct不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)特性的測定。(3) ud不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)特性的測定。(4) 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。(5)

5、 電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。五、實(shí)驗(yàn)方法(1) djk02和djk02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試 打開djk01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將djk01“電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”側(cè)。用10芯的扁平電纜，將djk02的“三相同步信號(hào)輸出”端和djk02-1“三相同步信號(hào)輸入”端相連,打開djk02-1電源開關(guān)，撥動(dòng) “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。觀察a、b、c三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)a、b、c三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器（在各觀測孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將djk04上的“給定”輸出ug直接

6、與djk02-1上的移相控制電壓uct相接，將給定開關(guān)s2撥到接地位置（即uct=0），調(diào)節(jié)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(hào)和“雙脈沖觀察孔” vt1的輸出波形，使=120。(2) uct不變時(shí)的直流電機(jī)開環(huán)外特性的測定按接線圖分別將主回路和控制回路接好線。djk02-1上的移相控制電壓uct由djk04上的“給定”輸出ug直接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻r，ld用djk02上200mh，將給定的輸出調(diào)到零。先閉合勵(lì)磁電源開關(guān)，按下djk01“電源控制屏”啟動(dòng)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(dòng)機(jī)慢慢啟動(dòng)并使轉(zhuǎn)速 n 達(dá)到

7、1200rpm。改變負(fù)載電阻r的阻值，使電機(jī)的電樞電流從ied直至空載。即可測出在uct不變時(shí)的直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)外特性n = f(id)，測量并記錄數(shù)據(jù)于下表：n(rpm)12001063983845755655505id(a)0.140.300.430.600.720.871.11(3)ud不變時(shí)直流電機(jī)開環(huán)外特性的測定控制電壓uct由djk04的“給定”ug直接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻r，ld用djk02上200mh,將給定的輸出調(diào)到零。按下djk01“電源控制屏”啟動(dòng)按鈕，然后從零開始逐漸增加給定電壓ug，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并達(dá)到1200rpm。改變負(fù)載電阻r，使電動(dòng)機(jī)的電樞電流從空載直至ie

8、d。用電壓表監(jiān)視三相全控整流輸出的直流電壓ud，在實(shí)驗(yàn)中始終保持ud不變(通過不斷的調(diào)節(jié)djk04上“給定”電壓ug來實(shí)現(xiàn))，測出在ud不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的開環(huán)外特性n =f(id)，并記錄于下表中：n(rpm)130312821260123712231206id(a)0.450.600.750.901.051.18(4)基本單元部件調(diào)試移相控制電壓uct調(diào)節(jié)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(fù)載r，用示波器觀察ud的波形。當(dāng)給定電壓ug由零調(diào)大時(shí)，ud將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)ug超過某一數(shù)值ug時(shí)，ud 的波

9、形會(huì)出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，這時(shí)ud反而隨ug的增大而減少。一般可確定移相控制電壓的最大允許值為uctmax=0.9ug，即ug的允許調(diào)節(jié)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(huì)工作到極限值狀態(tài)，保證六個(gè)晶閘管可靠工作。記錄ug于下表中：ud288vudmsx=0.9ud259.2vuctmax= ug7.90v將給定退到零，再按“停止”按鈕，結(jié)束步驟。調(diào)節(jié)器的調(diào)整a、調(diào)節(jié)器的調(diào)零 將djk04中“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將djk08中的可調(diào)電阻40k接到“速度調(diào)節(jié)器”的“4”、“5”兩端，用導(dǎo)線將“5”、“6”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成

10、為p (比例)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器rp3，用萬用表的毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器“7”端的輸出，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。將djk04中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將djk08中的可調(diào)電阻13k接到“速度調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”兩端，用導(dǎo)線將“9”、“10”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為p（比例）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器rp3，用萬用表的毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器的“11”端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。b、 正負(fù)限幅值的調(diào)整 把“速度調(diào)節(jié)器”的“5”、“6”短接線去掉，將djk08中的可調(diào)電容0.47uf接入“5”、“6”兩端，使調(diào)節(jié)器成為pi (比例積分)調(diào)節(jié)器，然后將dj

11、k04的給定輸出端接到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的“3”端，當(dāng)加一定的正給定時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器rp2，使之輸出電壓為最小值即可，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時(shí)，調(diào)整正限幅電位器rp1，使速度調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為uctmax。把“電流調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”短接線去掉，將djk08中的可調(diào)電容0.47uf接入“8”、“9”兩端，使調(diào)節(jié)器成為pi（比例積分）調(diào)節(jié)器，然后將djk04的給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“4”端，當(dāng)加正給定時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器rp2，使之輸出電壓為最小值即可，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時(shí)，調(diào)整正限幅電位器rp1，使電流調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為uctmax。c、電流反饋系數(shù)的整定 直接將“給定”電壓ug接

12、入djk02-1移相控制電壓uct的輸入端，整流橋輸出接電阻負(fù)載r，負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。按下啟動(dòng)按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當(dāng)ud=220v時(shí)，減小負(fù)載的阻值，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護(hù)”上的電流反饋電位器rp1，使得負(fù)載電流id=l.3a時(shí)，“2”端if的的電流反饋電壓ufi=6v，這時(shí)的電流反饋系數(shù)= ufi/id= 4.615v/a。d、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)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(dòng)機(jī)負(fù)載，ld用djk02上的200mh，輸出給定調(diào)到零。按下啟動(dòng)按鈕，接通勵(lì)磁電源，從零逐漸增加給定，使電機(jī)提速

13、到 n =150orpm時(shí)，調(diào)節(jié)“速度變換”上轉(zhuǎn)速反饋電位器rp1，使得該轉(zhuǎn)速時(shí)反饋電壓ufn=-6v，這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) =ufn/n =0.004v/(rpm)。(5) 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)按圖3-1接線，在本實(shí)驗(yàn)中，djk04的“給定”電壓ug為負(fù)給定，轉(zhuǎn)速反饋為正電壓，將“速度調(diào)節(jié)器”接成p（比例）調(diào)節(jié)器或pi（比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻r，ld用djk02上200mh，給定輸出調(diào)到零。直流發(fā)電機(jī)先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓ug，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm。由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載r，測出電動(dòng)機(jī)的電樞電流id，和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，直至id=ied，即可測出

14、系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(id)。n(rpm)1200119911981200120212001199id(a)0.10.20.40.60.81.01.2(6) 電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)按圖5-8接線，在本實(shí)驗(yàn)中，給定ug為負(fù)給定，電流反饋為正電壓，將“電流調(diào)節(jié)器”接成比例（p）調(diào)節(jié)器或pi（比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻r，ld用djk02上200mh，將給定輸出調(diào)到零。直流發(fā)電機(jī)先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓ug，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm。由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載r，測定相應(yīng)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(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(i

15、d)。n(rpm)120011001000900800500300id(a)0.330.330.330.330.330.330.33六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1) 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可畫出uct不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)機(jī)械特性：(2) 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可畫出轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性：(3) 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可畫出電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性：(4) 比較以上各種機(jī)械特性，并做出解釋。答：在開環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，電樞壓降也增大，故轉(zhuǎn)速也降下來；閉環(huán)系統(tǒng)裝有反饋裝置，轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就會(huì)降低，通過比較和放大，提高電力電子裝置的輸出電壓ud，轉(zhuǎn)速有所回升。當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電流變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化?？梢姡]環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性。七、思考題(l) p調(diào)節(jié)器和pi調(diào)節(jié)器在直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用有什么不同?答：p調(diào)節(jié)器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，采用pi調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)則是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。(2) 實(shí)驗(yàn)中，如何確定轉(zhuǎn)速反饋的極性并把轉(zhuǎn)速反饋正確地接入系統(tǒng)中?調(diào)節(jié)什么元件能改變轉(zhuǎn)速反饋的強(qiáng)度?答：通過測量轉(zhuǎn)速反饋電壓