電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)一雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告

1、專業(yè)：電氣工程與自動化姓名： _ _學(xué)號： 日期： 2015.5 地點(diǎn)： 教二115 實(shí)驗(yàn)報告課程名稱： 電機(jī)控制 指導(dǎo)老師：_ _成績：_實(shí)驗(yàn)名稱：雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)類型：_同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1深化對雙閉環(huán)、不可逆晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理、組成、部件調(diào)試及實(shí)驗(yàn)方法的了解和掌握 。2對比開環(huán)、閉環(huán)靜態(tài)機(jī)械特性的差異，學(xué)習(xí)機(jī)械特性的描述及量化指標(biāo)的計(jì)算。3研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理 1、

2、實(shí)驗(yàn)原理：雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)由電流和轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)，由于調(diào)速系統(tǒng)的主要參量為轉(zhuǎn)速，故轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面，電流環(huán)作為副環(huán)放在里面，這樣可抑制電網(wǎng)電壓擾動對轉(zhuǎn)速的影響，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成如下圖所示。 系統(tǒng)工作時，先給電動機(jī)加勵磁，改變給定電壓Ug的大小既可以方便地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。ASR.ACR 均設(shè)有限幅環(huán)節(jié)，ASR 的輸出作為 ACR 的給定，利用 ASR 的輸出限幅可以達(dá)到限制起動電流的目的，ACR 的輸出作為移相觸發(fā)電路 GT 的控制電壓，利用 ACR 的輸出限幅可以達(dá)到限制min的目的。 起動時，當(dāng)加入給定電壓 Ug 后，ASR 即飽和輸出，使電動機(jī)以限定的最大起動電流

3、加速起動，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定(即 Ug=Ufn)，并在出現(xiàn)超調(diào)后，ASR 退出飽和，最后穩(wěn)定在略低于給定轉(zhuǎn)速的數(shù)值上。圖1 實(shí)驗(yàn)原理圖圖2 實(shí)驗(yàn)接線圖2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）.單元整定 鋸齒波移相觸發(fā)系統(tǒng)脈沖零位調(diào)整 PI調(diào)節(jié)器調(diào)零 PI調(diào)節(jié)器的限幅調(diào)零 2）.機(jī)械特性測試 開環(huán) n=1400r/min， n=f(Id) 閉環(huán) n=1400r/min， n=f(Id) n= 800r/min， n=f(Id)3）.閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測定。4）.觀察、記錄系統(tǒng)動態(tài)波形。三.實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 1.MCL現(xiàn)代運(yùn)動控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺主控屏2.直流電動機(jī)測功機(jī)測速發(fā)電機(jī) 3.給定.零速封鎖器.速度變換器.

4、速度調(diào)節(jié)器.電流調(diào)節(jié)器組件掛箱4.雙蹤記憶示波器 5.數(shù)字式萬用表四.實(shí)驗(yàn)操作步驟 1.線路連接 主電路 （1）SCR 整流橋用 I 組 VT1 VT6 使用內(nèi)部鋸齒波移相觸發(fā)脈沖 必須: U blf 接地（I 組觸發(fā)脈沖處，左側(cè)） 給定 G 須與FBS 地相連 （2）電樞平波電抗器接 L=700 1000mH （3）注意用強(qiáng)電接線(粗接線柱) （5）直流實(shí)驗(yàn)的輸入交流電壓調(diào)至 220V （6）額定電流 IdN =1A，電流表用表 (5A表） （7）負(fù)載為測功機(jī)，注意負(fù)載調(diào)節(jié)為“轉(zhuǎn)矩” （8）直流電壓表量程300V，直流電流表量程 5A 控制回路 （1）給定 G （3）零速封鎖器 DZS （2

5、）速度變換器 FBS （5）速度調(diào)節(jié)器 ASR （4）電流反饋與保護(hù)（FBC+FA） （6）電流調(diào)節(jié)器 ACR （7）觸發(fā)器（Uct+Ublf ） 接線 （1）區(qū)分功率線及控制線（接頭不同） （2）盡量接短線（先用短線） （3）三相輸入套管線注意相序（顏色）對應(yīng)（4）FBS 并電容，抗振蕩 （5）連接 G與 FBS 地線 （6）轉(zhuǎn)速閉環(huán)線的連接 （7）經(jīng)檢查方能做實(shí)驗(yàn) 2.單元部件調(diào)試 【1】脈沖零位調(diào)整 脈沖零位定義 移相電壓 Uct=0 時的位置 不可逆系統(tǒng)=90 做法 I Uct 接地（=0） II 帶地線第一通道觀察鋸齒波無地線第二通道觀察雙脈沖 III 兩通道斷續(xù)掃描 IV 注意相序

6、 U 相：U g1，4 V 相：Ug 3，6 W 相：Ug 5，2 V 調(diào)節(jié)偏移電壓 Ub，使呈 VI 以后固定Ub 不動（靠 Uct移） 【2】測min=0ACR限幅值 去掉 Uct接地，接入正給定G 增加 Uct，使=0 用萬用表記下此時 Uct 值，作為 ACR正限幅【3】PI 調(diào)節(jié)器調(diào)零 步驟 輸入接地（ ASR為 2 端，ACR為 3/5端） 短接反饋電容，使成P 調(diào)節(jié)器（ASR為 5、6端短接，ACR 為 9、10 端短接） 激活調(diào)節(jié)器（ASR4端、ACR8端接-15V） 輸出接萬用表 mV檔 調(diào)節(jié) RP5 使輸出為 0（以后不動）【4】PI 調(diào)節(jié)器調(diào)限幅 步驟 接入給定（ASR

7、為2 端 ACR為 3/5 端）約 1V 除反饋電容短接線，使成 PI調(diào)節(jié)器 激活調(diào)節(jié)器（ASR4端、ACR8端接-15V） 輸出接萬用表 20V檔 按正給定調(diào)負(fù)限幅 RP2，按負(fù)給定調(diào)正限幅 RP1.輸出要求:ASR為+-6V，ACR為-0.7V五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、開環(huán)外特性的測定（1）控制電壓Uct由給定器輸出Ug直接接入，合上測功機(jī)的“突加給定”開關(guān)。（2）逐漸增加給定電壓Ug,使電機(jī)啟動、升速，調(diào)節(jié)Ug測功機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定旋鈕，使電動機(jī)電流Id=Ied,轉(zhuǎn)速n=ned。（3）調(diào)節(jié)測功機(jī)的加載旋鈕，改變負(fù)載，即可測出系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f(Id)，記錄于下表中。n(r/min)1417

8、1444148115051552160416521697Id(A)0.90.810.690.470.400.320.190.08圖3 開環(huán)靜態(tài)特性曲線負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)幾乎相等，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，所以負(fù)載與電樞電流成正比，當(dāng)電樞電流增大時，也就是負(fù)載增大時，轉(zhuǎn)速線性下降，滿足理論要求。2、閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性n=f(Id)的測定（1）電動機(jī)先空載，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug使電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定值，n=1400r/min；調(diào)節(jié)測功機(jī)加載旋鈕，逐漸改變負(fù)載，直至Id=Ied,即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n=f(Id)，并記錄于下表中。（2）降低Ug，使Id=Ied，再測試n=1000r/min時的靜態(tài)特性

9、曲線記錄于下表中。n(r/min)14331430143114331436Id(A)0.640.490.350.250.07n(r/min)1193119611981201Id(A)0.490.310.190.06圖4 n=1400r/min時系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線圖 5 n=1000r/min時系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線從上面兩圖可以看出，閉環(huán)控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性與開環(huán)的有很大的不同，在電流（也就是負(fù)載）變化的過程中，轉(zhuǎn)速基本保持不變，只是小幅下降。這就體現(xiàn)了閉環(huán)控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)作用。3、系統(tǒng)動態(tài)特性的觀察（1）突加給定Ug時電機(jī)電樞電流的波形和轉(zhuǎn)速波形圖6突加給定Ug時電機(jī)電樞電流的波形和轉(zhuǎn)速波形上

10、圖中上面那個波形代表電樞電流波形，下面那個波形代表轉(zhuǎn)速波形。可以看出突加轉(zhuǎn)速給定電壓后，電樞電流突然增大，轉(zhuǎn)速也隨之快速上升。電樞電流和轉(zhuǎn)速經(jīng)過幾次振蕩趨于平穩(wěn)。（2）空載時突加負(fù)載、突減負(fù)載時電動機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形圖7空載時突加負(fù)載、突減負(fù)載時電動機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形上圖中上面那個波形代表電樞電流波形，下面那個波形代表轉(zhuǎn)速波形。突加額定負(fù)載后，電樞電流增大，而轉(zhuǎn)速略有下降，但是經(jīng)過調(diào)節(jié)后，轉(zhuǎn)速基本保持原來的數(shù)值不變。突卸負(fù)載后，電樞電流下降，轉(zhuǎn)速先略有上升，然后基本保持原來的數(shù)值不變。分析：負(fù)載突然增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速將下降，于是速度反饋電壓 將小于給定電壓 ，在速度調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)正的

11、偏差電壓，經(jīng)過調(diào)節(jié)器的作用將使電流調(diào)節(jié)器的給定電流增大，整流橋的移相角前移， 增大，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩增大。當(dāng) 時，電機(jī)轉(zhuǎn)速又回升，使 接近原來的給定電壓 。由于速度調(diào)節(jié)器是比例積分調(diào)節(jié)器，即使它的輸入信號又趨于平衡，但只要在調(diào)節(jié)的過程中反饋電壓 和給定電壓 之間一度出現(xiàn)偏差，經(jīng)過積分，它就會改變調(diào)節(jié)器的輸出，使電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)變化。一般經(jīng)過一、二次調(diào)整和振蕩，最后能在 的條件下重新達(dá)到平衡。突減負(fù)載過程分析方法同突加負(fù)載。圖8 突加、突減負(fù)載的SIMULINK仿真波形第一個突變階段為突減負(fù)載，第二個突變階段為突加負(fù)載六、思考題（1）為什么雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中使用的調(diào)節(jié)器均為PI調(diào)節(jié)器？其實(shí)也可以使用其他類型的調(diào)節(jié)器，但是PI調(diào)節(jié)器具有更好的調(diào)節(jié)效果，它很適合用于直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。（2）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋線的極性如果接反會發(fā)生什么現(xiàn)象？轉(zhuǎn)速負(fù)反饋線的極性如果接反，那么將變成轉(zhuǎn)速正反饋，如果當(dāng)前轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速值，那么轉(zhuǎn)速將一直減小；如果當(dāng)前轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速值，那么轉(zhuǎn)速將一直增大到失控。所以極性接反會很危險。（3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中哪些參數(shù)的變化會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的改變？哪些參數(shù)的變化會引起電動機(jī)最大電流的變化？轉(zhuǎn)速給定電壓的變化會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化；勵磁的變化會引起電動機(jī)最大電流的變化。七、實(shí)驗(yàn)心得與體會本次實(shí)驗(yàn)是在學(xué)習(xí)直流電機(jī)的速度電流雙閉環(huán)調(diào)速的理論知識后進(jìn)行