材料成型控制基礎(chǔ)實驗指導書概要

1、材料成型控制基礎(chǔ) 實驗指導書材料科學與工程學院焊接實驗室編寫00 六、六月【1】目錄實驗一、材料成型控制基礎(chǔ)實驗(1043932-1) 3實驗二、材料成型控制基礎(chǔ)實驗(1043932-2) 9實驗三、材料成型控制基礎(chǔ)實驗(1043932-3) 11實驗四、材料成型控制基礎(chǔ)實驗(1000332-4) 1 3實驗五、材料成型控制基礎(chǔ)實驗(1000332-5) 18實驗報告內(nèi)容的基本要求 20注釋 21主要參考文獻 22實驗一、變流技術(shù)及直流電動機調(diào)速系統(tǒng)實驗 （1043932-1）一、實驗目的：1、了解直流電動機的結(jié)構(gòu)，了解其控制和調(diào)節(jié)原理，增強對直流電動機的 認識。2、了解變流技術(shù)、可控硅、KC

2、05可控硅移相觸發(fā)器電路原理以及運算放大 器在變流技術(shù)及直流電動機調(diào)速系統(tǒng)電路中的運用。3、理解并掌握電壓、電流反饋量在該電路中的獲取方式。二、實驗內(nèi)容：1、直流電動機的結(jié)構(gòu)觀察。2、針對實驗儀認識各類電子元器件及控制器件，對于具體電路進行分析， 利用雙線示波器測試KC05晶閘管移相觸發(fā)器上有關(guān)信號波形。3、 實驗儀上信號綜合回路的整定：整定時請參考圖1和實驗說明。由于電流正反饋有可能引起振蕩，所以在整定時將電流正反饋信號調(diào)至最??； 從整定額 定轉(zhuǎn)速考慮：先將電壓負反饋信號調(diào)至最大、 給定信號調(diào)至最大，然后先手動調(diào) 速鈕至低速處開車，若電機慢轉(zhuǎn)，把調(diào)速鈕旋至最大達到電機額定轉(zhuǎn)速（3000，如達

3、不到額定值，則表示電壓反饋量過大，調(diào)小電壓負反饋信號，使其 達到額定值。4、利用雙線示波器觀察直流電動機電樞電壓，電樞電流波形的波形。當電樞電流斷續(xù)時，電樞電壓與電流波形參考圖32;當電樞電流連續(xù)時，電樞電壓與電流波形請參考圖3-1 o三、實驗儀器、設(shè)備及材料：1、電氣控制實驗儀一臺2、永磁式直流電動機（70ZYT）臺3、雙線示波器一臺4、數(shù)字萬用表一只5、直流電壓表各一只6投影儀一臺四、實驗原理：永磁式直流電動機與負載組成的系統(tǒng)在運行時，靠電動機的自身調(diào)節(jié)作用， 其帶負載能力比較差。為保證直流電動機穩(wěn)定運行，可采用開環(huán)和閉環(huán)控制。實 驗儀上是采用單相全波半控整流的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，用直流電

4、動機電樞電壓反饋與電流反饋的閉環(huán)控制方式完成，使之系統(tǒng)為穩(wěn)壓電路。電路中所用KC05移相觸發(fā)器對晶閘管進行控制原理，實驗時分析，原理見圖2o五、實驗步驟：1、連接有關(guān)插件（電動機、直流電壓表），插上電源。2、 打開雙線示波器，找到測試點，用探針分別進行測試。（如G M點）3、通過W3電位器的調(diào)節(jié)，在示波器屏幕上能否有鋸齒波出現(xiàn)，要求：鋸齒 波的電壓幅值范圍在 210V,通過轉(zhuǎn)速細調(diào)電位器的調(diào)節(jié)，觀察整流脈沖波輸 出情況。4、通過W3 W6 W1轉(zhuǎn)速細調(diào)電位器的調(diào)節(jié)，觀察直流電壓表有否顯示， 要求：024V可調(diào)，且調(diào)點穩(wěn)定。5、按啟動開關(guān)，觀察直流繼電器是否動作、直流電動機是否運轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn) 速細

5、調(diào)電位器，觀察直流電動機轉(zhuǎn)速變化情況，運轉(zhuǎn)是否穩(wěn)定，不穩(wěn)？需調(diào)節(jié) W6 W3 W1來加以修正。&啟動電動機，用雙線示波器表筆1接電阻R5兩端，觀察直流電動機電樞 電壓，表筆2的一端接電阻R7,觀察電樞電流波形的波形，雙線示波器置合成 檔。六、實驗報告要求：1、按實驗報告要求格式寫出實驗報告。2、闡述信號綜合回路整定過程，回答實驗指導書所提問題。七、實驗注意事項：1、注意用電安全。2、注意雙線示波器的使用，特別是探針夾子端的使用，數(shù)字萬用表檔位、 表筆與調(diào)點的關(guān)系一定要正確。3、調(diào)節(jié)有關(guān)電位器時，一定要仔細，勿大動作。八、思考題：1、在直流電動機調(diào)速系統(tǒng)中電壓、電流反饋作用是什么？以及反

6、饋量的性 質(zhì)（正或負）。2、簡述KC05晶閘管移相觸發(fā)器電路原理。3、電阻R5的作用是什么？沒有它，直流電壓表如何顯示。4、畫出通過電阻R7的電樞電流、通過電阻 R5的電樞電壓波形。5、脈沖變壓器次邊輸出的脈沖電壓的零參考電位是單相全波半控整流橋輸 出的正或負極？實驗說明1、測試波形:示波器標準波：頻率、周期、幅值；KC05鋸齒波：G 點GND ;同步點：E點-GND ;電機負載波形：表1電流取樣電阻R7兩端，表2負載R5一端；2、電路板參數(shù)調(diào)節(jié)：鋸齒波斜率：W3-順時斜率緩（控制電壓調(diào)節(jié)范圍）；控制脈沖寬度:W4-順時寬度增加；電流反饋： W5-順時Ufi小; 電壓反饋： W6-順時Ufv大

7、;給定值粗調(diào)：W1-順時Ug大；給定值細調(diào) TEMTER-順時輸出大;3、信號綜合回路整定：首先電流反饋 W5-順時Ufi 小;整定額定轉(zhuǎn)速：加大電壓反饋深度一一給定值粗調(diào)最大一一給定值細調(diào)從最小到最大電壓反饋深度;整疋最低轉(zhuǎn)速：調(diào)速范圍D=1Q整定靜差率：低速時增大負載一一測轉(zhuǎn)速若轉(zhuǎn)速降超 10%寸應增加電流正反 饋。4、電動機電樞電壓、電流的波形電樞電壓、電流的波形在電流斷續(xù)和連續(xù)時是不同的?？煽毓璞挥|發(fā)前，電流斷續(xù)時電機仍在轉(zhuǎn)動，電樞電壓是電樞感應電動勢E。可控硅觸發(fā)后，電樞電壓是電源正弦電壓波形。從內(nèi)部分析：電樞內(nèi)阻電壓、電樞漏磁的感應電動勢、主磁通的感應電動勢?？煽毓栌|發(fā)后電流連續(xù)時

8、，電樞電壓是電源正弦電壓波形，過零時由于平波電 抗器和電樞漏磁的感應電動勢較大，足以克服反電勢使電流連續(xù)。圖1電氣控制實驗儀直流電動機調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖2、KC05移相觸發(fā)器原理圖圖3、電樞電壓與電流波形參考圖實驗二、過程控制及交流電動機調(diào)速系統(tǒng)實驗 （1043932-2）一、實驗目的：1、了解三相異步交流電動機的結(jié)構(gòu)與性能，以及三相異步交流電動機速度 調(diào)節(jié)方式。2、認識變頻器、電力電子器件、常用通斷控制器件，如閘刀、交流接觸器、 交流繼電器等。3、了解變頻器工作原理，使用變頻器對三相異步電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及控制過 程。二、實驗內(nèi)容：使用變頻器設(shè)定控制參數(shù)，變頻對三相異步電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，外部信號

9、控制 方式控制三相異步電動機，參見圖1。圖1 （交流電動機過程控制裝置）三、實驗儀器、設(shè)備及材料：1、380V三相電源閘刀開關(guān)一把2、三相異步交流電動機一臺3、實驗裝置（變頻器、380V三相空氣開關(guān)、按鈕-啟動、停止、換向和調(diào) 速電位器）一套4、指針式萬用表一只以及連接線四、實驗原理：實驗對三相異步交流電動機速度調(diào)節(jié)及控制是由變頻器完成，而變頻器是不可控整流，脈寬調(diào)制逆變器。通過變頻器的外控方式，同時變頻、變壓調(diào)節(jié)電機 轉(zhuǎn)速以及電機啟動、停止和換向，通過變頻器面板操作來設(shè)置相關(guān)控制參數(shù)， 如 電機啟動加速時間，停止減速時間，頻率轉(zhuǎn)換點等。通過變頻器面板顯示窗顯示 電機運行狀態(tài)。五、實驗步驟：1

10、、在實驗教師的指導下，把實驗裝置上連接有關(guān)連接線，連接三相異步交 流電動機，插上指針式萬用表并選 交流電壓500伏檔。2、實驗指導教師檢查無誤后，扳動空氣開關(guān)，啟動變頻器，完成相關(guān)控制參數(shù)設(shè)置。按正轉(zhuǎn)按鈕，電機開始運行，達到設(shè)定值后電機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。 旋動速度調(diào)節(jié)旋鈕，變頻器進行變頻，變壓調(diào)節(jié)，電機轉(zhuǎn)速隨之發(fā)生改變。注意 觀察變頻器面板顯示窗頻率顯示（在變頻器參數(shù)設(shè)置中進行）與萬用表指示電壓 的變化情況。特別是頻率達到頻率轉(zhuǎn)換點以上時的萬用表指示電壓情況。再次按正轉(zhuǎn)按鈕，電機開始減速一直到停轉(zhuǎn)。要想電機反轉(zhuǎn)運行，按動反轉(zhuǎn)按鈕即可。3、要對變頻器參數(shù)重新設(shè)置時，必須在電機停止狀態(tài)下進行。六、

11、實驗報告要求：1、按實驗報告要求格式寫出實驗報告。2、回答實驗指導書所提問題。七、實驗注意事項：1、請同學們注意！有關(guān)強電一定切記安全，要在實驗教師監(jiān)督下完成操作。2、連結(jié)導線一定要仔仔細細，以防損壞儀器、儀表和實驗裝置。八、思考題：1、根據(jù)三相異步交流電動機額定轉(zhuǎn)速，舉例說明怎樣估算電動磁極對數(shù)？2、簡述本實驗變頻器調(diào)節(jié)三相異步交流電動機轉(zhuǎn)速原理。恒壓變頻比是屬 于哪類轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)，為什么？實驗三、溫度 測控系統(tǒng)實驗(1043932-3)一、實驗目的：1、通過實驗，了解計算機與智能控溫儀相關(guān)通訊協(xié)議、軟件編程，以及應 用于熱加工工業(yè)中的設(shè)備，諸如熱處理爐的溫度控制及爐溫監(jiān)控等等。2、熟悉和認

12、識智能控溫儀、控制元器件、傳感器及加熱元件，通過實驗， 掌握一些自動控制理論知識。二、實驗內(nèi)容：利用計算機、智能控溫儀、控制元器件、傳感器及加熱元件，通過軟件編程, 對一個簡單加熱裝置進行溫度實時監(jiān)測。參見圖1圖1、溫度控制及監(jiān)測系統(tǒng)三、實驗儀器、設(shè)備及材料：1、計算機一臺2、智能控溫儀各一臺3、熱電阻及簡單加熱模擬裝置四、實驗原理：見智能控溫儀說明書。五、實驗步驟：1、用RS232-9芯通訊線把計算機與智能控溫儀相連，從智能控溫儀上再與 熱電阻，簡單加熱裝置相連接。2、打開智能控溫儀電源，啟動計算機，設(shè)定好智能控溫儀控制溫度上下限、 熱傳感器分度號、儀表號及顯示方式。實驗中改變熱電阻阻值，注

13、意觀察各個環(huán) 節(jié)現(xiàn)象，諸如智能控溫儀的顯示、后板上的開關(guān)狀態(tài)及報警燈狀態(tài)，簡單加熱裝 置開始加熱了嗎？當達到控制溫度后， 注意觀察后板上的開關(guān)動作等。運行溫度 監(jiān)測軟件，可從計算機屏幕上觀察溫度變化情況， 解讀返回命令符含意，結(jié)束實 驗。3、實驗結(jié)束后，首先關(guān)閉外設(shè)電源，最后關(guān)閉計算機，拆卸連結(jié)線。六、實驗報告要求：1、按實驗報告要求格式寫出實驗報告。2、回答實驗指導書所提問題。七、實驗注意事項：1、實驗前應充分檢查各個環(huán)節(jié)，保正無誤后，方能開機實驗2、實驗中注意用電安全。八、思考題：1、簡述智能控溫儀原理。*2、用計算機語言試編寫一段階梯加熱控制程序?！?】實驗四、脈沖寬度調(diào)節(jié)實驗(1043

14、932-4)一、實驗目的：1、熟悉脈寬寬度調(diào)節(jié)的一種方法。2、能按設(shè)計的脈寬調(diào)制電路圖搭出實際電路。3、掌握示波器的使用方法。二、實驗內(nèi)容：1、熟悉脈寬調(diào)制器TL494的工作原理。2、調(diào)試TL494組成的脈寬調(diào)制電路。3、測試TL494的關(guān)鍵管腳波形。三、實驗儀器、設(shè)備及材料：1、邏輯箱：1套2、TL494及相關(guān)電子元器件：一套3、連接導線：若干3、示波器：1臺四、實驗原理：TL494的管腳排列圖如圖1所示。PIN CONNECTIONSCTGroundC1NoninvInputInvInputCompen/PWNComp InputDeadtimeControl(Top View)圖1 TL

15、494的管腳排列圖TL494的內(nèi)部原理圖如圖2所示。DeadiirreContrasOuflpM 31 州 Ir10Reference RegulalorDesdlimeCorrparaiorLockout / <s41:4丄1 2 lh占Enur Arrp I6 Feedbad PWM Coifipaijdtf Input15_占“Enor Amp14 占 Rd.Ouipj'7 GMr 1I01JV 11r-e1OsdlblcxCiMTp3raWQI圖2: TL494的內(nèi)部原理圖TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一

16、個電容進行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：f03C=_U_03C Rt'Ct圖3 TL494時序圖輸出脈沖的寬度是通過電容 G上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當雙穩(wěn)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。當控制信號增大，輸出脈沖的寬度將減小。參見圖3?？刂菩盘栍杉呻娐吠獠枯斎耄宦匪椭了绤^(qū)時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。 死區(qū)時間比較器 具有120mV勺輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時間約等于鋸齒波周期的 4%當輸出端接地，最大輸出占空比為 96%而輸出端接參考電平時，占空比為 48

17、%當把死區(qū)時間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在0 3.3V之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時間。脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個手段：當反饋電壓從0.5V變化到3.5時，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導通百分比時間 中下降到零。兩個誤差放大器具有從-0.3V到（Vcc-2.0 ）的共模輸入范圍，這 可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。 誤差放大器的輸出端常處于高電平，它 與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進行“或”運算，正是這種電路結(jié)構(gòu)，放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。當比較器Ct放電，一個正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的 雙穩(wěn)觸發(fā)器進行計時，同時停止輸出

18、管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參 考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于 50%寸，輸出驅(qū)動信號分別從 晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更高的驅(qū)動電流輸出，亦可將 Q1和Q2并聯(lián)使用，這時，需 將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。 這種狀態(tài)下，輸出的脈沖頻率將等于 振蕩器的頻率。TL494內(nèi)置一個5.0V的基準電壓源，使用外置偏置電路時，可提供高達 10mA 的負載電流，在典型的0 70C溫度范圍50mV溫漂條件下，該基準電壓源能提 供±5%

19、勺精確度。本實驗采用的脈寬調(diào)制電路原理圖如圖 4所示。% =10Vto4CVTpAI.QmH 3 2Anrm+叱=5.0VT°Iq = 1.D Alh47411VccC1C2C«np505CVTL494o145.1kAAA, t1 MRB5D WV0.0012 47k437910* 150-5010V圖4脈寬調(diào)制電路原理圖五、實驗步驟：1、熟悉TL494的管腳和內(nèi)部原理。2、知道TL494的振蕩頻率的計算方法，并實測振蕩頻率。3、按圖4脈寬調(diào)制電路原理圖在邏輯箱上搭出相應的電路。4、用示波器測試TL494的5腳的鋸齒波波形，并記錄下來。5、用示波器測試TL494的8腳的脈寬

20、調(diào)制波形，并記錄下來。6調(diào)節(jié)輸出電壓調(diào)節(jié)電位器，用示波器觀察 TL494的8腳的脈寬調(diào)制波形 變化，找出變化規(guī)律，并記錄下來。7、畫出鋸齒波與1腳的反饋電壓，8腳的脈寬調(diào)制波形的對應變化關(guān)系。六、實驗報告要求：1、要求寫出實驗名稱、學生姓名、班號和實驗日期、實驗目的和要求、實 驗儀器、設(shè)備與材料、實驗原理、實驗步驟（實驗原理和實驗步驟根據(jù)實際操作 的寫）。2、寫出實驗數(shù)據(jù)計算結(jié)果（編寫的控制要求及實驗程序），根據(jù)實驗結(jié)果分 析，回答實驗指導書中提出的思考題，寫出心得與體會。七、實驗注意事項：1、插接各種電子元器件一定要斷電進行。2、連結(jié)導線一定要仔仔細細，以防損壞儀器、儀表和實驗裝置3、發(fā)現(xiàn)異

21、常情況，應立即斷電檢查。八、思考題：1、本實驗中怎樣調(diào)節(jié)TL494的輸出頻率？2、本實驗中有哪幾種方式調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度？【2】實驗五:PLC實驗（1043932-5 ）一、實驗目的1. 熟悉可編程序控制器的使用方法。2. 練習梯形圖編程，PLC編程軟件及計算機和通訊接口輸入、修改和調(diào)試程序。3. 練習輔助繼電器和定時器的使用。4. 觀察利用可編程序控制器對簡單系統(tǒng)進行控制的過程。二、實驗內(nèi)容用三菱FX2N型PLC實現(xiàn)直流電機正反轉(zhuǎn)控制及調(diào)速。1. 教會學生如何分析被控對象，理出控制要求。2. 指導教師演示直流電機正反轉(zhuǎn)控制及調(diào)速的過程。3. 編制出相應的梯形圖，轉(zhuǎn)換成指令之后，寫入PLC中進行

22、調(diào)試。4. 利用上位機實現(xiàn)控制要求，并顯示相關(guān)狀態(tài)和參數(shù)。上位機軟件：采用力控組態(tài)軟件。三、實驗儀器、設(shè)備及材料1. PLC-1E實驗箱：1個。2. 連接導線：若干。3.SC-09型PLC編程通訊轉(zhuǎn)換電纜：1根。4. 工控機：1臺。5. PLC編程軟件及力控組態(tài)軟件：各1套。6. 直流電機調(diào)速板：1張。7. 直流電機及減速器：1臺。四、實驗原理利用按鈕模擬直流電機的控制按鈕（電源啟動、電源停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速），PLC的輸出觸點直接控制直流電機調(diào)速板上的方向控制繼電器，PLC的D/A輸出05V控制直流電機調(diào)速板上的調(diào)速電路，從而實現(xiàn)直流電機調(diào)速。在PLC單獨控制直流電機調(diào)速的基礎(chǔ)上，使用上位機軟件（力控組態(tài)軟件）實現(xiàn)對直流電機的控制，做到上位機與PLC可以同時控制直流電機。在程序編制中，要求做到正反轉(zhuǎn)自鎖、 方向改變是有延時保護、加減速自鎖及后操作的動作優(yōu)先。五、實驗步驟1. 用I/22控制電機電源啟動、I/23控制電機電源停止、I/24控制電機正轉(zhuǎn)、I/25控制電機反轉(zhuǎn)、I/26控制加速、I/27控制減速。具體連線是將PLC的輸入COM端連接到按鈕的公共端、I/22、I/23、1/24、I/25、1/26、1/2