運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)講義(自動(dòng)化)

1、第三章 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測(cè)定一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)；2掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)與環(huán)節(jié)特性的測(cè)定方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 測(cè)定晶閘管整流裝置的外特性；2測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置的放大系數(shù)；3用直流伏安法測(cè)量直流電動(dòng)機(jī)的電樞電阻和電抗器電阻；4直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測(cè)定；5測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM（選做）；6測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量GD2； 7繪制自由停車曲線n=f ( t )； 8測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f (n)的測(cè)試；9用交流伏安法測(cè)量直流電動(dòng)機(jī)電樞回路的電感；10計(jì)算主電路電磁時(shí)間常數(shù)

2、測(cè)定。三實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成和工作原理晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由三相交流電路、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器，電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成。本實(shí)驗(yàn)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接由給定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調(diào)的直流電壓和轉(zhuǎn)速，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器見(jiàn)表31五注意事項(xiàng)為防止電樞過(guò)大電流的沖擊，每次增加Ug須緩慢，且每次起動(dòng)電動(dòng)機(jī)前給定電位器應(yīng)調(diào)回零位，以防過(guò)流。表31實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器序號(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

3、路”,“正反橋功放” 等幾個(gè)模塊。4DJK04 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn) 該掛件包含“給定”，模塊。5DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌測(cè)速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表6DJ13-1 直流發(fā)電機(jī)7DJ15 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)8D42三相可調(diào)電阻9示波器自備10萬(wàn)用表自備六實(shí)驗(yàn)方法1 測(cè)定整流裝置的外特性u(píng)f( I )，并確定其內(nèi)阻r。 實(shí)驗(yàn)原理見(jiàn)圖31圖31 整流裝置外特性測(cè)試原理圖 數(shù)據(jù)測(cè)定及處理每次實(shí)驗(yàn)前，都應(yīng)將負(fù)載電阻R的阻值置于最大。由于考慮到整流裝置內(nèi)阻的非線性關(guān)系，因此在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)定不同的角時(shí)的外特性曲線uf( I )，值可取三種不同的角度，對(duì)于每個(gè)不同的值，通過(guò)改變R的大小，可測(cè)取其4個(gè)左右的相應(yīng)參數(shù)，并描述uf( I

4、 )曲線（應(yīng)為直線簇），該直線的斜率即為r。ru /I（合理選擇u 、I的值）在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)注意負(fù)載電流不得超過(guò)其額定值0.6A；每次重新改變時(shí)，R應(yīng)置于最大位置。2 觸發(fā)整流裝置放大系數(shù)KS的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)原理圖見(jiàn)圖31實(shí)驗(yàn)前，將負(fù)載電阻Rd的阻值置于最大。對(duì)于不同的UCT，測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出電壓Ud。根據(jù)KS=Ud/UCT，即可求出相應(yīng)的放大系數(shù)。 由于KS為空載放大系數(shù)，且又要保持系統(tǒng)的電流連續(xù)，故在實(shí)驗(yàn)中Id的值不能太小。同時(shí)，也不能超過(guò)額定值。3用直流伏安法測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電樞電阻Ra、電抗器電阻RL 實(shí)驗(yàn)原理框圖見(jiàn)圖32 按圖接線。注意：此時(shí)電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁，使其堵轉(zhuǎn)。將給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)

5、到底，使 UCT0。 合上電源，逐步緩慢地增大UCT，使負(fù)載電流增大至一定值（如0.3A）時(shí)，記下此時(shí)的U1、U2與Id的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式： RaU2 / Id 、 RL= U1 / Id 即可求出所需值。 在測(cè)試過(guò)程中，由于電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此測(cè)量時(shí)間要短，以防電機(jī)過(guò)熱。 圖32 直流電動(dòng)機(jī)電樞電阻、電抗器電阻測(cè)試原理圖If04 電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)原理框圖參見(jiàn)圖32。通電測(cè)試前，將電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈加額定勵(lì)磁。 合上電源，使電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行。改變UCT，即可改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓Ud，從而可得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n，由下列公式可求出Ce。CeKe（Ua2Ua1）/（n2n1）Ce的單

6、位為V /（r/min）轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時(shí))CM的單位為N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce5系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm的測(cè)定系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)算 由于TmTd，也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即 當(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)63.2%穩(wěn)態(tài)值時(shí)，所經(jīng)過(guò)的時(shí)間即為拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。將給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使UCT=0，電動(dòng)機(jī)M加額定勵(lì)磁。合上主電路電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)UCT，將電機(jī)空載起動(dòng)至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1000r/min。然后保持UCT不變，斷開(kāi)主電路開(kāi)關(guān)，待電機(jī)完全停止后，突然合上主電路開(kāi)關(guān)，給電樞加電壓，用光線示波器拍攝過(guò)渡過(guò)程曲線，即可由此

7、確定機(jī)電時(shí)間常數(shù)。圖33 系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間和常數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定6直流電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量GD2的測(cè)定。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為 TTZ=（GD2/375）dn/dt式中 T電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N.m; TZ ：負(fù)載轉(zhuǎn)矩，空載時(shí)即為空載轉(zhuǎn)矩TK，單位為N.m; n ：電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min;電機(jī)空載自由停車時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程式為： TK= （GD2/375）dn/dt故 式中GD2的單位為Nm2.TK可由空載功率PK（單位為W）求出。 而PKUaIaIa2Ra其中：Ua為電動(dòng)機(jī)電樞電壓； Ra為電動(dòng)機(jī)電樞電阻。dn/dt可由自由停車時(shí)所得曲線n= f (t)求得，其實(shí)驗(yàn)線路如圖33

8、所示。電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁。給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使UCT=0。合上主電路電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)UCT，將電機(jī)空載起動(dòng)至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，測(cè)取電樞電壓Ua和電流Id，然后斷開(kāi)UCT，用記憶示波器拍攝曲線，即可求取某一轉(zhuǎn)速時(shí)的TK和dn/dt。由于空載轉(zhuǎn)矩不是常數(shù)，可以轉(zhuǎn)速n為基準(zhǔn)選擇若干個(gè)點(diǎn)（如1000r/min，1200r/min），測(cè)出相應(yīng)的TK和dn/dt，以求取GD2的平均值。電機(jī)為1000r/min。Ua（v）Ia（A）dn/dtPKTKGD2電機(jī)為1200r/min。Ua（v）Ia（A）dn/dtPKTKGD27測(cè)繪自由停車曲線nf（t）將電動(dòng)機(jī)在空載下加速至額定轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后保持勵(lì)磁電

9、流不變，突然切斷主回路電源，電動(dòng)機(jī)將在空載制動(dòng)力矩的作用下自由停車，利用慢掃描示波器描出自由停車曲線nf（t）。8測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)線路如圖33所示。電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓UCT，分別讀取對(duì)應(yīng)的UTG 、n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f(n)。n（r/min）UTG（V）9用交流伏安法測(cè)量電樞回路電感L電樞回路總電感包括電機(jī)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的數(shù)值很小，因此可忽略。故電樞回路的等效總電感為：LLaLd電感的數(shù)值可用交流伏安法測(cè)定。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)加額定勵(lì)磁使其堵轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)線路如圖34所示。合上主電

10、路電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)主控制屏輸出電壓。用電壓表和電流表分別測(cè)出通入交流電壓后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(jì)算出電感值La和Ld。實(shí)驗(yàn)時(shí)，交流電壓的有效值應(yīng)小于電機(jī)直流電壓的額定值， Za=Ua/IZL=UL/I 圖34 電樞回路電感L的測(cè)定10主電路電磁時(shí)間常數(shù)的計(jì)算主電路電磁時(shí)間常數(shù)也可由下列公式計(jì)算 TdL/RRrRa+RL七 實(shí)驗(yàn)報(bào)告1作出實(shí)驗(yàn)所得各種曲線，計(jì)算有關(guān)參數(shù)； 2實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)。實(shí)驗(yàn)二 閉環(huán)控制及邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及各主要單元部件的工作原理；2 認(rèn)識(shí)閉環(huán)反

11、饋控制系統(tǒng)的基本特性；3 掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)與調(diào)試步驟以及相關(guān)參數(shù)的整定方法；4 掌握閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性；5 研究相關(guān)調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響；6熟悉邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理和組成；7掌握邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中各控制單元的原理、作用及調(diào)試方法； 8掌握邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法；9掌握邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。為培養(yǎng)提高學(xué)生的自主創(chuàng)新與動(dòng)手能力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的手段使學(xué)生掌握晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成與工作原理、控制單元的工程設(shè)計(jì)方法以及參數(shù)的測(cè)試等。該實(shí)驗(yàn)除包含運(yùn)動(dòng)控制課程直流調(diào)速系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)外，同時(shí)

12、還涉及到電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬、數(shù)字）等相關(guān)課程，要圓滿完成本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生必須在熟練掌握本課程理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，還需結(jié)合所學(xué)的其它專業(yè)理論，并在課外查閱相關(guān)技術(shù)資料，作出初步設(shè)計(jì)方案，經(jīng)老師認(rèn)可后，在實(shí)驗(yàn)室完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，予以調(diào)試且最終完成任務(wù)。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、直流電機(jī)開(kāi)環(huán)外特性的測(cè)定；2、基本單元部件（速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器）的調(diào)試； 調(diào)節(jié)器的調(diào)整 調(diào)節(jié)器的調(diào)零； 正負(fù)限幅值的調(diào)整 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定 電流反饋系數(shù)的整定3、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的測(cè)試；4、電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的測(cè)試；5、雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的測(cè)試； 機(jī)械特性的測(cè)定 閉環(huán)控

13、制特性的測(cè)定6、雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的觀察；7、邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)單元測(cè)試； “轉(zhuǎn)矩極性鑒別”單元的調(diào)試 “零電平檢測(cè)”單元的調(diào)試 “反號(hào)器”單元的調(diào)試 “邏輯控制”單元的調(diào)試8、邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的測(cè)定；9、邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制特性的測(cè)定；10、邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形的觀察。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器序號(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”,“正反橋功放”等模塊。4DJK04 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn) I該掛件包含“給定”，

14、“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“邏輯控制”等模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌測(cè)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11萬(wàn)用表四、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(duì)調(diào)速指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對(duì)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。在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)中，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”

15、的電壓相比較經(jīng)放大后，得到移相控制電壓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(duì)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(duì)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

16、大后，得到移相控制電壓UCt，控制整流橋的“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(duì)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(duì)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。許多生產(chǎn)機(jī)械，由于加工和運(yùn)行的要求，使電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)的過(guò)渡過(guò)程中，因此起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間在很大程度上決定了生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)效率。為縮短這一部分時(shí)間，僅采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

17、，其性能還不很令人滿意。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是由電流和轉(zhuǎn)速兩個(gè)調(diào)節(jié)器進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，可獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能（兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器），由于調(diào)整系統(tǒng)的主要參量為轉(zhuǎn)速，故將轉(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，這樣可以抑制電網(wǎng)電壓擾動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。在某些場(chǎng)合下，既要求電動(dòng)機(jī)能正轉(zhuǎn)，同時(shí)也能反轉(zhuǎn)，并要求在減速時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，加快制動(dòng)時(shí)間。要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向有以下方法，一是改變電動(dòng)機(jī)電樞電流的方向，二是改變勵(lì)磁電流的方向。由于電樞回路的電感量比勵(lì)磁回路的要小，使得電樞回路有較小的時(shí)間常數(shù)?？蓾M足某些設(shè)備對(duì)頻繁起動(dòng)，快速制動(dòng)的要求 。本實(shí)驗(yàn)的主回路由正橋及反橋反向并聯(lián)組成，并通過(guò)邏輯控制來(lái)控

18、制正橋和反橋的工作與關(guān)閉，并保證在同一時(shí)刻只有一組橋路工作,另一組橋路不工作，這樣就沒(méi)有環(huán)流產(chǎn)生。由于沒(méi)有環(huán)流,主回路不需要再設(shè)置平衡電抗器，但為了限制整流電壓幅值的脈動(dòng)和盡量使整流電流連續(xù)，仍然保留了平波電抗器。該控制系統(tǒng)主要由“速度調(diào)節(jié)器”、“電流調(diào)節(jié)器”、“反號(hào)器”、“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”、“零電平檢測(cè)”、“邏輯控制”、“速度變換”等環(huán)節(jié)組成。五、預(yù)習(xí)要求(1)復(fù)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)(直流調(diào)速系統(tǒng))等教材中有關(guān)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)、閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)、邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容，熟悉系統(tǒng)的原理圖和邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)工作原理的內(nèi)容。(2)掌握有關(guān)調(diào)節(jié)器的基本工作原理。 (3)根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原

19、理，最終能畫出相應(yīng)單元的實(shí)驗(yàn)原理圖、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的詳細(xì)接線圖，并理解各控制單元在調(diào)速系統(tǒng)中的作用。在充分預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，今老師檢查認(rèn)可后，方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。 六、實(shí)驗(yàn)方法1、DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試 打開(kāi)DJK01總電源開(kāi)關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開(kāi)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(kāi)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(kāi)DJK02-1電源開(kāi)關(guān)，撥動(dòng) “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開(kāi)關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。 2、Uct不變時(shí)的直流電機(jī)開(kāi)

20、環(huán)外特性的測(cè)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(kāi)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(kāi)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1200rpm。改變負(fù)載電阻R的阻值，在空載至額定負(fù)載的范圍內(nèi)測(cè)取56點(diǎn)，即可測(cè)出在Uct不變時(shí)的直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)外特性n = f(Id)，測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)于下表： 表36n（rpm）Id（A）3、基本單元部件的調(diào)試 速度調(diào)節(jié)器的調(diào)試速度調(diào)節(jié)器

21、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120K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(wàn)用表的毫伏檔測(cè)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。（3mv以下即可）調(diào)整輸出正、負(fù)限幅值把“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DJK04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，觀察輸出負(fù)電壓的變化，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加

22、負(fù)給定時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1，觀察調(diào)節(jié)器輸出正電壓的變化。（限6V以下） (2)電流調(diào)節(jié)器的調(diào)試調(diào)節(jié)器的調(diào)零 將DJK04中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端（1、2、4、6腳）接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻13K接“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(wàn)用表的毫伏檔測(cè)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。(3mv以下即可)調(diào)整輸出正、負(fù)限幅值把“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DJK0

23、4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，觀察輸出負(fù)電壓的變化，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，觀察輸出正電壓的變化。（限6V以下） 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)。 電流反饋系數(shù)的整

24、定 直接將“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(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(guò)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。 4、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的測(cè)試實(shí)驗(yàn)線路如圖35所示。圖 3-5 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖按圖接線。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

25、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)接負(fù)載（負(fù)載電阻阻值置于最大），從零開(kāi)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(cè)出電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id（不大于0.9A）與電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)，并將結(jié)果填于下表。 表37 P調(diào)節(jié)器n（rpm）Id（A）表38 PI調(diào)節(jié)器n（rpm）Id（A）5 電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的測(cè)試按圖3-6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

26、。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。圖 3-6 電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖直流發(fā)電機(jī)先輕載，從零開(kāi)始逐漸增加“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(cè)定相應(yīng)的Id和n，即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)。 表39n（rpm）Id（A）6 雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性的測(cè)試按圖3-7接線， DJK04的給定電壓Ug輸出為正給定，轉(zhuǎn)速反饋電壓為負(fù)電壓，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R，Ld用DJK02上的200mH，負(fù)載電阻放在最大值，給定的輸出調(diào)到零。圖3-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖機(jī)械特性n =f(Id)的測(cè)定A、從

27、零開(kāi)始逐漸調(diào)大給定電壓Ug，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm，逐漸改變負(fù)載電阻，即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)，并記錄于下表中： 表310n（rpm）Id（A）B、降低Ug，再測(cè)試n=800rpm時(shí)的靜態(tài)特性曲線，并記錄于下表中：表311n（rpm）Id（A）C、閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測(cè)定調(diào)節(jié)Ug及R，使n= l200rpm，逐漸降低Ug，記錄Ug和n，即可測(cè)出閉環(huán)控制特性n = f(Ug)。 表312n（rpm）Ug（V）7 雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的觀察用慢掃描示波器觀察動(dòng)態(tài)波形。突加給定Ug，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電樞電流Id(“電流反饋與過(guò)流保護(hù)”的“2”端)波形和轉(zhuǎn)

28、速n(“速度變換”的“3”端)波形。8 邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)單元測(cè)試按圖38接線。圖38邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 “轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的調(diào)試 “轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸出有下列要求:電機(jī)正轉(zhuǎn)，輸出UM為“1”態(tài)。電機(jī)反轉(zhuǎn)，輸出UM為“0”態(tài)。將給定輸出端接至“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸入端，同時(shí)在輸入端接上萬(wàn)用表以監(jiān)視輸入電壓的大小，示波器探頭接至“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸出端，觀察其輸出高、低電平的變化?！稗D(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸入輸出特性應(yīng)滿足圖2-12a所示要求，其中Usr1=-0.25V，Usr2=+0.25V“零電平檢測(cè)”的調(diào)試 其輸出應(yīng)有下列要求:主回路電流接近零，輸出UI為“1”態(tài)。主回路有電流

29、，輸出UI為“0”態(tài)。其調(diào)整方法與“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的調(diào)整方法相同，輸入輸出特性應(yīng)滿足圖2-12b所示要求，其中Usr1=0.2V，Usr2=0.6V。“反號(hào)器”的調(diào)試A、調(diào)零（在出廠前反號(hào)器已調(diào)零，如果零漂比較大的話，用戶可自行將掛件打開(kāi)調(diào)零），將反號(hào)器輸入端“1”接地，用萬(wàn)用表的毫伏檔測(cè)量“2”端，觀察輸出是否為零，如果不為零，則調(diào)節(jié)線路板上的電位器使之為最小值。B、測(cè)定輸入輸出的比例，將反號(hào)器輸入端“1”接“給定”，調(diào)節(jié)“給定”輸出為5V電壓，用萬(wàn)用表測(cè)量“2”端，輸出是否等于-5V電壓，如果兩者不等，則通過(guò)調(diào)節(jié)RP1使輸出等于負(fù)的輸入。再調(diào)節(jié)“給定”電壓使輸出為-5V電壓，觀測(cè)反號(hào)器輸出

30、是否為5V?！斑壿嬁刂啤眴卧恼{(diào)試測(cè)試邏輯功能，列出真值表，真值表應(yīng)符合下表：表313輸入U(xiǎn)M110001UI100100輸出UZ（U）000111UF（U）111000調(diào)試方法：首先將“零電平檢測(cè)”、“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”調(diào)節(jié)到位，符合其特性曲線。給定接“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸入端，輸出端接“邏輯控制”的Um?！傲汶娖綑z測(cè)”的輸出端接“邏輯控制”的UI,輸入端接地。將給定的RP1、RP2電位器順時(shí)針轉(zhuǎn)到底，將S2打到運(yùn)行側(cè)。(S2此時(shí)一定不要打到“停止”)將S1打到正給定側(cè)，用萬(wàn)用表測(cè)量“邏輯控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端，“3”、“6”端輸出應(yīng)為高電平，“4”、“7”端輸出應(yīng)為低電平，此時(shí)

31、將DJK04中給定部分S1開(kāi)關(guān)從正給定打到負(fù)給定側(cè)，則“3”、“6”端輸出從高電平跳變?yōu)榈碗娖剑?”、“7”端輸出也從低電平跳變?yōu)楦唠娖?。在跳變的過(guò)程中用示波器觀測(cè)“5”端輸出的脈沖信號(hào)。將“零電平檢測(cè)”的輸入端接高電平，此時(shí)將DJK04中給定部分的S1開(kāi)關(guān)來(lái)回扳動(dòng)，“邏輯控制”的輸出應(yīng)無(wú)變化。9邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的測(cè)定當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，改變給定電壓，測(cè)出并記錄當(dāng)n分別為1200rpm、800rpm時(shí)的正、反轉(zhuǎn)機(jī)械特性n=f(Id)，方法與雙閉環(huán)實(shí)驗(yàn)相同。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將發(fā)電機(jī)的負(fù)載R逐漸增加（減小電阻R的阻值），使電動(dòng)機(jī)負(fù)載從輕載增加到直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的額定負(fù)載。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：正轉(zhuǎn)：

32、表314n（rpm）1200Id（A）表315n（rpm）800Id（A）反轉(zhuǎn)：表316n（rpm）1200Id（A）表317n（rpm）800Id（A）10 閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測(cè)定從正轉(zhuǎn)開(kāi)始逐步增加正給定電壓，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表318n（rpm）Ug（V）從反轉(zhuǎn)開(kāi)始逐步增加負(fù)給定電壓，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表319n（rpm）Ug（V）11邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形的觀察用雙蹤慢掃描示波器觀察電動(dòng)機(jī)電樞電流Id和轉(zhuǎn)速n的動(dòng)態(tài)波形，兩個(gè)探頭分別接至“電流反饋與過(guò)流保護(hù)”的“2”端和“速度變換”的“3”端。給定值階躍變化(正向啟動(dòng)正向停車反向啟動(dòng)反向切換到正向正向切換到反向反向停車)時(shí)的Id

33、、n的動(dòng)態(tài)波形。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性； (2) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性；(3) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，畫出正、反轉(zhuǎn)閉環(huán)控制特性曲線n =f(Ug)； (4) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，畫出兩種轉(zhuǎn)速時(shí)的正、反轉(zhuǎn)閉環(huán)機(jī)械特性n =f(Id)，并計(jì)算靜差率； (5) 分析速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響；(6) 分析電機(jī)從正轉(zhuǎn)切換到反轉(zhuǎn)過(guò)程中，電機(jī)經(jīng)歷的工作狀態(tài)，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換情況。八、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?(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? (3

34、) 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)對(duì)邏輯控制有何要求?實(shí)驗(yàn)三 變頻原理實(shí)驗(yàn)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的基本公式為： n=60f(1-s)/p其中n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f為電源頻率， p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，s為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。當(dāng)轉(zhuǎn)差率固定在最佳值時(shí)，改變f即可改變轉(zhuǎn)速n。為使電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行在額定磁通，在改變頻率的同時(shí)必須成比例地改變輸出電壓的基波幅值。這就是所謂的VVVF（變壓變頻）控制。工頻50Hz的交流電源經(jīng)整流后就可以得到一個(gè)直流電壓源。對(duì)直流電壓進(jìn)行PWM逆變控制，使變頻器輸出PWM波形中的基波為預(yù)先設(shè)定的電壓/頻率比曲線所規(guī)定的電壓頻率數(shù)值。因此，這個(gè)PWM的調(diào)制方法是其中的關(guān)鍵技術(shù)。目前常用的變頻器調(diào)制方法有SP

35、WM，馬鞍波PWM，空間電壓矢量PWM等方式。1、 SPWM變頻調(diào)速方式正弦波脈寬調(diào)制法（SPWM）是最常用的一種調(diào)制方法，SPWM信號(hào)是通過(guò)用三角載波信號(hào)和正弦信號(hào)相比較的方法產(chǎn)生，當(dāng)改變正弦參考信號(hào)的幅值時(shí)，脈寬隨之改變，從而改變了主回路輸出電壓的大小。當(dāng)改變正弦參考信號(hào)的頻率時(shí)，輸出電壓的頻率也隨之改變。在變頻器中，輸出電壓的調(diào)整和輸出頻率的改變是同步協(xié)調(diào)完成的，即VVVF（變頻變壓）控制。SPWM調(diào)制方式的特點(diǎn)是半個(gè)周期內(nèi)脈沖中心線等距，脈沖等幅。調(diào)節(jié)脈沖的寬度，使脈沖面積之和與正弦波下的面積成比例。因此，其調(diào)制波形接近與正弦波。在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于三相逆變器，是由一個(gè)三相正弦波發(fā)生器產(chǎn)生

36、三相參考信號(hào)，與一個(gè)公用的三角載波信號(hào)相比較，從而產(chǎn)生三相調(diào)制波。2、 馬鞍波PWM變頻調(diào)速方式SPWM信號(hào)是由正弦波與三角波信號(hào)相比較而產(chǎn)生的，正弦波幅值與三角波幅值之比為 m，稱為調(diào)制比。正弦波脈寬調(diào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是：逆變器輸出線電壓與調(diào)制比m成線性關(guān)系，有利于精確控制，且諧波含量小。但在一般情況下，要求調(diào)制比m1。當(dāng)m1時(shí)，正弦波脈寬調(diào)制波中出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，不但輸出電壓與頻率失去所要求的配合關(guān)系，而且輸出電壓中諧波分量增大，特別是較低次諧波分量較大，對(duì)電機(jī)運(yùn)行不利；如果m1，逆變器輸出的線電壓中基波分量的幅值，只有逆變輸入的電網(wǎng)電壓幅值得0.866倍，這就使得采用SPWM逆變器不能充分利用直流母線電壓。為解決這個(gè)問(wèn)題，可以在正弦參考信號(hào)上疊加適當(dāng)?shù)娜沃C波分量。其合成后的波形近似馬鞍型，所以稱為馬鞍波PWM。采用馬鞍波調(diào)制，使得參考信號(hào)的最大值減小，但參考波形基波分量的幅值有了進(jìn)一步的提高。即可使m1，從而可以在高次諧波分量不增加的條件下，增加其基波分量的值，以克服SPWM的不足。3、 空間電壓矢量PWM變頻調(diào)速方式對(duì)于三相逆變器，根據(jù)上路開(kāi)關(guān)的狀態(tài)可以生成六個(gè)互差60。的非零電壓矢良V1V6，零矢量V0、V7。當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)為（000）或（111）時(shí)，即生成零矢量，這時(shí)逆變器上半橋或下半橋功率器件全部導(dǎo)通，因此輸出線電壓為零。由于電機(jī)磁鏈?zhǔn)噶渴强臻g電壓矢量的