運動控制實驗講義(自動化)

1、第三章 運動控制系統(tǒng)實驗實驗一 晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定一實驗目的1熟悉晶閘管直流調速系統(tǒng)的組成結構；2掌握晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)與環(huán)節(jié)特性的測定方法。二實驗內容1 測定晶閘管整流裝置的外特性；2測定晶閘管觸發(fā)及整流裝置的放大系數(shù)；3用直流伏安法測量直流電動機的電樞電阻和電抗器電阻；4直流電動機電勢常數(shù)Ce和轉矩常數(shù)CM的測定；5測定晶閘管直流調速系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM（選做）；6測定直流電動機發(fā)電機測速發(fā)電機組的飛輪慣量GD2； 7繪制自由停車曲線n=f ( t )； 8測速發(fā)電機特性UTG=f (n)的測試；9用交流伏安法測量直流電動機電樞回路的電感；10計算主電路電磁時間常數(shù)

2、測定。三實驗系統(tǒng)組成和工作原理晶閘管直流調速系統(tǒng)由三相交流電路、晶閘管整流調速裝置、平波電抗器，電動機發(fā)電機組等組成。本實驗中，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，從而獲得可調的直流電壓和轉速，以滿足實驗要求。四實驗設備及儀器見表31五注意事項為防止電樞過大電流的沖擊，每次增加Ug須緩慢，且每次起動電動機前給定電位器應調回零位，以防過流。表31實驗設備及儀器序號型 號備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。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” 等幾個模塊。4DJK04 電機調速控制實驗 該掛件包含“給定”，模塊。5DD03-2電機導軌測速發(fā)電機及轉速表6DJ13-1 直流發(fā)電機7DJ15 直流并勵電動機8D42三相可調電阻9示波器自備10萬用表自備六實驗方法1 測定整流裝置的外特性uf( I )，并確定其內阻r。 實驗原理見圖31圖31 整流裝置外特性測試原理圖 數(shù)據(jù)測定及處理每次實驗前，都應將負載電阻R的阻值置于最大。由于考慮到整流裝置內阻的非線性關系，因此在實驗中應測定不同的角時的外特性曲線uf( I )，值可取三種不同的角度，對于每個不同的值，通過改變R的大小，可測取其4個左右的相應參數(shù)，并描述uf( I

4、 )曲線（應為直線簇），該直線的斜率即為r。ru /I（合理選擇u 、I的值）在實驗中，應注意負載電流不得超過其額定值0.6A；每次重新改變時，R應置于最大位置。2 觸發(fā)整流裝置放大系數(shù)KS的測定。實驗原理圖見圖31實驗前，將負載電阻Rd的阻值置于最大。對于不同的UCT，測出對應的輸出電壓Ud。根據(jù)KS=Ud/UCT，即可求出相應的放大系數(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)，故在實驗中Id的值不能太小。同時，也不能超過額定值。3用直流伏安法測定直流電動機電樞電阻Ra、電抗器電阻RL 實驗原理框圖見圖32 按圖接線。注意：此時電動機不加勵磁，使其堵轉。將給定電位器RP1逆時針調

5、到底，使 UCT0。 合上電源，逐步緩慢地增大UCT，使負載電流增大至一定值（如0.3A）時，記下此時的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。 在測試過程中，由于電機處于堵轉狀態(tài)，因此測量時間要短，以防電機過熱。 圖32 直流電動機電樞電阻、電抗器電阻測試原理圖If04 電動機電勢常數(shù)Ce和轉矩常數(shù)CM的測定 實驗原理框圖參見圖32。通電測試前，將電動機勵磁線圈加額定勵磁。 合上電源，使電動機空載運行。改變UCT，即可改變電動機電樞電壓Ud，從而可得到相應的轉速n，由下列公式可求出Ce。CeKe（Ua2Ua1）/（n2n1）Ce的單

6、位為V /（r/min）轉矩常數(shù)(額定磁通時)CM的單位為N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce5系統(tǒng)機電時間常數(shù)Tm的測定系統(tǒng)的機電時間常數(shù)可由下式計算 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 當電樞突加給定電壓時，轉速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當n到達63.2%穩(wěn)態(tài)值時，所經(jīng)過的時間即為拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。將給定電位器RP1逆時針調到底，使UCT=0，電動機M加額定勵磁。合上主電路電源開關，調節(jié)UCT，將電機空載起動至穩(wěn)定轉速1000r/min。然后保持UCT不變，斷開主電路開關，待電機完全停止后，突然合上主電路開關，給電樞加電壓，用光線示波器拍攝過渡過程曲線，即可由此

7、確定機電時間常數(shù)。圖33 系統(tǒng)機電時間和常數(shù)轉動慣量的測定6直流電動機發(fā)電機測速發(fā)電機組的飛輪慣量GD2的測定。電力拖動系統(tǒng)的運動方程式為 TTZ=（GD2/375）dn/dt式中 T電動機的電磁轉矩，單位為N.m; TZ ：負載轉矩，空載時即為空載轉矩TK，單位為N.m; n ：電機轉速，單位為r/min;電機空載自由停車時，運動方程式為： 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為電動機電樞電壓； Ra為電動機電樞電阻。dn/dt可由自由停車時所得曲線n= f (t)求得，其實驗線路如圖33

8、所示。電動機加額定勵磁。給定電位器RP1逆時針調到底，使UCT=0。合上主電路電源開關，調節(jié)UCT，將電機空載起動至穩(wěn)定轉速后，測取電樞電壓Ua和電流Id，然后斷開UCT，用記憶示波器拍攝曲線，即可求取某一轉速時的TK和dn/dt。由于空載轉矩不是常數(shù)，可以轉速n為基準選擇若干個點（如1000r/min，1200r/min），測出相應的TK和dn/dt，以求取GD2的平均值。電機為1000r/min。Ua（v）Ia（A）dn/dtPKTKGD2電機為1200r/min。Ua（v）Ia（A）dn/dtPKTKGD27測繪自由停車曲線nf（t）將電動機在空載下加速至額定轉速，待轉速穩(wěn)定后保持勵磁電

9、流不變，突然切斷主回路電源，電動機將在空載制動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測速發(fā)電機特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖33所示。電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓UCT，分別讀取對應的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用交流伏安法測量電樞回路電感L電樞回路總電感包括電機的電樞電感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定。此時，電動機應加額定勵磁使其堵轉。實驗線路如圖34所示。合上主電

10、路電源開關，調節(jié)主控制屏輸出電壓。用電壓表和電流表分別測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，計算出電感值La和Ld。實驗時，交流電壓的有效值應小于電機直流電壓的額定值， Za=Ua/IZL=UL/I 圖34 電樞回路電感L的測定10主電路電磁時間常數(shù)的計算主電路電磁時間常數(shù)也可由下列公式計算 TdL/RRrRa+RL七 實驗報告1作出實驗所得各種曲線，計算有關參數(shù)； 2實驗心得體會。實驗二 閉環(huán)控制及邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)一、 實驗目的1 掌握閉環(huán)直流調速系統(tǒng)、邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的組成及各主要單元部件的工作原理；2 認識閉環(huán)反

11、饋控制系統(tǒng)的基本特性；3 掌握晶閘管直流調速系統(tǒng)的一般設計與調試步驟以及相關參數(shù)的整定方法；4 掌握閉環(huán)控制直流調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性與動態(tài)特性；5 研究相關調節(jié)器參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響；6熟悉邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的原理和組成；7掌握邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)中各控制單元的原理、作用及調試方法； 8掌握邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的調試步驟和方法；9掌握邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。為培養(yǎng)提高學生的自主創(chuàng)新與動手能力，通過實驗的手段使學生掌握晶閘管-直流電動機系統(tǒng)的組成與工作原理、控制單元的工程設計方法以及參數(shù)的測試等。該實驗除包含運動控制課程直流調速系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)外，同時

12、還涉及到電力電子技術、自動控制原理、電子技術基礎（模擬、數(shù)字）等相關課程，要圓滿完成本實驗內容，學生必須在熟練掌握本課程理論知識的基礎上，還需結合所學的其它專業(yè)理論，并在課外查閱相關技術資料，作出初步設計方案，經(jīng)老師認可后，在實驗室完成相應的實驗，予以調試且最終完成任務。二、 實驗內容1、直流電機開環(huán)外特性的測定；2、基本單元部件（速度調節(jié)器、電流調節(jié)器）的調試； 調節(jié)器的調整 調節(jié)器的調零； 正負限幅值的調整 轉速反饋系數(shù)的整定 電流反饋系數(shù)的整定3、轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)靜特性的測試；4、電流單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)靜特性的測試；5、雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)靜特性的測試； 機械特性的測定 閉環(huán)控

13、制特性的測定6、雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)動態(tài)特性的觀察；7、邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)單元測試； “轉矩極性鑒別”單元的調試 “零電平檢測”單元的調試 “反號器”單元的調試 “邏輯控制”單元的調試8、邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)機械特性的測定；9、邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)閉環(huán)控制特性的測定；10、邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)動態(tài)波形的觀察。三、 實驗設備與儀器序號 型 號備 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 電機調速控制實驗 I該掛件包含“給定”，

14、“電流調節(jié)器”，“速度變換”，“邏輯控制”等模塊。5DJK08可調電阻、電容箱6DD03-2電機導軌測速發(fā)電機及轉速表7DJ13-1 直流發(fā)電機8DJ15 直流并勵電動機9D42三相可調電阻10慢掃描示波器11萬用表四、實驗線路及原理為了提高直流調速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標，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))。對調速指標要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調速指標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速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉速單閉環(huán)使用較多。在轉速單閉環(huán)中，將反映轉速變化的電壓信號作為反饋信號，經(jīng)“速度變換”后接到“速度調節(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，這就構成了速度負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的轉速隨給定電壓變化，電機最高轉速由速度調節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調節(jié)器采用P（比例）調節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要想消除上述誤差，則需將調節(jié)器換成PI(比例積分)調節(jié)。這時當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的轉速能穩(wěn)定在一定的范圍內變化。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作為反饋信號加到“電流調節(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，從而構成了電流負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的最高轉速也由電流調節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，電流調節(jié)器若采用P（比例）調節(jié)，對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調節(jié)器換成PI(比例積分)調節(jié)。當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電流變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內變化。許多生產(chǎn)機械，由于加工和運行的要求，使電動機經(jīng)常處于起動、制動、反轉的過渡過程中，因此起動和制動過程的時間在很大程度上決定了生產(chǎn)機械的生產(chǎn)效率。為縮短這一部分時間，僅采用PI調節(jié)器的轉速負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)

17、，其性能還不很令人滿意。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是由電流和轉速兩個調節(jié)器進行綜合調節(jié)，可獲得良好的靜、動態(tài)性能（兩個調節(jié)器均采用PI調節(jié)器），由于調整系統(tǒng)的主要參量為轉速，故將轉速環(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)電壓擾動對轉速的影響。在某些場合下，既要求電動機能正轉，同時也能反轉，并要求在減速時產(chǎn)生制動轉矩，加快制動時間。要改變電動機的轉向有以下方法，一是改變電動機電樞電流的方向，二是改變勵磁電流的方向。由于電樞回路的電感量比勵磁回路的要小，使得電樞回路有較小的時間常數(shù)?？蓾M足某些設備對頻繁起動，快速制動的要求 。本實驗的主回路由正橋及反橋反向并聯(lián)組成，并通過邏輯控制來控

18、制正橋和反橋的工作與關閉，并保證在同一時刻只有一組橋路工作,另一組橋路不工作，這樣就沒有環(huán)流產(chǎn)生。由于沒有環(huán)流,主回路不需要再設置平衡電抗器，但為了限制整流電壓幅值的脈動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“速度調節(jié)器”、“電流調節(jié)器”、“反號器”、“轉矩極性鑒別”、“零電平檢測”、“邏輯控制”、“速度變換”等環(huán)節(jié)組成。五、預習要求(1)復習自動控制系統(tǒng)(直流調速系統(tǒng))等教材中有關晶閘管直流調速系統(tǒng)、閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)、邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的內容，熟悉系統(tǒng)的原理圖和邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)工作原理的內容。(2)掌握有關調節(jié)器的基本工作原理。 (3)根據(jù)直流調速系統(tǒng)的工作原

19、理，最終能畫出相應單元的實驗原理圖、實驗系統(tǒng)的詳細接線圖，并理解各控制單元在調速系統(tǒng)中的作用。在充分預習的基礎上，今老師檢查認可后，方可進入實驗環(huán)節(jié)。 六、實驗方法1、DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調試 打開DJK01總電源開關，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將DJK01“電源控制屏”上“調速電源選擇開關”撥至“直流調速”側。用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號輸出”端和DJK02-1“三相同步信號輸入”端相連,打開DJK02-1電源開關，撥動 “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關，使“窄”的發(fā)光管亮。 2、Uct不變時的直流電機開

20、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)電機接負載電阻R，Ld用DJK02上200mH，將給定的輸出調到零。先閉合勵磁電源開關，按下DJK01“電源控制屏”啟動按鈕，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，使電動機慢慢啟動并使轉速 n 達到1200rpm。改變負載電阻R的阻值，在空載至額定負載的范圍內測取56點，即可測出在Uct不變時的直流電動機開環(huán)外特性n = f(Id)，測量并記錄數(shù)據(jù)于下表： 表36n（rpm）Id（A）3、基本單元部件的調試 速度調節(jié)器的調試速度調節(jié)器

21、調零將DJK04中“速度調節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調電阻120K接到“速度調節(jié)器”的“4”、“5”兩端，用導線將“5”、“6”短接，使“電流調節(jié)器”成為P (比例)調節(jié)器。調節(jié)面板上的調零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調節(jié)器“7”端的輸出，使調節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。（3mv以下即可）調整輸出正、負限幅值把“5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調電容0.47uF接入“5”、“6”兩端，使調節(jié)器成為PI (比例積分)調節(jié)器，然后將DJK04的給定輸出端接到轉速調節(jié)器的“3”端，當加一定的正給定時，調整負限幅電位器RP2，觀察輸出負電壓的變化，當調節(jié)器輸入端加

22、負給定時，調整正限幅電位器RP1，觀察調節(jié)器輸出正電壓的變化。（限6V以下） (2)電流調節(jié)器的調試調節(jié)器的調零 將DJK04中“電流調節(jié)器”所有輸入端（1、2、4、6腳）接地，再將DJK08中的可調電阻13K接“速度調節(jié)器”的“8”、“9”兩端，用導線將“9”、“10”短接，使“電流調節(jié)器”成為P（比例）調節(jié)器。調節(jié)面板上的調零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調節(jié)器的“11”端，使調節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。(3mv以下即可)調整輸出正、負限幅值把“8”、“9”短接線去掉，將DJK08中的可調電容0.47uF接入“8”、“9”兩端，使調節(jié)器成為PI（比例積分）調節(jié)器，然后將DJK0

23、4的給定輸出端接到電流調節(jié)器的“4”端，當加正給定時，調整負限幅電位器RP2，觀察輸出負電壓的變化，當調節(jié)器輸入端加負給定時，調整正限幅電位器RP1，觀察輸出正電壓的變化。（限6V以下） 轉速反饋系數(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”電路接直流電動機負載，Ld用DJK02上的200mH，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，接通勵磁電源，從零逐漸增加給定，使電機提速到n =150Orpm時，調節(jié)“速度變換”上轉速反饋電位器RP1，使得該轉速時反饋電壓Ufn=-6V，這時的轉速反饋系數(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載R，負載電阻放在最大值，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當Ud=220V時，減小負載的阻值，調節(jié)“電流反饋與過流保護”上的電流反饋電位器RP1，使得負載電流Id=l.3A時，“2”端If的的電流反饋電壓Ufi=6V，這時的電流反饋系數(shù)= Ufi/Id= 4.615V/A。 4、轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)靜特性的測試實驗線路如圖35所示。圖 3-5 轉速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖按圖接線。在本實驗中，DJK04的“給定”電壓Ug為負給定，轉速反饋為正電壓，將“速度調節(jié)器”接成P（比例）調節(jié)器

25、或PI（比例積分）調節(jié)器。直流發(fā)電機接負載電阻R，Ld用DJK02上200mH，給定輸出調到零。直流發(fā)電機接負載（負載電阻阻值置于最大），從零開始逐漸調大“給定”電壓Ug，使電動機的轉速接近n=l200rpm。由小到大調節(jié)直流發(fā)電機負載R，測出電動機的電樞電流Id（不大于0.9A）與電機的轉速n，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)，并將結果填于下表。 表37 P調節(jié)器n（rpm）Id（A）表38 PI調節(jié)器n（rpm）Id（A）5 電流單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)靜特性的測試按圖3-6接線。在本實驗中，給定Ug為負給定，電流反饋為正電壓，將“電流調節(jié)器”接成比例（P）調節(jié)器或PI（比例積分）調節(jié)器

26、。直流發(fā)電機接負載電阻R，Ld用DJK02上200mH，將給定輸出調到零。圖 3-6 電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖直流發(fā)電機先輕載，從零開始逐漸增加“給定”電壓Ug，使電動機轉速接近n=l200rpm。由小到大調節(jié)直流發(fā)電機負載R，測定相應的Id和n，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)。 表39n（rpm）Id（A）6 雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)靜特性的測試按圖3-7接線， DJK04的給定電壓Ug輸出為正給定，轉速反饋電壓為負電壓，直流發(fā)電機接負載電阻R，Ld用DJK02上的200mH，負載電阻放在最大值，給定的輸出調到零。圖3-7 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理框圖機械特性n =f(Id)的測定A、從

27、零開始逐漸調大給定電壓Ug，使電動機轉速接近n=l200rpm，逐漸改變負載電阻，即可測出系統(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，再測試n=800rpm時的靜態(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)的測定調節(jié)Ug及R，使n= l200rpm，逐漸降低Ug，記錄Ug和n，即可測出閉環(huán)控制特性n = f(Ug)。 表312n（rpm）Ug（V）7 雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)動態(tài)特性的觀察用慢掃描示波器觀察動態(tài)波形。突加給定Ug，電動機啟動時的電樞電流Id(“電流反饋與過流保護”的“2”端)波形和轉

28、速n(“速度變換”的“3”端)波形。8 邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)單元測試按圖38接線。圖38邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)原理圖 “轉矩極性鑒別”的調試 “轉矩極性鑒別”的輸出有下列要求:電機正轉，輸出UM為“1”態(tài)。電機反轉，輸出UM為“0”態(tài)。將給定輸出端接至“轉矩極性鑒別”的輸入端，同時在輸入端接上萬用表以監(jiān)視輸入電壓的大小，示波器探頭接至“轉矩極性鑒別”的輸出端，觀察其輸出高、低電平的變化。“轉矩極性鑒別”的輸入輸出特性應滿足圖2-12a所示要求，其中Usr1=-0.25V，Usr2=+0.25V“零電平檢測”的調試 其輸出應有下列要求: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)。其調整方法與“轉矩極性鑒別”的調整方法相同，輸入輸出特性應滿足圖2-12b所示要求，其中Usr1=0.2V，Usr2=0.6V?！胺刺柶鳌钡恼{試A、調零（在出廠前反號器已調零，如果零漂比較大的話，用戶可自行將掛件打開調零），將反號器輸入端“1”接地，用萬用表的毫伏檔測量“2”端，觀察輸出是否為零，如果不為零，則調節(jié)線路板上的電位器使之為最小值。B、測定輸入輸出的比例，將反號器輸入端“1”接“給定”，調節(jié)“給定”輸出為5V電壓，用萬用表測量“2”端，輸出是否等于-5V電壓，如果兩者不等，則通過調節(jié)RP1使輸出等于負的輸入。再調節(jié)“給定”電壓使輸出為-5V電壓，觀測反號器輸出

30、是否為5V?！斑壿嬁刂啤眴卧恼{試測試邏輯功能，列出真值表，真值表應符合下表：表313輸入UM110001UI100100輸出UZ（U）000111UF（U）111000調試方法：首先將“零電平檢測”、“轉矩極性鑒別”調節(jié)到位，符合其特性曲線。給定接“轉矩極性鑒別”的輸入端，輸出端接“邏輯控制”的Um?！傲汶娖綑z測”的輸出端接“邏輯控制”的UI,輸入端接地。將給定的RP1、RP2電位器順時針轉到底，將S2打到運行側。(S2此時一定不要打到“停止”)將S1打到正給定側，用萬用表測量“邏輯控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端，“3”、“6”端輸出應為高電平，“4”、“7”端輸出應為低電平，此時

31、將DJK04中給定部分S1開關從正給定打到負給定側，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?。在跳變的過程中用示波器觀測“5”端輸出的脈沖信號。將“零電平檢測”的輸入端接高電平，此時將DJK04中給定部分的S1開關來回扳動，“邏輯控制”的輸出應無變化。9邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)機械特性的測定當系統(tǒng)正常運行后，改變給定電壓，測出并記錄當n分別為1200rpm、800rpm時的正、反轉機械特性n=f(Id)，方法與雙閉環(huán)實驗相同。實驗時，將發(fā)電機的負載R逐漸增加（減小電阻R的阻值），使電動機負載從輕載增加到直流并勵電動機的額定負載。記錄實驗數(shù)據(jù)：正轉：

32、表314n（rpm）1200Id（A）表315n（rpm）800Id（A）反轉：表316n（rpm）1200Id（A）表317n（rpm）800Id（A）10 閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測定從正轉開始逐步增加正給定電壓，記錄實驗數(shù)據(jù)表318n（rpm）Ug（V）從反轉開始逐步增加負給定電壓，記錄實驗數(shù)據(jù)表319n（rpm）Ug（V）11邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)動態(tài)波形的觀察用雙蹤慢掃描示波器觀察電動機電樞電流Id和轉速n的動態(tài)波形，兩個探頭分別接至“電流反饋與過流保護”的“2”端和“速度變換”的“3”端。給定值階躍變化(正向啟動正向停車反向啟動反向切換到正向正向切換到反向反向停車)時的Id

33、、n的動態(tài)波形。七、實驗報告(1) 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的機械特性； (2) 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出電流單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的機械特性；(3) 根據(jù)實驗結果，畫出正、反轉閉環(huán)控制特性曲線n =f(Ug)； (4) 根據(jù)實驗結果，畫出兩種轉速時的正、反轉閉環(huán)機械特性n =f(Id)，并計算靜差率； (5) 分析速度調節(jié)器、電流調節(jié)器參數(shù)變化對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響；(6) 分析電機從正轉切換到反轉過程中，電機經(jīng)歷的工作狀態(tài)，系統(tǒng)能量轉換情況。八、思考題(l) P調節(jié)器和PI調節(jié)器在直流調速系統(tǒng)中的作用有什么不同?(2) 實驗中，如何確定轉速反饋的極性并把轉速反饋正確地接入系統(tǒng)中? (3

34、) 邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)對邏輯控制有何要求?實驗三 變頻原理實驗異步電動機轉速的基本公式為： n=60f(1-s)/p其中n為電機轉速，f為電源頻率， p為電機極對數(shù)，s為電機的轉差率。當轉差率固定在最佳值時，改變f即可改變轉速n。為使電機在不同轉速下運行在額定磁通，在改變頻率的同時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直流電壓源。對直流電壓進行PWM逆變控制，使變頻器輸出PWM波形中的基波為預先設定的電壓/頻率比曲線所規(guī)定的電壓頻率數(shù)值。因此，這個PWM的調制方法是其中的關鍵技術。目前常用的變頻器調制方法有SP

35、WM，馬鞍波PWM，空間電壓矢量PWM等方式。1、 SPWM變頻調速方式正弦波脈寬調制法（SPWM）是最常用的一種調制方法，SPWM信號是通過用三角載波信號和正弦信號相比較的方法產(chǎn)生，當改變正弦參考信號的幅值時，脈寬隨之改變，從而改變了主回路輸出電壓的大小。當改變正弦參考信號的頻率時，輸出電壓的頻率也隨之改變。在變頻器中，輸出電壓的調整和輸出頻率的改變是同步協(xié)調完成的，即VVVF（變頻變壓）控制。SPWM調制方式的特點是半個周期內脈沖中心線等距，脈沖等幅。調節(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，其調制波形接近與正弦波。在實際應用中對于三相逆變器，是由一個三相正弦波發(fā)生器產(chǎn)生

36、三相參考信號，與一個公用的三角載波信號相比較，從而產(chǎn)生三相調制波。2、 馬鞍波PWM變頻調速方式SPWM信號是由正弦波與三角波信號相比較而產(chǎn)生的，正弦波幅值與三角波幅值之比為 m，稱為調制比。正弦波脈寬調制的主要優(yōu)點是：逆變器輸出線電壓與調制比m成線性關系，有利于精確控制，且諧波含量小。但在一般情況下，要求調制比m1。當m1時，正弦波脈寬調制波中出現(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，對電機運行不利；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。為解決這個問題，可以在正弦參考信號上疊加適當?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。采用馬鞍波調制，使得參考信號的最大值減小，但參考波形基波分量的幅值有了進一步的提高。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變頻調速方式對于三相逆變器，根據(jù)上路開關的狀態(tài)可以生成六個互差60。的非零電壓矢良V1V6，零矢量V0、V7。當開關狀態(tài)為（000）或（111）時，即生成零矢量，這時逆變器上半橋或下半橋功率器件全部導通，因此輸出線電壓為零。由于電機磁鏈矢量是空間電壓矢量的