第七章 電氣傳動實驗 (1)

1、第七章 電氣傳動控制系統(tǒng)實驗第七章 電氣傳動控制系統(tǒng)實驗第一節(jié) 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)的組成及其基本結構。2、掌握掌握晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測定方法。二、實驗設備1、教學實驗臺主控制屏 1個2、負載組件 1套3、電機導軌及測速發(fā)電機 1臺4、直流電動機 1臺5、雙蹤示波器 1臺6、萬用表 1臺三、背景知識直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速和快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎。因此，為

2、了保持由淺入深的教學順序，應該首先很好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。晶閘管直流調速系統(tǒng)由三相調壓器，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Uc作為觸發(fā)器的移相控制電壓，改變Uc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。工作原理圖如圖7-1所示。圖 7-1晶閘管直流調速系統(tǒng)工作原理圖四、實驗注意事項、實驗內容與實驗步驟注：（1）由于實驗時裝置處于開環(huán)狀態(tài)，電流和電壓可能有波動，可取平均讀數(shù)。（2）為防止電樞過大電流沖擊，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。（3）

3、電機堵轉時，大電流測量的時間要短，以防電機過熱。1、電樞回路電阻R的測定電樞回路的總電阻R包括電機的電樞電阻Ra，平波電抗器的直流電阻RL和整流裝置的內阻Rn，即R=Ra+RL+Rn。為測出晶閘管整流裝置的電源內阻，可采用伏安比較法來測定電阻，其實驗線路如圖7-2所示。圖 7-2 晶閘管直流調速系統(tǒng)電阻R測試線路圖（1）將變阻器Rd接入被測系統(tǒng)的主電路，并調節(jié)電阻負載至最大。測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉。（2）低壓單元的G給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。調節(jié)觸發(fā)電路及晶閘管主回路脈沖偏移電壓電位器RP2，使a=150°。（3）電源控制屏的“三相交流電源”開關撥向“直

4、流調速”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關按鈕，這時候主控制屏U、V、W端有電壓輸出。（4）調節(jié)G給定Ug使整流裝置輸出電壓Ud=（3070）%Ued（可為110V），然后調整Rd使電樞電流為（8090）%Ied，讀取電流表A和電壓表V的數(shù)值為I1,U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為Udo=I1R+U1 （5）調節(jié)Rd，使電流表A的讀數(shù)為40% Ied。在Ud不變的條件下讀取A，V表數(shù)值，則 Udo=I2R+U2 （6）求解兩式，可得電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)。（7）把電機電樞兩端短接，重復上述實驗，可得則電機的電樞電阻為Ra=R-（RL+Rn） (8)同樣，

5、短接電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻RL。2、電樞回路電感L的測定電樞電路總電感包括電機的電樞電感La，平波電抗器電感LL和整流變壓器漏感LB，由于LB數(shù)值很小，可忽略，故電樞回路的等效總電感為 L=La+LL電感的數(shù)值可用交流伏安法測定。電動機應加額定勵磁，并使電機堵轉，實驗線路如圖7-2所示。合上主電路電源開關，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LL。3、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)的運動方程式為式中 M電動機的電磁轉矩，單位為N.m; ML ¾負

6、載轉矩，空載時即為空載轉矩MK，單位為N.m; n ¾ 電機轉速，單位為r/min;電機空載自由停車時，運動方程式為 故 （N.m2）MK可由空載功率（單位為W）求出 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7-2所示。（1）電動機M加額定勵磁，低壓單元的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。（2）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Ud和電流IK。（3）斷開Uct，用記憶示波器拍攝曲線，即可求取某一轉速時的MK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1500r/min，1000r/mi

7、n），測出相應的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。表7-1 電機為1500r/minUd（v）IK（A）dn/dtPKMKGD2表7-2 電機為1000r/minUd（v）IK（A）dn/dtPKMKGD24主電路電磁時間常數(shù)T1的測定根據(jù)已經(jīng)測出的回路電阻和電感可計算出電磁時間常數(shù)。 T1L/R5電動機電勢常數(shù)Ce和轉矩常數(shù)CM的測定將電動機加額定勵磁，使之空載運行，改變電樞電壓Ud，測得相應的n，即可由下式算出Ce Ce=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的單位為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=9.55Ce6系統(tǒng)機電時間

8、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Tm>>Td，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)。（1）測試時電樞回路中附加電阻應全部切除。（2）低壓單元的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。（3）合上主電路電源開關，電動機M加額定勵磁。（4）調節(jié)Uct，將電機空載起動至穩(wěn)定轉速1000r/min。（5）保持Uct不變，斷開主電路開關。（6）待電機完全停止后，突然合上主電路開關，給電樞加電壓，用數(shù)字示波器拍攝過渡過程曲線，即可由此確定機電時間常數(shù)。7測速

9、發(fā)電機特性UTG=f(n)的測定電動機加額定勵磁，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)。表7-3 測速發(fā)電機特性曲線測定n（r/min）UTG（V）五、思考題1晶閘管直流調速系統(tǒng)的動靜態(tài)特性？2由Ks=f(Uct)特性,分析晶閘管裝置的非線性現(xiàn)象。第二節(jié) 不可逆單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)靜特性的研究一、實驗目的1、研究晶閘管直流電動機調速系統(tǒng)在反饋控制下的工作特性。2、研究直流調速系統(tǒng)中速度調節(jié)器ASR的工作及其對系統(tǒng)靜特性的影響。3、學習反饋控制系統(tǒng)的調試技術。二、 實驗設備1、教學實驗臺主控制屏 1個2、直流調速控制單元（1#

10、實驗板） 1套3、負載組件 1套4、電機導軌及測速發(fā)電機 1臺5、直流電動機 1臺6、雙蹤示波器 1臺7、萬用表 1臺三、背景知識單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調速范圍，為此所需付出的代價是，須增設電壓放大器以及檢測與反饋裝置。閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質在于它的自動調節(jié)作用，在于它能隨著負載的變化而相應地改變電樞電壓，以補償電樞回路電阻壓降。速度單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)又分為有靜差和無靜差調速系統(tǒng)。從靜特性分析中可以看出，由于電壓放大器采用了比例放大器，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。然而，Kp=常數(shù)，穩(wěn)態(tài)速差

11、就只能減小，卻不可能消除。因此，這樣的調速系統(tǒng)叫做有靜差調速系統(tǒng)。實際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調量的偏差進行控制的。電壓放大器采用比例積分放大器，則綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點，又克服了各自的缺點，揚長避短，互相補充。比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。 四、實驗注意事項、實驗任務與實驗步驟注：（1）直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。（2）接入ASR構成轉速負反饋時，為了防止振蕩，可預先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底，使調節(jié)器放大倍數(shù)最小，同時，ASR的“5”、“6”端接入可調電容（預置7F）。（3）測取靜特性時，須注意主電路電流不許超過電機的額定值（1A）

12、。（4）三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。（5）系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。（6）改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。（7）雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。實驗系統(tǒng)原理圖和線路圖如圖7-3所示。1、移相觸發(fā)電路的調試（主電路未通電）（1）用示波器觀察觸發(fā)電路及晶閘管主回路的雙脈沖觀察孔，應有雙脈沖，且間隔均勻，幅值相同；觀察每個晶閘管的控制極、陰極電壓波形，應有幅值為1V2V的雙脈沖。（2）觸發(fā)電路輸出脈沖應在30°90

13、6;范圍內可調。可通過對偏移電壓調節(jié)單位器及ASR輸出電壓的調整實現(xiàn)。例如：使ASR輸出為0V，調節(jié)偏移電壓，實現(xiàn)=90°；再保持偏移電壓不變，調節(jié)ASR的限幅電位器RP1，使=30°。2、求取調速系統(tǒng)在無轉速負反饋時的開環(huán)工作機械特性（1）斷開ASR的“9”至Uct的連接線，低壓單元G（給定）直接加至Uct，且Ug調至零，直圖 7-3 不可逆單閉環(huán)晶閘管直流調速系統(tǒng)原理和線路圖流電機勵磁電源開關閉合。（2）電源控制屏的“三相交流電源”開關撥向“直流調速”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關按鈕，這時候主控制屏U、V、W端有電壓輸出。（3）調節(jié)給定電壓Ug，使直流電

14、機空載轉速n0=1500轉/分，調節(jié)直流發(fā)電機負載電阻，在空載至額定負載的范圍內測取78點，讀取整流裝置輸出電壓Ud，輸出電流id以及被測電動機轉速n。 表7-4 開環(huán)調速系統(tǒng)機械特性測試id（A）Ud（V）n（r/min）3、帶轉速負反饋有靜差系統(tǒng)工作靜特性測試（1）斷開G（給定）和Uct的連接線，ASR的“9”輸出接至Uct，把ASR的“5”、“6”點短接。（2）合上主控制屏的綠色按鈕開關。（3）調節(jié)給定電壓Ug至2V，調整轉速變換器RP電位器，使被測電動機空載轉速n0=1500轉/分，調節(jié)ASR的調節(jié)電容以及反饋電位器RP3，使電機穩(wěn)定運行。（4）調節(jié)直流發(fā)電機負載電阻，在空載至額定負載

15、范圍內測取78點，讀取Ud、id、n。表7-5 單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)靜特性測試id（A）Ud（V）n（r/min）4帶轉速負反饋無靜差靜調速系統(tǒng)工作特性測試（1）斷開ASR的“5”、“6”短接線，“5”、“6”端接可調電容，可預置7F，使ASR成為PI（比例積分）調節(jié)器。（2）調節(jié)給定電壓Ug，使電機空載轉速n0=1500轉/分。在額定至空載范圍內測取78個點。表7-6 單閉環(huán)無靜差調速系統(tǒng)靜特性測試id（A）Ud（V）n（r/min）五、思考題1系統(tǒng)在開環(huán)、有靜差閉環(huán)與無靜差閉環(huán)工作時，速度調節(jié)器ASR各工作在什么狀態(tài)？實驗時應如何接線？2要得到相同的空載轉速n0，亦即要得到整流裝置相同的輸

16、出電壓U，對于有反饋與無反饋調速系統(tǒng)哪個情況下給定電壓要大些？為什么？3在有轉速負反饋的調速系統(tǒng)中，為得到相同的空載轉速n0，轉速反饋的強度對Ug有什么影響？為什么？4如何確定轉速反饋的極性與把轉速反饋正確地接入系統(tǒng)中？又如何調節(jié)轉速反饋的強度，在線路中調節(jié)什么元件能實現(xiàn)？第三節(jié) 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)一、實驗目的1了解雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)的原理，組成及各主要單元部件的原理。2熟悉電力電子及教學實驗臺主控制屏的結構及調試方法。3熟悉調速系統(tǒng)控制單元，觸發(fā)電路及晶閘管主回路的結構及調試方法4掌握雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)的調試步驟，方法及參數(shù)的整定。二、實驗設備1、教學實驗臺主控制屏

17、1個2、直流調速控制單元（1#實驗板） 1套3、負載組件 1套4、電機導軌及測速發(fā)電機 1臺5、直流電動機 1臺6、雙蹤示波器 1臺7、萬用表 1臺三、實驗系統(tǒng)組成及工作原理雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)由電流和轉速兩個調節(jié)器綜合調節(jié)，由于調速系統(tǒng)調節(jié)的主要量為轉速，故轉速環(huán)作為主環(huán)放在外面，電流環(huán)作為副環(huán)放在里面，這樣可抑制電網(wǎng)電壓波動對轉速的影響，實驗系統(tǒng)的控制回路如圖7-4所示。系統(tǒng)工作時，先給電動機加勵磁，改變給定電壓的大小即可方便地改變電機的轉速。ASR,ACR均有限幅環(huán)節(jié)，ASR的輸出作為ACR的給定，利用ASR的輸出限幅可達到限制起動電流的目的, ACR的輸出作為移相觸發(fā)電路的控

18、制電壓，利用ACR的輸出限幅可達到限制amin和bmin的目的。當加入給定Ug后，ASR即飽和輸出，使電動機以限定的最大起動電流加速起動，直到電機轉速達到給定轉速（即Ug=Ufn），并出現(xiàn)超調后，ASR退出飽和，最后穩(wěn)定運行在略低于給定轉速的數(shù)值上。圖 7-4 不可逆雙閉環(huán)晶閘管直流調速系統(tǒng)原理和線路圖四、實驗注意事項、實驗任務與實驗步驟注：（1）三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。（2）系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機（3）改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。（4）進行閉環(huán)調試時，若電機轉速達最高速且不可調，注意轉速反饋的極性是否

19、接錯。（5）雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。1、按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察雙脈沖觀察孔，應有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖。（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖600，則相序正確，否則，應調整輸入電源。（3）將控制一組橋觸發(fā)脈沖通斷的六個直鍵開關彈出，用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應有幅度為1V-2V的脈沖。2、雙閉環(huán)調速系統(tǒng)調試原則（1）先部件，后系統(tǒng)。即先將各單元的特性調好，然后才能組成系統(tǒng)。（2）先開環(huán)，后閉環(huán)，

20、即使系統(tǒng)能正常開環(huán)運行，然后在確定電流和轉速均為負反饋時組成閉環(huán)系統(tǒng)。（3）先內環(huán)，后外環(huán)。即先調試電流內環(huán)，然后調轉速外環(huán)。（4）先靜態(tài)，后動態(tài)，即先進行靜態(tài)性能指標測試，再進行動態(tài)性能調試。3、速度調節(jié)器（ASR）的調試 （1）調整輸出正、負限幅值速定。 “5”、“6”端 接可調電容，使ASR調節(jié)器為PI調節(jié)器，加入一定的輸入電壓（由低壓單元的G給定提供，以下同），將給定G輸出Ug接到ASR調節(jié)器的輸入端1端。調整正、負限幅電位器RP1、RP2，使輸出正負值等于±5V。（2）測定輸入輸出特性 將反饋網(wǎng)絡中的電容短接（“5”、“6”端短接），使ASR調節(jié)器為P調節(jié)器，向調節(jié)器輸入端

21、逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫出曲線。（3）觀察PI特性 拆除“5”、“6”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規(guī)律，改變調節(jié)器的放大倍數(shù)及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數(shù)值。4、電流調節(jié)器（ACR）的調試 （1）調整輸出正,負限幅值 整定ACR限幅值需要考慮負載的情況，留有一定整流電壓的余量。ACR的“9”、“10”端接可調電容，使調節(jié)器為PI調節(jié)器，加入一定的輸入電壓，將給定G輸出Ug接到調節(jié)器ACR的輸入端3端，負給定調節(jié)ACR的RP1使a(min)=20度，此時的電壓即為限幅值Uctm. 5、開環(huán)外特性的測定（1）

22、控制電壓Uct由給定器Ug直接接入。（2）使Ug=0，調節(jié)觸發(fā)電路及晶閘管主回路掛箱中的“脈沖移相控制”中的“偏移電壓”電位器，使稍大于120度。（3）電源控制屏的“三相交流電源”開關撥向“直流調速”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關按鈕，這時候主控制屏U、V、W端有220V電壓輸出。（4）逐漸增加給定電壓Ug，使電機起動、升速，調節(jié)Ug和勵磁If=100mA，使電機在額定負載和額定轉速下運行。再調節(jié)直流發(fā)電機的負載電阻RG，改變負載，在直流電機額定負載至空載范圍，測取78點，讀取電機轉速n，電機電樞電流Id，即可測出系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f (Id)。表7-7 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)開環(huán)特性

23、測試n(r/min)I(A)注意，若給定電壓Ug為0時，電機緩慢轉動，則表明太小，需后移6、系統(tǒng)調試將Ublf接地，Ublr懸空，即使用一組橋六個晶閘管。（1）電流環(huán)調試電動機不加勵磁系統(tǒng)開環(huán)，即觸發(fā)電路及晶閘管主回路中的控制電壓Uct由低壓單元中的G給定器Ug直接接入，將電阻負載中的電阻串入主回路并調至最大。逐漸增加給定電壓，用示波器觀察晶閘管整流橋兩端電壓波形。在一個周期內，電壓波形應有6個對稱波頭平滑變化 。增加給定電壓，減小主回路串接電阻Rd，直至Id=1.1Ied，再調節(jié)觸發(fā)電路及晶閘管主回路掛箱上的電流反饋If電位器RP，使電流反饋電壓Ufi近似等于速度調節(jié)器ASR的輸出限幅值（A

24、SR的輸出限幅可調為±5V）。低壓單元的G（負給定）輸出電壓Ug接至ACR的“3”端，電流反饋If接ACR的1腳，ACR的輸出“7”端接至Uct，即系統(tǒng)接入已接成PI調節(jié)的ACR組成電流單閉環(huán)系統(tǒng)。ACR的“9”、“10”端接可調電容，可預置1.5F，同時。逐漸增加給定電壓Ug，使之等于ASR輸出限幅值（+5V），觀察主電路電流是否小于或等于1.1Ied，如Id過大，則應調整電流反饋If電位器，使Ufi增加，直至Id<1.1Ied；如Id<Ied，則可將Rd減小直至切除，此時應增加有限，小于過電流保護整定值，這說明系統(tǒng)已具有限流保護功能。（2）速度變換器的調試電動機加額定

25、勵磁。系統(tǒng)開環(huán)，即給定電壓Ug直接接至Uct，Ug作為輸入給定，逐漸加正給定，當轉速n=1500r/min時，調節(jié)FBS（速度變換器）中速度反饋電位器RP，使速度反饋電壓為+5V左右。 速度反饋極性判斷：系統(tǒng)中接入ASR構成轉速單閉環(huán)系統(tǒng)，即給定電壓Ug接至ASR的第2端，ASR的第3端接至Uct。調節(jié)Ug（Ug為負電壓），若稍加給定，電機轉速即達最高速且調節(jié)Ug不可控，則表明單閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋極性有誤。但若接成轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，由于給定極性改變，故速度反饋極性可不變。7、系統(tǒng)特性測試將ASR,ACR均接成PI調節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。（1）ASR的調試“5”、“6”端接入可調電

26、容，預置1.5F；調節(jié)RP1、RP2使輸出限幅為±5V。（2）機械特性n=f（Id）的測定調節(jié)轉速給定電壓Ug，使電機空載轉速至1500 r/min，再調節(jié)發(fā)電機負載電阻Rd，在空載至額定負載范圍內分別記錄78點，可測出系統(tǒng)靜特性曲線n=f（Id）表7-8 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)靜特性曲線測試n(r/min)I(A)8系統(tǒng)動態(tài)波形的觀察用二蹤慢掃描示波器觀察動態(tài)波形，用數(shù)字示波器記錄動態(tài)波形。在不同的調節(jié)器參數(shù)下，觀察，記錄下列動態(tài)波形：（1）突加給定起動時，電動機電樞電流波形和轉速波形。（2）突加額定負載時，電動機電樞電流波形和轉速波形。（3）突降負載時，電動機電樞電流波形和轉速波形。注：

27、電動機電樞電流波形的觀察可通過ACR的第“1”端 轉速波形的觀察可通過ASR的第“1”端五、實驗報告1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出閉環(huán)控制特性曲線。2根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出閉環(huán)機械特性，并計算靜差率。3根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出系統(tǒng)開環(huán)機械特性，計算靜差率，并與閉環(huán)機械特性進行比較。4分析由數(shù)字示波器記錄下來的動態(tài)波形。 第四節(jié) 邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)一、實驗目的：1了解并熟悉邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的原理和組成。2掌握各控制單元的原理，作用及調試方法。3掌握邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的調試步驟和方法。4了解邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的靜特性和動態(tài)特性。二、實驗設備：1、教學實驗臺主控制屏 1個2、直流調速控制單元（

28、1#實驗板） 1套3、負載組件 1套4、電機導軌及測速發(fā)電機 1臺5、直流電動機 1臺6、雙蹤示波器 1臺7、萬用表 1臺三、實驗系統(tǒng)組成及工作原理邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的主回路由二組反并聯(lián)的三相全控整流橋組成，由于沒有環(huán)流，兩組可控整流橋之間可省去限制環(huán)流的均衡電抗器，電樞回路僅串接一個平波電抗器。控制系統(tǒng)主要由速度調節(jié)器ASR，電流調節(jié)器ACR，反號器AR，轉矩極性鑒別器DPT，零電流檢測器DPZ，無環(huán)流邏輯控制器DLC，觸發(fā)器，電流變換器FBC，速度變換器FBS等組成。其系統(tǒng)原理圖如圖7-5所示。正向起動時，給定電壓Ug為正電壓，無環(huán)流邏輯控制器的輸出端Ublf為”0”態(tài)，Ublr為”1”態(tài)，即

29、正橋觸發(fā)脈沖開通，反橋觸發(fā)脈沖封鎖，主回路正組可控整流橋工作，電機正向運轉。減小給定時，Ug<Ufn,使Ugi 反向，整流裝置進入本橋逆變狀態(tài)，而Ublf,Ublr不變，當主回路電流減小并過零后，Ublf，Ublr輸出狀態(tài)轉換，Ublf為“1”態(tài)，Ublr為“0”態(tài)，即進入它橋制動狀態(tài)，使電機降速至設定的轉速后再切換成正向運行；當Ug=0時，則電機停轉。圖 7-5邏輯無環(huán)流可逆晶閘管直流調速系統(tǒng)原理和線路圖反向運行時，Ublf為”1”態(tài)，Ublr為”0”態(tài)，主電路反組可控整流橋工作。無環(huán)流邏輯控制器的輸出取決于電機的運行狀態(tài)，正向運轉，正轉制動本橋逆變及反轉制動它橋逆變狀態(tài)，Ublf為”

30、0”態(tài)，Ublr為”1”態(tài)，保證了正橋工作，反橋封鎖；反向運轉，反轉制動本橋逆變，正轉制動它橋逆變階段，則Ublf為”1”態(tài)，Ublr為”0”態(tài)，正橋被封鎖，反橋觸發(fā)工作。由于邏輯控制器的作用，在邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)中保證了任何情況下兩整流橋不會同時觸發(fā)，一組觸發(fā)工作時，另一組被封鎖，因此系統(tǒng)工作過程中既無直流環(huán)流也無脈沖環(huán)流。四、實驗注意事項、實驗任務與實驗步驟注：（1）實驗時，應保證邏輯控制器工作；邏輯正確后才能使系統(tǒng)正反向切換運行。（2）為了防止意外，可在電樞回路串聯(lián)一定的電阻，如工作正常，則可隨Ug的增大逐漸切除電阻。1、按圖7-4接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用

31、示波器觀察雙脈沖觀察孔，應有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖600，則相序正確，否則，應調整輸入電源。（3）將控制一組橋觸發(fā)脈沖通斷的六個直鍵開關彈出，用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應有幅度為1V2V的脈沖。（4）將Ublr接地，可觀察反橋晶閘管的觸發(fā)脈沖。（5）用萬用表檢查Ublf，Ublr的電壓，一為高電平，一為低電平，不能同為低電平。2、控制單元調試按實驗三的方法調試FBS，ASR，ACR3、電平檢測器的調試（1）測定轉矩極性鑒別器（DPT）的環(huán)寬，要求環(huán)寬為0.40.6V，記錄高電平值 ，調節(jié)RP使環(huán)寬對稱

32、縱坐標。具體方法：調節(jié)給定Ug，使DPT的“1”腳得到約0.3V電壓，調節(jié)電位器RP，使“2”端輸出從“1”變?yōu)椤?”。調節(jié)負給定，從0V起調，當DPT的“2”端從“0”變?yōu)椤?”時，檢測DPZ的“1”端應為-0.3V左右，否則應調整電位器，使“2”端電平變化時，“1”端電壓大小基本相等。（2）測定零電流檢測器（DPZ）的環(huán)寬，要求環(huán)寬也為0.40.6伏，調節(jié)RP，使回環(huán)向縱坐標右側偏離0.10.2伏。具體方法：調節(jié)給定Ug，使DPZ的“1”端為0.7V左右，調整電位器RP，使“2”端輸出從“1”變?yōu)椤?”。減小給定，當“2”端電壓從“0”變?yōu)椤?”時，“1”端電壓在0.10.2V范圍內，否則

33、應繼續(xù)調整電位器RP。（3）按測得數(shù)據(jù)，畫出兩個電平檢測器的回環(huán)。調試方法：按7-6圖接線圖 7-6 電平檢測器回環(huán)測試接線圖給定電壓順時針到底，Ug輸出約為12V。此時上下?lián)軇诱{速系統(tǒng)控制單元中G（給定）部分S2開關，Ublf、Ublr的輸出應為高、低電平變化，同時用示波器觀察DLC的“5”，應出現(xiàn)脈沖，用萬用表測量，“3”與“Ublf”，“4”與“Ublr”等電位。把+15V與DLC的“2”連線斷開，DLC的“2”接地，此時撥動開關S2，Ublr、Ublf輸出無變化。5、邏輯控制器（DLC）的調試測試邏輯功能，列出真值表，真值表應符合下表：表7-9 真值表輸入UM110001UI10010

34、0輸出Uz(Ublf)000111UF(Ublr)111000調試時的階躍信號可從給定器得到。6、機械特性n=f (Id)的測定測出n =1500r/min的正，反轉機械特性n =f (Id)，方法與實驗三相同。表7-10 機械特性表（n=1500r/min）n(r/min)I(A)7、閉環(huán)控制特性的測定按實驗三的方法測出正，反轉時的閉環(huán)控制特性n =f (Ug)。表7-11 控制特性表n(r/min)Ug(V)8、系統(tǒng)動態(tài)波形的觀察用二蹤慢掃描示波器觀察并記錄：（1）給定值階躍變化（正向起動® 正向停車® 反向切換到正向 ® 正向切換到反向®反向停車）

35、時的動態(tài)波形。（2）電機穩(wěn)定運行于額定轉速，Ug不變，突加，突減負載(20%Ied«100%Ied) 的動態(tài)波形：（3）改變ASR,ACR的參數(shù)，觀察動態(tài)波形如何變化。注：電動機電樞電流波形的觀察可通過ACR的第“1”端。 轉速波形的觀察可通過ASR的第“1”端。五、實驗報告：1根據(jù)實驗結果，畫出正，反轉閉環(huán)控制特性曲線。2根據(jù)實驗結果，畫出正，反轉閉環(huán)機械特性，并計算靜差率。3分析參數(shù)變化對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響。4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)能量轉換狀況。 第五節(jié) 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調速系統(tǒng)一、實驗目的1掌握雙閉環(huán)可逆直流脈寬調速系統(tǒng)的組成、原理及各主要單

36、元部件的工作原理。2熟悉直流PWM專用集成電路SG3525的組成、功能與工作原理。3熟悉H型PWM變換器的各種控制方式的原理與特點。4掌握雙閉環(huán)可逆直流脈寬調速系統(tǒng)的調試步驟、方法及參數(shù)的整定。二、實驗設備1、教學實驗臺主控制屏 1個2、直流調速控制單元（1#實驗板） 1套3、現(xiàn)代電力電子及直流脈寬調速組件（2#實驗板） 1套4、負載組件 1套5、電機導軌及測速發(fā)電機 1臺6、直流電動機 1臺7、雙蹤示波器 1臺8、萬用表 1臺三、背景知識在中小容量的直流傳動系統(tǒng)中，采用自關斷器件的脈寬調速系統(tǒng)比相控系統(tǒng)具有更多的優(yōu)越性，因而日益得到廣泛應用。雙閉環(huán)脈寬調速系統(tǒng)的原理框圖如圖7-7所示。圖中可

37、逆PWM變換器主電路系采用IGBT所構成的H型結構形式，UPW為脈寬調制器，DLD為邏輯延時環(huán)節(jié)，GD為MOS管的柵極驅動電路，F(xiàn)A為瞬時動作的過流保護。脈寬調制器UPW采用美國硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強的單片集成PWM控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調制器的設計及調試，故獲得廣泛使用。圖 7-7 雙閉環(huán)脈寬調速系統(tǒng)的原理框圖四、實驗注意事項、實驗任務與實驗步驟注：（1）直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。（2）接入ASR構成轉速負反饋時，為了防止振蕩，可預先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底

38、，使調節(jié)器放大倍數(shù)最小，同時，ASR的“5”、“6”端接入可調電容（預置7F）。（3）測取靜特性時，須注意主電路電流不許超過電機的額定值（1A）。（4）系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。（5）改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。（6）雙蹤示波器（自備）的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。（7）實驗時需要特別注意起動限流電路的繼電器有否吸合，如該繼電器未吸合，進行過流保護電路調試或進行加負載試驗時，就會燒壞起動限流電阻。1、SG3525性能測試（1）用示波器觀察U

39、PW的“1”端的電壓波形，記錄波形的周期、幅度。（2）用示波器觀察UPW的“2”端的電壓波形，調節(jié)UPW的RP電位器，使方波的占空比為50%。（3）用導線將低壓單元的“G”的“1”和“UPW”的“3”相連，分別調節(jié)正負給定，記錄“2”端輸出波形的最大占空比和最小占空比。2、控制電路的測試（1）邏輯延時時間的測試在上述實驗的基礎上，分別將正、負給定均調到零，連接UPW的“2”端和DLD的“1”端，用示波器觀察“DLD”的“1”和“2”端的輸出波形，并記錄延時時間td= （2）同一橋臂上下管子驅動信號列區(qū)時間測試分別將“隔離驅動”的G和主回路的G相連，用雙蹤示波器分別測量VVT1.GS和VVT2.

40、GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的列區(qū)時間：tdVT1.VT2=tdVT3.VT4=3、開環(huán)系統(tǒng)調試主回路按圖7-7接線，但調節(jié)器不接，控制回路直接將調速控制單元的給定接至現(xiàn)代電力電子及直流脈寬調速的UPW“3”端，并將UPW“2”端和DLD“1”端相連，驅動電路的G1、G2、G3、G4相連。（1）電流反饋系數(shù)的調試將正、負給定均調到零，合上主控制屏電源開關，接通直流電機勵磁電源。調節(jié)正給定，電機開始起動直至達1500r/min給電動機拖加負載，即逐漸減小發(fā)電機負載電阻，直至電動機的電樞電流為1A。調節(jié)“FBA”的電流反饋電位器，用萬用表測量“9”端電壓達2V左右。（2）速度反饋系數(shù)的調

41、試 在上述實驗的基礎上，再次調節(jié)電機轉速的1400r/min，調節(jié)調速控制單元的“FBS”電位器，使速度反饋電壓為5V左右。（3）系統(tǒng)開環(huán)機械特性測定參照速度反饋系數(shù)調試的方法，使電機轉速達1400r/min，改變直流發(fā)電機負載電阻Rd，在空載至額定負載范圍內測取7-8個點，記錄相應的轉速n和直流電動機電流id。 表7-12 系統(tǒng)開環(huán)機械特性測試表（n=1400r/min）n(r/min)id(A)調節(jié)給定，使n=1000/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機在中速和低速時的機械特性。表7-13 系統(tǒng)開環(huán)機械特性測試表（n=1000r/min）n(r/min)id(A)M(N

42、.m)表7-14 系統(tǒng)開環(huán)機械特性測試表（n=500r/min）n(r/min)id(A)M(N.m)斷開主電源，調速控制單元的S1開關撥向“負給定”，然后按照以上方法，測出系統(tǒng)的反向機械特性。4、閉環(huán)系統(tǒng)調試控制回路可按圖7-7接線，將ASR，ACR均接成PI調節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。（1）速度調節(jié)器的調試反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最?。弧?”、“6”端接入可調電容器，預置57F；調節(jié)RP1、RP2使輸出限幅為±2V。（2）電流調節(jié)器的調試反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小；“5”、“6”端接入可調電容器，預置57F；調速控制單元的S2開關打向“給定”，S1開關扳向上，調整調速