實(shí)驗(yàn)一單閉環(huán)直流調(diào)速V3.0版

1、實(shí)驗(yàn)二十九單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理(2) 掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過(guò)程。(3) 認(rèn)識(shí)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵(lì) 磁電源”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)電路”，“正橋功 放”,“反橋功放”等幾個(gè)模塊。4DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)1該掛件包含“給定”,“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電流反饋與過(guò)流保 護(hù)”等幾個(gè)模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌

2、、測(cè)速發(fā)電 機(jī)及轉(zhuǎn)速表或者“ DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤(pán)測(cè) 速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(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慢掃描示波器自備11萬(wàn)用表自備三、實(shí)驗(yàn)線(xiàn)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)要求不咼的場(chǎng)合，米用單閉環(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。在本裝置中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗(yàn)是將反映轉(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”的電壓相 比較

3、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(mén)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)定在一定的圍變化。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)放大后

4、， 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)定在一定的圍變化。三郴電源輸已電流反慣與過(guò)淤保護(hù)世rl.盤(pán)處路觸電橋放K功a斷4-' r-'Lldu EK t圖5-7轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖Riidi Cz2III勵(lì)礎(chǔ) 電源圖5-8電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理

5、圖四、實(shí)驗(yàn)容(1) 學(xué)習(xí)DJK01 “電源控制屏”的使用方法。DJK04上的基本單元的調(diào)試。U ct不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)特性的測(cè)定。(4) Ud不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)特性的測(cè)定。(5) 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。(6) 電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。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) )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)的容。(2) 掌握調(diào)節(jié)器的工作原理。(3) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，能畫(huà)出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的詳細(xì)接線(xiàn)圖，并理解各控制單元 在調(diào)速系統(tǒng)中的作用。(4) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何能使電動(dòng)機(jī)的負(fù)載從空載 (接近空載 )連續(xù)地調(diào)至額定負(fù) 載?六、實(shí)驗(yàn)方法DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電

6、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(guān)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。 觀(guān)察A、B、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電 位器(在各觀(guān)測(cè)孔左側(cè))，使三相鋸齒波斜率盡可能一致。 將DJK04上的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓Uct相 接，將給定開(kāi)關(guān)

7、S2撥到接地位置(即Uct=0)，調(diào)節(jié)DJK02-1 上的偏移電壓電 位器，用雙蹤示波器觀(guān)察A相同步電壓信號(hào)和“雙脈沖觀(guān)察孔” VT1的輸出 波形，使a =120°。 適當(dāng)增加給定Ug的正電壓輸出，觀(guān)測(cè)DJK02-1 上 “脈沖觀(guān)察孔”的波 形，此時(shí)應(yīng)觀(guān)測(cè)到單窄脈沖和雙窄脈沖。 將DJK02-1面板上的Uf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正 橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DJK02 “正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DJK02 “正 橋觸發(fā)脈沖”的六個(gè)開(kāi)關(guān)撥至“通”，觀(guān)察正橋 VT1VT6晶閘管門(mén)極和陰 極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。(2) Uct不變時(shí)的直流電機(jī)開(kāi)環(huán)外特性的測(cè)定 按

8、接線(xiàn)圖分別將主回路和控制回路接好線(xiàn)。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，使電機(jī)的電樞電流從led直至空載。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：n (rpm)Id(A)(3) Ud不變時(shí)直流電機(jī)開(kāi)環(huán)外特性的測(cè)定 控制電壓Uct由DJ

9、K04的“給定” 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。 按下DJK01 “電源控制屏”啟動(dòng)按鈕，然后從零開(kāi)始逐漸增加給定電 壓Ug，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并達(dá)到1200rpm。 改變負(fù)載電阻R，使電機(jī)的電樞電流從led直至空載。用電壓表監(jiān)視三 相全控整流輸出的直流電壓Ud,保持Ud不變(通過(guò)不斷的調(diào)節(jié)DJK04上“給定” 電壓Ug來(lái)實(shí)現(xiàn))，測(cè)出在Ud不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)外特性n =f(ld)，并記錄 于下表中：n (rpm)Id (A)(4) 基本單兀部件調(diào)試 移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)圍的確定直接將DJK04 “給定”電壓Ug接入DJK02-1移相

10、控制電壓Uct的輸入端，“三相全控整流”輸出接電阻負(fù)載 R,用示波器觀(guān)察Ud的波形。當(dāng)給定電壓 Ug由零調(diào)大時(shí)，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)Ug超過(guò)某一數(shù)值Ug/時(shí), Ud的波形會(huì)出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，這時(shí)Ud反而隨Ug的增大而減少。一般可確定移 相控制電壓的最大允許值為Uctmax=0.9Ug/ ，即Ug的允許調(diào)節(jié)圍為0Uctmax 如果我們把輸出限幅定為Uctmax的話(huà)，則“三相全控整流”輸出圍就被限定， 不會(huì)工作到極限值狀態(tài)，保證六個(gè)晶閘管可靠工作。記錄Ug/于下表中：Ug7Uctmax=0.9Ug/將給定退到零，再按“停止”按鈕，結(jié)束步驟。 調(diào)節(jié)器的調(diào)整A、調(diào)節(jié)器的調(diào)零將DJK04中“速度

11、調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻40K 接到“速度調(diào)節(jié)器”的“ 4”、“ 5”兩端，用導(dǎo)線(xiàn)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。將DJK04中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻13K 接到“速度調(diào)節(jié)器”的“ 8”、“9”兩端，用導(dǎo)線(xiàn)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“ 1T端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近 于零

12、。B、正負(fù)限幅值的調(diào)整把“速度調(diào)節(jié)器”的“ 5”、“6”短接線(xiàn)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，使之輸出電壓為最小值即可，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，使速度調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。把“電流調(diào)節(jié)器”的“ 8”、“9”短接線(xiàn)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 4的給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“ 4”

13、端，當(dāng)加正給定時(shí)，調(diào)整負(fù)限 幅電位器RP2,使之輸出電壓為最小值即可，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，使電流調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。C、電流反饋系數(shù)的整定直接將“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ld=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) B = Ufi/Id= 4.615V/A。D、轉(zhuǎn)速

14、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=150Orp m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)a =Ufn/n =0.004V/(rpm)。(5) 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 按圖5-7接線(xiàn)，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)器或PI (比例積分)調(diào) 節(jié)器。直流發(fā)

15、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)先輕載，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，和電機(jī)的 轉(zhuǎn)速n,直至ld=led,即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線(xiàn)n =f(Id)。n (rpm)Id(A)(6) 電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 按圖5-8接線(xiàn)，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。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。 直流發(fā)電機(jī)先輕載，從零開(kāi)始逐漸調(diào)大“給定”電壓

16、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，直至電動(dòng)機(jī)ld=led，即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線(xiàn)n =f(Id)。n (rpm)Id( A)七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出Uct不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性。(2) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出Ud不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性。(3) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性。(4) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性。(5 )比較以上各種機(jī)械特性，并做出解釋。八、思考題(1) 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)

17、速反饋正確地接入系統(tǒng)中 調(diào)節(jié)什么元件能改變轉(zhuǎn)速反饋的強(qiáng)度？(3) 改變“電流調(diào)節(jié)器”及“速度調(diào)節(jié)器”的電阻、電容參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)有 什么影響？九、注意事項(xiàng)(1) 雙蹤示波器有兩個(gè)探頭， 可同時(shí)觀(guān)測(cè)兩路信號(hào)， 但這兩探頭的地線(xiàn)都 與示波器的外殼相連，所以?xún)蓚€(gè)探頭的地線(xiàn)不能同時(shí)接在同一電路的不同電 位的兩個(gè)點(diǎn)上，否則這兩點(diǎn)會(huì)通過(guò)示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保 證測(cè)量的順利進(jìn)行，可將其中一根探頭的地線(xiàn)取下或外包絕緣，只使用其中 一路的地線(xiàn)，這樣從根本上解決了這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)需要同時(shí)觀(guān)察兩個(gè)信號(hào)時(shí)， 必須在被測(cè)電路上找到這兩個(gè)信號(hào)的公共點(diǎn)，將探頭的地線(xiàn)接于此處，探頭 各接至被測(cè)信號(hào)，只有這樣才能在示波器上同時(shí)觀(guān)察到兩個(gè)信號(hào)，而不發(fā)生 意外。(2) 電機(jī)啟動(dòng)前，應(yīng)先加上電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁，才能使電機(jī)啟動(dòng)。在啟動(dòng)前必 須將移相控制電壓調(diào)到零，使整流輸出電