運(yùn)控報(bào)告實(shí)驗(yàn)二

1、 3-2 單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（SCR）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)名 稱(chēng)備注1THMDK-3電源控制屏1臺(tái)2MDK-08低壓直流電源及給定組件1件3MDK-31直流儀表組件1組4MDK-62晶閘管主電路模塊1塊5EZT3-11功放電路模塊I1塊6EZT3-12功放電路模塊II1塊7EZT3-13功放電路模塊III1塊8EZT3-15 調(diào)節(jié)器I1塊9EZT3-16 調(diào)節(jié)器II1塊10EZT3-17電流反饋及過(guò)流保護(hù)1塊11EZT

2、3-19可調(diào)電阻、電容模塊2塊12EZT3-18直流電壓傳感器模塊1塊13EZT3-10TC787觸發(fā)電路模塊1塊14單相可調(diào)電阻箱1臺(tái)15雙蹤示波器1臺(tái)16萬(wàn)用表1只17機(jī)組一1臺(tái)三、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)“轉(zhuǎn)速變換”后接到“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，

3、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)定在一定的范圍內(nèi)變化。圖3-2 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖圖3-3 電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖在電流單閉環(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”

4、的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，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。圖3-4 電壓?jiǎn)伍]環(huán)系統(tǒng)原理圖在電壓?jiǎn)伍]環(huán)中，將反映電壓變化的電壓隔離器輸出電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)加到“電壓調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相控

5、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)成了電壓負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也由電壓調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，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)電樞電壓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)的電樞電壓能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。在本實(shí)驗(yàn)中 “調(diào)節(jié)器I”做為“速度調(diào)節(jié)器”和“電壓調(diào)節(jié)器”使用，“調(diào)節(jié)器II”做為“電流調(diào)節(jié)器”使用；四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 (1)基本單元的調(diào)試。 (2)Uct不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)特性的測(cè)定。 (3)Ud不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)特性的測(cè)定

6、。 (4)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。(5)電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。(6)電壓?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（選做）。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)的內(nèi)容。(2)掌握調(diào)節(jié)器的基本工作原理。 (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(1)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則先單元、后系統(tǒng)，即先將單元的參數(shù)調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。先開(kāi)環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)運(yùn)行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，然后在確定電流或轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋后，才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。 先調(diào)整穩(wěn)

7、態(tài)精度，后調(diào)整動(dòng)態(tài)指標(biāo)。（2）低壓電源接線將各個(gè)模塊按照“3-4邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)?zāi)K布局圖進(jìn)行布局（不需要模塊摘去就行）。從MDK-8上+15V，-15V，GND1引出3根線去TC787觸發(fā)電路模塊。三路功放（選取正橋作為功放電路，反橋摘去）的+24V，+15V，GND，Ulf各自短接在一起，從功放I引出+24V，+15V，GND到MDK-8上。對(duì)于剩余模塊的所需低壓電源部分按照電壓大小，短接在一起，然后從靠近MDK-8的端口引線數(shù)根到MDK-8上。電壓要一一對(duì)應(yīng)。GND1和GND3要短接在一起，保證共地。將TCA787的端口VT1VT6對(duì)應(yīng)接到正橋的功放電路中。實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線線

8、選擇最短長(zhǎng)度。接線要有順序，看起來(lái)工整。(2)TC787觸發(fā)電路模塊的調(diào)試 打開(kāi)THMDK-3控制屏總電源開(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“電源控制屏”上輸出可調(diào)端線電壓（線與線之間電壓）調(diào)至380V。從單線直流固定電源引線給MDK-08組件供電，從主電路電源可調(diào)端UVW與三相整流用變壓器ABC對(duì)應(yīng)連接，然后將三相同步信號(hào)abc對(duì)應(yīng)加到TC787觸發(fā)模塊上。按下“啟動(dòng)”通電后，能夠從TC787模塊上標(biāo)名測(cè)試端口觀察鋸齒波和三相同步電壓信號(hào)。（可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RPa1、RPb1、RPc1改變?nèi)嗤叫盘?hào)的幅值大小，保持三相同步信號(hào)對(duì)稱(chēng)）。將

9、MDK-08上的“給定”輸出Ug直接與TC787觸發(fā)電路模塊上的移相控制電壓Uct相接，將給定開(kāi)關(guān)S2撥到接地位置（即Uct=0），調(diào)節(jié)TC787觸發(fā)電路模塊上的偏移電壓電位器RP2，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號(hào)和VT1的輸出波形，使=150°(注意此處的表示三相晶閘管電路中的移相角，它的0°是從自然換流點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，前面實(shí)驗(yàn)中的單相晶閘管電路的0°移相角表示從同步信號(hào)過(guò)零點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，兩者存在相位差，前者比后者滯后30°)。適當(dāng)增加給定Ug的正電壓輸出，觀測(cè)TC787觸發(fā)電路模塊的脈沖波形，此時(shí)通過(guò)切換模塊上紐子開(kāi)關(guān)應(yīng)觀測(cè)到單窄脈沖和雙窄脈沖。實(shí)驗(yàn)中使

10、用雙窄脈沖。將正橋功放電路模塊上的端口Ulf接GND，將功放電路的放大觸發(fā)信號(hào)端口（端口G*、端口K*）對(duì)應(yīng)加載到晶閘管主電路模塊上。按照三相橋式全控整流線路進(jìn)行晶閘管主電路的接線。 (3)控制單元調(diào)試 移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)范圍的確定 直接將MDK-08上“給定”電壓Ug接入TC787觸發(fā)電路模塊上移相控制電壓Uct的輸入端，機(jī)組I的電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁并聯(lián)在一起，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到220V給勵(lì)磁供電。三相全控整流輸出端接機(jī)組一電動(dòng)機(jī)電樞繞組。發(fā)電機(jī)電樞繞組接單相可調(diào)電阻箱，電阻調(diào)到最大。用轉(zhuǎn)速測(cè)量線連接機(jī)組一測(cè)量端口與轉(zhuǎn)速表。轉(zhuǎn)速表所在掛箱需要用單相固定交流電源220V供電。實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線線

11、選擇最短長(zhǎng)度。接線要有順序，看起來(lái)工整。當(dāng)給定電壓Ug由零調(diào)大時(shí)，轉(zhuǎn)速將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)1500r/min時(shí)，給定電壓應(yīng)當(dāng)為6V，如果不是6V，調(diào)節(jié)TC787模塊電位器Rp2。使給定在6V時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速在1500r/min。安全保證，調(diào)節(jié)過(guò)程中不可使電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高。(4)Uct不變時(shí)的直流電機(jī)開(kāi)環(huán)外特性的測(cè)定按圖3-2的接線圖接線（不接轉(zhuǎn)速反饋），機(jī)組一電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁并聯(lián)接直流220V電源。TC787觸發(fā)電路上的移相控制電壓Uct由MDK-08上的“給定”輸出Ug直接接入，三相橋式全控整流電路負(fù)載接機(jī)組一電動(dòng)機(jī)電樞繞組。直流發(fā)電機(jī)電樞繞組接單相可調(diào)電阻箱R，Ld用控制屏面板

12、上100mH，將給定的輸出調(diào)到零。按下“電源控制屏”啟動(dòng)按鈕，使主電路輸出三相交流電源，將MDK-08掛箱給定電壓撥到“正給定”，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，使電動(dòng)機(jī)的電樞電流從空載直至Ied。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）919106611831342126214351500Id（A）8.766.524.802.553.682.662.07 (5)基本單元部件調(diào)試移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)范圍的確定 直接將MDK-08上“給定”電壓Ug接入TC787

13、觸發(fā)電路模塊上移相控制電壓Uct的輸入端，機(jī)組I的電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁并聯(lián)在一起，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到220V給勵(lì)磁供電。三相全控整流輸出端接機(jī)組一電動(dòng)機(jī)電樞繞組。發(fā)電機(jī)電樞繞組接單相可調(diào)電阻箱，電阻調(diào)到最大。用轉(zhuǎn)速測(cè)量線連接機(jī)組一測(cè)量端口與轉(zhuǎn)速表。轉(zhuǎn)速表所在掛箱需要用單相固定交流電源220V供電。實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線線選擇最短長(zhǎng)度。接線要有順序，看起來(lái)工整。當(dāng)給定電壓Ug由零調(diào)大時(shí)，轉(zhuǎn)速將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)1500r/min時(shí)，給定電壓應(yīng)當(dāng)為6V，如果不是6V，調(diào)節(jié)TC787模塊電位器Rp2。使給定在6V時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速在1500r/min。安全保證，調(diào)節(jié)過(guò)程中不可使電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高。調(diào)節(jié)器的

14、調(diào)零將“可調(diào)電阻、電容模塊”中電阻電容串接在一起，電容全打開(kāi)，電阻調(diào)到30K，連接到調(diào)節(jié)器I的“6”、“7”兩端,將“調(diào)節(jié)器I”所有輸入端接地，再將電容部分用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線短接，使“調(diào)節(jié)器I”成為P (比例)調(diào)節(jié)器。用萬(wàn)用表的毫伏檔測(cè)量調(diào)節(jié)器II“8”端的輸出，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP2，使之輸出電壓盡可能接近于零。將可調(diào)電阻、電容模塊中電阻電容串接在一起，電容全打開(kāi)，電阻調(diào)到30K，連接到調(diào)節(jié)器II的“8”、“9”兩端,將“調(diào)節(jié)器II”所有輸入端接地，再將電容部分用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線短接，使“調(diào)節(jié)器II”成為P（比例）調(diào)節(jié)器。用萬(wàn)用表的毫伏檔測(cè)量調(diào)節(jié)器II的“10”端，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP2，使之輸

15、出電壓盡可能接近于零。調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整 將短接電容的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線拔掉,使調(diào)節(jié)器I成為PI (比例積分)調(diào)節(jié)器，將“調(diào)節(jié)器I”的所有輸入端的接地線去掉，將MDK-8的給定接到調(diào)節(jié)器I的“5”端。當(dāng)加+5V的正給定電壓時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于0V；當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加-5V的負(fù)給定電壓時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1，使調(diào)節(jié)器I的輸出正限幅為6V。將短接電容的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線拔掉，使調(diào)節(jié)器II成為PI（比例積分）調(diào)節(jié)器，將“調(diào)節(jié)器II”所有輸入端的接地線去掉，將MDK-08的給定輸出端接到調(diào)節(jié)器II的“4”端，當(dāng)加+5V的正給定電壓時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP3，使之輸出電壓盡可能接近于

16、零。當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加-5V的負(fù)給定電壓時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1，使調(diào)節(jié)器II的輸出正限幅為6V。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)和電流反饋系數(shù)的整定 電流反饋系數(shù)的整定 按照三相橋式整流進(jìn)行接線，負(fù)載接機(jī)組一直流電動(dòng)機(jī)串直流電流表（電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁接并聯(lián)接直流220V），機(jī)組一發(fā)電機(jī)電樞接單相可調(diào)電阻箱，電阻箱調(diào)到最大阻值。將MDK-08掛箱給定電壓Ug接入“TC787觸發(fā)電路模塊”移相控制電壓Uct的輸入端，在電流反饋與過(guò)流保護(hù)的TA1-TA3對(duì)接到控制屏上相應(yīng)位置后，調(diào)節(jié)給定，使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min,減小電阻箱阻值，電流表數(shù)值增大，到達(dá)5A左右，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

17、， “電流反饋與過(guò)流保護(hù)”的“2”端電流反饋電壓Ufi=6V。這時(shí)的電流反饋系數(shù)為=Ufi/I=6/5=1.2。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定在電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min時(shí)，將轉(zhuǎn)速反饋(轉(zhuǎn)速表下方兩個(gè)3號(hào)弱電柱端口)接到調(diào)節(jié)器I的端口3和端口4，3接負(fù)，4接正。調(diào)節(jié)“調(diào)節(jié)器I”上的轉(zhuǎn)速反饋電位器RP4，使得n =150Orpm時(shí)，調(diào)節(jié)器I的端口2（轉(zhuǎn)速反饋電壓）輸出為Ufn=-6V，這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) =Ufn/n =0.004V/(rpm)。電壓反饋系數(shù)的整定做開(kāi)環(huán)實(shí)驗(yàn)，MDK-08掛箱給定電壓與“TC787觸發(fā)電路模塊”端口Uct直接相連，使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500rpm,用萬(wàn)用表測(cè)量電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩

18、端電壓，得到電壓值Ud。將控制屏上的直流可調(diào)電壓源調(diào)到Ud,接到直流電壓傳感器的“1、2”端，用直流電壓表測(cè)量電壓隔離器的輸入電壓Ud，根據(jù)電壓反饋系數(shù)=6V/Ud，調(diào)節(jié)電位器W使電壓隔離器的輸出電壓恰好為Ufv=6V。(5)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)按圖3-2完全接線，在本實(shí)驗(yàn)中，MDK-08上的“給定”電壓Ug為負(fù)給定，轉(zhuǎn)速反饋為正電壓，將“調(diào)節(jié)器I”接成PI（比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機(jī)接單相可調(diào)電阻箱負(fù)載R，Ld用控制屏面板上100mH，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

19、電流Id，和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，直至Id=Ied，即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)。n（rpm）1493149614981498149914991500Id（A）6.455.403.602.702.112.102.05(6)電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)按圖3-3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“調(diào)節(jié)器II”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)接單相可調(diào)電阻箱（負(fù)載R），Ld用控制屏面板上100mH，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，直至最大允許電流(該電流值由給定電壓決定)，即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)。n（rpm）310426560735102513501500Id（A）1.201.181.151.121.0761.0351.03九、