雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計說明

1、第一章 設(shè)計概述一、課程設(shè)計的性質(zhì)和任務：本課程是電氣自動化本科專業(yè)學生學習完直流調(diào)速系統(tǒng)或電力拖動控制系統(tǒng)課程后進行的一個重要的獨立性實踐教學環(huán)節(jié)。其任務是通過設(shè)計雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的全過程，培養(yǎng)學生綜合應用所學的直流調(diào)速知識去分析和解決工程實際問題的能力，幫助學生鞏固、深化和拓展知識面，使之得到一次較全面的設(shè)計訓練，為畢業(yè)設(shè)計和實際工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)是一種典型的自動控制系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)只有兩個調(diào)節(jié)器，即速度調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器(ACR)，兩個調(diào)節(jié)器作串級連接，其中速度調(diào)節(jié)器的輸出信號作為電流調(diào)節(jié)器的輸入信號，從而形成一環(huán)套一環(huán)的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)結(jié)

2、構(gòu)。這種轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在突加轉(zhuǎn)速給定信號的過程中表現(xiàn)為一個恒電流加速系統(tǒng)，而在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)的運行中又表現(xiàn)為一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，因此各項性能指標較系統(tǒng)開環(huán)時提高許多。本此課程設(shè)計的目的就是同學們在調(diào)試、設(shè)計一個典型的調(diào)速系統(tǒng)后，能夠掌握自控系統(tǒng)調(diào)試、設(shè)計的方法，步驟與其調(diào)試原則，加強同學們的動手能力和對理論知識的理解。自控系統(tǒng)調(diào)試所遵循的原則：先部分，后系統(tǒng)：即首先對系統(tǒng)的各個單元進行調(diào)試，然后再對整個系統(tǒng)進行調(diào)試。先開環(huán)，后閉環(huán)：即首先進行開環(huán)調(diào)試，然后再對系統(tǒng)閉環(huán)進行調(diào)試。先環(huán)，后外環(huán)：即首先對環(huán)進行調(diào)試（如在本此調(diào)試中就應先對電流環(huán)進行調(diào)試）,然后再對外環(huán)進行調(diào)試（如本此調(diào)試

3、中的速度環(huán)調(diào)試）。本次系統(tǒng)調(diào)試是在DJDK-1型電力電子技術(shù)與電機控制實驗裝置上進行。整個調(diào)試完成后要求系統(tǒng)達到以下指標：動態(tài)指標啟動（穩(wěn)態(tài)1500rpmId=0.8A）n 10%，i 5%，tr 2str：起動時間負載擾動（1500rpmId=0.7A）n 5%，tv 0.5sn：動態(tài)速降tv：恢復時間靜態(tài)指標負載變化：空載Id=0.8AD 5，S 5%D：調(diào)速圍S：靜差率29 / 29二、DJDK-1 型電力電子技術(shù)與電機控制實驗裝置簡介1 裝置特點(1)設(shè)計裝置采用掛件結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同設(shè)計容進行自由組合。(2)裝置連接線采用強、弱電分開的手槍式插頭，兩者不能互插，避免強電接入弱電回路，造

4、成設(shè)備損壞。 (3)控制屏供電采用三相隔離變壓器隔離，分別設(shè)有電壓型和電流型漏電保護裝置，保護操作者的安全。(4)掛件面板分為三種接線孔，強電、弱電與波形觀測孔，三者有明顯的區(qū)別，不能互插。 圖2-1 DJDK-1電力電子技術(shù)與電機控制實驗裝置2 裝置技術(shù)參數(shù)(1)輸入：電壓三相四線制，380V±10%，50Hz。(2)工作環(huán)境：環(huán)境溫度圍為540，相對濕度 < 75%，海拔高度 <1000m。(3)裝置容量：1.5kVA(4)電機輸出功率：200W3 DJK01電源控制屏電源控制屏主要為實驗提供各種電源，如三相交流電源、直流勵磁電源等；同時為實驗提供所需的儀表，如直流電

5、壓、電流表，交流電壓、電流表。屏上還設(shè)有定時器兼報警記錄儀（考核實驗用）；在控制屏正面的大凹槽，設(shè)有兩根不銹鋼管，可掛置實驗所需掛件，凹槽底部設(shè)有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，從這些插座提供有源掛件的電源；在控制屏兩邊設(shè)有單相三極220V電源插座與三相四極380V電源插座，此外還設(shè)有供實驗臺照明用的40W日光燈。圖2-2 主控制屏面板圖（1）三相電網(wǎng)電壓指示三相電網(wǎng)電壓指示主要用于檢測輸入的電網(wǎng)電壓是否有缺相的情況，操作交流電壓表下面的切換開關(guān)，觀測三相電網(wǎng)各線間電壓是否平衡。（2）定時器兼報警記錄儀平時作為時鐘使用，具有設(shè)定實驗時間、定時報警和切斷電源等功能，它還可以自動記錄由于接線操作

6、錯誤所導致的告警次數(shù)。（3）電源控制部分它的主要功能是控制電源控制屏的各項功能，它由電源總開關(guān)、啟動按鈕與停止按鈕組成。當打開電源總開關(guān)時，紅燈亮；當按下啟動按鈕后，紅燈滅，綠燈亮，此時控制屏的三相主電路與勵磁電源都有電壓輸出。（4）三相主電路輸出三相主電路輸出可提供三相交流200V/3A或240V/3A電源。輸出的電壓大小由“調(diào)速電源選擇開關(guān)”控制，當開關(guān)置于“直流調(diào)速”側(cè)時，A、B、C輸出線電壓為200V，可完成電力電子實驗以與直流調(diào)速實驗；當開關(guān)置于“交流調(diào)速”側(cè)時，A、B、C輸出線電壓為240V，可完成交流電機調(diào)壓調(diào)速與串級調(diào)速等實驗。在A、B、C三相附近裝有黃、綠、紅發(fā)光二極管，用以

7、指示輸出電壓。同時在主電源輸出回路中還裝有電流互感器，電流互感器可測定主電源輸出電流的大小，供電流反饋和過流保護使用，面板上的TA1、TA2、TA3三處觀測點用于觀測三路電流互感器輸出電壓信號。（5）勵磁電源勵磁電源開關(guān)撥向“開”側(cè)，在按下啟動按鈕后，則有220V直流勵磁電壓輸出，并有發(fā)光二極管指示輸出是否正常，勵磁電源由0.5A保險做短路保護。由于勵磁電源的容量有限，僅作為直流電機提供勵磁電流，故一般不能作為大電流的直流電源使用。（6）面板儀表面板上部設(shè)置有精度為0.5級的500V真有效值交流電壓表和5A真有效值交流電流表，面板下部設(shè)置有0.5級精度的±300V數(shù)字式直流電壓表和&

8、#177;5A數(shù)字式直流電流表。4 DJK02掛件（晶閘管主電路）該掛件裝有12只晶閘管、直流電壓和電流表等，其面板如圖2-3所示。（1）三一樣步信號輸出端同步信號從電源控制屏獲得，電源控制屏裝有D/Y接法的三一樣步變壓器，和主電源輸出同相，其輸出相電壓幅度為15V左右，送DJK02-1的KC04集成觸發(fā)電路，產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖；只要將本掛件的12芯插頭與裝置相連接，則即有三一樣步電壓信號輸入。 （2）正、反橋脈沖輸入端從DJK02-1來的正、反橋觸發(fā)脈沖分別通過輸入接口，加到相應的晶閘管電路上。（3）正、反橋鈕子開關(guān)從正、反橋脈沖輸入端來的觸發(fā)脈沖信號通過“正、反橋鈕子開關(guān)”接至相應晶閘管的門

9、極和陰極。面板上共設(shè)有十二個鈕子開關(guān)，分為正、反橋兩組，分別控制對應的晶閘管的觸發(fā)脈沖；開關(guān)打到“通”側(cè)，觸發(fā)脈沖接到晶閘管的門極和陰極；開關(guān)打到“斷”側(cè)，觸發(fā)脈沖被切斷；通過鈕子開關(guān)的撥動可以模擬晶閘管失去脈沖的故障情況。圖2-3三相變流橋路面板圖（4）三相正、反橋主電路正橋主電路和反橋主電路分別由六只5A/1000V晶閘管組成；其中由VT1VT6組成正橋元件（一般不可逆、可逆系統(tǒng)的正橋使用正橋元件）；由VT1VT6組成反橋元件（可逆系統(tǒng)的反橋以與需單個或幾個晶閘管的實驗可使用反橋元件）；所有這些晶閘管元件均配置有阻容吸收與快速熔保險保護，此外正橋還設(shè)有接成三角形的壓敏電阻，起過壓吸收。（5

10、）平波電抗器實驗主回路中所使用的平波電抗器裝在電源控制屏，其各引出端通過12芯的插座連接到DJK02面板的中間位置，有3檔電感量可供選擇，分別為100mH、200mH、700mH（各檔在1A電流下能保持線性），可根據(jù)實驗需要選擇合適的電感值。電抗器回路中串有3A保險保護，保險座裝在電抗器旁。（6）直流電壓表與直流電流表面板上裝有±300V的鏡面直流電壓表、±2A的鏡面直流電流表，均為中零式，精度為1.0級，為可逆調(diào)速系統(tǒng)提供電壓與電流指示。5 DJK02-1掛件(三相晶閘管觸發(fā)電路)該掛件裝有三相觸發(fā)電路和正反橋功放電路等，面板圖如圖2-4。圖2-4 DJK02-1三相觸發(fā)

11、電路面板圖（1）移相控制電壓Uct輸入與偏移電壓Ub觀測與調(diào)節(jié)Uct與Ub用于控制觸發(fā)電路的移相角，在一般的情況下，我們首先將Uct接地，調(diào)節(jié)Ub，以確定觸發(fā)脈沖的初始位置；當初始觸發(fā)角定下后，在以后的調(diào)節(jié)中只調(diào)節(jié)Uct的電壓，這樣確保移相角不會大于初始位置；如在逆變實驗中初始移相角=150°定下后，無論如何調(diào)節(jié)Uct，都能保證 > 30°，防止出現(xiàn)逆變顛覆的情況。（2）觸發(fā)脈沖指示在觸發(fā)脈沖指示處設(shè)有鈕子開關(guān)用以控制觸發(fā)電路，開關(guān)撥到左邊，綠色發(fā)光管亮，在觸發(fā)脈沖觀察孔處可觀測到后沿固定、而前沿可調(diào)的寬脈沖；開關(guān)撥到右邊，紅色發(fā)光管亮，觸發(fā)電路產(chǎn)生互差60°

12、;的雙窄脈沖。（3）三一樣步信號輸入端通過專用的10芯扁平線將DJK02上的“三一樣步信號輸出端”與DJK02-1“三一樣步信號輸入端”連接，為其部的觸發(fā)電路提供同步信號；同步信號也可以從其他地方提供，但要注意相序的問題。（4）鋸齒波斜率調(diào)節(jié)與觀測孔打開掛件的電源開關(guān)，同步信號經(jīng)KC04集成觸發(fā)電路，產(chǎn)生三路鋸齒波信號，調(diào)節(jié)相應的斜率調(diào)節(jié)電位器，可改變相應的鋸齒波斜率，三路鋸齒波斜率應保證基本一樣，使六路觸發(fā)信號保持同時出現(xiàn)，且雙窄脈沖間隔基本一致。圖2-5 觸發(fā)電路原理圖（5）控制電路如圖2-5所示，在KC04、KC41和KC42三相集成觸發(fā)電路的基礎(chǔ)上，又增加了4066、4069芯片，可產(chǎn)

13、生三相六路互差60°的雙窄脈沖或三相六路后沿固定、前沿可調(diào)的寬脈沖鏈，供觸發(fā)晶閘管使用。在面板上設(shè)有三一樣步信號觀測孔、兩路觸發(fā)脈沖觀測孔。VT1VT6為單脈沖觀測孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)或?qū)捗}沖觀測孔(在觸發(fā)脈沖指示為“寬脈沖”)；VT1VT6為雙脈沖觀測孔(在觸發(fā)脈沖指示為“窄脈沖”)或?qū)捗}沖觀測孔(在觸發(fā)脈沖指示為“寬脈沖”)。三一樣步電壓信號從每個KC04的8腳輸入，在其4腳形成線性增加的鋸齒波，移相控制電壓Uct和偏移電壓Ub經(jīng)疊加后，從9腳輸入。當觸發(fā)脈沖選擇的鈕子開關(guān)撥到窄脈沖側(cè)時，通過控制4066（電子開關(guān)），使得每個KC04從1、15腳輸出相位相差180&#

14、176;的單窄脈沖(可在上面的脈沖觀測孔觀測到)，窄脈沖經(jīng)KC41（六路雙脈沖形成器）后，得到六路雙窄脈沖(可在下面的脈沖觀測孔觀測到)。將鈕子開關(guān)撥到寬脈沖側(cè)時，通過控制4066，使得KC04的1、15腳輸出寬脈沖，同時將KC41的使能端7腳接高電平，使KC41停止工作，寬脈沖則通過4066的3、9兩腳直接輸出。4069為反相器，它將部分控制信號反相以控制4066；KC42為調(diào)制信號發(fā)生器，對窄脈沖和寬脈沖進行高頻調(diào)制。（6）正、反橋功放電路正、反橋功放電路的原理以正橋的一路為例，如圖2-6所示；由觸發(fā)電路輸出的脈沖信號經(jīng)功放電路中的V2、V3三極管放大后由脈沖變壓器T1輸出。Ulf即為DJ

15、K02面板上的Ulf ，接地才可使V3工作，脈沖變壓器輸出脈沖。反橋功放和正橋功放線路完全一致，只是使能端不一樣，將Ulf改為Ulr。圖2-6 脈沖功率放大電路原理圖（7）正橋使能端Ulf、反橋使能端Ulr這兩個端子用于控制正反橋功放電路的工作與否，當端子與地短接，表示功放電路工作，觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖經(jīng)功放電路從正反橋脈沖輸出端輸出；懸空表示功放不工作。Ulf控制正橋功放電路，Ulr控制反橋。（8）正、反橋脈沖輸出端經(jīng)功放電路放大的觸發(fā)脈沖，通過專用的20芯扁平線將DJK02“正反橋脈沖輸入端”與DJK02-1上的“正反橋脈沖輸出端”連接，為晶閘管提供相應的觸發(fā)脈沖。圖2-5 觸發(fā)電路原理圖6

16、 DJK04掛件（電機調(diào)速控制實驗I）該掛件主要完成電機調(diào)速實驗，如單閉環(huán)直流調(diào)速實驗、雙閉環(huán)直流調(diào)速實驗、邏輯無環(huán)流等實驗。同時和其它掛件配合可增加實驗項目，如與DJK18配合使用就可以完成三閉環(huán)錯位選觸無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗。DJK04的面板圖如下：圖2-7 DJK04面板圖（1）電流反饋與過流保護單元有兩個功能，一是檢測主電源輸出的電流反饋信號，二是當主電源輸出電流超過某一設(shè)定值時發(fā)出過流信號切斷電源，其原理如圖2-8。TA1、TA2、TA3為電流互感器的輸出端，它的電壓高低反映三相主電路輸出的電流大小，面板上的三個園孔均為觀測孔，不需再外部進行接線，只要將DJK04掛件的10芯電源

17、線與插座相連接，那么TA1、TA2、TA3就與屏的電流互感器輸出端相連，當打開掛件電源開關(guān)，過流保護即處于工作狀態(tài)。a 電流反饋與過流保護的輸入端TA1、TA2、TA3，來自電流互感器的輸出端，反映負載電流大小的電壓信號經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至RP1、RP2與R1、R2、VD7組成的3條支路上，其中： R2與VD7并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在其中點取零電流檢測信號從1號端輸出，供零電平檢測用。當電流反饋的電壓比較低的時候，1號端的輸出由R1、R2分壓所得，VD7截止。當電流反饋的電壓升高的時候，1號端的輸出也隨著升高，當輸出電壓接接近0.6V左右時，VD7導通，使輸出始終保持在0.6V左右。 R

18、P1的滑動抽頭端輸出作為電流反饋信號，從2號端輸出，電流反饋系數(shù)由RP1進行調(diào)節(jié)。圖2-8 電流反饋與過流保護原理圖 RP2的滑動觸頭與過流保護電路相連，調(diào)節(jié)RP2可調(diào)節(jié)過流動作電流的大小。b 當電路開始工作時，由于電容C2的存在，V3先于V2導通，V3的集電極為低電位，V4截止，同時通過R4、VD8將V2基極電位拉低，保證V2一直處于截止狀態(tài)。c 當主電路電流超過某一數(shù)值后，RP2上取得的過流電壓信號超過穩(wěn)壓管V1的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管V2導通，從而V3截止，V4導通使繼電器K動作，控制屏的主接觸器掉電，切斷主電源，掛件面板上的聲光報警器發(fā)出告警信號，提醒操作者實驗裝置已過流跳閘。調(diào)

19、節(jié)RP2的抽頭的位置，可得到不同的電流報警值。d 過流的同時，V3由導通變?yōu)榻刂梗诩姌O產(chǎn)生一個高電平信號從3號端輸出，作為推信號供電流調(diào)節(jié)器使用。e SB為解除過流記憶的復位按鈕，當過流故障己經(jīng)排除，則須按下SB以解除記憶，才能恢復正常工作。當過流動作后，電源通過SB、R4、VD8與C2維持V2導通，V3截止、V4導通、繼電器保持吸合，持續(xù)告警。只有當按下SB后，V2基極失電進入截止狀態(tài)，V3導通、V4截止，電路才恢復正常。（2）給定給定的原理圖如圖2-9所示。電壓給定由兩個電位器RP1、RP2與兩個鈕子開關(guān)S1、S2組成。S1為正、負極性切換開關(guān)，輸出的正、負電壓的大小分別由RP1、RP

20、2來調(diào)節(jié)，其輸出電壓圍為0士l5V，S2為輸出控制開關(guān)，打到“運行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止”側(cè)，則輸出為零。按以下步驟撥動S1、S2，可獲得以下信號：a 將S2打到“運行”側(cè)，S1打到“正給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP1使給定輸出一定的正電壓，撥動S2到“停止”側(cè)，此時可獲得從正電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運行”側(cè)，此時可獲得從0V突跳到正電壓的階躍信號。b 將S2打到“運行”側(cè)，S1打到“負給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP2使給定輸出一定的負電壓，撥動S2到“停止”側(cè)，此時可獲得從負電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運行”側(cè)，此時可獲得從0V突跳到負電壓的階躍信號。圖2-9 電壓給定原理圖c

21、將S2打到“運行”側(cè)，撥動S1，分別調(diào)節(jié)RP1和RP2使輸出一定的正負電壓，當S1從“正給定”側(cè)打到“負給定”側(cè)，得到從正電壓到負電壓的跳變。當S1從“負給定”側(cè)打到“正給定”側(cè)，得到從負電壓到正電壓的跳變。元件RP1、RP2、S1與S2均安裝在掛件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流數(shù)字電壓表指示輸出電壓值。要注意的是不允許長時間將輸出端接地，特別是輸出電壓比較高的時候，可能會將RP1、RP2損壞。（3）轉(zhuǎn)速變換轉(zhuǎn)速變換用于有轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，它將反映轉(zhuǎn)速變化并與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號變換成適用于控制單元的電壓信號。圖2-10為其原理圖：圖2-10速度變換使用時，將DD03-2(或D

22、D03-3)導軌上的測速器模擬電壓輸出端接至轉(zhuǎn)速變換的輸入端“1”和“2”。輸入電壓經(jīng)R1和RP1分壓，調(diào)節(jié)電位器RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（4）速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器的功能是對給定和反饋兩個輸入量進行加法、減法、比例、積分和微分等運算，使其輸出按某一規(guī)律變化。速度調(diào)節(jié)器由運算放大器、輸入與反饋環(huán)節(jié)與二極管限幅環(huán)節(jié)組成。其原理見圖2-11。圖中,“1、2、3”端為信號輸入端，二極管VD1和VD2起運放輸入限幅，保護運放。二極管VD3、VD4和電位器RP1、RP2組成正負限幅可調(diào)的限幅電路。由C1、R3組成微分反饋校正環(huán)節(jié)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)。R7、C5組成速度環(huán)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，其電阻、電容均

23、從DJK08掛件上獲得。改變R7的阻值改變了系統(tǒng)的放大倍數(shù)，改變C5的電容值改變了系統(tǒng)的響應時間。RP3為調(diào)零電位器。電位器RP1、RP2、RP3均安裝面板上。電阻R7、電容C1和電容C5兩端在面板上裝有接線柱，可根據(jù)需要外接電阻與電容。圖2-11 速度調(diào)節(jié)器原理圖（5）反相器反相器由運算放大器與有關(guān)電阻組成，用于調(diào)速系統(tǒng)號需要倒相的場合，如圖2-12。反相器的輸入信號U1經(jīng)運算放大器的反相輸入端輸入，故輸出電壓U2為：U2 = -( RP1+R3)×U1/R1調(diào)節(jié)電位器RP1的滑動觸點，改變RP1的阻值，使RP1+R3=R1，則U2 = -U1，輸入與輸出成倒相關(guān)系。電位器RP1裝

24、在面板上，調(diào)零電位器RP2裝在部線路板上（在出廠已將運放調(diào)零）。圖2-12 反相器原理圖（6）電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器由運算放大器、限幅電路、互補輸出、輸入阻抗網(wǎng)絡與反饋阻抗網(wǎng)絡等環(huán)節(jié)組成，工作原理基本上與速度調(diào)節(jié)器一樣，其原理圖如圖2-13所示。電流調(diào)節(jié)器也可當作速度調(diào)節(jié)器使用。元件RP1、RP2、RP3均裝在面板上，電容C1、電容C7和電阻R13的數(shù)值可根據(jù)需要，由外接電阻、電容來改變。電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器相比，增加了幾個輸入端，其中“3”端接推信號，當主電路輸出過流時，電流反饋與過流保護的“3”端輸出一個推信號（正電壓、高電平），其擊穿穩(wěn)壓管送入運放的反向輸入端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓下降，使

25、角向180°方向移動，使晶閘管從整流區(qū)移至逆變區(qū)，降低輸出電壓，保護主電路?！?、7”端接邏輯控制器的相應輸出端，當有高電平輸入時，擊穿穩(wěn)壓管，三極管V4、V5導通，將相應的輸入信號對地短接。在邏輯無環(huán)流實驗中“4、6”端同為輸入端，其輸入信號極性正好相反，如果兩路輸入都有效的話，兩個值正好抵消?！?、7”端來選擇“4、6”端的輸入信號，在同一時刻，只有一路信號輸入起作用，另一路信號接地不起作用。圖2-13 電流調(diào)節(jié)器原理（7）轉(zhuǎn)矩極性鑒別轉(zhuǎn)矩極性鑒別為一電平檢測器，用于檢測控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩極性的變化。它是一個由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號轉(zhuǎn)換成邏輯運算所需

26、的“0”、“1”電平信號。其原理圖如圖2-14所示，輸入輸出特性如圖2-15所示，具有繼電特性。調(diào)節(jié)運放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對于零點的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為:Uh = Usr2Usr1 = K1(Uscm2Uscm1)式中，K1為正反饋系數(shù)，K1越大，則正反饋越強，回環(huán)寬度就越小；Usr2和Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負與由負翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓； Uscm1和Uscm2分別為反向和正向輸出電壓。邏輯控制系統(tǒng)中的電平檢測環(huán)寬一般取0.20.6V，環(huán)寬大時能提高系統(tǒng)抗干擾能力，但環(huán)太寬時會使系統(tǒng)動作遲鈍。圖2-14 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器原理圖圖2-15 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器輸入

27、輸出特性（8）零電平檢測零電平檢測器也是一個電平檢測器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器一樣，在控制系統(tǒng)中進行零電流檢測，當輸出主電路的電流接近零時，電平檢測器檢測到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖2-16和圖2-17所示。2-16 零電平檢測器原理圖2-17 零電平檢測輸入輸出特性第二章 單元調(diào)試一、調(diào)試前的準備1. 目的：通過系統(tǒng)的原理圖和安裝圖，熟悉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與元器件的分布情況，同時對系統(tǒng)進行初步檢查。2. 步驟：a. 熟悉圖紙資料。b. 記錄設(shè)備參數(shù)。c. 結(jié)合圖紙檢查設(shè)備：(1)外觀檢查：熟悉設(shè)備的安裝位置，檢查設(shè)備的外觀是否完好，即檢查設(shè)備各緊固件有無松

28、動，設(shè)備外殼有無名顯變形，設(shè)備有無受潮與其它異?，F(xiàn)象。(2)連線檢查：檢查設(shè)備各抽屜的連線有無脫落，抽屜與抽屜之間，抽屜與面板之間的連線與各個接地點是否可靠接通。(3)檢查設(shè)備的絕緣情況：用搖表（500V）檢查主回路上各個設(shè)備的絕緣電阻，要求各設(shè)備的絕緣電阻至少大于0.5兆歐。需檢查的設(shè)備與部位：a.直流電動機各出線端對其機殼的絕緣電阻；b.直流電動機饒組間的絕緣電阻；c.直流發(fā)電機各出線端對其機殼的絕緣電阻；d.直流發(fā)電機饒組間的絕緣電阻；e.設(shè)備主回路各相之間，以與各相接線端對設(shè)備外殼的絕緣電阻。注意：a.不能用搖表來測量控制回路；b.只能在不通電的情況下檢查設(shè)備的絕緣電阻；c.檢查設(shè)備的

29、絕緣電阻應在設(shè)備沒連線時進行；d.搖表指針回零后，應立即停止測量，以免損壞搖表。二、操作回路的檢查1目的：檢查主回路與控制回路是否正常2步驟：( 1) 按照原理圖給設(shè)備接好三相電源。( 2 )打開三相整流橋DJK02面板，檢查正橋各保險是否正常，有無熔斷。( 3 )合上電源，看主回路和操作回路指示燈是否正常點亮。三、DJK02和DJK02-1觸發(fā)電路調(diào)試1、目的：保證每個可控硅在整個移相圍都能得到脈沖且觸發(fā)角度一致。2、為保證可控硅在移相圍都能可靠地被觸發(fā)導通，可控硅觸發(fā)掛件DJK02-1輸出的觸發(fā)脈沖應滿足以下技術(shù)指標：（1）觸發(fā)脈沖的幅度應在410V之間，（2）觸發(fā)脈沖的寬度應在20

30、76;左右（“窄”脈沖模式)，（3）觸發(fā)脈沖上升沿的時間應小于10us，（4）觸發(fā)脈沖的移相圍應在240°左右，（5）無觸發(fā)脈沖時，觸發(fā)電路的輸出電壓小于0.2V。3、調(diào)試步驟打開DJK01總電源開關(guān)，操作電源控制屏上的電網(wǎng)三相線電壓測量開關(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)速電源選擇開關(guān)撥至直流調(diào)速側(cè)。用10芯的扁平電纜，將DJK02的三一樣步信號輸出端和DJK02-1三一樣步信號輸入端相連，打開DJK02-1電源開關(guān)，撥動觸發(fā)脈沖指示鈕子開關(guān)，選擇“寬”脈沖模式。觀察A、B、C三相的鋸齒波，通過調(diào)節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器，使三相的鋸齒波斜率盡

31、可能一致。先將DJK04掛件的“地”與DJK02-1掛件的“地”相連，再將DJK04上的給定單元的Ug與DJK02-1上的移相控制電壓Uct相接，開關(guān)S1撥到“RP1”位置，開關(guān)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RP，用雙蹤示波器觀察A一樣步電壓信號和脈沖觀察孔VT1的輸出波形，使=90°。適當增加Ug（>1.0V），觀測DJK02-1上脈沖觀察孔的波形。在“窄”脈沖模式下，應觀測到VT1單窄脈沖和VT1雙窄脈沖；在“寬”脈沖模式下，應可觀測到VT1和VT1上的寬脈沖。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

32、觸發(fā)脈沖輸入端相連，正橋觸發(fā)脈沖輸出端旁的Ulf端接“地”，并將DJK02正橋觸發(fā)脈沖的六個開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。觸發(fā)電路最小控制角 min和最小逆變角 min 的整定 min和 min過小都會產(chǎn)生較大的沖擊，容易造成事故，故一般 min = min=30°。對三相可控硅不可逆調(diào)速系統(tǒng)，可取 min =30°， min =90°。在三相可控硅不可逆調(diào)速系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器（ACR）的輸出信號被用來作為三相可控硅橋式整流電路移相電壓（UK），故對最小控制角 min的限制實際上就是對電流調(diào)節(jié)器（ACR)的正輸出幅值的

33、限制，而對最小逆變角min的限制就是對電流調(diào)節(jié)器（ACR）的負輸出幅值的限制。具體整定方法可參照觸發(fā)電路初始相位整定。在這只需把min =30°，min =90°時的移相電壓（UK）值都記錄下來作為以后整定電流調(diào)節(jié)器（ACR）輸出限幅值的依據(jù)。四、直流電機開環(huán)外特性的測定(1)Uct不變時直流電機/調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)外特性（機械特性）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D42三相負載電阻中任意一相可調(diào)電阻（同一相的兩個可調(diào)電阻并聯(lián)，使其允許電流擴大到0.41A×2），Ld（平波

34、電抗器）位于DJK02上，電感量500mH，將給定輸出調(diào)到零。先閉合勵磁電源開關(guān)，發(fā)電機空載，再按下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空載轉(zhuǎn)速達到1200rpm。負載電阻R接入發(fā)電機，改變負載電阻的阻值，使電機的電樞電流從空載電流直至Ied（電機額定電流=1.2A，實驗中取1.0A）。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：n(rpm)Id(A)(2)Ud不變時直流電機（本身）開環(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DJK

35、04上的給定輸出Ug直接接入，直流發(fā)電機接D42三相負載電阻R，Ld為500mH，將給定輸出調(diào)到零。先閉合勵磁電源開關(guān)，發(fā)電機空載，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空載轉(zhuǎn)速達到1200rpm。負載電阻接入發(fā)電機，改變負載電阻，使電機的電樞電流從空載電流直至Ied（取1.0A），同時需保持三相全控整流輸出電壓Ud不變(通過不斷地調(diào)節(jié)DJK04上給定電壓Ug來實現(xiàn))。測出在Ud不變時直流電動機的開環(huán)外特性n =f(Id)，并記錄于下表中：n(rpm)Id(A)五、基本單元部件調(diào)試（1）移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)圍的確定直

36、接將DJK04給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，三相全控整流輸出接D42電阻負載R，用電壓表測量Ud。當給定電壓Ug由零調(diào)大時，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當Ug超過某一數(shù)值Ug時，會出現(xiàn)Ud減?。ㄈ毕?，窄脈沖模式下）或保持定值（=0不變，寬脈沖模式下）。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ACR的輸出限幅定為Uctmax的話，則三相全控整流輸出圍就被限定，不會工作到極限值狀態(tài)，保證六個晶閘管可靠工作。（2）電流反饋系數(shù)的整定a. 將給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋

37、輸出接電阻負載R，Ug調(diào)到零。b. 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R阻值，使得負載電流Id=l.0A，調(diào)節(jié)電流反饋與過流保護單元上的電流反饋系數(shù)電位器，使電流反饋電壓輸出（2#測試孔）U=8V，這時的電流反饋系數(shù)=U/Id。（3）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定a. 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，Ld用500mH，輸出給定調(diào)到零。b. 接通勵磁電源，按下啟動按鈕，從零逐漸增加給定，使電機提速到n =1500rpm時，調(diào)節(jié)速度變換單元上的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)電位器，使得轉(zhuǎn)速反饋電壓（3#測試孔）U=6V，這時的轉(zhuǎn)速反饋系

38、數(shù) =U/n。（4）速度、電流調(diào)節(jié)器（ASR、ACR）的調(diào)試a. 調(diào)節(jié)器調(diào)零將調(diào)節(jié)器接成P (比例)調(diào)節(jié)器（即將DJK08中的可調(diào)電阻（40k）接到運放的反相輸入端和輸出端），調(diào)節(jié)器所有輸入端接地。用萬用表200mV檔測量調(diào)節(jié)器輸出，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。b. 調(diào)節(jié)器正、負限幅值調(diào)整調(diào)節(jié)器接成P調(diào)節(jié)器(放大倍數(shù)要盡可能大)，然后將DJK04的給定輸出端接到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的任意一個輸入端，當加入一定的正給定電壓（> 0.1V）時，調(diào)整負限幅電位器，使調(diào)節(jié)器輸出電壓為指定值即可；當輸入端加入負給定時（<0.1V），調(diào)整正限幅電位器，使調(diào)節(jié)器輸出正限幅為指定值。c

39、. 測定調(diào)節(jié)器輸入輸出特性調(diào)節(jié)器為P調(diào)節(jié)器（反饋電阻R=40k），其一輸入端接給定電壓Ug，測出Ug從-15V15V變化下時調(diào)節(jié)器對應的輸出電壓Uo，依測量數(shù)據(jù)繪制Uo=f(Ug)曲線。d. 觀察PI特性調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器（反饋電阻R=40k，電容C=1uF），一輸入端接給定電壓Ug（Ug=0.5V），突加給定電壓，用示波器觀察、記錄調(diào)節(jié)器輸出波形。改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)與反饋電容，觀察輸出電壓的變化。調(diào)節(jié)器限幅值A(chǔ)SR正限幅ASR負限幅ACR正限幅ACR負限幅0.7V-8.0V4.5V-0.3V（5）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)a. 按圖5-1接線，取給定電壓Ug為負極性給定，轉(zhuǎn)速反饋電壓為正極性，

40、接入電流調(diào)節(jié)器（因其輸出帶驅(qū)動，驅(qū)動能力強），同時調(diào)節(jié)器接成PI調(diào)節(jié)器（R=20K，C=1uF），其輸出接Uct。直流發(fā)電機接D42負載電阻R，Ld用500mH，給定輸出調(diào)到零。b. 電動機加勵磁，直流發(fā)電機空載，從零開始逐漸調(diào)大給定電壓Ug，使電動機的空載轉(zhuǎn)速n=1200rpm。c. 由大到小調(diào)節(jié)直流發(fā)電機負載R，同時測出電動機電樞電流Id和轉(zhuǎn)速n，直至Id=1.0A，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n=f(Id)。n(rpm)Id(A)（6）電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)a. 按圖5-1接線，取給定Ug為負給定，電流反饋電壓為正極性，接入電流調(diào)節(jié)器；同時電流調(diào)節(jié)器接成PI調(diào)節(jié)器（R=5K，C=2uF），調(diào)

41、節(jié)器輸出接Uct。直流電動機加勵磁，發(fā)電機接D42負載電阻R，Ld用500mH，將給定輸出調(diào)到零。b. 發(fā)電機先輕載，從零開始逐漸調(diào)大給定電壓Ug，使電動機電樞電流Id=0.8A，n=1200rpm。c. 由大到小調(diào)節(jié)發(fā)電機負載R阻值，測出相應的Id和n，直至電動機n=100rpm，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n=f(Id)。n(rpm)Id(A)第三章 參數(shù)測量與計算本次課程設(shè)計中的參數(shù)計算主要指兩個PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算，進行參數(shù)計算所需數(shù)據(jù)的一部分是通過單元調(diào)試和實際測量獲得，其余部分數(shù)據(jù)可以從圖紙和資料中獲取。一、系統(tǒng)參數(shù)測量為研究晶閘管電動機系統(tǒng)，須首先了解電動機電樞回路的總電阻R、總電感

42、L以與系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)Td與機電時間常數(shù)TM，這些參數(shù)均需通過實驗手段來測定，具體方法如下：（1）直流電動機電樞回路總電阻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與整流裝置的阻Rn，即R= RaRLRn(4-1)由于R阻值較小，不宜用歐姆表或電橋測量（小電流檢測，接觸電阻影響很大），故常用直流伏安法。測量晶閘管整流裝置的阻須測量整流裝置的理想空載電壓Ud0，而Ud0是無法直接測量的，為此應用伏安比較法，實驗線路如圖4-1所示。圖4-1 伏安比較法實驗線路圖將D42三相可調(diào)電阻器R接入直流電機電樞回路，測試時電動機不加勵磁，堵轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)給定使輸出直流電壓Ud在3

43、0%Ued70%Ued（電機額定電壓，Ued = 220V）圍，然后調(diào)整電阻R使電樞電流在80%Ied90%Ied（電機額定電流，Ied取1.0A）圍，讀取電流表A和電壓表V2的數(shù)值，記為I1、U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為：Ud0 = I1R+ U1 （4-2）調(diào)節(jié)R使電壓表V2的讀數(shù)有較明顯的變化（U >10V），再次讀取電流表A、電壓表V2的數(shù)值，記為I2、U2，則Ud0 = I2R+ U2 (4-3)求解(4-2)、(4-3)兩式，可得電樞回路總電阻:R=(U2U1)/(I1I2) (4-4)把電機電樞兩端短接，重復上述實驗，可得R= RLRn=(U2U1)/(I1 I2)

44、 (4-5)則電機的電樞電阻為Ra=R R= R(RL十Rn)(4-6)同樣，短接電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻RL。整流橋阻：Rn =R Ra RL（2）直流電動機電樞回路電感L的測定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數(shù)值很小，可以忽略，故電樞回路的等效總電感為LLa+Ld(4-7)電感的數(shù)值可用交流伏安法測定。實驗時應給電動機加額定勵磁，并使電機堵轉(zhuǎn)，實驗線路如圖4-2所示。圖4-2 測量電樞回路電感的實驗線路圖實驗時交流電壓由DJK01電源屏輸出，接DJK09單相調(diào)壓器輸入端，其輸出端接電機電樞，用交流電壓表和電流表分別測出電樞兩端

45、和電抗器上的電壓值Ua和UL與電流I，從而可得到交流阻抗Za和ZL，計算出電感值La和Ld，計算公式如下:(4-8)(4-9)(4-10)(4-11)（3）直流電動機電磁時間常數(shù)Td的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數(shù)規(guī)律上升：(4-17)當t=Td時，有(4-18)實驗線路如圖4-3所示。電機不加勵磁，調(diào)節(jié)給定使電樞電流Id = 1.0A。然后保持Ug不變，將給定的S2撥到接“地”位置，然后向上撥動S2在電機電樞端突加Ud，用數(shù)字示波器記錄id=f(t)的波形，在波形圖上測量出當電流上升至穩(wěn)定值的63.2%時的時間，即為電樞回路的電磁時間常

46、數(shù)Td。圖4-3 測定Td的實驗線路圖（4）直流電動機發(fā)電機機組飛輪慣量GD2測定電力拖動系統(tǒng)的運動方程式為：(4-12)式中，T為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；Tz為負載轉(zhuǎn)矩（空載時即為空載轉(zhuǎn)矩Tk），單位為N·m，n為電機轉(zhuǎn)速，單位為rpm。電機空載自由停車時，T=0，Tz=Tk，則運動方程式為: (4-13)從而有 (4-14)式中，GD2的單位為N·m2；Tk可由空載功率PK(單位為W)求出：(4-15)(4-16)dn/dt可以從電機自由停車時所得的曲線nf(t)求得，其實驗線路如圖4-4。圖4-4 測定GD2時的實驗線路圖電動機加額定勵磁，將電機空載

47、啟動至1500rpm后，測量電樞電壓Ua0和電流Ia0，然后斷開給定，用數(shù)字示波器記錄n=f(t)曲線，即可求取某一轉(zhuǎn)速時的Tk和dn/dt。由于空載轉(zhuǎn)矩不是常數(shù)，可以以轉(zhuǎn)速n為基準選擇若干個點，測出相應的Tk和dn/dt，以求得GD2的平均值。由于本實驗裝置的電機容量比較小，應用此法測GD2時會有一定的誤差。（5）直流電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定將電動機加額定勵磁，使其空載運行，改變電樞電壓Ud，測得相應的n即可由下式算出Ce：(4-19)式中，Ce的單位為V/rpm。轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的單位為N·m/A。CM可由Ce求出：CM= 9.55Ce (4-20)（6）系統(tǒng)機電時間常

48、數(shù)TM的測定系統(tǒng)的機電時間常數(shù)可由下式計算：(4-21)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(4-22)當電樞突加給定電壓時，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當n到達穩(wěn)態(tài)值的63.2%時，所經(jīng)過的時間即為拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)TM。為避免大啟動電流沖擊，測試時，1) 電機去勵磁，調(diào)節(jié)使Id=1.0A；2) 電機空載、加勵磁，突加Ug，用數(shù)字示波器記錄n = f(t)，即可由此確定機電時間常數(shù)。（7）晶閘管觸發(fā)與整流裝置特性Ud=f(Ug)和測速發(fā)電機特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖4-4所示。電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的移相控制電壓Ug，分別讀取對應的Ug、UTG（測速器輸出之轉(zhuǎn)速電壓）、Ud、n的數(shù)值若干組，即可描繪制特性曲線Ud=f(Ug)整流橋輸入輸出特性曲線和UTG=f(n)測速裝置輸入輸出特性曲線。由Ud=f(Ug)曲線的線性部分可求得晶閘管整流裝置的放大倍數(shù)Ks=f(Ug)：Ks =Ud/Ug(4-23)二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器PI參數(shù)計算 1.具體的計算方法與步驟參照課本直流調(diào)速系統(tǒng)。 2.計算所得的電阻與電容的參數(shù)最后應按標準系列選取。第四