电力电子与电力传动综合实验指导书doc36页Word文档下载推荐.docx
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3
逻辑无环渝可逆宜流调速系统
4
双闭环控制可逆直流脉宽调速系统（H桥）
5
三相异步电机变频调速实验
主电路、控制电路的接线.对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。
熟练掌握数字示波器的使用。
6
半桥型开关稳压电源的性能研究
7
反激式电流控制开关稳压电
源实验
8
直流斩波电路的性能研究
合计
16
第二部分基本实验指导
实验一单闭环不可逆直流调速系统实验
（1）了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
（2）掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。
（3）认识闭环反馈控制系统的基本特性。
二实验原理
为了提髙直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经
“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后,得到移相控制电压Uct,用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI（比例积分）调节。
这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
图葺I转速单闭环系统原理图
_■实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
DJK01电源控制屏
该控制屏包含"
三相电源输岀"
等几个模块
DJK02晶闸管主电踣
DJK02-1三相晶闸管触发电路
该挂件包含"
触发电踣”，"
正反桥功放"
等几个模块
DJK04电机调速控制
实验I
给定"
"
电流调节器”，"
速度变换"
，"
电流反馈与过流保护"
等几个樹夬
DJK08可调电阴、电容箱
DD03-2电机导轨、测速发电机及转速表
或者"
DDO3・3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表"
DJ13J直流发电机
DJ15直流并励电动机
9
D42三相可调电阻
10
示波器
TDS210
11
万用表
MF47
2.实验内容与步骤
⑴DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
1打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。
2将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
3用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连，打开DJK02J电源开关，拨动"
触发脉冲指示”钮子开关，使
“窄”的发光管亮。
4观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），便三相锯齿波斜率尽可能一致。
5将DJK04上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0）,调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使a=120°
。
6适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-l±
“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。
7将DJK02-1®
板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入"
端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1~VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
⑵Uct不交时的直流电机开环外特性的测定
1按接线图分别将主回路和控制回路接好线。
DJK02-1上的移相控制电压Uct由DJK04上的“给定"
输出Ug直接接入，直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。
2先闭合励磁电源开关，按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，使主电路输出三相交流电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug,使电动机慢慢启动并使转速n达到1200rpm。
③改变负载电阻R的阻值，使电机的电枢电流从led直至空载。
即可测出在Uct不交时的直流电动机开环外特性n=f（W）,测量并记录数据下表：
n（rpm）
1（A）
⑶Ud不巫时直流电机开环外特性的测定
①控制电压Uct由DJK04的“给定”Ug直接接入，直流发电机接负载电阻R,Ld
用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。
②按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，然后从零开始逐渐增加给定电压Ug,使电动机启动并达到1200rpmo
③改变负载电阻R,使电机的电枢电流从I"
直至空载。
用电压表监视三相全控整流输出的直流电压Ud,保持Ud不变（通过不断的调节DJK04上“给定”电压Ug来实现），测出在Ud不变时直流电动机的开环外特性n=fQd）,并记录于下表：
L（A）
（4）基本单元部件调试
①移相控制电压Uct调节范围的确定
直接将DJK04“给定”电压Ug接入DJK02J移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R,用示波器观察Ud的波形。
当给定电压Ug由零调大时，Ud将随给定电压的增大而增大，当Ug＜过某一数值Ug‘时，Ud的波形会出现缺相现象，这时Ud反而随Ug的增大而减少。
一般可确定移相控制电压最大允许值为Uctmax=0.9Ugz,即Ug的允许调节范围为0~Uctmax。
如果我们把输出限幅定为Uctmax的话，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。
记录Ug'
于下表：
u/
U^=0.9U/
将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。
②调节器的调整
A、调节器的调零
将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻40K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节
器”成为P（比例）调节器。
调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量电流调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到“速度调节器”的“8”、“9”两端,用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节
器”成为P（比例）调调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量电流调节器的“11”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。
B、正负限幅值的调整
把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47曲接
入“5”、“6”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1,使速度调节器的输出正限幅为Uctmax。
把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47曲接
入“8”、“9”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，然后将DJK04的给定输出端接到电流调节器的“4”端，当加正给定时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1,使电流调彷器的输出正限幅为Uctmax。
C、电流反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，整流桥输出接电阻负載R,负载电限放在最大值，输出给定调到零。
按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当Ud=220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位黑RP1,使得负载电流Id=L3A时，“2”端If的的电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数?
=Ufi/Id=4.615V/AO
D、转速反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接DJK02J上的移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，Ld用DJK02上的200mH,输出给定调到零。
按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n=150Orpm时，调节“速度变换”上转速反馈电位器RP1,使得该转速时反馈电压Ufn=6V,这时的转速反馈系数a=Ufa/n=0.004V/（ipm）。
⑸转速单闭环直流调速系统
1按图1・1接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压11紘负给定，转速反馈为正电压，将“速度调节器”接成P（比例）调节器或PI（比例积分）调节器。
直流发电机接负载电阻R,Ld用叨K02上200mH,给定输出调到零。
2直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug,使电动机的转速接近n=1200rpm<
»
③由小到大调节直流发电机负载R,测出电动机的电枢电流Id,和电机的转速n,直至Id=Icd,即可测出系统静态特性曲线a=f（Id）。
（6）电流单闭环直流调速系统
1按图1・2接线，在本实验中，给定U锻负给定，电流反馈为正电压，将“电流调节器”接成比例（P）调节器或PI（比例积分）调〒器。
直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,将给定输出调到零。
2直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug,使电动机转速接近n=1200tpm<
③由小到大调节直流发电机负载R,测定相应的Id和a,直至电动机Id=Ied,即可测出系统静态特性曲线n=f（Id）。
3.实验报告
⑴根据实验数据，画出Uct不巫时直流电动机开环机械特性。
⑵根据实验数据，画出Ud不交时直流电动机开环机械特性。
⑶根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的机械特性。
（4）根据实验数据，画出电流单闭环直流调速系统的机械特性。
⑸比较以上各种机械特性，并做出解释。
实验注意事项
⑴双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上,否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。
当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。
（2）电机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电机启动。
在启动前必须将移相控制电压调到零，使整流输出电压为零，这时才可以逐渐加大给定电压，不能在开环或速度闭环时突加给定，否则会引起过大的启动电流，使过流保护动作，告警,跳闸。
⑶通电实验时，可先用电阻作为整流桥的负载，待确定电路能正常工作后，再换成电动机作为负载。
（4）在逹接反馈信号时，给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反，确保为负反馈，否则会造成失控。
⑸直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2倍的额定值。
以免彩响电机的使用寿命，或发生意外。
（6）DJK04与DJK02」不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。
五、思考题
1P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同？
⑵实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中?
调芳什么元件能改巫转速反馈的强度？
⑶改变“电流调节器”及“速度调节器”的电阻、电容参数，对系统有什么影响？
一.实验目的
⑴了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
（2）掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。
⑶研究调节器参数对系统动态性能的影响。
许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。
为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。
双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用PI调节器）,由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为®
1环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的彫响。
实验系统的原理框图组成如下：
启动时，加入给定电压Ug,“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufo）,并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。
系统工作时，要先给电动机加励磁，改萸给定电压Ug的大小即可方便地改变电动机的转速。
“电流调节器”、“速度调节器”均设有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定，利用“速度调〒器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。
“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压Uct,利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制octnax的冃的。
12
图24双闭环直流调速系统原理框
3.实验所需挂件
该控制屏包含“三相电源输岀'
'
等几个模块
DJK02-1三相晶闸管触发电路
触发电踣"
等几个模块
DJK04电机调速控制实验
I
电流调节器"
，"
速度变换"
电流反馈与过流保护”等几个模块
DJK08可调电阴、电容箱
DD03-2电机导轨、测速发电机及转速表
DDO3・3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表"
TDS21O
1打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关,观察输入的三相电网电压是否平衡。
3用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连，打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使
4观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯击波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。
5将DJK04上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0）,调节DJK024上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使«
=120°
6适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。
7将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1〜VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
（2）双闭环调速系统调试原则
1先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。
2先开环、后闭环，即先便系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后，才可组成闭环系统。
3先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调试转速外环。
4先调整稳态精度，后调整动态指标。
⑶控制单元调试
1移相控制电压Uct调节范围的确定
直接将DJK04给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，“正桥三相全控整流”输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值，输出给定调到零（对DZSZJ,将输出电压调至最小位置，当启动后，再将输出线电压调到200V）。
按下启动按钮，给定电压Ug由零调大，Ud将随给定电压的增大而增大，当U咦
过某一数值时，Ud的波形会出现缺相的现象，这时Ud反而随Ug的增大而减少。
一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax=0.9Ug,,即Ug的允许调节范围为0〜Uctmaxo如果我们把输出限幅定为Uctmax的话，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。
记录Ug‘于下表：
U/
将给定退到零，再按停止按钮切断电源，结束步骤。
2调节器的调零
将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节
器”成为P（比例）调节器。
调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测董电流调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中“电流调节器"
所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到“速度调节器”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节
调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量电流调节器的“11”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。
3调节器正、负限幅值的调整
把“速度调节器”的“5"
、“6”短接线去掉，将叨K08中的可调电容0.47田接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节密，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为・6V,当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位#RP1,使之输出电压为最小值即可。
把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47曲接入“8”、“9”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，然后将DJK04的给定输出端接到电流调节器的“4”端，当加正给定时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1,使电流调节器的输出正限幅为Uctmaxo
4电流反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接入DJK02J移相控制电压Uct的输入端，整流桥输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值，输出给定调到零。
按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当Ud=220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1,使得负载电流Id=L3A时，“2”端If的的电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数p=Ufi/Id=4.615V/AO
5转速反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，Ld用DJK02上的200mH,输出给定调到零。
按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n=150Orpm时，调节“速度变换”上转速反馈电位器RP1,使得该转速时反馈电压Ufn=-6V,这
时的转速反馈系数a=UfiQ/n=0.004V/（rpm）<
（4）开环外特性的测定
1DJK02-1控制电压Uct由DJK04上的给定输出Ug直接接入，“三相全控整流”电路接电动机，d用DJK02上的200mH,L直流发电机接负载电阻R,负载电阻放在最大值，输出给定调到零。
2按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug,使电机启动升速，调节Ug和R使电动机电流Id=Ied,转速到达1200rpm。
③增大负载电阻R阻值（即城小负载），可测出该系统的开环外特性n=f（Id）,记录于下表中：
将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。
⑸系统静特性测试
1按图接线，DJK04的给定电压Ug输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上的200mH,负载电阻放在最大值，给定的输出调到零。
将速度
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