直流调速系统实验指南Word文档下载推荐.docx

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因此，在所有交、直流实验电路中都已接入（DD04）单元，但应经常检查，确保过流保护的完好、可靠。

（六）实验过程中，注意监视主电路的过载电流，不超过系统的允许值，并尽可能缩短必要的过载和堵转状态的时间。

（七）无“电流闭环”又无“电流截止负反馈”的系统，务必采用“给定积分”输出，否则不可阶跃起动，应从0V缓慢起调。

（八）“闭环系统”主控开启前，务必确保负反馈接线正确、各个调节器性能良好、限幅值正确无误。

（九）实验前，先将负载给定调到“0”（若用发电机负载则将变阻器开路或置于阻值最大），实验中按需要，逐步增大负载，直至所要求的负载电流。

（十）“电流开环”的交流调速系统，给定应接积分输出（Un*2）给出。

（十一）双踪示波器”测试双线波形，严防因示波器“双表笔”已共地而引起系统短路。

（十二）本“实验注意事项”，适用于采用本实验台的所有实验。

任何改接线，首先断电源；

一旦有异常，按急停开关。

前言

《直流调速系统实验指南》是本公司主要教学实验设备“EL-DS-

型电气控制系统综合实验台”关于直流调速系统实验的配套资料之一。

是根据国内不同层次、不同类型的大学本科、高等专科、中等专业类相应专业的有关教学大纲、教材资料和实验要求，结合本“综合实验台”的基本功能和技术特点，专门聘请“工业电气自动化”方面长期从事专业教学和实验研究的，有丰富教学经验和实验实践的教授、专家编写而成。

考虑到本“实验台”技术性能的综合性、灵活性、可塑性及其宽广的适应能力，《直流调速系统实验指南》提供了多个典型教学实验内容，基本函盖了“电力拖动自动控制”直流调速系统从单环到多环、单向到可逆以及脉宽调制（PWM）直流控制方面的有关实验内容。

用户单位可根据各自学校和专业的教学层次和专业特点，选择其中若干实验项目。

本实验指南不是有关专业的“实验教学大纲”，也非专业教学“教材”，只是相关专业的一种“实验教学”的参考资料，主要供使用本“综合实验台”时的参考，敬请注意。

《直流调速系统实验指南》除作为“实验教学”的参考资料外，还可供相关专业本科和专科学生的“课程设计”、“毕业设计”以及硕士研究生和专业教师课题研究的参考，也可供工矿企业有关技术设计和工业运行时的参考。

由于《直流调速系统实验指南》作为本“综合实验台”的一种配套资料，“指南”的编写具有一定的局限性和较强的针对性，作为参考资料必定存在众多不足，也由于编写者的水平所限、资料不足和时间紧迫等，诸多不尽人意，缺点、错误之处在所难免，敬请批评、指正。

并对参加本“实验指南”的编写、校阅、典型系统及其单元环节的调试人员顺致谢意。

北京精仪达盛科技有限公司教学设备资料编写组

2005年5月

实验要求与实验报告内容…………………………………………………………1

实验一、带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统………………………2

实验二、转速、电流双闭环直流调速系统………………………………………10

实验三、转速、电流、电流变化率三闭环直流调速系统………………………16

实验四、转速、电流、电压三闭环直流调速系统………………………………21

实验五、自然环流可逆直流调速系统……………………………………………25

实验六、给定和可控环流可逆直流调速系统…………………………………31

实验七、逻辑无环流可逆直流调速系统………………………………………39

实验八、错位无环流可逆直流调速系统………………………………………47

实验九、脉宽调制（PWM）直流调速系统的研究………………………………56

附录一：

电枢回路R、L参数及时间常数T、Tm的实验测定确良…………64

附录二：

直流调速系统典型实验电路图………………………………………66

附图1－1、带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统驶…………67

附图1－2、转速、电流双闭环直流调速系统………………………………68

附图1－3、转速、电流、电流变化率三闭环直流调速系统………………69

附图1－4、转速、电流、电压三闭环直流调速系统………………………70

附图1－5、自然环流可逆直流调速系统…………………………………71

附图1－6A、给定环流可逆直流调速系统…………………………………72

附图1－6B、可控环流可逆直流调速系统…………………………………73

附图1－7A、逻辑无环流可逆直流调速系统………………………………74

附图1－7B、逻辑选触无环流可逆直流调速系统…………………………75

附图1－8A、错位无环流可逆直流调速系统………………………………76

附图1－8B、错位选触无环流可逆直流调速系统…………………………77

附图1－9A、转速、电流双闭环控制的PWM直流调速系统……………78

附图1－9B、带电流截止负反馈的PWM直流调速系统…………………79

附图1－9C、转速、电流双闭环控制的PWM直流调速系统……………80

附图1－10、单相脉宽控制器（PWM）原理…………………………81

实验要求与实验报告内容

一、实验要求：

（一）实验前做好预习，熟悉相应直流调速系统及其组成单元的工作原理和应用特点，了解引入反馈和特定控制环节的意义和工作原理。

（二）实验前认真阅读“实验注意事项”、相应“实验指南”以及相关教材、资料等，完成有关实验参数的设计、计算（机组和综合实验台的有关参数，由实验室提供或实验前到实验室咨询、了解），认真准备好相应实验的思考题，以备正确回答实验指导老师的课前提问。

（三）按指定时间、指定地点准时进入实验室参加实验，不迟到、不早退、不无故缺席、不在实验室嬉笑打闹、不随意乱动与本实验无关的其它实验室设备、仪器。

实验完毕，认真整理、归还实验设备、仪器，清理好实验现场。

（四）熟悉实验内容，认真听取实验指导老师的讲解、指导；

勤学多问、胆大心细、勇于探索、不放过任何实验现象；

认真完成实验全过程，正确观察现象、记录实验数据、绘制实验曲线。

（五）实验后，根据指定实验报告格式，按要求内容，认真、及时完成实验报告，并于指定时间、指定地点及时送达实验室。

（六）严格遵守实验须知和实验室安全规范，如有异常及时切断实验电源，并立即报告实验老师。

二、实验报告内容：

（一）实验名称、目的和主要实验内容。

（二）实验电路组成框图，实验系统及其组成环节的作用原理。

（三）机组和实验台主要参数，完成系统及其环节有关参数的设计、计算。

（四）认真整理实验数据，绘制实验曲线。

（五）分析、讨论实验中出现的各类实验现象和故障的原因。

（六）实验的收获、体会及改进意见、建议等。

实验一带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统

一、实验目的

1．熟悉单闭环直流调速系统的组成及其主要组成单元的原理与作用。

2．学习调速系统单元及系统调试的基本方法及其注意事项。

3．分析、研究转速负反馈有静差和无静差直流调速系统的静特性及其特点。

4．熟悉“电流截止负反馈”的组成及其在“转速负反馈系统”中的作用。

5．分析、研究“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静、动态特性和电流反馈系数β、截止电压（稳压二极管Vs的稳压值）的整定及其对系统静、动特性的影响。

二、实验内容

1．调速系统的单元调试及系统静态参数的整定。

2．直流电动机开环与闭环系统的静态特性测试。

4．“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静特性测试。

5．“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静态精度和动态稳定性的实验与分析

6．分析研究电流截止负反馈环节的作用和参数变化对系统特性的影响。

三、实验设备与仪器

1．综合实验台主体（主控箱）及其主控电路、转速变换（DD02）、电流检测及变换电路变（DD06）、同步变压器（DD05）、负载控制器单元（DD07）等单元以及平波电抗器。

2．可控硅主电路挂箱（DSM01）

3．触发电路挂箱Ⅱ（DST02）——DT04。

4．给定单元挂箱（DSG01）——DG01单元

5．调节器挂箱Ⅰ（DSA01）——DA01、DA02单元。

6．直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组。

7．慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器。

8．微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。

四、实验电路的组成

“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”是单闭环直流调速系统

图1－1带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统的组成

的典型实例，系统的组成框图如图1－1所示，接线电路见附图1－1。

主要由“DG01”、“DA01”、“DT04”、“DSM01”、“DD02”、“DD06”等基本环节组成。

该系统简单、实用，在要求不高的场合常见采用。

五、实验步骤与方法

（一）实验电路连接、检查及调试。

1．本实验系统所使用的单元环节，其中“触发器单元GT1（DT04）”和“可控硅主电路（DSM01）”的调试要点和方法见《触发电路挂箱（DST02）使用说明》和《可控硅主电路挂箱（DSM01）使用说明》。

“给定及给定积分器（DG01）”见《给定单元挂箱（DSG01）使用说明》，“转速调节器ASR（DA01）”和“零速封锁（DA02）”见《调节器挂箱Ⅰ（DSA01）使用说明》。

2．按附图1－1连接系统。

确保转速给定和转速、电流反馈极性正确合理，转速、电流反馈系数α、β调至最大（将转速和直流电流变换单元DD02、DD06的输出电位器顺时针调至最大）；

“工作模式选择”开关置“直流调速”档；

给定单元（DG01）的极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方，并调整正、负给定电位器使输出为0。

3．将转速调节器ASR输入端子Un和Ui1的转速和电流负反馈输入改为接地输入，即先断开转速负反馈和电流截止负反馈；

ASR接成1:

1的比例状态（取Rn=R0＝40kΩ、）；

经实验指导教师检查认可后，打开钥匙开关（电源控制与故障指示（CTD）单元，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。

4．闭合控制回路（电源控制与故障指示（CTD）面板控制电路按钮ON），保持主电路分断。

并将励磁电源整定至额定励磁电流；

负载控制器模式选择为“恒转矩”模式，负载给定为零；

旋动正、负给定电位器，经极性开关切换，依次使给定U*n＝±

0.5、±

2V，检查转速调节器ASR的比例特性；

取给定U*n＝±

2V，电容Cn＝2μF，用万用表测量ASR的输出，同时整定所要求的限幅值。

5．检查并调整“触发器单元GT1”和“直流调速系统主电路”，整定触发零位：

用双踪示波器检查“双路晶闸管移相触发器”是否工作正常及主电路接线的正确与否；

触发电路和主电路正常后，微调“DT04”单元的偏置电位器，使U*n＝0时，触发角α＝90°

（整定零位）。

6．控制电路状态正常后，将正、负给定电位器重新调至0，将阶跃开关拨向上方，极性开关拨向下方（为什么？

）。

（二）直流电动机的开环机械特性测试

1．负载给定为零，保持转速负反馈，使电流截止负反馈为断开状态，转速调节器ASR重新接成1:

1的比例状态，检查无误后，闭合主电路。

注意：

“开环系统”或“无电流截止负反馈”的“单闭环系统”，不得阶跃起动，实验中只能缓慢改变给定电压和电机转速（为什么？

表1－1开环机械特性实验数据

U*n（V）

U*nnom＝

1／2U*nnom＝

Id（A）

Id1

Idnom

Id2

Idm

Id1

I*d

n（r∕min）

n*

额定参数

Nnom＝KW；

Unom＝V；

Idnom＝A；

nnom＝r∕min

2．缓慢增大给定电压U*n，使电动机转速逐渐上升，用双踪示波器观察整流装置输出电压Ud，看波形是否正常、连续可调。

当电动机电枢电压达到额定值Ud＝Udnom，即n＝no时，记录并保持此时的转速给定U*nnom不变，调节负载给定，使电动机电枢电流Id在0～Idm（Idm≤1.5Idnom）间分别读取五级负载电流Id和转速n录于表1－1；

减小给定并恒定于1／2U*nnom，调节负载给定，在0～Idm（Idm≤1.5Idnom）之间分别读取电流Id和转速n等五组数据录于表1－1。

3．计算转速比n*＝n／n0和电流比I*d＝Id／Idnom，也录于表1－1。

4．依次（

、

）绘制高、低速两条机械特性曲线n=f（Id）于图1－2中。

（三）转速负反馈有静差直流调速系统

1．逐步减小给定电位器至0，侍电机停止后“分断”主电路；

按附图1－1恢复转速负反馈（接线端子Un由接地改为转速负反馈输入，注意反馈极性，确保负反馈无误，但仍不接电流截止负反馈；

RC阻容箱取Rn＝kpR0（kp为转速调节器ASR的放大倍数，以系统稳定运行为限，尽量取大些，或实验前设计、计算得出）、短接电容Cn。

负载给定置0，检查无误后闭合主电路。

图1－2直流电动机的开环机械特性与转速负反馈系统的闭环静特性

开环机械特性：

①高速闭环静特性：

有静差系统②高速⑸低速

④低速无静差系统③高速⑥低速

2．缓慢增大给定U*n，使电机转速逐渐上升，当给定电压达到U*n＝－8V时保持恒定（即取U*n＝U*nm＝－8V），调整（减小）转速反馈系数直至n＝nnom，同时用万用表测量反馈电压Unnom以完成转速反馈系数的整定，并计算转速反馈系数α（α＝Unm／nnom）录于表1－2。

3．调节负载给定，在0～Idm（Idm≤1.5Idnom）之间分别读取电枢电流Id和转速n等五组数据录于表1－2；

置负载至最小，减小给定并恒定于1/2U*nm，调节负载给定，在0～Idm（Idm≤1.5Idnom）之间分别读取电流Id和转速n五组数据录于表1－2。

4．逐步减小给定至0，侍电机停止后“分断”主电路；

将负载减小至0。

5．计算转速比n*＝n／n0、电流比I*d＝Id／Inom，也录于表1－2。

6．于图1－2中，依次（

）绘制高、低速两条静特性曲线n=f（Id）。

表1－2转速负反馈有静差系统静特性实验数据

U*nm＝

1/2U*nm＝

反馈系数

α＝Unm／nnom＝V·

min／r

（四）转速负反馈无静差直流调速系统实验

1．将转速调节器ASR改接成PI调节器，取Cn＝2μF，检查无误后闭合主电路。

2．缓慢增大给定电压U*n直至U*n＝U*nnom＝U*nm＝－8V恒定，调整（减小）转速反馈直至n＝nnom，从而完成转速反馈系数α的整定。

（为什么？

）

3．重复有静差实验步骤3、4、5、6相应数据录于表1－3。

4．依次绘制高、低速（

）两条静特性曲线n=f（Id）于图1－2中。

并分析、比较图1－2中高、低速各三组特性曲线，得出开环系统、有静差和无静差转速负反馈系统等三类简单直流调速系统的特点。

表1－3转速负反馈无静差系统静特性实验数据

1/2U*nm＝

（五）带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统实验

1．连接并调试完成电流截止负反馈（接线端子Ui2由接地改为电流反馈输入，其比较电压为Ucom＝UVS2注意反馈极性），检查无误后闭合主电路。

注：

电流截止负反馈环节参数按《调节器挂箱Ⅰ（DSA01）使用说明》中转速调节器的单元调试部分确定，此处不另重复。

2．逐步增大给定U*n直至U*n＝U*nm＝－8V、n＝no恒定；

系统稳定后，缓慢减小电流反馈强度和增大负载给定直至Id＝Idnom（电流截止负反馈尚未起作用）；

用万用表测量此时的电流反馈电压Ui1（ASR输入端子Ui1处）和记录给定转矩，并令电流反馈系数β＝β1＝Ui1／Idnom、负载给定为额定转矩录于表1－4；

最后恢复负载给定为0。

3．调节负载给定，在0～Idm之间分别读取电流Id和转速n等五组数据录于表1－4；

保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载给定为0。

4．保持比较电压Ucom＝UVS1不变，增大电流反馈系数使β＝β2＞β1（令β2＝Ui2／Idnom，录于表1－4）；

调节负载给定，在0～Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据，录于表1－4；

5．保持β＝β2＞β1，改变比较电压使Ucom＝UVS1＞UVS2（将电流反馈由接线端子Ui2改为Ui1输入）；

调节负载给定，在0～Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据，录于表1－4；

保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载给定为零。

表1－4带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统静特性实验数据

特性

β＝β1=、Ucom＝UVS1

β＝β2=、Ucom＝UVS1

Id2

Id3

β＝β2＞β1Ucom＝UVS2＞UVS1

β＝β1、Ucom＝UVS2＞UVS1

β1＝Uci1／Idnom＝β2＝Uci2／Idnom＝RGnom＝

6．保持比较电压Ucom＝UVS1＞UVS2，恢复电流反馈系数β＝β1（参照步骤2）；

调节负载给定，在0～Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据录于表1－4；

逐步减小给定至0，侍电机停止后“分断”主电路；

保持转速和电流反馈不变，负载给定为0，；

恢复比较电压Ucom＝UVS2（将电流反馈由接线端子Ui1恢复为Ui2输入）。

图1－4带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统的闭环静特性

①β＝β1Ucom＝UVS1②β＝β2＞β1、Ucom＝UVS1

③β＝β2＞β1Ucom＝UVS2＞UVS1④β＝β1、Ucom＝UVS2＞UVS1

7．计算各转速比n*＝n／n0和电流比I*d＝Id／Inom，录于表1－4。

图1－5突加给定起动的过渡过程曲线

①空载②带载

8．根据表1－4数据绘制以上四条系统静特性n=f（Id）于图1－4。

注意观察四条系统静特性的斜率、截止电流Idcr、堵转电流（负载较小，不能满足要求达不到堵转停机）Idbl之异同，并讨论、分析以得出正确结论。

9．将阶跃开关拨向下方，置给定U*n＝－8V，设定负载在恒转矩模式下为额定转矩，模式选择在2档与恒转矩档之间切换可实现负载的突加和突卸，以完成空载和带载（额定负载）时的突加给定起动过渡过程实验，由双踪示波器观察电流Id和转速n的过渡过程。

变动RC的阻、容值，直至过渡过程曲线满意，并认真临模最满意的一组曲线于图1－5。

10．分析比较图1－5的两条曲线，讨论空载和带载起动过渡过程的异同。

11*．通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印相应过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。

（未配置微机时可采用“存储示波器”，或将此项内容省略。

12．实验完毕，将阶跃开关拨向下方，待电机停转后，依次分断主电路、控制电路和总电源开关。

六、思考题

1．为什么“单闭环直流调速系统”，在未带电流截止负反馈前，不得阶跃起动，只能缓慢增加给定？

2．在转速负反馈系统中，引入“电流截止负反馈”的目的是什么？

3．有静差系统为什么要限制其开环放大倍数？

产生静差的原因是什么？

为什么说，理论上讲该系统是无法消除静差的，为什么？

4．无静差转速负反馈系统最终如何消除静差的？

实际上，真的能使系统的误差为零吗，为什么？

5．带电流截止负反馈的直流调速系统中，改变β和Ucom将引起系统的静、动态特性有何变化？

为什么？

实验二转速、电流双闭环直流调速系统

1．熟悉“转速、电流双闭环直流调速系统”的组成及其工作原理。

2．熟悉“转速、电流双闭环直流调速系统”及其主要单元环节的调试。

3．分析、研究“转速、电流双闭环直流调速系统”的静特性及其特点。

4．分析、研究“转速、电流双闭环直流调速系统”在突加给定起动过渡过程曲线和系统在突加、突卸负载时的抗扰性以及参数对系统动态性能的影响。

1．系统的单元调试及静态参数的整定。

2．“转速、电流双闭环直流调速系统”的静特性测试。

3．“转速、电流双闭环直流调速系统”突加给定起动过渡过程研究。

4．“转速、电流