直流电机调速系统实验Word格式.docx
《直流电机调速系统实验Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电机调速系统实验Word格式.docx（67页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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“转速变换”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。
在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”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，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的
电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。
电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。
同样，电流调节
器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI（比例积分）调节。
当“给定”恒定
时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范
围内变化。
在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出电压信号作为反馈信号加到“电压调节器”的输入端，与
电压输出，从而构成了电压负反馈闭环系统。
电机的最高转速也由电压调节器的输出限幅所决定。
同样，调节器若
采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI（比例积分）调节。
当“给定”恒定时，闭
环系统对电枢电压变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电压能稳定在一定的范围内变化。
1
图5-7转速单闭环系统原理图
图5-8电流单闭环系统原理图
在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”和“电压调节器”使用，“调节器II”做为“电流调节
器”使用；
若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试及控制系统两者
来完成电机加载请详见附录相关内容。
四、实验内容
（1）DJK04上的基本单元的调试。
（2）Uct不变时直流电动机开环特性的测定。
（3）Ud不变时直流电动机开环特性的测定。
（4）转速单闭环直流调速系统。
（5）电流单闭环直流调速系统。
（6）电压单闭环直流调速系统。
2
图5-9电压单闭环系统原理图
五、预习要求
（1）复习自动控制系统（直流调速系统）教材中有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。
（2）掌握调节器的基本工作原理。
（3）根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。
（4）实验时，如何能使电动机的负载从空载（接近空载）连续地调至额定负载?
六、实验方法
（1）DJK02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
DJK02-1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），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
α=120°
（注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°
是从自然换流点开始计算，而单相晶闸管电路的
0°
移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°
）。
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用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反
桥功放的输入端。
⑧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）Uct不变时的直流电机开环外特性的测定
①按图5-1的接线图接线，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
③改变负载电阻R的阻值，使电动机的电枢电流从空载直至Ied。
即可测出在Uct不变时的直流电动机开环外特性n=f（Id），测量并记录数据于下表：
n（rpm）
Id（A）
（3）Ud不变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
U，使电动机启动并达到
1200rpm。
g
③改变负载电阻R，使电动机的电枢电流从空载直至I
ed
。
用电压表监视三相全控整流输出的直流电压
U，在实验
d
中始终保持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
=f（Id），并记录于下表中：
（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DJK02-1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超过某一数值时，此时Ud接近为
输出最高电压值Ud＇，一般可确定“三相全控整流”输出允许范围的最大值为Udmax=0.9Ud＇，调节Ug使得“三相全控
整流”输出等于Udmax，此时将对应的Ug＇的电压值记录下来，
Uctmax=Ug＇，即Ug的允许调节范围为0～Uctmax。
如果我们
把输出限幅定为U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
ctmax
作。
记录U＇于下表中：
Ud＇
dmax
U=0.9U＇
U
=U＇
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“调节器I”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻40K接到“调节器I”的“4”、“5”两端，用
导线将“5”、“6”短接，使“调节器I”成为P（比例）调节器。
用万用表的毫伏档测量“调节器I”的“7”端的输
出，调节面板上的调零电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中“调节器II”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到“调节器II”的“8”、“9”两端，
用导线将“9”、“10”短接，使“调节器II”成为P（比例）调节器。
用万用表的毫伏档测量调节器II的“11”端
的输出，调节面板上的调零电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于零。
B、正负限幅值的调整
把“调节器I”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器I
成为PI（比例积分）调节器，将“调节器I”的所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的“3”
端。
当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压尽可能接近于零；
当调节器输入端加-5V的负给
定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器I的输出正限幅为Uctmax。
把“调节器II”的“9”、“10”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“9”、“10”两端，使调节器
成为PI（比例积分）调节器，将“调节器II”所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器II的“4”
端，当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压尽可能接近于零。
定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器II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载R，负载电阻放在最大值，
输出给定调到零。
4
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=l.3A时，“2”端If的的电流反馈电压
Ufi=6V，这时的电流反馈系数
β=Ufi
/Id=
4.615V/A。
D、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“转速变换”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
α=Ufn/n=0.004V/（rpm）。
E、电压反馈系数的整定
直接将控制屏上的励磁电压接到电压隔离器的“
1、2”端，用直流电压表测量电压隔离器的输入电压
Ud，根据电
压反馈系数γ=6V/220V=0.0273，调节电位器RP1使电压隔离器的输出电压恰好为
Ufn=Udγ。
（5）转速单闭环直流调速系统
①按图5-7接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压U为负给定，转速反馈为正电压，将“调节器
I”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DJK02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=l200rpm。
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=Ied，即可测出系统静态
特性曲线n=f（Id）。
（6）电流单闭环直流调速系统
①按图5-8接线，在本实验中，给定
Ug为负给定，电流反馈为正电压，将“调节器
II”接成比例（P）调节器或
PI（比例积分）调节器。
R，L用DJK02上200mH，将给定输出调到零。
Ug，使电动机转速接近
R，测定相应的Id和n，直至最大允许电流
（该电流值由给定电压决定
），即可测
出系统静态特性曲线n=f（Id）。
（7）电压单闭环直流调速系统
①按图5-9接线，在本实验中，给定
Ug为负给定，电压反馈为正电压，将“调节器
I”接成比例（P）调节器或PI
（比例积分）调节器。
R，Ld用DJK02上200mH，将给定输出调到零，在“电压隔离器”输出端
“3”与地之间并联6uF电容（从DJK08获得）。
R，测定相应的Id和n，直至电动机Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线
n=f（I
d）。
七、实验报告
（1）根据实验数据，画出Uct不变时直流电动机开环机械特性。
（2）根据实验数据，画出Ud不变时直流电动机开环机械特性。
（3）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。
（5）根据实验数据，画出电压单闭环直流调速系统的机械特性。
（6）比较以上各种机械特性，并做出解释。
八、思考题
（l）P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?
5
（2）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?
调节什么元件能改变转速反馈的强度?
（3）改变“调节器I”和“调节器II”上可变电阻、电容的参数，对系统有什么影响？
九、注意事项
（1）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。
（3）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）在连接反馈信号时，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。
（5）在完成电压单闭环直流调速系统实验时，由于晶闸管整流输出的波形不仅有直流成分，同时还包含有大量的
交流信号，所以在电压隔离器输出端必须要接电容进行滤波，否则系统必定会发生震荡。
（6）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。
以免影响电机的使用寿命，
或发生意外。
（7）DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。
6
实验二双闭环不可逆直流调速系统实验
（1）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。
（3）研究调节器参数对系统动态性能的影响。
序号型号备注
1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。
DJK02-1三相晶闸管触发电路
DJK04电机调速控制实验I
该挂件包含“给定”、“调节器I”、“调节器II”、“转速
变换”、“电流反馈与过流保护”等几个模块。
6DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表
10
慢扫描示波器
11
万用表
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速度调节器和电流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，
电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。
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=Ufn），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，改变给定电压Ug的大小即可方便地改变电动机的转速。
“速度调节器”、
“电流调节器”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“速度调节器”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αmax的目的。
在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”使用，“调节器II”做为“电流调节器”使用；
若使用
DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请
详见附录相关内容。
（1）各控制单元调试。
（2）测定电流反馈系数β、转速反馈系数α。
（3）测定开环机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性n=f（Id）。
（4）闭环控制特性n=f（Ug）的测定。
（5）观察、记录系统动态波形。
7
图5-10双闭环直流调速系统原理框图
（1）阅读电力拖动自动控制系统教材中有关双闭环直流调速系统的内容，掌握双闭环直流调速系统的工作原理。
（2）理解PI（比例积分）调节器在双闭环直流调速系统中的作用，掌握调节器参数的选择方法。
（3）了解调节器参数、反馈系数、滤波环节参数的变化对系统动、静态特性的影响。
六、思考题
（1）为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为PI调节器?
（2）转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象?
（3）双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变?
哪些参数的变化会引起电动机最大电流的
变化?
七、实验方法
（1）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，即先使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。
（2）DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
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
升级会员 