直流调速系统基础实验指导Word文件下载.docx

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其系统原理图如图10.1.1所示。

五、实验方法

1.电枢回路总电阻R的测定

电枢回路的总电阻R是环节结构模型中预知的参数，包括电动机电枢电阻Ra,平波电抗器的电流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即

为能准备测出晶闸管整流装置的电源内阻，通常采用伏安比较法来测定电阻。

其实验电路如图10.1.2所示。

系统连接完成后，测试时应注意调节RP1、RP2电阻负载至最大，电动机不加励磁，并使电动机堵转。

合上开关S1、S2、S3,让系统通电，调节Ug使整流装置输出电位Ud=（30%～70%）US（U1可为110V），然后调节RP2,使电枢电流为（80%～90%）IN，读取电流表A和电压表V2的数值各为I1、U1,则整流装置的理想空载电压为

调节Rp1使之与RP2近似，使电流表读数为40%IN,断开开关S2,在Ud不变条件下读A和V2的数值为I2、U2,则

由式（10.1.2）和式（10.1.3），消去Ud0，可得出电枢回路总电阻R，即

若把电动机两端短接，重复上述过程，可得

则电动机的电枢电阻为

同样短接平波电抗器L的两端，可测得电抗器的直流电阻RL,即

此时，直流装置的电源内阻Rn为

为了减少由于非线性和接触电阻等原因造成的误差，可采取改变整流装置输出电压Ud在UN的30%～70%范围内，重复多次上述参数测量，然后求平均值。

2.电枢回路电感L的测定

点数电路总电感L包括电动机的电枢电感La，平波电抗器LL和整流变压器漏电感LB,由于LB数值很小，可忽略，股电枢回路的等效总电感为

电感的数值可用交流伏安法测定。

电动机应加额定励磁，并使电动机堵转，实验电路如图10.1.3所示。

再合上S1前调压变压器要复零。

合上S1，调节调压变压器的输出电压，使电枢电流Ia=50%IN。

合上S2,调节RP，是励磁电流为电机额定励磁电流。

用电压表和电流表分别测出通入电流电压后电枢两端和电抗器上电压值Ua和UL及电流I,从而得到交流阻抗Za和ZL。

计算出电感值La和LL

3.直流电动机-发电机–测速发电机组合飞轮惯量GD2的测定

电力拖动系统的运动方程式为

式中，Te为电动机的电磁转矩，单位为N•m；

TL为负载转矩，空载时即为空载转矩TO，单位为N•m；

n为电机转速，单位为r∕min。

电机空载自由停车时，Te=O，TL=TO,运动方程式为

式中，GD2的单位为N•m2；

TO可由空载功率PO（单位为W）求出，即

dn∕dt可由自由停车时所得曲线n=f（t）求得。

其实验电路如图10.1.4所示。

实验时，起动电动机前需加额定励磁。

将电动机由空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IO，以及稳速值nO。

然后断开Ug，同时用光线示波器记录n=f（t）曲线（见图10.1.5，图中斜虚线为n=no的切线），即可取某一转速时的TO和dn∕dt。

由于空载转矩不是常数，可由转速n为基准，选择若干个点，测出相应的TO的dn∕dt，以求出GD2的平均值，并将数据记录于表10.1.1和表10.1.2中。

4.主电路电磁时间常数的测定

用电流波形法测定回路电磁时间常数Td，由于回路存在电感，当电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升，即

其电流变化曲线如图10.1.6所示。

当t=Td时，有

实验电路如图10.1.7所示。

电动机不加励磁，调节Ug和Rp使电动机电枢电流为（50%～90%）IN。

然后保持Uct不变，突然合上主电源开关，用光线示波器拍摄id=f（t）的波形。

由波形图上测量出当电流上升至63.2%稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。

5.电动机电动势常数Ce、转矩常数CT的测定

将电动机加额定励磁，使之空载运行。

改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可计算出Ce，即

式中，Ce的单位为V/（r/min）。

转矩常数（额定磁通时）CT的单位为N•m/A,可由Ce求出

6.系统机电时间常数Tm的测定

系统机电时间常数Tm可由下式计算

由于TM＞＞Td，因此也可以近似地把系统看作一阶惯性环节，用转速上升曲线亦可求出Tm，即

当电枢突加额定电压，转速n按指数规律上升。

当n达到63.2%稳定值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。

测试时，电枢回路中附加电阻应全部切除，突加给定电枢电压，用光线示波器拍摄过渡过程曲线n=f（t）,如图10.1.8所示，即可求出Tm。

7.晶闸管触发及整流器装置输入、输出特性Ud=f（Uet）和测速发电机特性UTG=f（n）的测定及触发放大器系数Ks的测定。

实验电路图如图10.1.9所示。

电动机加额定励磁，逐渐增加触发装置的控制电压Uct，分别读出Uct，UTG,Ud，n对应数据若干组，并将数据记录于表10.1.3中，即可描述出特性曲线Ud=f（Uct）,UTG=f（n）。

由Ud=f（Uet）曲线，可求出晶闸管整流装置的放大倍数曲线

六、实验报告

1.作出实验所得各种曲线，计算有关参数。

2.由Ud=f（Uet）特性，分析晶闸光的非线性现象。

3.按所算参数导出各环节传递函数。

4.电动机静止时测Ra应注意什么？

5.电动机运行时，如何判断电流的连续与断续？

七、实验注意事项

1.为防止电枢过大电流冲击，增加给定应缓慢，且每次起动前应调至零位，以防过流。

2.电动机堵转时，大电流测量的时间要短，以防止电动机过热。

3.实验中应使Ud、Id波形连续，避免进入不连续区。

4.由于装置处于开环状态，电流和电压有可能波动，可取平均值。

10.1.2晶闸管（SCR）直流调速系统主要单元调试

1.熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。

2.掌握直流调速系统主要单元的调试步骤和测试方式。

1.调节器（ASR、ACR）的调试。

2.电平检测器（DPT、DPZ）的调试。

3.反向器（AR）的调试。

4.逻辑控制器（DLC）的调试。

1.万用表

2.双踪慢扫描示波器

3.通用实验板

4.直流电流表

5.多路直流稳压电源

6.±

15V给定电源

四、实验系统组成

1.速度调节器（ASR）的原理图见附录图6。

2.电流调节器（ACR）的原理图见附录图7。

3.电平检测器DPT（转矩极性鉴别器）的原理图见附录图9。

电平检测器DPZ（零电流检测器）的原理图见附录图10。

4.反向器（AR）的原理图见附录图8。

5.逻辑控制器（DLC）的原理图见附录图11。

1.速度调节器ASR的调试，其原理图见附录图6。

接上±

15V电源后，用万用表检查电路工作是否正常。

⑴调零：

将ASR输入端接地，串联反馈网络中电容短接，使ASR为P调节器，调节电位器，使ASR输出为零。

⑵调节限幅：

将反馈电容器短接线去掉，使ASR为PI调节器。

加入一定的输入电压，调整正、负限幅电位器使输出正负最大值≥±

5V为所需的数值。

⑶测定输入输出特性：

将反馈网络中C电容短接，向ASR输入端逐渐加入正、负电压，测出相应输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。

⑷观察PI特性：

拆除反馈网络中C两端短接线，输入端突加给定电压。

用慢扫描示波器观察输出端电压变化规律。

改变调节器的放大倍数及反馈电容C，观察输出端电压变化，反馈电容数值可在5～7μF内变化。

简述各控制单元的调试要点，并附原理图。

1.在实验板上安装连接元件时应注意安装正确、可靠，只许在触发电路移相可靠后，才能合主电路电源。

2.系统在未接电流负反馈时，不允许突加给定电压起动电动机，每次起动时必须缓慢增加给定电压，以免产生过大的冲击电流。

3.如使用MOS器件，防止静电击穿，在安装调试时应注意电源极性。

10.1.3单闭环直流调试系统性能的研究

1.掌握单闭环直流条数系统工作原理、结构组成及测试方法。

2.研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。

3.分析电流截止负反馈在本系统中的作用及整定方法。

1.晶闸管整流电路的测试。

2.测定调速系统的开环机械特性。

3.测定调速系统静特性。

4.在空在转速相等的条件下，比较开环机械特性与闭环静特性的静差率。

5.检验电流截止负反馈引入前后，在突加给定起动时的电流Id和转速n的波形。

1.晶闸管直流调速实验装置

2.直流电动机—发电机测试机组

3.滑动变阻器

4.平波电抗器

5.万用表

6.双踪示波器

7.直流电流表

四、试验系统的组成与工作原理

实验原理图如图10.1.10所示。

通过同轴相连的发动机-发电机测速电机机组上的TG来检测电动机的转速。

TG的信号经FBS输出Ufn加到ASR输入端，并加转速给定电压Un*综合。

ASR的输出作为GT的控制电压Uct，由此组成转速半闭环系统。

由于ASR采用单纯比例环节，增加其放大系数，既可提高系统的静特性硬度。

Ui从主电路中电流负反馈环节取出，用于防止电流过流。

改变Un*即可调整电动机的转速。

1.主电路调整和测试、

触发电路的调试是在三相电源相位校队正确后，用双路示波器观察触发电路单、双脉冲是否正常。

如有异，用示波器观察锯齿波，并逐个调整斜率电位器，使三相斜率尽可能一致。

观察6个触发脉冲，应间隔均为60º

。

调整转速给定信号Un*，使控制电压Uct=0时的触发控制角α=90º

此时即可正常工作。

改变Uct即可得到α=f（Uct）的曲线。

2.测定系统开环机械特性

电动机运转时，应先将发电机负载电阻RL放在最大值，然后调节RL,使电枢电流由空载电流逐渐增至额定电流。

逐渐切除负载电阻RL,记录几组电动机从额定电枢电流至空载时的Id和n数值，在空载点同时对负载发电机供以直流电源。

开始使RL为最大，然后调节RL，使电枢电流由空载减少至零。

此时转速达到理想转速。

记录几组Id和n的数值，据此可绘出开环机械特性。

3.测定转速单闭环直流调速系统静特性

⑴测定转速反馈信号的极性，使其与给定信号极性相反，构成负反馈。

让电动机开环运行，缓慢增加U*n，使Ufn近似U*n时测出转速反馈系数α的值。

⑵调整运算放大器，使其工作在线性放大区域。

当放大器的输入端电压为零时，用调零电位器放大器输出调节为零。

当输入端加上足够大的给定信号U*n时，调节上、下限幅电位器，使其最大输出限幅值为已经设定的允许值。

正确调整放大器的正、负输出限幅值，是调速系统正常工作的必备条件之一。

⑶在保证接入正确的反馈信号前提下，将速度调节器和转速反馈环节接入系统。

调节KP=10～20,起动电动机，缓慢增加给定电压，使电动机稳定运行在与开环机械特性相同的空载处。

记录此时的Ud和α的值。

然后根据测开环特性的方法，记录12～8组Id和n的数值，填入表10.1.4中，并绘制其特性曲线。

⑷增设电流负反馈环节，用实验的方法验证当截止负反馈起作用时的特性曲线，并比较当没有引入负反馈环节时的转速与电流的关系。

在保证电流反馈极性正确的条件下，逐步增加U*n，使Ud0=（50%～70%）UN,然后改变负载电阻的大小，调节电枢电流为IN附近，在调节电位器RP4,使转速明显下降。

此时KRP1Id＞Um，引入了电流负反馈环节，K为电位器RP1的分压系数，UZ为稳压二极管VZ的击穿电压。

用慢扫描示波器记录突加给定电压U*n时的电枢电流Id与转速n的波形曲线。

1.绘制实验所得静特性数据记录表格及特性曲线，并进行比较分析。

2.ASR接入与不接入时，如何确定U*n的极性？

3.ASR的放大系数KP的大小对系统的动稳态有何影响。

4.系统调试的心得体会。

七、思考题

1.系统在开环、有静差与无静差闭环工作时，ASR各工作在什么状态？

2.要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反馈与无反馈调速系统，哪个情况下给定电压要大些？

为什么？

3.在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反馈的强度Ufn对U*n有什么影响?

10.2双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的特性测试

1.了解双闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元的原理。

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.学会分析调节参数对系统动态性能的影响。

1.测定电流反馈系数β，转速反馈系数α，整定电流保护动作值。

2.测定开环机械特性及高、低速的完整的系统闭环静特性n=f（Id）。

3.测定开环控制特性n=f（U*n）。

1.晶闸管直流调速系统实验装置

2.直流电动机―发电机―测速电机组

5.直流电流/电压表

6.万用表

7.光线示波器

8.双踪慢扫描示波器

四、实验系统组成及工作原理

本系统由电流环（FBC+FA）及转速环组成（FBS），其反馈信号分别在两个调节器上综合调节。

由于调速系统调节的主要参数为转速，故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波动对转速的影响，其实验原理如图10.2.1所示。

系统工作时，先给电动机加励磁。

改变给定电压U*n的大小即可改变电动机的转速。

ASR与ACR均有限幅环节。

ASR的输出U*i作为ACR的给定。

利用ASR的输出限幅，可达到限制最大允许起动电流的目的。

ACR的输出作为移相触发电路GT的控制电压Uct。

利用ACR的输出限幅可达到限制αmin（βmin）的目的。

当加入给定电压U*n后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电动机转速达到给定转速（即Ufn=U*n），并在出现超调后ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。

1.双闭环直流调速系统调试原则

⑴先单元，后系统。

应先将各单元的特性调整好，然后才组成系统。

⑵先开环，后闭环。

即先使系统能正常开环运行，然后确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。

⑶先内环，后外环。

及先调试电流内环，后调试转速外环。

2.开环外特性电阻性负载的测定

⑴把电流负反馈信号和转速负反馈信号断开，让系统处于开环状态。

此时在测试开环系统外特性时，可省去ASR、ACR。

⑵控制电压Uct由给定U*n直接接入，直流发电机接负载电阻RPL。

⑶逐渐增加给定电压U*n，使电动机起动、升速，调节U*n和RPL，使电动机电枢电流Id=IN,转速n=nN。

⑷改变负载电阻RPL,即可使电动机从空载至额定负载，期间取12～8点，并将数据记录于表10.2.1中，测出系统的开环外特性n=f（Id）。

3.系统调试

本系统采用两个PI调节器作为ASR和ACR。

调试时，首先应保证U*i与Ufi、U*n与Ufn极性相反，形成负反馈调速系统，并限制U*n电平在10V以内。

ASR和ACR调零，控制系统按开环接线。

ASR和ACR的反馈回路电容短线，形成低放大倍速的比例调节器。

调节器的反馈输入端接地，分别调节ASR和ACR的调零电位器，是给定为零时输出为零。

调节器的输出限幅值的整定。

ASR和ACR的输出限幅值影视结构而定，一般ASR不大于±

9V，ACR的值视负载而定。

对电动机负载，触发器的总偏置电压初整定值应为Uct=0,α=90º

Ud=0V,故根据触发器GT的移相特性，可算出αmin=15º

～13º

时ACR输出的限幅整定值

式中，KGT为触发器的放大系数，单位为（º

/V）。

⑴电流环调试（电动机不加励磁）

①系统开环，主电路接入电阻Rpm，并调至最大，逐渐增大给定电压U*n，用示波器观察晶闸管整流桥两端的电压波形。

在一个周期内，电压波形应有6个对称波头平滑变化。

②增加给定电压U*n,减少回路电阻Rpm，直至Id=1.17IN，在调节电流负馈电位器，实际电流负反馈电压Ufi近似于速度调机器ASR的输出幅值。

继续减少Rpm,使Id=1.4IN，调整过程保护电位器，使过流保护动作。

③系统中接入已接成PI调节器的ACR组成的电流单闭环系统。

逐渐增加给定电压U*n，使之等于ASR输出限幅值。

观察主电路电流是否≤1.21N，如果Id过大，则应调整电流负反馈电位器，使Ufi增加，直至Id≤IN,则可将Rpm减少直至切除。

此时Id应增加有限，小于过流保护整定值。

这说明系统已具有限流保护功能。

测定Ufi并计算电流反馈系数β=Ufi/Id。

⑵速度环调试（电动机加额定励磁）

①ACR接成PI调节器，并接入系统，ASR不接，速度开环。

U*n作为ACR输入给定，逐渐加负给定U*n，当转速n=1500γ/min时，调节FBS上电位器RP3使速度反馈电压Ufn近似于ASR输出限幅值（﹣6V）左右。

计算反馈系数α=

2速度反馈极性判断：

系统开环，加U*n使电机旋转。

然后接入反馈。

如n升高，则极性有误；

如n下降，则极性正确，按要求接对极性。

4.系统特性测试

将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆直流调速系统。

机械特性n=ƒ（Id）的测定：

⑴调节转速给定电压U*n及发电机负载电阻RPL，使Id=IN,n=nN。

改变负载电阻，在空载额定范围内，取12～8点，即可测出系统静特性曲线n=ƒ（Id）。

⑵降低给定u*d，使Id=IN,分别测试n=1000γ/min，n=500γ/min时的静特性曲线。

⑶闭环控制特性n=ƒ（U*n）的测定。

调节Id=IN,n=nN。

然后，逐渐降低U*n，在nN到n0之间取12～8点，即可得到闭环控制特性，n=ƒ（U*n）。

5.系统动态波形的观察

用双踪慢扫描示波器观察动态波形。

用光线示波器记录动态波形。

在不同的调机器参数下观察，记录下列动态波形：

⑴突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。

⑵突加额定负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。

⑶突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。

六、实验报告

1.据实验数据，画出闭环控制特性曲线，n=ƒ（U*n）。

2.据实验数据，画出高、中、低速的闭环机械特性n=ƒ（Id）,并分别计算静差率。

3.据实验数据，画出系统开环机械特性，n=ƒ（Id）,计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。

4.在闭环情况下，电流环的最大动态，稳态电流有哪些参数决定？

5.分析由光线示波器记录下来的动态波形。

七、实验注意事项

1.双踪示波器的两个探头应保证两地线电位相同。

2.系统开环运行时，不能突出给定电压，应逐渐增加给定电压。

3.只有当主回路具有限流特性后，才允许主回路串联电阻全部切除和突出电压。

当不加励磁时，电动机通过额定电流时间不能太长。

10.3直流脉宽调速控制系统的性能测试

10.3.1MOSFET双闭环可逆直流脉宽调速系统

一、实验目的

1.掌握直流脉宽调速控制系统的组成、原理及各单位主要单元部件的工作原理。

2.熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。

3.熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。

4.掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。

二、实验内容

1.PWM脉宽调制器SG35258性能测试。

2.控制单元调试。

3.系统开环调试。

4.系统闭环调试。

5.系统稳态动态特性测试。

6.H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。

三、实验设备及仪器

1.MOSEFT直流调速系统实验装置

2.电动机-发电机-测速发电机组

3.环线变阻器

4.直流电流、电压表

5.万用表

6.双踪慢扫描示波器

7.光线示波器

四、试验系统的组成和工作原理

双闭环脉宽调速系统原理图如图10.3.1所示。

系统电路图如图10.3.2所示。

图中可逆PWM

变换器主电路采用MOSFET所组成的H型机构形成，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，GD为MOWFET驱动电路，FA为瞬时动作过流保护。

五、实验方法

1.SG3525脉宽调制器性能测试

分别连接双极可逆PWM变换器主电路的主电源，隔离驱动Ｇ1～Ｇ４，Ｓ１～Ｓ４，ｂ１，ｂ２,过流保护а1，а2的连接线，SG3525的“9”脚输入端“3”接U*n，接通控制系统电源（PWM不加电源）。

⑴用示波器观察SG3525“5”脚振荡器GT端的电压波形，记录波形的周期、幅度（需记录S1开关“通”、“断”两种情况）。

⑵S5设置为“0”V，即U*n=0。

用示波器观察“13”脚电压波形，调节电位器Rp3，使方波占空比为50％。

S5设置为给定，分别调节Rp﹢和Rp﹣，记录“13”脚输出波形的最大和最小占空比，并分别记录S2接通和断开两种情况。

⑶软起动功能的测试：

断开系统电源，给定U*n为0V，用示波器观察“13”脚，合上系统电源时，电压输出占空间比从小到50％所需的时间。

2.控制电路的测试

⑴逻辑延时时间的测试

S5设置为0V，即U*n=0，用示波器观察倒相电路b1和b2端的输出波形，并记录延时时间Td。

⑵同一桥壁上下管子驱动信号死区时间的测试

分别短接VT2、VT4的D、S极两端，用双踪慢扫描示波器分别测量VT1GS～VT4GS的死区时间，并记录。

注意，测试完毕后，立即拆除VT2、VT4的D、S极两短接线。

⑶过流保护电路的测试

断开电路а2以及给定U