电力拖动与自动控制系统.docx
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电力拖动与自动控制系统
《电力拖动自动控制系统》
实验指导书
班级：
姓名：
学号：
唐山学院电工电子实验教学中心
2009年3月
前言
一．电力拖动自动控制系统实验的任务
电力拖动自动控制系统实验是电力拖动自动控制系统课程的一部分，它的任务是：
1.通过实验进一步了解和掌握电力拖动自动控制系统的基本概念、分析方法。
2.学习和掌握电力拖动自动控制系统实验技术方法。
3.提高应用电力拖动自动控制系统的能力及水平。
二．实验设备
电力拖动自动控制系统实验所使用的设备有各种交、直流电机，变压器，电工仪表及交、直流电源等，他们都集成在一个实验台上。
实验时根据需要来选择不同的设备构成交、直流电力拖动自动控制系统实验电路，可以完成交、直流电力拖动自动控制系统的调试，系统的参数及特性的测量。
主要用于电力拖动自动控制系统的实验教学。
三．对参加实验学生的要求
1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的，了解内容和方法。
2.按实验指导书要求进行接线和操作，经指导老师检查同意后再通电。
3.在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指导教师复查后才能结束实验。
4.实验后应断电，整理实验台，恢复到实验前的情况。
5.认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。
字迹要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。
.爱护实验设备，遵守实验室纪律。
*注：
本实验指导书适用于电力拖动自动控制系统及包含电力拖动自动控制系统等内容的相关课程。
目录
第一章电力拖动自动控制系统实验3
实验一直流调速系统主电路参数测量实验3
实验二单闭环直流调速系统实验5
实验三双闭环直流调速系统实验7
实验四串联二极管式电流型变频调速系统实验8
实验五晶闸管直流调速系统主要单元的调试10
实验六逻辑无环流可逆直流调速系统实验13
第二章实验安全操作规程及实验实施21
第一节实验安全操作规程21
第二节实验实施21
实验一直流调速系统主电路参数测量实验
一、实验目的：
1、掌握用实验的方法测定直流调速系统主电路的参数。
二、实验仪器及设备
1、直流发电机D13-1（或D17）：
UN=220V，IN=0.8A，nN=1500r/m。
2、直流电动机D15（或D17）：
UN=220V，IN=0.8A，nN=1500r/m。
3、电机控制系统实验装置。
4、滑线变阻器：
900Ω//900Ω（或1KΩ）。
5、示波器：
10MHZ（或10MHZ）。
三、实验内容及操作步骤
1、电枢回路电阻的测量
实验电路如图1-1所示。
电动机不加励磁，调节Ug使电压表V1=150V，然后调节滑线变阻器R使电流表A1的电流为I1=0.8A，读取电压表V2的电压为U1。
再调节滑线变阻器R使其电流表A的电流为I2，=0.5A，读取电压表V2的电压为U2。
读取的数据记录在学生原始实验数据纸上。
求得电枢回路总电阻为：
R总=（U2-U1）/（I1-I2）
电机电枢短接，V1电压不变，重复上述过程实验，可求得电抗器的电阻和整流器内阻之和。
RL+Rn=（U2’-U1’）/（I1’-I2’）
电机的电枢电阻为：
Ra=R总-（Rl+Rn）
同理，短接电抗器，可测得电抗器电阻RL
2、电枢回路电感的测量
实验电路如图1-2所示，
用交流电压表分别测取电枢、电抗器两端的电压为Ua、UL,读取电流为I。
读取的数据记录在学生原始实验数据纸上。
电抗器和电动机电枢的电感La和LL按下式计算。
Za=Ua/I，ZL=UL/I
La=（（Za）2－（Ra）2）1/2/2πf
LL=（（ZL）2－（RL）2）1/2/2πf
3、主电路电磁时间常数TL的测量
实验电路如图1-1所示。
调节给定和电阻R使电流表A=0.8A，用示波器探头测取电流反馈信号。
突加给定信号观察电流上升波形，图1-3所示。
从示波器上读TL的值。
并记录在学生原始实验数据纸上。
四、实验报告要求
1、计算主电路的参数。
2、如何测取电动机的Ce和CM。
实验二单闭环直流调速系统实验
一、实验目的
1、学习单闭环直流调速系统的原理、组成、主要单元电路。
2、与开环直流调速系统进行特性比较
二、实验仪器及设备
1、直流发电机D13-1（或D17）：
UN=220V，IN=0.8A，nN=1500r/m。
2、直流电动机D15（或D17）：
UN=220V，IN=0.8A，nN=1500r/m。
3、电机控制系统实验装置。
4、滑线变阻器：
900Ω//900Ω（或1KΩ）。
5、示波器：
10MHZ（或10MHZ）。
三、实验内容及操作步骤
实验电路如图1-4所示。
]
1、给定电压为0时，滑线变阻器为最大值，闭合电源。
增加给定电压使电动机转速n=1500r/m。
调节滑线变阻器的电阻增加负载使电流为0.8A，然后逐渐减小负载电流至空载，读取电流和转速的示值，并记录在并记录在学生原始实验数据纸上。
共测5～6点。
2、调节滑线变阻器的电阻增加负载使电流为0.8A，用示波器探头接转速反馈信号，观察在闭环情况下突加负载、突减负载情况下，电动机转速n的变化波形，并记录在并记录在学生原始实验数据纸上。
3、使给定电压为0，断开转速反馈。
在开环情况下，调节给定电压使n=1500r/m。
，调节滑线变阻器的电阻使负载使电流为0.8A，然后逐渐减小负载电流至空载，读取电流和转速的示值，并记录在并记录在学生原始实验数据纸上。
共测5～6组数据。
V2
4、调节滑线变阻器的电阻增加负载使电流为0.8A，用示波器探头接转速反馈信号，观察在开环情况下突加负载、突减负载电动机转速n的变化波形，并记录在并记录在学生原始实验数据纸上。
四、实验报告要求
1、在同一坐标纸上作出闭环和开环的n～i特性曲线，并比较说明。
2、画出闭环和开环突加、突减负载时转速n的变化波形，并说明。
实验三双闭环直流调速系统实验
一、实验目的
1、学习双闭环不可逆直流调速系统的原理、组成、主要单元电路。
二、实验仪器及设备
1、直流发电机D13-1（或D17）：
UN=220V，IN=0.8A，nN=1500r/m。
2、直流电动机D15（或D17）：
UN=220V，IN=0.8A，nN=1500r/m。
3、电机控制系统实验装置。
4、滑线变阻器：
900Ω//900Ω（或1KΩ）。
5、示波器：
10MHZ（或10MHZ）。
三、实验内容及操作步骤
实验电路如图1-5所示。
1、电流环闭环，转速环开环，给定电压为0时，滑线变阻器为最大值，闭合电源。
缓慢调节给定电压，使电动机旋转，用万用表直流电压档测转速反馈信号的极性。
若极性为“正”则颠倒反馈信号的极性。
用示波器探头接电流反馈信号，调整电流调节器ACR的PI参数（R、C值），并使电流的突加给定的动态过程满足要求。
2、转速环闭环，调整转速调节器ASR的PI参数（R、C值），使整个系统的突加给定启动过程满足要求。
并记录突加给定启动过程中，转速n和电流i的动态变化过程。
记录在学生原始实验数据纸上。
V2
3、调节给定电压使电动机的转速为1000r/m。
调节滑线变阻器的电阻增加负载使电流为0.8A，用示波器观察在突加负载、突减负载情况下电动机转速n的变化波形和电流i波形，并记录在学生原始实验数据纸上。
四、实验报告要求
1、在同一坐标纸上画出闭环系统突加给定时的转速n和电流i的启动过程波形
并说明。
2、画出闭环系统突加、突减负载时转速n和电流i的动态变化过程波形，并说明。
实验四串联二极管式电流型变频调速系统实验
一、实验目的
1、掌握串联二极管式电流型变频调速系统的原理及组成。
2、掌握各控制单元的原理、作用。
二、实验仪器及设备
1、交流电动机（D21）：
UN=220V（△），IN=0.65A，nN=1430r/m。
2、电机控制系统实验装置。
3、双综低频示波器：
10MHZ。
三、实验内容及操作步骤
实验电路如图1-6所示。
其中G：
给定器，GI：
给定积分器，GAB-1：
绝对值放大器，GF：
函数发生器，GM：
调制波发生器，DRC：
环形分配器，GVF：
电压-频率转换器，DR：
转向显示器。
1、连接线路，换相电容选1µF，给定电压为0V，经教师检查无误后，闭合电源。
2、调节给定电压，正向启动电动机，使频率范围为5HZ～50HZ。
调节给定电压，反向启动电动机，使频率范围为5HZ～50HZ。
记录电动机的转速范围。
并记录在学生原始实验数据纸上。
3、测定U=f（f）特性：
逐渐增加给定电压，使频率从5HZ增加到50HZ。
在此过程中记录电机的线电压U和频率f。
共测5～6组数据。
并记录在学生原始实验数据纸上。
4、系统静态波形观察
用示波器观察不同频率（5HZ、30HZ、50HZ）时，逆变器的线电压波形，晶闸管两端电压波形、隔离二极管两端电压波形。
并记录50HZ时，逆变器的线电压波形，晶闸管两端电压波形、隔离二极管两端电压波形在学生原始实验数据纸上。
四、实验报告要求
1、画出串联二极管式电流型变频调速系统的U=f（f）特性曲线。
并分析是否符合U/f=const。
2、画出观察到的不同频率50HZ时，逆变器的线电压波形，晶闸管两端电压波形、隔离二极管两端电压波形。
3.回答问题：
比较电流型逆变电路与电压型逆变电路各有什么优缺点？
实验五晶闸管直流调速系统主要单元的调试
一、实验目的
（1）熟悉直流调整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部件的调试步骤和方法。
二、实验内容
1．速度调节器的调试。
2．电流调节器的调试。
3．零电平检测”及“转矩极性鉴别”的调试。
4．反号器的调试。
5．逻辑控制器的调试。
三、验方法
将DJK04挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源开关，即可以开始实验。
1．速度调节器的调试
①调节器调零
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。
②调整输出正、负限幅值
把“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，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，观察调节器输出正电压的变化。
③测定输入输出特性
再将反馈网络中的电容短接（将“5”、“6”端短接），使速度调节器为P（比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。
④观察PI特性
拆除“5”、“6”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。
改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
2．电流调节器的调试
①调节器的调零
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“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的“11”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。
②调整输出正、负限幅值
把“8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF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，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，观察输出正电压的变化。
③测定输入输出特性
再将反馈网络中的电容短接（将“9”、“10”端短接），使电流调节器为P调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。
④观察PI特性
拆除“9”、“10”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。
改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
3．“零电平检测”及“转矩极性鉴别”的调试
①测定““转矩极性鉴别”的环宽，要求环宽为0.4～0.6伏，记录高电平值，调节单元中的RP1使特性满足其要求。
“转矩极性鉴别”要求的环从-0.25V到0.25V。
转矩极性鉴别具体调试方法：
A、调节给定Uｇ，使“转矩极性鉴别”的“1”脚得到约0.25V电压，调节电位器RP1，恰好使“2”端输出从“高电平”跃变为“低电平”。
B、调节负给定从0V起调，当转矩极性鉴别器的“2”端从“低电平”跃变为“高电平”时，检测转矩极性鉴别器的“1”端应为－0.25V左右，否则应调整电位器，使“2”端电平变化时，“1”端电压大小基本相等。
②测定“零电平检测”的环宽，要求环宽也为0.4～0.6伏，调节RP1，使回环沿纵坐标右侧偏离0.2V，即环从0.2V到0.6V。
“零电平检测”具体调试方法：
A、调节给定Uｇ，使“零电平检测”的“1”脚约0.6V电压，调节电位器RP1，恰好使“2”端输出从“1”跃变为“0”。
B、慢慢减小给定，当“零电平检测”的“2”端从“0”跃变为“1”时，检测“零电平检测”的“1”端应为0.2V左右，否则应调整电位器。
③根据测得数据，画出两个电平检测器的回环。
4．反号器的调试
测定输入输出比例，输入端加入＋5V电压，调节RP1，使输出端为－5V。
5．逻辑控制的调试
测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：
输入
UM
1
1
0
0
0
1
UI
1
0
0
1
0
0
输出
UZ（Uｌｆ）
0
0
0
1
1
1
UF（Uｌｒ）
1
1
1
0
0
0
调试方法：
①首先将“零电平检测”、“转矩极性鉴别”调节到位，符合其特性曲线。
给定接“转矩极性鉴别”的输入端，输出端接“逻辑控制”的Um。
“零电平检测”的输出端接“逻辑控制”的UI,输入端接地。
②将给定的RP1、RP2电位器顺时针转到底，将S2打到运行侧。
③将S1打到正给定侧，用万用表测量“逻辑控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端，“3”、“6”端输出应为高电平，“4”、“7”端输出应为低电平，此时将DJK04中给定部分S1开关从正给定打到负给定侧，则“3”、“6”端输出从高电平跳变为低电平，4”、“7”端输出也从低电平跳变为高电平。
在跳变的过程中用示波器观测“5”端输出的脉冲信号。
④将“零电平检测”的输入端接高电平，此时将DJK04中给定部分的S1开关来回扳动，“逻辑控制”的输出应无变化。
四、实验报告
（1）画各控制单元的调试连线图。
（2）简述各控制单元的调试要点
实验六逻辑无环流可逆直流调速系统实验
一、实验目的
1．了解、熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成。
2．掌握各控制单元的原理、作用及调试方法。
3．掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的调试步骤和方法。
4．了解逻辑无环流可逆直流调速系统的静态特性和动态特性。
二、实验线路及原理
在此之前的晶闸管直流调速系统实验，由于晶闸管的单向导电性，用一组晶闸管对电动机供电，只适用于不可逆运行。
而在某些场合中，既要求电动机能正转，同时也能反转，并要求在减速时产生制动转矩，加快制动时间。
要改变电动机的转向有以下方法，一是改变电动机电枢电流的方向，二是改变励磁电流的方向。
由于电枢回路的电感量比励磁回路的要小，使得电枢回路有较小的时间常数。
可满足某些设备对频繁起动，快速制动的要求。
本实验的主回路由正桥及反桥反向并联组成，并通过逻辑控制来控制正桥和反桥的工作与关闭，并保证在同一时刻只有一组桥路工作,另一组桥路不工作，这样就没有环流产生。
由于没有环流,主回路不需要再设置平衡电抗器，但为了限制整流电压幅值的脉动和尽量使整流电流连续，仍然保留了平波电抗器。
该控制系统主要由“速度调节器”、“电流调节器”、“反号器”、“转矩极性鉴别”、“零电平检测”、“逻辑控制”、“速度变换”等环节组成。
其系统原理框图如图5-10所示。
正向启动时，给定电压Ug为正电压，“逻辑控制”的输出端Ulf为“0”态，Ulr为“1”态，即正桥触发脉冲开通，反桥触发脉冲封锁，主回路“正桥三相全控整流”工作，电机正向运转。
当Ug反向，整流装置进入本桥逆变状态，而Ulf、Ulr不变，当主回路电流减小并过零后，Ulf、Ulr输出状态转换，Ulf为“1”态，Ulr为“0”态，即进入它桥制动状态，使电机降速至设定的转速后再切换成反向电动运行;当Ug=0时，则电机停转。
反向运行时，Ulf为“1”态，Ulr为“0”态，主电路“反桥三相全控整流”工作。
“逻辑控制”的输出取决于电机的运行状态，正向运转，正转制动本桥逆变及反转制动它桥逆变状态，Ulf为“0”态，Ulr为“1”态，保证了正桥工作，反桥封锁；反向运转，反转制动本桥逆变，正转制动它桥逆变阶段，则Ulf为“1”态，Ulr为“0”态，正桥被封锁，反桥触发工作。
由于“逻辑控制”的作用，在逻辑无环流可逆系统中保证了任何情况下两整流桥不会同时触发，一组触发工作时，另一组被封锁，因此系统工作过程中既无直流环流也无脉动环流。
三、实验内容
1．控制单元调试。
2．系统调试。
3．正反转机械特性n=f（Id）的测定。
4．正反转闭环控制特性n=f（Ug）的测定。
5．系统动态特性的观察。
四、实验方法
1．JK02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=170°。
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、反桥触发脉冲输出”端和DJK02“正、反桥触发脉冲输入”端相连，分别将DJK02正桥和反桥触发脉冲的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6和反桥VT1'～VT6'的晶闸管的门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
2．逻辑无环流调速系统调试原则
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先双闭环、后逻辑无环流，即先使正反桥的双闭环正常工作，然后再组成逻辑无环流。
④先调整稳态精度，后调动态指标。
3．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。
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Ug超过某一数值Ug＇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～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＇于下表中：
Ug＇
Uctmax=0.9Ug＇
给定退到零，再按“停止”按钮，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DJK08中的可调电容0.47uF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-6V，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，使之输出电压为+6V。
把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF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Uctmax。
④“转矩极性鉴别”的调试
“转矩极性鉴别”的输出有下列要求:
电机正转，输出UM为“1”态。
电机反转，输出UM为“0”态。
将给定输出端接至“转矩极性鉴别”的输入端，同时在输入端接上万用表以监视输入电压的大小，示波器探头接至“转矩极性鉴别”的输出端，观察其输出高、低电平的变化。
“转矩极性鉴别”的输入输出特性应满足图1-25a所示要求，其中Usr1=-0.25V，Usr2=+0.25V
⑤“零电平检测”的调试
其输出应有下列要求:
主回路电流接近零，输出UI为“1”态。
主回路有电流，输出UI为“0”态。
其调整方法与“转矩极性鉴别”的调整方法相同，输入输出特性应满足图1-25b所示要求，其中Usr1=0.2V，Usr2=0.6V。
⑥“反号器”的调试
A、调零（在出厂前反号器已调零，如果零漂比较大的话，用户可自行将挂件打开调零），将反号器输入端“1”接地，用万用表的毫伏档测量“2”端，观察输出是否为零，如果不为零，则调节线路板上的电位器使之为最小值。
B、测定输入输出的比例，将反号器输入端“1”接“给定”，调节“给定”输出为5V电压，用万用表测量“2”端，输出是否等于-5V电压，如果两者不等，则通过调节RP1使输出等于负的输
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