运动控制实验指导书汇总.docx
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运动控制实验指导书汇总
运动控制系统》
实验指导书
安阳工学院
电子信息与电气工程学院
实验一晶闸管直流调速系统基本控制单元的认识与开环调速系统1
实验二带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统的研究5
实验三双闭环不可逆直流调速系统实验9
实验四三相异步电动机变频调速性能测试实验13
实验一晶闸管直流调速系统基本控制单元的认识与开环调速系统
、实验目的
1、了解电力电子实验台的结构及布线情况。
2、熟悉晶闸管直流调速系统的组成及基本结构。
3、掌握晶闸管开环直流调速系统参数及反馈环节测定方法
二、实验条件
1、调速系统实验台1台
2、他励直流电动机-发电机-测速发电机组1套
3、万用表1块
4、示波器1台
5、滑线变阻器1个
6、直流电压表1个
7、直流电流表1个
8、电抗器1个
三、实验原理
晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压Uc作为触发器的移相控制电压Uct，改变Uc的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
实验系统的组成原理图如图1-1所示。
图1-1实验系统的组成原理图
四、实验内容与要求
1、电枢回路电阻R∑的测量
电枢回路的总电阻R∑包括电动机的电枢电阻RD，平波电抗器的直流电阻
RL和整流装置的电源内阻Ri即：
RRDRLRi，测定元件的电阻时，由于其
阻值较小，若利用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故可以利用伏安比较法来测定，测试电路如图1-2所示。
将电位器Rp1和Rp2接入被测电路，测试时电动机不加励磁，并使电动机堵转，闭合KM和S，调Uc，使整流装置输出电压Ud=（30%～70%）UN，然后调整变阻器Rp2使电枢电流约为（80～90%）IN，读取电压表V及电流表A的数
值，此时整流装置的电压为：
UdI1RU1，调节Rp1使之与Rp2的电阻值相近，
打开开关S，在Ud保持不变的条件下读取电流表
A、电压表V2的数值I2、U2，U2U1
。
I1I2
如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得：
RL
U2U1
Ri1
I1'I2'
，则电机电
则：
UdI2RU2。
解等式，即得电枢回路总电阻
枢电阻为：
RDR（RLRi）。
同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻
2、电枢回路电感L的测定
电枢回路的总电感包括电机电感LD、平波电抗器
L和整流变压器的漏感LB，
因LB之值较小，若略去不计，则电枢回路的等效总电感为：
LLDL。
电感的数值可用交流伏安法测定。
实验时应给电动机加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-3所示。
图1-3测定电感的实验电路
用交流电压表和
UD和UL以及电
实验时交流电压的有效值应小于电动机直流电压的额定值，电流表分别测出通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值流I，由此得到交流阻抗ZD和ZL，计算出电感值LD和LL。
UD
ZD
I
UL
ZL
I
LDZDRD2f
LZLRL2f
3、晶闸管触发及整流装置特性Ud=f（Uc）
实验线路如图1-4所示，可不接示波器，电动机加额定励磁，逐步增加触发电路的控制电压Uc，分别读取对应的Uc、UTG、Ud、n的数值若干组，记录于下表，即可描绘出特性曲线Ud=f（Uc）和UTG=f（n）的关系曲线。
图1-4测定GD2等参数的实验电路
表2-1
Uct（V）
Ud（V）
UTG（V）
n（r/min）
五、注意事项
1、由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数；
2、为防止电枢过大电流冲击，每次增加Uc须缓慢，且每次启动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流；
3、当电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。
六、实验报告
1、根据实验数据，作出Ud=f（Uc）曲线。
2、根据实验数据，作出UTG=f（n）曲线。
3、总结晶闸管直流调速开环系统的结构原理图、稳态结构图和机械特性。
实验二带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统的研究
、实验目的
1、了解转速单闭环调速系统的组成。
2、掌握转速单闭环调速系统的调试方法及电流截止负反馈的整定。
3、加深理解转速负反馈在调速系统的作用。
4、测定转速单闭环调速系统的静特性。
二、实验条件
1、调速系统实验台1台
2、平波电抗器1个
3、直流电动机-测速发电机组1套
4、三相整流变压器1台
5、变阻器1个
6、万用表1块
7、双踪示波器1台
三、实验原理
调速系统中为了提高系统的动、静态性能指标，必须采用闭环控制，转速单闭环调速系统是常用的一种形式，下图2-1就是带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统的实验线路。
图2-1中电机的电枢回路由晶闸管整流电路供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机检测电机的转速，并经转速反馈环节FGS分压后取出合适的反馈电压Ufn，此电压与转速给定电压Ugn经ASR综合调节后，输出作为移相触发器的控制电压，由此组成转速单闭环系统。
本系统采用比例调节器，属于有静差系统，增加ASR的比例放大倍数即可提高系统的静特性硬度。
为了防止启动和运行中过大的电流冲击，系统中引入了电流截止负反馈，由TCV取出与电流成正比的电压信号，当电枢回路中电流超过一定值时，此信号使稳压管Z击穿，送出电流反馈信号并进入ASR输入端进行综合，以限制电流不超过其允许的最大值，改变Ugn即可调整电机的转速。
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四、实验内容与要求
1、晶闸管整流电路的调试和测试
用实验方法分析一个单闭环系统，首先要调好晶闸管整流电路，保证整流桥在控制电压的作用下正确的供电。
本系统主整流变压器按△/△-12连接，同步变压器的连接方式应是Y/Y-12。
电源相位校对正确后，进一步检查和调整锯齿波发生器，用双踪示波器观察三块触发板的锯齿波，通过调节恒流充电回路的电位器，使三个锯齿波斜率和高度近似相同。
再检测六个双脉冲触发波形，保证各脉冲之间相位都接近600，并
调整总偏移电压，使控制电压Uk=0时触发控制角为900，此时晶闸管整流电路即可正常工作了。
2、转速负反馈单闭环静特性的研究
按图2-1接好线，取ASR的放大倍数KP=1，起动电机时逐渐增加Ugn，在相同Ugn下，如果转速下降，则说明反馈接线极性正确，否则须改换反馈接线极性。
确认转速反馈极性无误后，停车，再使ASR的放大倍数Kp=10~20，重新起动电机，缓慢增加给定电压，使电机稳定运行在空载转速处，然后将负载电阻Rg放在最大处，再调节Rg，记录相应的几组Id和n的数值，填入表2-1，绘制系统的闭环静特性曲线。
表2-1
Id（A）
Ud（V）
n（r/min）
五、注意事项
1、实验时触发回路移相触发后，才允许合主回路电源；
2、用小量程电流表时，不允许阶跃起动电机，如需阶跃起动应把电流表短接。
3、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。
4、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。
六、数据处理
1、根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的静特性。
2、简述闭环系统的反馈控制规律。
3、比较开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系，说明闭环特性优点和电流截止负反馈对闭环静特性的影响。
实验三双闭环不可逆直流调速系统实验
、实验目的
1、了解双闭环不可逆调速系统的组成。
2、掌握双闭环不可逆调速系统的调试方法及参数的整定
3、加深理解两个调节器在调速系统的作用。
4、测定双闭环不可逆调速系统的静态和动态性能指标。
、实验条件
1、调速系统实验台1台
2、平波电抗器1个
3、直流电动机-测速发电机组1套
4、三相整流变压器1台
5、变阻器1个
6、万用表1块
7、双踪示波器1台
、实验条件
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
转速信号是主控信号，电流信号是根据转速的误差进行控制的信号，二者之间实行嵌套，这样可以抑制电网电压和负载扰动对转速的影响。
实验系统如图3-1所示。
系统工作时，电机首先加额定励磁，改变给定电压，即可方便调节电机的转速。
调节器均设成带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
当加入给定电压时，ASR饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定转速，并出现超调后，ASR退饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的相应数值上。
图3-1双闭环不可逆直流调速系统实验
四、实验内容与要求
1、多环调速系统调试的基本原则
（1）先部件，后系统。
即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。
（2）先开环，后闭环。
即先将系统能正常开环运行，然后确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。
（3）先内环，后外环。
即先闭环调试时，先调电流内环，后调转速外环。
2、单元部件参数整定和调试
（1）触发整定。
（2）调节器调零。
控制系统按开环接线，ASR、ACR的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。
a）ASR调零：
将调节器的ASR的给定及反馈输入端接地，调节ASR的调零电位器，使ASR的输出为零。
b）ACR调零：
将调节器的ACR的给定及反馈输入端接地，调节ACR的调零电位器，使ACR的输出为零。
（3）调节器的输出限幅整定
a）ASR输出限幅整定：
ASR按比例积分调节器接线，将Ug接到ASR的输入端，当Ug为正而且增加时，调节ASR负限幅电位器，使ASR输出为限幅值，其值一般为--6~--8V。
b）ACR输出限幅整定：
整定ACR限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。
ACR按比例积分调节器接线，将Ug接到ACR的输入端，用ACR得输出去控制触发移相，当Ug为负而且增加时，通过示波器观察到触发移相角最小为150~300时的电压即为ACR限幅值，可通过ACR正限幅电位器锁定。
3、系统静特性测定
调节转速给定电压及负载电阻，使IdIN，nnN，改变负载电阻，记录相应的几组Id和n的数值，填入表3-1，绘制系统的闭环静特性曲线。
表3-1
Id（A）
n（r/min）
五、注意事项
1、系统开环运行时，不允许突加给定电压起动电机，必须逐步增加给定电压，以免产生过大的电流冲击。
2、双踪示波器两个探头的地线是通过示波器外壳短接的，故在使用时必须使两个探头的地线同电位，以免造成短路事故。
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加给定，当不加励磁时，电动机通过额定电流的时间不能太长。
六、数据处理
1、根据实验数据，画出双闭环直流调速系统的静特性。
2、简述双闭环系统的两个调节器的作用。
3、分析双闭环系统的起动过程。
实验四三相异步电动机变频调速性能测试实验
一、实验目的
1、掌握三相异步电动机变频调速原理及实现过程。
2、掌握三相异步电动机变频调速的特点。
3、学习和掌握变频器的操作及控制方法；
4、测试三相异步电动机变频调速性能。
二、实验条件
1、调速系统实验台1台
2、三相鼠笼式异步电动机-测速发电机组1套
3、VF0变频器1台
4、变阻器1个
5、万用表1块
三、实验原理
1、异步电动机变频调速的基本控制原理
三相异步电动机转速n60f1（1s）（r/min）
p
可见，改变电源频率f1，就可以改变旋转磁通势的同步转速，从而改变电机转速达到调速的目的。
三相异步电动机每相电压：
U1E14.44f1NskNSΦm
当电动机电源频率变化时，若电动机电压不随着改变，那么电动机的磁通将会出现饱和或欠励磁。
例如当电源频率降低时，若继续保持电动机的端电压不变，即继续保持电动机的感应电动势E1不变，则电机的磁通Φm将增大，由于电动机设计时磁通常处于接近饱和值，磁通的进一步增加将导致电机出现饱和，励磁电流会急剧增加，这是不能允许的。
反之，f1上升，气隙每极磁通Φm下降，可能会出现励磁不足的情况，导致电动机难以给出足够的转矩。
因此，为了得到较好的机械特性，我们保持E1f1＝常数，则Φm＝常数，即采用Uf控制，它是一种恒磁通控制方式。
Uf控制是在改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机磁通保持一定，
在较宽的调速范围内，电动机的效率、功率因数不下降。
因为是控制电压
Voltage）与频率（Frequency）的比，称为Uf控制。
四、实验步骤
1、首先通过变频器的操作面板设定变频器的工作参数，对与本系统使用的松下VF0超小型变频器，应设定“外控操作模式”。
（1）将运行/停止、正转/反转变为遥控。
即将参数P08的数据由0改为2,此时变频器端子5为0N时运行，OFF时停止；端子6为ON时反转，OFF时正转。
（2）将频率设定信号变为外控（0~10V）。
即将参数P09的数据由0改为4，此时变频器端子2接正极，端子3接负极。
完成数据设定后即可进入运行的状态。
2、确认电机变频器连接正常后，根据图4-1接线；
3、经过老师检查后，方可合上断路器进行通电实验，接触器KM4的主触
头闭合，变频器得电。
4、按“启动”按钮，变频器得电；按“正向”按钮，电动机正转。
根据实验记录表4-1调节频率设定旋钮，使电动机在某一频率下运行。
记录正转时各频率所对应的电压值、速度值，填入表4-1。
5、按“停止”按钮，电动机停转。
图4-1VF0变频器外部操作模式连线图
表4-1
设定频率
输出电压
转速
10Hz
20Hz
30Hz
40Hz
50Hz
五、注意事项
1、本实验中，电动机的工作电压为380VAC，请注意安全；
2、松开用于给三相异步电动机M加载的加载螺钉；
3、继电器接触器KM4的作用是给变频器上电，不可作为变频器的启停控制，否则损坏变频器。
变频器的启停由对变频器的输入端5的控制来实现，变频器的正反转由对变频器的控制输入端6的控制来实现；
六、数据处理
1、根据已测数据，用描点法画出Uf曲线；
2、比较变频调速的三种电压-频率协调控制的机械特性及性能。
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