试验二晶闸管直流调速系统主要单元调试.docx

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试验二晶闸管直流调速系统主要单元调试

电力拖动自动控制系统

——运动控制系统

实验指导书

西安文理学院

物理与机电工程学院

实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试

一．实验目的

1.熟悉直流调速系统主要单元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方法。

二．实验内容

1．转速调节器的调试

2．电流调节器的调试

3.逻辑控制器的调试

三．实验设备及仪器

1．MCL-Ⅱ系列教学实验台主控制屏。

2．NMCL-18组件。

3．NMCL-31A组件。

4．双踪示波器。

5．万用表。

四．实验方法

1．转速调节器（ASR）的调试

按图1-1接线。

电位器RP3、RP4逆时针拧到底。

（1）调整输出正、负限幅值

“5”、“6”端短接，使ASR调节器为P调节器，加入一定的输入电压（由主控制屏的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于±5V。

（2）测定输入输出特性

ASR调节器仍为P调节器，输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，画出输入输出特性曲线，并计算P调节器限幅前的比例系数。

表1-1ASR调节器为P调节器时输入输出特性

Ui（V）

Uo1（V）

Uo2（V）

（3）观察PI特性

“5”、“6”端接可调电容（位于NMCL-18组件下方），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，记录实验波形。

2.电流调节器（ACR）的调试

按图1－1接线。

（1）调整输出正、负限幅值

“9”、“10”端短接，使调节器为P调节器，加入一定的输入电压，调整正、负限幅电位器，使输出正负值等于±6V。

（2）测定输入输出特性

调节器为P调节器，输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出输入输出特性曲线，计算P调节器限幅前的比例系数。

表1-2ACR调节器为P调节器时输入输出特性

Ui（V）

Uo（V）

（3）观察PI特性

“9”、“10”端接可调电容（位于NMCL-18组件下方），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，记录实验波形。

3．逻辑控制器（DLC）的调试

测试逻辑功能，调试时的阶跃信号可从给定得到。

按图1－2接线。

调试方法如下：

（a）顺时针调节给定电压，Ug输出约为12V。

（b）上下拨动NMCL-18中G（给定）部分开关S2，

、

的输出应为高、低电平变化，同时用示波器观察DLC的“5”，应出现脉冲，用万用表测量，“3”与“

”、“4”与“

”等电位。

（c）把15V与DLC的“2”连线断开，DLC的“2”接地，此时拨动开关S2，

、

输出无变化。

五．实验报告

1．画出各单元的调试连接图。

2．简述各控制单元的调试要点。

3．根据实验数据绘制ASR输入输出特性曲线，计算限幅前的比例系数，记录PI调节器突加给定电压时的输出电压波形。

4．根据实验数据绘制ACR输入输出特性曲线，计算限幅前的比例系数，记录PI调节器突加给定电压时的输出电压波形。

实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

一．实验目的

1.研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。

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.学习反馈控制系统的调试技术。

二．预习要求

1．了解速度调节器在比例工作与比例－积分工作时的输入－输出特性。

2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。

三．实验线路及原理

见图2－1，2－2。

四．实验设备及仪表

1．MCL-Ⅱ系列教学实验台主控制屏。

2．NMCL-18组件。

3．NMCL-33组件。

4．NMCL-331组件。

5．NMCL-31A组件。

6．电机导轨及测功机、NMEL-13组件。

7．直流电动机M03

8．双踪示波器

五．注意事项

1.直流电动机工作前，必须先加上直流励磁。

2.接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。

3.测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。

4.三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

5.电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。

6.系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

7.起动电机时，需把NMEL-13的转矩设定旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。

8.改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。

9.双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。

六．实验内容

1．移相触发电路的调试（主电路未通电）

（a）用示波器观察NMCL-33组件的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1～2V的双脉冲。

（b）触发电路输出脉冲应在30°～90°范围内可调。

可通过对偏移电压调节电位器及ASR输出电压的调整实现。

例如：

使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α＝90°（即电动机处于似动非动状态）；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α＝30°。

2．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性

a．断开ASR的“3”至Uct的连接线，G（给定）输出Ug直接加至Uct，且Ug调至为零，直流电机励磁电源开关闭合。

b.合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使UUV、UVW、UWU=200V。

c.调节正给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节转矩设定旋钮加载，在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。

表2－1开环机械特性测试

id（A）

Ud（V）

n（r/min）

图2-1不可逆单闭环直流调速系统主电路接线图

图2-2不可逆单闭环直流调速系统控制电路接线图

3.带转速负反馈有静差工作的系统静特性

a．断开G（给定）和Uct的连接线，G（给定）输出Ug加至ASR的“2”端，ASR的输出接至Uct，把ASR的“5”、“6”端短接。

b.合上主控制屏的绿色按钮开关，调节UUV、UVW、UWU为200V。

c.调节负给定电压Ug至2V，调整速度变换器（FBS）RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的反馈电位器RP3，使电机稳定运行。

调节转矩设定旋钮，在空载至额定负载范围内测取7～8点，读取Ud、id、n。

表2－2转速负反馈有静差系统静特性

id（A）

Ud（V）

n（r/min）

4.测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性

a．断开ASR的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接NMEL-11电容器，可预置7μF，使ASR成为PI（比例－积分）调节器。

b.调节负给定电压Ug，使电机空载转速n0=1500转/分，在额定至空载范围内测取7～8个点。

（注意：

在调节过程中PI调节器要始终工作在线性区，即PI调节器不能饱和）。

表2－3转速负反馈无静差系统静特性

id（A）

Ud（V）

n（r/min）

七．实验报告

绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。

八．思考题

1.系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？

实验时应如何接线？

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一些？

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，转速反馈的强度对Ug有什么影响？

为什么？

4．如何确定转速负反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？

又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？

实验三双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

一．实验目的

1.了解双闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

2.熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调速方法。

3.熟悉NMCL-18、NMCL-33的结构及调试方法。

4.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。

二．实验内容

1．各控制单元的调试。

2．测定电流反馈系数。

3.测定开环机械特性及闭环静特性。

4．闭环控制特性的测定。

5．观察、记录系统动态波形。

三．实验系统组成及工作原理

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，主回路可参考图3－1所示，实验系统的控制回路如图3－2所示。

系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。

ASR、ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流的目的，ACR的输出作为移相触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制αmin和βmin的目的。

当加入给定Ug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，直到电机转速达到给定转速（Ug＝Un），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。

四．实验设备及仪表

1．MCL-Ⅱ系列教学实验台主控制屏。

2．NMCL-18组件。

3．NMCL-31A组件。

4．NMCL-33组件。

5．NMCL-331组件。

6．NMEL-03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。

7．或电机导轨及测功机、NMEL-13组件。

8．直流电动机M03。

9．双踪示波器。

五．注意事项

1.三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

2.电源开关闭合时，过流保护、过压保护的发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1、SB2即可正常工作。

3.系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

4.起动电机时，需把NMEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。

5.改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。

6.进行闭环调试时，若电机转速达到最高速且不可调，注意转速反馈的极性是否接错。

7.双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。

六．实验内容

1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

（1）用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀、幅度相同的双脉冲。

（2）检查相序，用示波器观察“1”、“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲60°，则相序正确，否则，应调整输入电源。

（3）将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极、阴极，应有幅度为1～2V的脉冲。

图3－1不可逆双闭环直流调速系统主电路接线图

（4）将

接地，可观察反桥晶闸管的触发脉冲。

2．双闭环调速系统调试原则

（1）先部件，后系统。

即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。

（2）先开环，后闭环，即使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。

（3）先内环，后外环。

即先调试电流内环，然后调转速外环。

图3－1不可逆双闭环直流调速系统主电路接线图

3．开环外特性的测定

（1）控制电压Uct由给定Ug直接接入，测功机加载旋钮应逆时针旋到底。

（2）使Ug＝0，调节偏移电压电位器，使α稍大于90°（即电动机处于似动非动状态），合上主电路电源，调节调压器旋钮，使Uuv、Uvw、Uwu为200V，逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电机空载转速n0=1500转/分，再调节测功机加载旋钮，改变负载，在直流电机空载至额定负载范围内，测取7～8点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，即可测出系统的开环外特性n=f（Id）。

表3－1系统开环外特性

Id（A）

n（r/min）

T（N·m）

图3－2不可逆双闭环直流调速系统控制电路接线图

注意，若给定电压Ug为0时，电机缓慢转动，则表明α太小，需后移。

4.单元部件调试

（1）ASR、ACR的调试：

使调节器为P调节器，加入一定的输入电压，调整正、负限幅电位器，使其限幅值为±5V。

即加入正给定电压+5V时，调节限幅电位器使ASR输出限幅值为-5V，ACR输出限幅值为+5V；加入负给定电压-5V时，调节限幅电位器使ASR输出限幅值为+5V，ACR输出限幅值为-5V。

（2）速度变换器的调试：

系统开环，即给定电压Ug直接接至Uct，Ug作为输入给定，逐渐加正给定，当转速n=1500r/min时，调节FBS（速度变换器）中速度反馈电位器RP，使速度反馈电压为-5V左右。

（3）系统开环，逐渐加正给定，使转速n=1500r/min，调节转矩设定电位器使Id=1.1Ied，此时调节反馈及过流保护装置的电位器使Ufi近似等于+5V。

5.双闭环系统特性测试

将ASR、ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。

（1）静特性n=f（Id）的测定

调节转速给定电压Ug，使电机空载转速至1500r/min，再调节测功机加载旋钮，在空载至额定负载范围内分别记录7～8点，可测出系统静特性曲线n=f（Id）。

表3－2双闭环系统静特性

n（r/min）

Id（A）

（2）闭环控制特性n=f（Ug）的测定

调节Ug，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f（Ug）。

表3－3双闭环系统控制特性

Ug（V）

n（r/min）

6.系统动态波形的观察

用二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。

在不同的调节器参数下，观察、记录下列动态波形：

（1）突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。

（2）突加额定负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。

（3）突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。

注：

电动机电枢电流波形的观察可通过ACR的第“1”端

转速波形的的观察可通过ASR的第“1”端

七．实验报告

1．根据实验数据，画出闭环控制特性曲线。

2．根据实验数据，画出闭环机械特性，并计算静差率。

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

4．分析由光线示波器记录下来的动态波形。

实验四双闭环三相异步电动机调压调速系统

一．实验目的

1.熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作。

2.了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统的原理及组成。

3.了解绕线式异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调速时的机械特性。

4.通过测定系统的静特性和动态特性进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。

二．实验内容

1．测定绕线式异步电动机转子串电阻时的人为机械特性。

2．测定双闭环交流调压调速系统的静特性。

3.测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。

三．实验系统组成及工作原理

双闭环三相异步电动机调压调速系统的主电路为三相晶闸管交流调压器和三相绕线式异步电动机（转速回路串电阻）。

控制回路由电流调节器（ACR）、速度调节器（ASR）、电流变换器（FBC）、速度变换器（FBS）、触发器（GT）、一组桥脉冲放大器等组成。

其主电路原理图如图4－1所示，控制电路如图4－2所示。

整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。

这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同，而电流环的作用则有所不同。

在稳定运行情况下，电流环对电网振动仍有较大的抗扰作用，但在起动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳起动的恒流特性，也不可能是恒转矩起动。

异步电机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正、反转，反接和能耗制动。

但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率全部消耗在转子电阻中，使转子过热。

四．实验设备及仪器

1．MCL-Ⅱ系列教学实验台主控制屏。

2．NMCL-18组件。

3．NMCL-31A组件。

4．NMCL-33组件。

5．电机导轨及测功机、NMEL-13组件。

6．NMEL-03三相可调电阻（或自配滑线变阻器450Ω，1A）。

7．绕线式三相异步电动机M09

8．双踪示波器

9.万用表

五．注意事项

1.接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。

2．测取静特性时，须注意电流不许超过电机的额定值（0.55A）。

3．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

4.电源开关闭合时，过流保护、过压保护的发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1、SB2即可正常工作。

5.系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

6.起动电机时，需把NMEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。

7.改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。

8.双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。

9．低速实验时，实验时间应尽量短，以免电阻器过热引起串接电阻数值的变化。

10．绕线式异步电动机：

PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，nN=1350r/min，TN=0.68，Y接。

图4－1双闭环交流调压调速系统主电路

六．实验方法

1．移相触发电路的调试（主电路未通电）

（a）用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔，应有双窄脉冲，且间隔均匀、幅值相同。

（b）将面板上的

端接地，调节偏移电压Ub，使Uct=0时，α接近150°。

将正组触发脉冲的六个键开关“接通”，观察正桥晶闸管的触发脉冲是否正常（应有幅度为1～2V的双脉冲）。

（c）触发电路输出脉冲应在30°～90°范围内可调。

可通过对偏移电压调节电位器及ASR输出电压的调整实现。

例如：

使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α＝90°；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α＝30°。

2．控制单元调试

按直流调速系统方法调试各单元。

图4－2双闭环交流调压调速系统控制电路

3．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性

a.断开NMCL—18的ACR的“7”至NMCL-33的Uct的连接线，NMCL-31A的G（给定）的Ug端直接加至Uct，且Ug调至零。

电机转子回路接入每相为5Ω左右的三相电阻。

b.合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使UUV、UVW、UWU=230V。

c.调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1300转/分，调节测功机加载旋钮，在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取测功机输出转矩T以及被测电动机转速n。

表4－1调压调速系统开环机械特性

n（r/min）

I（A）

U（V）

T（N·m）

d.调节Ug，降低电机端电压，在2/3UN时重复上述实验，以取得一组人为机械特性。

表4－2电机端电压为2/3UN时的系统开环机械特性

n（r/min）

I（A）

U（V）

T（N·m）

4.系统调试

（1）调压器输出接三相电阻负载，观察输出电压波形是否正常。

（2）将系统接成双闭环调压调速系统，转子回路仍串每相10Ω左右的电阻，逐渐增加给定电压至＋5V，调节FBS的反馈电位器，使电机空载转速n0=1300转/分，观察电机运行是否正常。

（3）调节ASR、ACR的外接电容及放大倍数调节电位器，用慢扫描示波器观察突加给定的动态波形，确定较佳的调节器参数。

5．系统闭环特性的测定

调节Ug，使转速至1300转/分，从轻载开始按一定间隔增大负载至额定负载，测出闭环静特性n=f（T）。

表4－3系统闭环静特性

n（r/min）

I（A）

U（V）

T（N·m）

系统动态特性的观察：

用慢扫描示波器观察并记录：

（1）突加给定起动电机时转速n，电机定子电流i及ASR输出Ugi的动态波形。

（2）电机稳定运行，突加、突减负载时的n，i及Ugi的动态波形。

七．实验报告

1．根据实验数据，画出开环时电机人为机械特性。

2．根据实验数据，画出闭环系统静特性，并与开环特性进行比较。

3．根据记录下的动态波形分析系统的动态过程。

实验五双闭环三相异步电动机串级调速系统

一．实验目的

1.熟悉双闭环三相异步电动机串级调速系统的组成及工作原理。

2.掌握串级调速系统的调试步骤及方法。

3.了解串级调速系统的静态与动态特性。

二．实验内容

1．控制单元及系统调试。

2．测定开环串级调速系统的静特性。

3.测定双闭环串级调速系统的静特性。

4．测定双闭环串级调速系统的动态特性。

三．实验系统组成及工作原理

绕线式异步电动机串级调速，即在转子回路中引入附加电动势进行调速。

通常使用的方法是将转子三相电动势经二极管三相桥式不控整流得到一个直流电压，再由晶闸管有源逆变电路代替电动势，从而方便地实现调速，并将能量回馈至电网，这是一种比较经济的调速方法。

本系统为晶闸管亚同步闭环串级调速系统。

控制系统由速度调节器ASR、电流调节器ACR、触发装置GT、脉冲放大器MF、速度变换器FBS、电流变换器FBC等组成，其系统主电路原理如5－1所示，控制电路可参考图5－2。

四．实验设备及仪器

1．MCL-Ⅱ系列教学实验台主控制屏。

2．N