电力拖动自动控制系统实验指导书2.docx
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电力拖动自动控制系统实验指导书2
电力拖动自动控制系统
实验指导书
（2009-2010学年第二学期）
临沂师范学院信息学院电气工程系
DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明
实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。
开启三相交流电源的步骤为：
1）开启电源前。
要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。
控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。
2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。
此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。
3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。
实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。
输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。
当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。
4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。
实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。
将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。
开启直流电机电源的操作：
1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。
2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。
接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。
励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。
当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。
但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。
3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。
所以本电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。
4）电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。
当输出电压出现过压时，会自动切断输出，并告警指示。
此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即能输出电压。
当负载电流过大（即负载电阻过小）超过3A时，也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。
有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线（空载）开机，待直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载（不可短路）工作。
若在空载时开机仍发生过流告警，这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关）予热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。
所有这些操作到直流电压输出都有3～4秒钟的延时。
5）在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在关机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。
同时要注意在电枢电路中串联起动电阻以防止电源过流保护。
具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。
实验的基本要求
电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。
培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。
在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。
现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备
实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。
实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。
认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。
二、实验的进行
1、建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。
2、选择组件和仪表
实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。
3、按图接线
根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。
为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。
4、起动电机，观察仪表
在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常（如指针正、反向是否超满量程等）。
如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
5、测取数据
预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。
正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。
6、认真负责，实验有始有终
实验完毕，须将数据交指导教师审阅。
经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
三、实验报告
实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。
实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告包括以下内容：
1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。
2）列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据（PN、UN、IN、nN）等。
3）列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。
4）数据的整理和计算
5）按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm×8cm，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。
6）根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。
实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
7）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
实验一电力拖动认识实验
一、实验目的
1、了解电力拖动实验涉及的内容。
电力拖动实验是根据《电力拖动自动控制系统》课程设计的，主要是交直流调速系统的研究。
2、熟悉DJDK－Ⅰ型电力电子技术及电机控制实验装置的功能及所涉及的挂件的结构组成的功能。
二、实验内容
1、熟悉DJDK－Ⅰ型实验台的结构、功能，了解各挂件的组成及功能。
2、按所给电路图接线，做调速系统的接线、调速练习。
三、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”、“电感”等几个模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”、触发电路等几个模块。
3
DJK04电机调速控制实验Ⅰ
该挂件包含“给定”、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。
4
D42可调电阻箱
5
DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表
6
DJ13－1直流发电机
7
DJ15直流电动机
8
万用表
四、实验原理和接线图
实验接线原理图
通过调节触发脉冲的相位，来调节三相整流桥的直流输出电压，从而来调节直流电动机的转速。
五、实验方法与步骤
1、认真观察DJK01、DJK02、DJK04、DJK08、DJK13、D42、D03－3、DJ13－1、DJ15，弄清各挂件及附件结构、功能。
输入、输出、接线端子、显示部分、开关、保险座。
2、按图接线（Ld为200mH，在正、反桥之间；R为D42挂箱上的可调电阻，每一组两只电阻并联使用）。
线路连接完毕后，要认真检查，将交流电源的双投开关置于直流调速侧（～200V），这时，交流电源输出线电压为200V；合上励磁开关，将给定部分的RP1逆时针旋到底，S1打到“正给定”，S2置于“停止”侧。
按动DJ01上的绿色按钮，将S2打到“运行”侧，调节RP1使“给定”逐步增加，观察电机转速变化情况；调节发电机负载电阻R，观察电动机转速变化情况。
六、实验报告要求
实验报告要有如下几项内容：
1、实验项目名称；
2、实验目的；
3、实验内容；
4、实验器材；
5、实验原理及接线图；
6、实验方法与步骤；
7、数据记录、处理及结果分析或划出图表、曲线
8、注意事项；
9、思考题的答案；
七、注意事项
1、掌握好接线方法：
先主回路，后控制回路；先串联，后并联；先接局部功能单元，然后将各功能单元统一连接。
2、“给定”单元的电位器RP1在起动电动机前，应在最小值（逆时针旋到底），然后慢慢增加给定；停机时，应将RP1调回最小值处。
3、电动机最高转速控制在1600rpm以下，电机转速过高，对电机有损害。
4、勿在励磁回路断开或未加励磁电压时启动电机。
八、思考题
1、对直流电机可以通过哪几种方式进行调速？
2、触发脉冲的工作相位变化，对三相整流桥的输出电压有什么影响？
实验二晶闸管直流调速系统环节特性的测定实验
一、实验目的
掌握晶闸管直流调速系统环节特性的测定方法
二、实验内容
1、测定晶闸管触发电路及整流装置特性Ud＝f（Ug）或Ud＝f（Uct）；
2、测定测速发电机特性UTG＝f（n）；
三、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”、“电感”等几个模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”、触发电路等几个模块。
3
DJK04电机调速控制实验Ⅰ
该挂件包含“给定”、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。
4
D42可调电阻箱
5
DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表
6
DJ13－1直流发电机
7
DJ15直流电动机
8
万用表
四、实验原理及接线图
1、测定出晶闸管整流电路输出电压Ud、移相控制电压Uct，便可得到晶闸管触发及整流特性
Ud＝f（Ug）或Ud＝f（Uct）；
2、测定出测速发电机的输出UTG，电动机的转速n，即可得到测速发电机特性UTG＝f（n）；
3、由Ud＝f（Ug）或Ud＝f（Uct）曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线Ks＝f（Ug），求
Ks，可用公式Ks＝
求取。
五、实验方法与步骤
将电动机加额定励磁，使其空载运行，逐渐增加控制电压Ug（Uct），分别读取对应的Ug、UTG、Ud、n的数值若干组，即可描绘出特性曲线Ud＝f（Ug）及UTG＝f（n），由Ud＝f（Ug）或Ud＝f（Uct）曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线Ks＝f（Ug），求Ks可用公式Ks＝
求得。
实验接线原理图
六、数据记录与处理
将数据记录于下表，并绘出Ud＝f（Ug）、UTG＝f（n）、Ks＝f（Ug）三条曲线；
序号
项目
1
2
3
4
5
6
7
8
Ug（Uct）
（V）
Ud
（V）
n
（rpm）
UTG
（v）
七、注意事项
1、给定单元的RP1从最小值处调起，每次停机前将RP1调回到最小值；
2、由于电动机电枢回路、励磁回路未串接电阻，不要接短路；
3、因UTG、Ug（Uct）的数值较小，用万用表的直流电压10V或50V档测量。
4、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。
八、思考题
比较三条曲线，各曲线有什么特点，为什么？
实验三晶闸管直流调速系统主要单元的调试实验
一、实验目的
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，学会按要求调试各单元
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”单元的调试；
4、反号器的调试；
5、逻辑控制单元的调试；
三、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”、“电感”等几个模块。
2
DJK04电机调速控制实验Ⅰ
该挂件包含“给定”、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。
3
万用表
四、实验原理及接线图
在直流调速系统中，往往采用闭环控制，需要对电流、转速等信号进行反馈，以便稳速和限流，需要用到速度调节器和电流调节器，在可逆调速系统中，在电动机改变转向时，要对电枢电流、转矩极性进行鉴别，通过逻辑控制电路控制正、反桥电路的切换，以防止正、反桥同时工作，避免正、反桥之间出现环流，损坏电源，故要将“零电平检测”、“转矩极性鉴别”、“反号器”、“逻辑控制单元”状态调节好。
各单元原理图如下：
速度调节器原理图
电流调节器原理图
转矩极性鉴别单元原理图
零电平检测单元原理图
转矩极性鉴别输入输出特性零电平检测输入输出特性
速度变换单元反号器原理图
电压给定原理图
电流反馈与过流保护原理图
逻辑控制器原理图
五、实验方法与步骤
将DJDK04挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源，即可开始实验。
1、速度调节器的调试；
（1）调节器调零
将DJDK04中的“速度调节器”单元的所有输入端（1、2、3脚）接地，用导线将“5”、“6”
脚短接，使“速度调节器”成为P（比例）调节器，调节面板上的调零电位器RP1，用万用表的毫伏档（若无，用0.25V档）测量速度调节器“6”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，使调节器成为PI（比例积分）调节器，然后将DJDK04的给定输出端Ug接到速度调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP3，观察输出电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP2，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），使速度调节器成为P（比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正、负电压测出相应的电压，直至输出达到限幅值，并画出曲线。
2电流调节器的调节
（1）调节器调零
将DJDK04中的“电流调节器”单元的所有输入端（1～7脚）接地，用导线将“9”、“10”
脚短接，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RP4，用万用表的毫伏档（若无，用0.25V档）测量速度调节器“10”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“9”、“10”短接线去掉，使调节器成为PI（比例积分）调节器，然后将DJDK04的给定输出端Ug接到电流调节器的“4”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，观察输出电压的变化，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“9”、“10”端短接），使速度调节器成为P（比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正、负电压测出相应的电压，直至输出达到限幅值，并画出曲线。
3、“零电平检测”单元的调试
测定“零电平检测”单元的环宽，要求其环宽为0.4～0.6V；调节RP1，使回环沿纵坐标右侧偏离0.2V，即环从0.4到0.6V。
“零电平检测”单元的具体调试方法
（1）调节给定Ug，使“零电平检测”单元的“1”脚约加0.6V电压，调节电位器RP1，恰好使“2”端输出从“1”跃变为“0”。
（2）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）根据测得的数据，画出“零电平检测”单元的输入输出特性（回环）
4、“转矩极性鉴别”单元的调试
测定“转矩极性鉴别”单元的环宽，要求环宽为0.4～0.6V，记录高电平值，调节单元中的RP1使特性满足要求。
“转矩极性鉴别”要求的环宽从－0.25到0.25V。
“转矩极性鉴别”单元的具体调试方法
（1）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”端从“高电平”跃变为“低电平”。
（2）调节负给定从0V调起，当转矩极性鉴别器的“2”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”端的输入正、负电压的绝对值基本相等。
5、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使输出端输出为－5V。
6、逻辑控制电路的调试
测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表要求
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电位器顺时针旋到底，将S2打到运行测。
（3）将S1打到正给定测，用万用表测量“逻辑控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端；“3”、“6”端输出为高电平时，“4”、“7”端应为低电平，此时将DJDK04中的给定部分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”的输入端解高电平，此时将DJDK04中的给定部分的S1开关来回扳动，观察“逻辑控制”的输出有无变化。
六、实验报告
1、画出“速度调节器”、“电流调节器”、“零电平检测”、“转矩极性鉴别”的输入输出特性曲线。
2、简述各控制单元的调试要点。
实验四转速闭环不可逆直流调速系统实验
一、实验目的
1、了解单闭环直流调速系统的原理组成及个主要部件的原理；
2、掌握晶闸管直流调速系统的基本特性；
3、认识闭环反馈控制系统的基本特性。
二、实验内容
1、Uct不变时直流电动机开环特性的测定；
2、Ud不变时直流电动机开环特性的测定；
3、转速单闭环直流调速系统特性的测定。
三、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”、“电感”等几个模块。
2
DJK02晶闸管主电路
该挂件包含“晶闸管”、触发电路等几个模块。
3
DJK04电机调速控制实验Ⅰ
该挂件包含“给定”、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。
4
DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表
5
DJ13－1直流发电机
6
DJ15直流电动机
7
D42可调电阻箱
8
万用表
四、实验原理及接线图
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，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。
实验接线原理图
五、实验方法与步骤
1、Uct不变时的直流电动机开环外特性的测定
（1）按接线图分别接好主回路和控制回路，Ug直接接Uct，直流发电机接D42上的负载电阻R，Ld＝200mH，将给定的输出调到零。
（2）电动机加励磁、起动，Ug从0V起逐渐增加，使n＝1200rpm。
（3）改变负载电阻R，使Id从Ied到空载即可测出Uct不变时，n＝f（Id）的外特性。
通过调节R和Ug，将电动机转速调为1200rpm，电枢电流调为1.2A（额定值），随后保持Uct不变，逐渐增大R，电枢电流将下降，转速上升，每调节一次，记录Id、n于下表中
n（rpm）
Id（A）
2、Ud不变时直流电动机开环外特性的测定
（1）Ug直接接Uct，发电机接负载电阻R，Ld＝200mH，调给定输出为零。
（2）加励磁、起动，调节Ug使n＝1200rpm
（3）改变R，使Id从Ied到空载，保持Ud不变，则可测出Ud不变时的电动机开环特性
n＝f（Id），改变R和Ug，将电动机转速调到1200rpm，电枢电流调至1.2A（额定值），随后增大R，并保持Ud不变，每改变一次R值，测Id、n并记录于下表：
n（rpm）
Id（A）
3、转速单闭环直流调速系统
（1）转速反馈系数的整定
Ug接Uct，Ld＝200mH，调节Ug为0，加励磁、起动，Ug从0V调起，使n＝1500rpm，调“速度变换”单元上的RP1，使得该转速时，1、3端电压Ufn＝6V，则2、3端电压为1.3V，
。
（2）将给定输出Ug接速度调节器3端，“速度变换”输出接“速度调节器”2端，速度调节器输出Usc接Uct，此时转速反馈应为正电压，发电机接R，调Ug为零。
（3）发电机先轻载，Ug从0V调起，使n＝1200rpm。
（4）调节R，使Id从小到大，直至Ied，测出Id、n，即可测出系统静态特性曲线n＝f（Id），并记录数据于下表：
n（rpm）
Id（A）
六、实验报告
根据所测数据分别作出Uct、Ud不变时，电动机开环外特性曲线及转速闭环调速系统静态特性曲线
七、注意事项
1、Ug接Uct，给定为正电压。
2、发电机所接电阻R应将D42上每组两个900Ω电阻并联使用。
3、调节R时，要慢慢旋转调节旋钮，特别是电动机电枢电流接近Ied时，这时，R已很小，防止用力过大，将R调到0造成发电机电枢短路。
4、注意电动机的转向，应使转速输出信号，红色插孔为正极，黑色插孔为负极，与“转速变换”上插孔连接时，应“红”接“红”、“黑”接“黑”。
八、思考题
1、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？
2、实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正
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