晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定.docx
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晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定
实验七晶闸管-直流调速系统参数和环节特性的测定
一、实验目的
（1）熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
（2）掌握晶闸管直流调速系统参数测定方法扩及原理。
、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”等几个模块。
2
DJK02晶闸管主电路
3
DJK02-1三相晶闸管触发电路
该挂件包含“触发电路”，“正桥功放”，“反桥功放”等几个模块。
4
DJK04电机调速控制实验1
该挂件包含“给定”,“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。
5
DJK10变压器实验
该挂件包含“三相不控整流”和“三相心式变压器”等模块。
6
DD03-2电机导轨、测速发电机及转速表
或者“DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表”
7
DJ13-1直流发电机
8
DJ15直流并励电动机
9
D42三相可调电阻
10
数字存储示波器
自备
11
万用表
自备
三、实验线路及原理
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Ug作为触发器的移相控制电压UCt，改变Ug的大小即可改变控制角a,从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理图如图7-1
所示。
12
图7-1实验系统原理图
四、实验内容
⑴测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R。
（2）测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。
⑶测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量gD
（4）测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td。
（5）测定直流电动机电势常数ce和转矩常数Om0
（6）测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM。
（7）测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f（Uct）。
（8）测定测速发电机特性UTG=f（n）。
五、预习要求
学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。
六、实验方法
为研究晶闸管一电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、总电感L以及系统的电磁时间常数Td与机电时间常数Tm,这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：
（1）电枢回路总电阻R的测定
电枢回路的总电阻F包括电机的电枢电阻艮、平波电抗器的直流电阻R及整流装置的内阻R.，即
R=Ra十R十Rn（7-1）
由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。
为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压Ud0,而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安
比较法，实验线路如图7-2所示。
图7-2伏安比较法实验线路图
将变阻器Ri、《接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。
合上Si、调节给定使输出直流电压Ud在30%Ud〜70%U范围内，然后调整F2使电枢电流在80%Ied〜90%Ied范围内，读取电流表A和电压表“的数值为li、Hi,则此时整流装置的理想空载电压为
Udo=liR+U（7-2）
调节R使之与F2的电阻值相近，拉开开关S2,在Ud的条件下读取电流表、电压表的数值丨2、12，贝U
Udo=I2R十U2（7-3）
求解（7-2）、（7-3）两式，可得电枢回路总电阻：
R=（U2-Ui）/（Ii-l2）（7-4）
如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得
FL十R=（U2,-Ui/）/（Iiz-I2Z）（7-5）
则电机的电枢电阻为
Ra=R-（RL十Rn）。
（7-6）
同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻R.。
⑵电枢回路电感L的测定
电枢回路总电感包括电机的电枢电感La、平波电抗器电感Ld和整流变压器
漏感Lb,由于Lb数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为
L=La+Ld（7-7）
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7-3所示。
图7-3测量电枢回路电感的实验线路图
实验时交流电压由DJK01电源输出，接DJK1（的高压端，从低压端输出接电机的电枢，用交流电压表和电流表分别测出电枢两端和电抗器上的电压值」和UL及电流I,从而可得到交流阻抗乙和Zl,计算出电感值La和Ld,计算公式
如下：
乙二UM（7-8）
zl=ul/I（7-9）
La
=Jza2—Ra2/（2兀f）（-10）
Ld
=、一'Zl2-Rl2/（2（7耳1）
⑶直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD的测定
电力拖动系统的运动方程式为
—2
T-Tz=（GD/375）dn/dt（7-12）
式中，T为电动机的电磁转矩，单位为N・mTz为负载转矩，空载时即为空载转矩Tk,单位为N-mn为电机转速，单位为rpm。
电机空载自由停车时，T=0,Tz=Tk，则运动方程式为：
2
TK二-（GD/375）dn/dt（7-13）
从而有
GD2=375Tk/dn/dt（7-14）
22
式中GD的单位为N・m；
Tk可由空载功率P<（单位为W）求出:
2
PK二UaIa0-Ia0R（7一15）
dn/dt可以从自由停车时所得的曲线n=f（t）求得，其实验线路如图7-4
图7-4测定GD时的实验线路图
电动机加额定励磁，将电机空载启动至稳定转速后，测量电枢电压ua和
电流Ia0,然后断开给定，用数字存储示波器记录n=f（t）曲线，即可求取某一
转速时的Tk和dn/dt。
由于空载转矩不是常数，可以以转速n为基准选择若干个点，测出相应的Tk和dn/dt，以求得GD的平均值。
由于本实验装置的电机容量比较小，应用此法测GD时会有一定的误差。
⑷主电路电磁时间常数Td的测定
采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td,电枢回路突加给定电压
时，电流id按指数规律上升：
id=Id（1-eJ/Td）
其电流变化曲线如图7-5所示。
当t=Td时，有
id叫（1-討）=0.632Id
实验线路如图7-6所示。
电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在
50%led〜90%hd范围内。
然后保持U不变，将给定的S2拨到接地位置，然后拨动给定S2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录id=f（t）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。
（5）电动机电势常数Ce和转矩常数C的测定
将电动机加额定励磁，使其空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n即可由下式算出Ce:
Ce=Ke①=（Ud2一Ud1）/（n2-n1）
式中，Ce的单位为V/仲m）。
转矩常数（额定磁通）Cm的单位为N•m/ACM可由Ce求出：
Cm=9.55Ce
⑹系统机电时间常数Tm的测定
系统的机电时间常数可由下式计算
22
Tm=（GDR）/（375CeC^：
J）
由于TM>>Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即
n=KU屏（1TmS）
当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达稳态值的
63.2%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，突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过渡过程曲线n=f（t），即可由此确定机电时间常数。
（7）晶闸管触发及整流装置特性U=f（Ug）和测速发电机特性UrG=f（n）的测疋
实验线路如图5-4所示，可不接示波器。
电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Ug，分别读取对应的Ug、utgUd、n的数值若干组，即可描绘出特性曲线Ud=f（Ug）和Utg=f（n）。
由Ud=f（Ug）曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线Ks=f（Ug）:
Ks=△Ud/△ig
七、实验报告
（1）作出实验所得的各种曲线，计算有关参数。
⑵由Ks=f（Ug）特性，分析晶闸管装置的非线性现象。
八、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
⑵由于DJK04E的过流保护整定值的限制，在完成机电时间常数测定的实验中，其电枢电压不能加得太高。
（3）当电机堵转时，会出现大电流，因此测量的时间要短，以防电机过热。
⑷在测试Ud=f（Ug）时，DJK02t的偏移电压要先调到a=120°,具体方法见单闭环直流调速。
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