南工大电机传动实验说明书资料.docx

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南工大电机传动实验说明书资料

电气传动与控制

实验指导书

自动化与电气工程学院

2013.1

实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试

．实验目的

1．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。

2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。

．实验内容

1．调节器的调试。

2．电平检测器的调试。

3．反号器的调试。

4．逻辑控制器的调试。

．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—31A组件

3．NMCL—18组件

4．双踪示波器（自备）

5．万用表（自备）

．实验方法

1．速度调节器（ASR）的调试

按图1-5接线，DZS（零速封锁器）的扭子开关扳向“解除”。

（1）调整输出正、负限幅值

“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL-31A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）观察PI特性

拆除“5”、“6”端短接线，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。

反馈电容由外接电容箱改变数值。

2．电流调节器（ACR）的调试

按图1-5接线。

（1）调整输出正,负限幅值

“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正、负限幅电位器，使输出正负最大值大于6V。

（2）观察PI特性

拆除“9”、“10”端短接线，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。

反馈电容由外接电容箱改变数值。

3．电平检测器的调试（如图1－6）

（1）测定转矩极性鉴别器（DPT）的环宽，要求环宽为0.4~0.6V，记录高电平值，调节RP使环宽对称纵坐标。

具体方法：

（a）调节正给定Ug，使DPT的“1”脚得到约0.3V电压，调节电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”。

（b）调节负给定Ug，从0V起调，当DPT的“2”端从“0”变为“1”时，检测DPZ的“1”端应为-0.3V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）测定零电流检测器（DPZ）的环宽，要求环宽也为0.4~0.6伏，调节RP，使回环向纵坐标右侧偏离0.1~0.2伏。

具体方法：

（a）调节正给定Ug，使DPZ的“1”端为0.7V左右，调整电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”。

（b）减小给定，当“2”端电压从“0”变为“1”时，“1”端电压在0.1～0.2V范围内，否则应继续调整电位器RP。

（3）按测得数据，画出两个电平检测器的回环。

4．逻辑控制器（DLC）的调试

测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：

（1指高电平，0指低电平）

输入

DCL（1脚

1

1

0

0

0

1

DCL（2脚

1

0

0

1

0

0

输出

Uz（Ublf）

0

0

0

1

1

1

UF（Ublr）

1

1

1

0

0

0

调试时的阶跃信号可从给定器得到。

调试方法：

按图1-6接线

（a）给定电压顺时针到底，Ug输出约为12V。

（b）此时上下拨动NMCL—31A中G（给定）部分S2开关，Ublf、Ublr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“Ublf”，“4”与“Ublr”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，Ublr、Ublf输出无变化。

五．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1-7。

四．实验设备及仪表

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—33组件

3．NMEL—03/4组件

4．NMCL—18组件

5．电机导轨及测速发电机

6．直流电动机M03

7．双踪示波器（自备）

8．万用表（自备）

五．注意事项

1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。

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．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

6．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。

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．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1V～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单位器及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．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）直接加至Uct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。

（b）MEL-002T“三相交流电源”合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，首先调节NMEL-18/2使励磁输出为220V。

然后调节侧面电压调节旋钮，使主控制屏U、V、W端有电压输出220V。

（c）调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分。

调节NMEL-13A加载电位器，顺时针调节电位器，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。

D）调节给定电压Ug，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，然后调整转速变换器FBS中的RP电位器使FBS输出为5V.

id（A）

Ud（V）

n（r/min）

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，ASR的输出接至Uct，把ASR的“5”、“6”点短接。

（b）合上主控制屏的绿色按钮开关。

即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，首先调节NMEL-18/2使励磁输出为220V。

然后调节侧面电压调节旋钮，使主控制屏U、V、W端有电压输出220V。

（c）调节给定电压Ug至5V，调整转速变换器FBS中的RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。

调节NMEL-13A加载电位器，顺时针调节电位器，，在空载至额定负载范围内测取7～8点，读取Ud、id、n。

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）将ASR的“5”、“6”端接可调电容，可预置7μF，使ASR成为PI（比例—积分）调节器。

（b）合上主控制屏的绿色按钮开关。

即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，首先调节NMEL-18/2使励磁输出为220V。

然后调节侧面电压调节旋钮，使主控制屏U、V、W端有电压输出220V。

（b）调节给定电压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。

id（A）

Ud（V）

n（r/min）

六．实验报告

绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。

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试方法。

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，电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的控制回路如图1-8b所示，主回路可参考图1-8a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min和min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（即Ug=Ufn），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．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—33组件

3．NMEL—03/4组件

4．NMCL—18组件

5．电机导轨及测速发电机

6．直流电动机M03

7．双踪示波器（自备）

8．万用表（自备）

五．注意事项

1．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

2．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

3．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。

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

5．双踪示波器（自备）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．实验方法

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600，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1V—2V的脉冲。

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。

3．开环外特性的测定

（1）控制电压Uct由给定器Ug直接接入。

主回路按图1-8a接线，直流发电机所接负载电阻RG断开，短接限流电阻RD。

（2）使Ug=0，调节偏移电压电位器，使α稍大于90°。

（3）MEL-002T“三相交流电源”，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮,首先调节NMEL-18/2使励磁输出为220V,然后调节侧面调压器调节旋钮使主控制屏U、V、W端有输出220V。

（4）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=1500r/min，再调节NMEL-13A加载电位器，顺时针调节电位器，在直流电机空载至额定负载范围，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）。

n（r/min）

I（A）

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

ASR调试方法与实验

相同。

ACR调试：

使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使脉冲前移300,使脉冲后移=300，反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。

5．系统调试

将Ublf接地，Ublr悬空，即使用

组桥六个晶闸管。

（1）电流环调试

电动机不加励磁

（a）系统开环，即控制电压Uct由给定器Ug直接接入，主回路接入电阻RD并调至最大（RD由NMEL-03/4中的R2两只电阻并联）。

逐渐增加给定电压，用示波器观察晶闸管整流桥两端电压波形。

在一个周期内，电压波形应有6个对称波头平滑变化。

（b）增加给定电压，减小主回路串接电阻Rd，直至Id=1.1Ied，再调节NMCL-33挂箱上的电流反馈电位器RP，使电流反馈电压Ufi近似等于速度调节器ASR的输出限幅值（ASR的输出限幅可调为±5V）。

（c）NMCL—31A的G（给定）输出电压Ug接至ACR的“3”端，ACR的输出“7”端接至Uct，即系统接入已接成PI调节的ACR组成电流单闭环系统。

ASR的“9”、“10”端接可调电容，可预置7μF，同时，反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。

逐渐增加给定电压Ug，使之等于ASR输出限幅值（+5V），观察主电路电流是否小于或等于1.1Ied，如Id过大，则应调整电流反馈电位器，使Ufi增加，直至Id<1.1Ied；如Id

测定并计算电流反馈系数

（2）速度变换器的调试

电动机加额定励磁，短接限流电阻RD。

（a）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，计算速度反馈系数。

（b）速度反馈极性判断：

系统中接入ASR构成转速单闭环系统，即给定电压Ug接至ASR的第2端，ASR的第3端接至Uct。

调节Ug（Ug为负电压），若稍加给定，电机转速即达最高速且调节Ug不可控，则表明单闭环系统速度反馈极性有误。

但若接成转速—电流双闭环系统，由于给定极性改变，故速度反馈极性可不变。

6．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。

ASR的调试：

（a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；

（b）“5”、“6”端接入可调电容，预置5～7μF；

（c）调节RP1、RP2使输出限幅为±5V。

（1）机械特性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，再调节发电机负载电阻Rg，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）

n（r/min）

I（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）。

n（r/min）

Ug（V）

7．系统动态波形的观察

用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用数字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．分析由数字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

．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。

．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及三相绕线式异步电动机（转子回路串电阻）。

控制系统由电流调节器（ACR），速度调节器（ASR），电流变换器（FBC），速度变换器（FBS），触发器（GT），

组桥脉冲放大器等组成。

其系统原理图如图2-1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。

．实验设备和仪器

1．教学实验台主控制屏

2．NMCL—33组件

3．NMEL—03/4组件

4．NMCL—18组件

6．电机导轨及测速发电机

7．线绕电动机M09

8．双踪示波器（自备）

9．万用表（自备）

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．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

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．双踪示波器（自备）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。

7．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。

8．绕线式异步电动机：

PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，nN=1350，MN=0.68，Y接。

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Ublf端接地，调节偏移电压Ub,使Uct=0时，接近1500。

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（应有幅值为1V～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

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ASR的“3”至NMCL-33的Uct的连接线，NMCL-31的G（给定）的Ug端直接加至Uct，且Ug调至零。

直流电机励磁电源开关闭合。

电机转子回路接入每相为10左右的三相电阻。

（b）MEL-002T“三相交流电源”。

合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，调节旋钮使主控制屏U、V、W端有电压输出220V。

（c）调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1300转/分，调节直流发电机负载电阻，在空载至一定负载的范围内测取7～8点，读取直流发电机输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。

并计算三相异步电动机的输出转矩。

n（r/min）

IG（A）

UG（V）

M（N.m）

注：

采用直流发电机，转矩可按下式计算

式中：

M——三相异步电动机电磁转矩；

IG——直流发电机电流；

UG——直流发电机电压；

RS——直流发电机电枢电阻；

P0——机组空载损耗。

不同转速下取不同数值：

n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，Po=6W。

（d）调节Ug，降低电机端电压，在!

/3Ue及2/3Ue时重复上述实验，以取得一组人为机械特性。

4．系统调试

（1）将系统接成双闭环调压调速系统，转子回路仍串每相10左右的电阻，渐加给定Ug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。

（2）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n=1300r/min，从轻载按一定间隔做到额定负载，测出闭环静特性n=f（M）。

n（r/min）

IG（A）

UG（V）

M（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,Ugi,i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。