电气自动化技术专业《实验三十二 三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验V30版》.docx

电气自动化技术专业《实验三十二 三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验V30版》.docx

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电气自动化技术专业《实验三十二三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验V30版》

实验三十二　三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验

一、实验目的

1了解、熟悉错位选触无环流可逆直流调速系统的原理和组成。

2熟悉错位选触无环流可逆直流调速系统中各单元的工作原理、特性和作用，掌握判断其工作是否正常和具体调试的步骤和方法。

3观察和分析错位选触可逆系统的起动、制开工作过程及正、反切换特征。

二、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I

该挂件包含“给定〞，“电流调节器〞，“速度变换〞，“电流反应与过流保护〞等几个模块。

5

DJK08可调电阻、电容箱

6

DJK18电机调速控制II

该挂件包含“电压调节器〞，“电压隔离器〞，“零速封锁器〞，“电流符号选择器〞等几个模块。

7

DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表

或DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表

8

DJ13-1直流发电机

9

DJ15直流并励电动机

10

D42　三相可调电阻

11

慢扫描示波器

自备

12

万用表

自备

三、实验线路及原理

错位选触无环流可逆系统是在错位控制的根底上，引入了逻辑控制系统，所谓选触就是逻辑控制，有了选触，可提高错位无环流系统的可靠性。

它的主回路由二组反向并联的三相全控整流桥组成，由于没有环流，两组可控整流桥之间省去限制环流的四个均衡电抗器，电动机的电枢回路中仅串接一个平波电抗器。

控制系统由“转速调节器〞、“电流调节器〞、“电压调节器〞、“绝对值放大器〞、“电流符号选择器〞、“电压隔离器〞、“触发选择器〞、“转速反应〞和“零速封锁器〞等组成，原理框图如图5-11所示。

错位选触无环流系统结构的特点是不需要复杂的逻辑控制器，不需要检测转矩极性及零电流，通常在转速和电流双闭环的根底上再设置一个具有积分特性或惯性环节的“电压调节器〞组成的电压内环。

它缩小了反向时的电压死区，加快系统切换过程，抑制电流断续等非线性因素，提高了系统的动静态性能。

1工作原理

将两组反向并联整流桥的触发脉冲相位错开较远，使不工作〔待逆变〕的那一组整流桥的触发脉冲到来时，其晶闸管两端一直处于反向阻断状态，无法导通。

系统中，只要满足α正＋α反≥300o，就可保证系统无静态环流，同时借助于电压调节器和电流调节器的配合作用，在由一组整流桥工作过渡到另一组整流桥工作的动态过程中，使系统能准确地控制移相触发信号Uct的变化，以保证在电流衰减到零以前Uct有一定的数值，即逆变角不小于

βmin=30o,直到断流以后，Uct才能继续减小，并且到零，这就起到了防止动态环流的作用，且在电流断续时还能有效地抑制系统的振荡，因此错位选触无环流系统不须另加任何人为强制手段，系统就可以既没有环流，也没有电流冲击，平安可靠地工作。

图5-11错位选触无环流可逆直流调速系统原理图

错位选触无环流系统只用一套触发电路装置，同时电压调节器输出的控制电平信号并不直接控制移相触发电路，而是通过绝对值放大器和选择触发器去控制触发脉冲，无论电压调节器输出的极性如何，绝对值放大器的输出始终为正电压。

系统中电流反应通过电流符号选择器使电流反应信号始终与速度调节器输出的极性相反，保证为电流负反应。

正向启动时，突加正给定，转速调节器的输入偏差为正，输出为负限幅，电流调节器的输入偏差为负，输出正限幅，电压调节器的输入偏差为正，输出为负限幅，该负信号一路输入到绝对值放大器，经绝对值变换后到触发电路，另一路进入触发选择器，使触发选择器的输出“3〞端为“0〞态，“5〞端为“1〞态，由于Ulr为“1〞态，反桥功放不工作，Ulf为“0〞态，正桥功放开通工作，触发电路产生的触发脉冲将通过正桥功放送到正桥晶闸管门极上，正桥处于整流状态，电动机正转。

假设系统要求电动机从正转到反转稳定运转，那么给定电压由正突变为负值，但转速来不及改变，故转速调节器的输入偏差为负，输出立即变为正的限幅值，电流调节器的输入偏差为正，其输出立刻变为负的限幅值，电压调节器的输入偏差为负，其输出U0由负向零值变化，通过绝对值放大器使控制电压Uct迅速减小，将正桥从整流状态拉到逆变状态，进入本桥逆变工作。

当本桥逆变结束后，进入他桥制动，电流调节器的输入偏差变负，输出从饱和值退出，数值很快减小，然后再增大，使晶闸管正桥变成待整流状态，反桥到逆变状态，使电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大局部通过晶闸管逆变回馈电网，当它桥逆变结束后，进入它桥整流，电动机反向起动，到稳定工作点。

四、实验内容

（1）测定系统正、反转时高、低转速系统闭环静态特性n=fId。

（2）测定系统正、反转时的闭环控制特性n=fug

3观测、记录系统动态波形。

五、预习要求

阅读电力拖动自动控制系统教材中有关错位选触无环流可逆直流调速系统的内容，熟悉系统原理图及其的工作原理。

六、思考题

1错位选触无环流可逆调速系统对触发角β有何要求

2绝对值放大器的上下限幅值，对应于错位选触无环流系统中的什么物理量？

七、实验方法

1DJK02和DJK02-1上的“触发电路〞调试

①翻开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏〞上的“三相电网电压指示〞

开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

②将DJK01“电源控制屏〞上“调速电源选择开关〞拨至“直流调速〞侧。

③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出〞端和DJK02-1“三相同步信号输入〞端相连,翻开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示〞钮子开关，使“窄〞的发光管亮。

④观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器〔在各观测孔左侧〕，使三相锯齿波斜率尽可能一致。

⑤将DJK04上的“给定〞输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置〔即Uct=0〕，调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔〞VT1的输出波形，使α=170°。

⑥适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔〞的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。

⑦将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用2021扁平电缆，将DJK02-1的“正、反桥触发脉冲输出〞端和DJK02“正、反桥触发脉冲输入〞端相连，分别将DJK02正桥和反桥触发脉冲的六个开关拨至“通〞，观察正桥VT1～VT6和反桥VT1'～VT6'的晶闸管的门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

2错位选触无环流调速系统调试原那么

①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。

②先开环、后闭环，即先使系统开环正常运行，然后在确定电流、转速和电压均为负反应后才可组成闭环系统。

③先双闭环、后错位选触无环流，即先使正反桥的双闭环能正常工作，然后再组成错位选触无环流。

④先调整稳态精度，后调动态指标。

3控制单元的调试

①移相控制电压Uct的调节范围确定

直接将DJK04给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，“正桥三相全控整流〞输出接电阻负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零〔DZSZ-1将旋钮调到输出电压最小位置，当启动按钮按下后，再调节旋钮将输出电压调到线电压2021〕。

按下启动按钮，给定电压Ug由零调大时，Ud将随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值Ug＇时，Ud的波形会出现缺相的现象，这时Ud反而随Ug的增大而减少。

一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctma=＇，即Ug的允许调节范围为0～Uctma。

如果把输出限幅定为Uctma，那么“三相全控整流〞输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。

记录Ug＇于下表中：

Ug＇

Uctma=＇

Uctmin

将系统接成开环时，给定直接输入DTK02-1控制电压，整流桥输出接电动机负载，增加给定值时，当电机正常进入转动之前的给定值为绝对值放大器中的最小限幅值，记为Uctmin。

给定退到零，再按停止按钮切断电源结束此步骤。

②调节器的调零

将DJK04中“速度调节器〞所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻12021到“速度调节器〞的“4〞、“5〞两端，用导线将“5〞、“6〞短接，使“电流调节器〞成为H这挡，输出给定调到零。

按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n=150Or。

⑥电压反应系数的整定

直接将控制屏上的励磁电压接到电压隔离器的“1、2〞端，用直流电压表测量励磁电压，并调节电位器Ra，将输入端“1〞接地，调节Rin。

⑧触发选择器的系数整定

当“1〞端输入为时，调R、800r

〕

12021

Id〔A〕

n〔r

〕

Ug〔V〕

从反转开始逐步增加负给定电压，记录实验数据

n〔rpm〕

Ug〔V〕

7系统动态波形的观察

用双踪慢扫描示波器观察电动机电枢电流Id和转速n的动态波形，两根探头分别接至“电流反应与过流保护〞的“2〞端和“速度变换〞的“3〞端。

①给定值阶跃变化正向启动→正向停车→反向启动→反向切换到正向→正向切换到反向→反向停车时的Id、n的动态波形。

②改变电流调节器、速度调节器和电压调节器的参数，观察动态波形如何变化。

八、实验报告

1根据实验结果，画出正、反转闭环控制特性曲线n=fUg。

2根据实验结果，画出两种转速时的正、反转闭环机械特性n=fId，并计算静差率。

3分析速度调节器、电流调节器和电压调节器的参数变化对系统动态过程的影响。

4分析电机从正转切换到反转过程中，电机经历的工作状态，系统能量转换情况。

九、考前须知

1双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否那么这两点会通过示波器外壳发生电气短路。

为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。

当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。

2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，使整流电压输出为零，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，否那么引起电动机启动电流过大，使过流保护动作，告警，无法继续完成实验。

3通电实验时，可先用电阻作为整流桥的负载，待电路正常后，再换接电动机负载。

4在连接反应信号时，给定信号的极性必须与反应信号的极性相反，保证为负反应，否那么会造成失控。

5直流电动机的电枢电流不要超过额定值，转速也不要超过倍的额定值。

以免发生意外，影响电机功能。

6在记录动态波形时，可先用双踪慢扫描示波器观察波形，以便找出系统动态特性较为理想的调节器参数，再用数字储存式示波器记录动态波形。

7实验时，应保证“触发选择器〞工作逻辑正确后才能使系统正反向切换运行。

8DJK18与DJK02-1、DJK04不共地，所以实验时须短接DJK18、DJK04和DJK02-1的地。