电机控制实验一双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验报告.doc

专业：电气工程与自动化姓名： _ _学号： 日期： 2015.5 地点： 教二115 实验报告课程名称： 电机控制 指导老师：_ _成绩：_实验名称：双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 实验类型：_同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一实验目的 1深化对双闭环、不可逆晶闸管直流调速系统原理、组成、部件调试及实验方法的了解和掌握 。2对比开环、闭环静态机械特性的差异，学习机械特性的描述及量化指标的计算。3研究调节器参数对系统动态特性的影响。二实验内容和原理 1、实验原理：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，由于调速系统的主要参量为转速，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扰动对转速的影响，实验系统的组成如下图所示。 系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压Ug的大小既可以方便地改变电机的转速。ASR.ACR 均设有限幅环节，ASR 的输出作为 ACR 的给定，利用 ASR 的输出限幅可以达到限制起动电流的目的，ACR 的输出作为移相触发电路 GT 的控制电压，利用 ACR 的输出限幅可以达到限制min的目的。 起动时，当加入给定电压 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(即 Ug=Ufn)，并在出现超调后，ASR 退出饱和，最后稳定在略低于给定转速的数值上。图1 实验原理图图2 实验接线图2、实验内容：1）.单元整定 锯齿波移相触发系统脉冲零位调整 PI调节器调零 PI调节器的限幅调零 2）.机械特性测试 开环 n=1400r/min， n=f(Id) 闭环 n=1400r/min， n=f(Id) n= 800r/min， n=f(Id)3）.闭环控制特性n=f(Ug)的测定。4）.观察、记录系统动态波形。三.实验仪器设备 1.MCL现代运动控制技术实验台主控屏2.直流电动机测功机测速发电机 3.给定.零速封锁器.速度变换器.速度调节器.电流调节器组件挂箱4.双踪记忆示波器 5.数字式万用表四.实验操作步骤 1.线路连接 主电路 （1）SCR 整流桥用 I 组 VT1 VT6 使用内部锯齿波移相触发脉冲 必须: U blf 接地（I 组触发脉冲处，左侧） 给定 G 须与FBS 地相连 （2）电枢平波电抗器接 L=700 1000mH （3）注意用强电接线(粗接线柱) （5）直流实验的输入交流电压调至 220V （6）额定电流 IdN =1A，电流表用表 (5A表） （7）负载为测功机，注意负载调节为“转矩” （8）直流电压表量程300V，直流电流表量程 5A 控制回路 （1）给定 G （3）零速封锁器 DZS （2）速度变换器 FBS （5）速度调节器 ASR （4）电流反馈与保护（FBC+FA） （6）电流调节器 ACR （7）触发器（Uct+Ublf ） 接线 （1）区分功率线及控制线（接头不同） （2）尽量接短线（先用短线） （3）三相输入套管线注意相序（颜色）对应（4）FBS 并电容，抗振荡 （5）连接 G与 FBS 地线 （6）转速闭环线的连接 （7）经检查方能做实验 2.单元部件调试 【1】脉冲零位调整 脉冲零位定义 移相电压 Uct=0 时的位置 不可逆系统=90 做法 I Uct 接地（=0） II 带地线第一通道观察锯齿波无地线第二通道观察双脉冲 III 两通道断续扫描 IV 注意相序 U 相：U g1，4 V 相：Ug 3，6 W 相：Ug 5，2 V 调节偏移电压 Ub，使呈 VI 以后固定Ub 不动（靠 Uct移） 【2】测min=0ACR限幅值 去掉 Uct接地，接入正给定G 增加 Uct，使=0 用万用表记下此时 Uct 值，作为 ACR正限幅【3】PI 调节器调零 步骤 输入接地（ ASR为 2 端，ACR为 3/5端） 短接反馈电容，使成P 调节器（ASR为 5、6端短接，ACR 为 9、10 端短接） 激活调节器（ASR4端、ACR8端接-15V） 输出接万用表 mV档 调节 RP5 使输出为 0（以后不动）【4】PI 调节器调限幅 步骤 接入给定（ASR 为2 端 ACR为 3/5 端）约 1V 除反馈电容短接线，使成 PI调节器 激活调节器（ASR4端、ACR8端接-15V） 输出接万用表 20V档 按正给定调负限幅 RP2，按负给定调正限幅 RP1.输出要求:ASR为+-6V，ACR为-0.7V五、实验数据记录及处理1、开环外特性的测定（1）控制电压Uct由给定器输出Ug直接接入，合上测功机的“突加给定”开关。（2）逐渐增加给定电压Ug,使电机启动、升速，调节Ug测功机的转矩设定旋钮，使电动机电流Id=Ied,转速n=ned。（3）调节测功机的加载旋钮，改变负载，即可测出系统的开环外特性n=f(Id)，记录于下表中。n(r/min)14171444148115051552160416521697Id(A)0.90.810.690.470.400.320.190.08图3 开环静态特性曲线负载转矩与电磁转几乎相等，电磁转矩与电枢电流成正比，所以负载与电枢电流成正比，当电枢电流增大时，也就是负载增大时，转速线性下降，满足理论要求。2、闭环系统机械特性n=f(Id)的测定（1）电动机先空载，调节转速给定电压Ug使电动机转速接近额定值，n=1400r/min；调节测功机加载旋钮，逐渐改变负载，直至Id=Ied,即可测出系统静态特性曲线n=f(Id)，并记录于下表中。（2）降低Ug，使Id=Ied，再测试n=1000r/min时的静态特性曲线记录于下表中。n(r/min)14331430143114331436Id(A)0.640.490.350.250.07n(r/min)1193119611981201Id(A)0.490.310.190.06图4 n=1400r/min时系统的静态特性曲线图 5 n=1000r/min时系统的静态特性曲线从上面两图可以看出，闭环控制系统的静态特性与开环的有很大的不同，在电流（也就是负载）变化的过程中，转速基本保持不变，只是小幅下降。这就体现了闭环控制系统对转速的调节作用。3、系统动态特性的观察（1）突加给定Ug时电机电枢电流的波形和转速波形图6突加给定Ug时电机电枢电流的波形和转速波形上图中上面那个波形代表电枢电流波形，下面那个波形代表转速波形。可以看出突加转速给定电压后，电枢电流突然增大，转速也随之快速上升。电枢电流和转速经过几次振荡趋于平稳。（2）空载时突加负载、突减负载时电动机电枢电流波形和转速波形图7空载时突加负载、突减负载时电动机电枢电流波形和转速波形上图中上面那个波形代表电枢电流波形，下面那个波形代表转速波形。突加额定负载后，电枢电流增大，而转速略有下降，但是经过调节后，转速基本保持原来的数值不变。突卸负载后，电枢电流下降，转速先略有上升，然后基本保持原来的数值不变。分析：负载突然增加，电机转速将下降，于是速度反馈电压 将小于给定电压 ，在速度调节器输入端出现正的偏差电压，经过调节器的作用将使电流调节器的给定电流增大，整流桥的移相角前移， 增大，电机电磁转矩增大。当 时，电机转速又回升，使 接近原来的给定电压 。由于速度调节器是比例积分调节器，即使它的输入信号又趋于平衡，但只要在调节的过程中反馈电压 和给定电压 之间一度出现偏差，经过积分，它就会改变调节器的输出，使电机的电流和转矩出现变化。一般经过一、二次调整和振荡，最后能在 的条件下重新达到平衡。突减负载过程分析方法同突加负载。图8 突加、突减负载的SIMULINK仿真波形第一个突变阶段为突减负载，第二个突变阶段为突加负载六、思考题（1）为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为PI调节器？其实也可以使用其他类型的调节器，但是PI调节器具有更好的调节效果，它很适合用于直流电机的调速系统。（2）转速负反馈线的极性如果接反会发生什么现象？转速负反馈线的极性如果接反，那么将变成转速正反馈，如果当前转速低于给定转速值，那么转速将一直减小；如果当前转速高于给定转速值，那么转速将一直增大到失控。所以极性接反会很危险。（3）双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变？哪些参数的变化会引起电动机最大电流的变化？转速给定电压的变化会引起电动机转速的变化；励磁的变化会引起电动机最大电流的变化。七、实验心得与体会本次实验是在学习直流电机的速度电流双闭环调速的理论知识后进行