电力拖动自动控制系统实验指导书(2015.4)

1 实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验 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及反馈环节测定方法 二 实验所需挂件及附件 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 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5 1所示 四 实验内容 序号型 号备注 该控制屏包含 三相电源输出 等几个模块 1 2 3 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 DJK02 1三相晶闸管触发电路 该挂件包含 触发电路 正反桥功放 等几个模块 该挂件包含 给定 电流调节器 速度变换 电 DJK04 电机调速控制实验 I4 流反馈与过流保护 等几个模块 5 6 DJK10 变压器实验 DD03 3电机导轨 光码盘测速 系统及数显转速表 DJ13 1 直流发电机 DJ15 直流并励电动机 D42 三相可调电阻 该挂件包含 三相不控整流 和 心式变压器 等模块 7 8 9 10 数字存储示波 器 自备 自备 11 万用 表 2 1 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L 2 测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM 3 测定晶闸管触发及整流装置特性Ud f Uct 4 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 图5 1 实验系统原理图 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5 2所示 六 实验方法 具体方法如下 1 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 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5 2所示 3 图5 2 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DJK10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U a和UL及电流I 从而可得到交流 阻抗Za和ZL 计算出电感值La和Ld 计算公式如下 Za Ua I Za Ua I La 2 22 fRZ aa 2 22 fRZLd LL 2 电动机电势常数 Ce 和转矩常数 CM 的测定 按图 5 1 接线 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 Ke Ud 2 Ud1 n2 n1 式中 Ce 的单位为 V rpm 转矩常数 额定磁通 CM 的单位为 N m A CM 可由 Ce 求出 CM 9 55 C 4 3 晶闸管触发及整流装置特性Ud f Ug 和测速发电机特性UTG f n 的测定 实验线路如图5 3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 UTG Ud n的数值若干组 并将数据填入下表中 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 Ug Ug UTG Ud n 计算Ks 七 实验报告 1 作出实验所得的各种曲线 计算有关参数 2 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 由于实验时装置于开环状态 电流和电压可能有波动 可取平均读数 2 由于DJK04上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 4 在测试Ud f Ug 时 DJK02上的偏移电压要先调到 120 具体方法见 单闭环直流调速 5 实验二 晶闸管直流调速系统主要单元的调试 一 实验目的 1 熟悉直流调整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 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 等几个模块 2 DJK04 电机调速控制实 验 I 该挂件包含 给定 调节器I 调节器 II 电流反馈与过流保护 等几个模块 3 DJK04 1 电机调速控制 实验II 该挂件包含 转矩极性鉴别 零电平鉴别 逻辑变换控制 等几个模块 完成选做实验项 目时需要 4 DJK06 给定及实验器件 该挂件包含 给定 等几个模块 5 DJK08可调电阻 电容箱 6 慢扫描示波器 7 万用表 自备 三 实验内容及方法 将DJK04挂件上的十芯电源线 DJK04 1和DJK06挂件上的蓝色三芯电源线与控制屏 相应电源插座连接 打开挂件上的电源开关 就可以开始实验 调节器I 一般作为速度调节器使用 的调试 1 调节器调零 将DJK04中 调节器I 所有输入端接地 再将DJK08中的可调电阻120K接到 调节器I 的 4 5 两端 用导线将 5 6 端短接 使 调节 器I 成为P 比例 调节器 用万用表的毫伏档测量 调节器I 的 7 端的 6 输出 调节面板上的调零电位器RP3 使之输出电压尽可能接近于零 2 调整输出正 负限幅值 将 5 6 短接线去掉 将DJK08中的可调电容0 47uF接入 5 6 两端 使调节器成为PI 比例积分 调节器 将 调节器I 的所有输入端上的接地线去掉 将DJK04的给定输出端接到 调节器I 的 3 端 当加 5V的正给定电压时 调整负 限幅电位器RP2 观察调节器负电压输出的变化规律 当调节器输入端加 5V的负给定 电压时 调整正限幅电位器RP1 观察调节器正电压输出的变化规律 并将数据记入 下表中 Ug U0 Ug Uo 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 调节器I 为P 比例 调节器 同时将正 负限幅电位器RP1和RP2均顺时针旋到底 在调节器的 输入端分别逐渐加入正负电压 测出相应的输出电压变化 直至输出限幅值 并 画出对应的曲线 并将数据记入下表中 Ug 7 U0 Ug Uo 4 观察PI特性 拆除 5 6 短接线 给调节器输入端突加给定电压 用慢扫描示波器 观察输出电压的变化规律 改变调节器的外接电阻和电容值 改变放大倍数和 积分时间 观察输出电压的变化 四 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 8 实验三 单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 组成及各主要单元部件的原理 2 掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程 3 认识闭环反馈控制系统的基本特性 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 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 正反桥功放 等几个模块 4DJK06 给定及实验器件 该挂件包含 给定 调节器 I 调节器 II 转速变 电 流反馈与过流保护 电压隔离器 等几个模块 5 DJK08可调电阻 电容箱 6 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慢扫描示波器 自备 11万用表 自备 三 实验线路及原理 在本装置中 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 9 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 用作控制整流桥的 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 电机的转速随给定电压变化 电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定 速度调节器采用P 比例 调节对阶跃输入有稳态误差 要想消除上述误差 则需将 调节器换成PI 比例积分 调节 这时当 给定 恒定时 闭环系统对速度变化起到了 抑制作用 当电机负载或电源电压波动时 电机的转速能稳定在一定的范围内变化 图5 3 转速单闭环系统原理图 在本实验中DJK04上的 调节器I 做为 速度调节器 和 电压调节器 使用 四 实验内容 1 DJK04上的基本单元的调试 2 Uct不变时直流电动机开环特性的测定 3 Ud不变时直流电动机开环特性的测定 10 4 转速单闭环直流调速系统 五 预习要求 1 复习自动控制系统 直流调速系统 教材中有关晶闸管直流调速系统 闭环反馈控制系统的内容 2 掌握调节器的基本工作原理 3 实验原理图 能画出实验系统的详细接线图 并理解各控制单元在 调速系统中的作用 4 实验时 如何能使电动机的负载从空载 接近空载 连续地调至额定负载 六 实验方法 1 DJK02和DJK02 1上的 触发电路 调试 1 打开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 打开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 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 用8芯的扁平电缆 将DJK02 1面板上 触发脉冲输出 和 触发脉冲输入 相连 使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端 8 将DJK02 1面板上的Ulf端接地 用20芯的扁平电缆 将DJK02 1的 正 11 桥触发脉冲输出 端和DJK02 正桥触发脉冲输入 端相连 并将DJK02 正桥触发脉冲 的六个开关拨至 通 观察正桥VT1 VT6晶闸管门极 和阴极之间的触发脉冲是否正常 2 Uct不变时的直流电机开环外特性的测定 1 按图5 1的接线图接线 DJK02 1上的移相控制电压U ct由DJK04上的 给定 输出Ug直接接入 直流发电机接负载电阻R Ld用DJK02上200mH 将给定的输出调到零 2 先闭合励磁电源开关 按下DJK01 电源控制屏 启动按钮 使主电路 输出三相交流电源 然后从零开始逐渐增加 给定 电压Ug 使电动机慢慢 启动并使转速 n 达到1200rpm 3 改变负载电阻R的阻值 使电动机的电枢电流从空载直至Ied 即可测出 在Uct不变时的直流电动机开环外特性n f Id 测量并记录数据于下表 n rpm Id A 3 Ud不变时直流电机开环外特性的测定 1 控制电压Uct由DJK04的 给定 Ug直接接入 直流发电机接负载电阻R Ld用DJK02上200mH 将给定的输出调到零 2 按下DJK01 电源控制屏 启动按钮 然后从零开始逐渐增加给定电压U g 使电动机启动并达到1200rpm 3 改变负载电阻R 使电动机的电枢电流从空载直至Ied 用电压表监视三相 全控整流输出的直流电压Ud 在实验中始终保持Ud不变 通过不断的调节 DJK04上 给定 电压Ug来实现 测出在Ud不变时直流电动机的开环外特 性n f Id 并记录于下表中 12 n rpm Id A 4 基本单元部件调试 1 移相控制电压Uct调节范围的确定 直接将DJK04 给定 电压Ug接入DJK02 1移相控制电压Uct的输入端 三相 全控整流 输出接电阻负载R 用示波器观察Ud的波形 当给定电压Ug由零调 大时 Ud将随给定电压的增大而增大 当Ug超过某一数值时 此时Ud接近为 输出最高电压值Ud 一般可确定 三相全控整流 输出允许范围的最大值为 Udmax 0 9Ud 调节Ug使得 三相全控整流 输出等于Udmax 此时将对应的 Ug 的电压值记录下来 Uctmax Ug 即Ug的允许调节范围为0 Uctmax 如果我们把输出限幅定为Uctmax的话 则 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 Ud Udmax 0 9U d Uctmax U g 将给定退到零 再按 停止 按钮 结束步骤 2 调节器的调整 A 调节器的调零 将DJK04中 调节器I 所有输入端接地 再将DJK08中的可调电阻40K接 到 调节器I 的 4 5 两端 用导线将 5 6 短接 使 调节器I 成为P 比例 调节器 用万用表的毫伏档测量 调节器I 的 7 端的输出 调节面板上的调零电位器RP3 使之输出电压尽可能 13 接近于零 B 正负限幅值的调整 把 调节器I 的 5 6 短接线去掉 将DJK08中的可调电容0 47uF接入 5 6 两端 使调节器I成为PI 比例积分 调节器 将 调节器I 的所有 输入端的接地线去掉 将DJK04的给定输出端接到调节器I的 3 端 当加 5V 的正给定电压时 调整负限幅电位器RP2 使之输出电压尽可能接近于零 当 调节器输入端加 5V的负给定电压时 调整正限幅电位器RP1 使调节器I的输 出正限幅为Uctmax c 转速反馈系数的整定 直接将 给定 电压Ug接DJK02 1上的移相控制电压Uct的输入端 三相 全控整流 电路接直流电动机负载 Ld用DJK02上的200mH 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 150Orpm时 调节 转速变换 上转速反馈电位器RP1 使得该转速时反馈电压U fn 6V 这时 的转速反馈系数 U fn n 0 004V rpm 5 转速单闭环直流调速系统 1 按图5 7接线 在本实验中 DJK04的 给定 电压Ug为负给定 转速反馈 为正电压 将 调节器I 接成P 比例 调节器或PI 比例积分 调节器 直流发电机接负载电阻R L d用DJK02上200mH 给定输出调到零 2 直流发电机先轻载 从零开始逐渐调大 给定 电压Ug 使电动机的转速 接近n l200rpm 3 由小到大调节直流发电机负载R 测出电动机的电枢电流Id 和电机的转速n 直至Id Ied 即可测出系统静态特性曲线n f Id n rpm 14 Id A 七 实验报告 1 根据实验数据 画出Uct不变时直流电动机开环机械特性 2 根据实验数据 画出Ud不变时直流电动机开环机械特性 3 根据实验数据 画出转速单闭环直流调速系统的机械特性 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