实践教学实施细则.doc

.实践教学实施细则1、课程要求实验内容（8学时）：(具体见附录)（1）转速开环直流调速系统实验（2）转速单闭环直流调速系统实验（3）转速电流双闭环可逆直流电动机调速系统实验（4）三相交流电动机SPWM变频调速系统实验2、课外仿真实验内容（课外4学时）：（1）转速电流双闭环直流调速系统仿真（2）异步电动机仿真以上实验项目两选一，提交仿真实验报告。3、课程实践教学要求： 课内四个实验必须完成，成绩计入形成性考核。每个实验成绩占总成绩25%。 课外仿真实验学生自选、自学，学会使用MATLAB/SIMULINK软件及其电力系统工具箱建立相关系统仿真模型，计算设定电机和控制系统参数数据，自己决定实验目的和要求，通过仿真实验观察验证，成绩可作为加分计入形成性考核。附录:实验一 转速开环直流调速系统实验实验二 转速单闭环直流调速系统实验一、实验目的1.了解转速开环直流调速系统的组成。2.了解转速单闭环直流调速系统的组成。3.掌握单闭环直流调速系统的调试方法及电流截止负反馈的整定。4.加深理解转速负反馈在系统中的作用。5.测定晶闸管-电动机开环调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。二、实验系统组成及工作原理采用闭环调速系统，可以提高系统的静、动态性能指标。转速单闭环直流调速系统是常用的一种形式，实验图1-1是带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的实验线路图。实验图1-1 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路VT供电，通过与电动机同轴刚性联接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速反馈环节FBS分压后取出合适的转速反馈信号，此电压与转速给定信号经速度调节器ASR综合调节，ASR的输出作为移相触发器GT的控制电压，由此组成转速单闭环直流调速系统。图中DZS为零速封锁器，当转速给定电压和转速反馈电压均为零时，DZS的输出信号使转速调节器ASR锁零，以防止调节器零飘而使电动机产生爬行。在本系统中ASR采用比例调节器，属于有静差调速系统，增加ASR的比例放大系数即可提高系统的静特性硬度。为了防止在起动和运行过程中出现过大的电流冲击，系统中引入了电流截止负反馈。由电流变换器FBC取出与电流成正比的电压信号Ui，当电枢回路电流超过一定值时，将稳压管VST击穿，送出电流反馈信号进入ASR输入端进行综合，以限止电流不超过其允许的最大值。改变即可调节电动机的转速。三、实验设备及仪器1.主控制屏MC012.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组3.MC02、MC03挂箱4.双踪示波器5.慢扫描示波器6.滑线变阻器7.万用表四、实验内容1.检查实验装置的有关单元(1)检查和调整锯齿波触发器。(2)检查和调整运算放大器，整定其输出限幅值。2.测定和比较晶闸管-电动机系统的开环机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。(1)测定两条开环机械特性，两条空载起始转速与开环机械特性相同的闭环静特性。(2)计算并比较机械特性和静特性的静差率。(3)改变ASR的放大系数，测定几条静特性，并比较它们静差率的变化情况。3.整定电流截止负反馈的转折点，并检验电流负反馈效应。用慢扫描示波器观察和记录系统加入电流截止负反馈后,突加给定起动时电流和转速n的波形。五、实验步骤及方法1.主控制屏开关按实验内容需要设置2.晶闸管触发整流电路的检查和调整检查和调整锯齿波触发器。用双踪示波器观察六个触发单元的锯齿波，要求波形正常、对称，触发用双脉冲相位差应接近60，利用总偏电位器调节偏置电压，使控制电压时，触发角=90(因为电动机电枢电阻的差异，实际调试应该以时对应于整流电压的角作为触发角的真实零位，此时晶闸管整流电路才可正常工作)。3.晶闸管-电动机系统开环机械特性的测定（1）测定晶闸管-电动机系统开环机械特性时,不必使用转速调节器ASR,可将给定电压(开环时给定电压称为，闭环后给定电压称为)直接接到触发单元GT的输入端(),电动机和发电机分别加额定励磁。（2）测定每一条机械特性时,须先使电动机空载(发电机负载回路开路)，慢慢加给定电压，使电动机转速慢慢上升至额定转速，然后合上负载开关SL，改变负载变阻器的阻值，使主回路电流达到额定电流，此时即为额定工作点（,）。然后再改变负载变阻器，使主回路电流从额定电流减少至空载电流，记录几组转速和电流的数据，并画出机械特性。n（r/min）Id（A）4.转速负反馈单闭环系统调试及闭环静特性的测定（1）转速调节器ASR的检查和调整a)检查调节器零位：主回路电源开关SW断开，给定电压分别接到零速封锁器DZS和速度调节器ASR的输入端，并将DZS的输出接到ASR，将ASR的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。当给定电压为零时，ASR输出应该等于零(用万用表直流电压挡测量)，若输出不为零，可以调节ASR的调零电位器。b)检查调节器限幅值：调节器接线同上，将ASR的输出接到触发单元GT的输入端，加入足够大的负给定电压Ug，调节ASR正限幅电位器，使最小控制角，用万用表测量输出电压数值，即为输出限幅值。（2）转速反馈信号极性的判别与整定a)转速调节器ASR不接入控制回路，电动机和发电机分别加额定激磁。直接将给定电压加到触发单元GT的输入端()，使电动机开环运行，用万用表在转速反馈单元FBS中测量转速反馈信号的极性，使之满足转速负反馈要求。b)慢慢增加给定电压，使转速达到，调整FBS中的转速反馈电位器，使转速反馈信号，可在(410)伏间取某一数值，然后计算转速反馈系数。（3）测定闭环系统静特性按实验图1-1接线(电流截止负反馈环节除外)，慢慢加给定电压(注意应为负值)，使电动机起动。当给定电压达到与前面的开环给定电压相同数值时,如果转速较开环时降低，则说明反馈接线极性是正确的，否则须改换反馈接线极性。逐渐增加给定电压，使电动机转速慢慢上升至额定转速，然后合上负载开关SL，改变负载变阻器的阻值，使主回路电流达到额定电流，即为额定工作点（,）。然后再改变负载变阻器，使主回路电流从额定电流逐步减少至空载电流，记录几组转速和电流的数据，并画出闭环系统静特性曲线。n（r/min）Id（A）5电流截止负反馈环节的整定在按实验图1-1已接好线的基础上再加入电流截止负反馈环节。逐渐增加给定电压，使电动机转速慢慢上升至额定转速，然后合上负载开关SL，改变负载变阻器的阻值，使主回路电流升至。调整电流反馈单元FBC中的电流反馈电位器，使电流反馈电压逐渐增加直至将稳压管VST击穿，此时电动机转速会明显降低，说明电流截止负反馈环节已经起作用。刚才测定的电流即为截止电流。然后再改变负载变阻器，使主回路电流为额定电流。停机后，可突加给定起动电动机。（1）观察动态波形先调节好给定电压，使电动机在某一转速下运行，断开给定开关SG。然后突然合上给定开关SG，即突加给定起动电动机，用慢扫描示波器观察和记录系统加入电流截止负反馈环节后的电流Id和转速n的动态波形曲线。（2）测定挖土机特性具有电流截止负反馈环节的转速负反馈单闭环调速系统的静特性是挖土机特性，其测定方法如下：逐渐增加给定电压，使电动机转速慢慢上升至额定转速，然后合上负载开关SL，改变负载变阻器的阻值，使主回路电流升至额定电流IN，记录额定工作点的数据（,）。然后继续改变负载变阻器，使电流超过截止电流值，转速下降到零为止。记录几组转速和电流的数据，可画出挖土机特性。n（r/min）Id（A）六、实验注意事项1触发电路正常后，方可合上主回路电源开关SW。2在系统未加入电流截止负反馈环节时，不允许突加给定开关SG起动电动机，这时，每次起动时必须慢慢增加给定，以免产生过大的冲击电流。更不允许通过突合主回路电源开关SW起动电动机。七、实验思考题1如何判别触发脉冲的零位?2测定开环特性和闭环特性时,Ud和控制角是如何变化的?3在接入和不接入ASR时, 如何确定给定电压的极性?4如果接错转速反馈的极性，会产生什么现象？转速反馈接线脱落又会产生什么现象?实验三 转速、电流双闭环直流调速系统一、实验目的1了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。2掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。3测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。4了解调节器参数对系统动态性能的影响。二、实验系统组成及工作原理双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图2-1所示。实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改变转速给定电压可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR、电流调节器ACR均设有限幅电路，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅起限制起动电流的作用；ACR的输出作为触发器TG的移相控制电压，利用ACR的输出限幅起限制min的作用。当突加给定电压时，ASR立即达到饱和输出，使电动机以限定的最大电流Idm加速起动，直到电动机转速达到给定转速(即)并出现超调，使ASR退出饱和，最后稳定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。三、实验设备及仪器1.主控制屏NMCL-322.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组3. NMCL18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱4.双踪示波器5.万用表四、实验内容1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR、ACR，整定其输出正负限幅值。2.测定电流反馈系数和转速反馈系数，整定过电流保护动作值。3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出和的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能）。4.测定高低速时系统完整的静特性（包括下垂段特性），并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。五、实验步骤及方法1.多环调速系统调试的基本原则(1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。(2)先开环,后闭环。即先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后组成闭环系统。(3)先内环,后外环。即闭环调试时，先调电流内环，然后再调转速外环。2.单元部件参数整定和调试(1)主控制屏开关按实验内容需要设置(2)触发器整定将面板上的Ublf端接地，调整锯齿波触发器的方法同实验1。(3)调节器调零断开主回路电源开关SW，给定电压Ug接到零速封锁器DZS输入端，并将DZS的输出接到ASR和ACR的封锁端。控制系统按开环接线,ASR、ACR的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。a)ASR调零将调节器ASR的给定及反馈输入端接地，调节ASR的调零电位器，使ASR的输出为零。b)ACR调零将调节器ACR的给定及反馈输入端接地，调节ACR的调零电位器，使ACR的输出为零。(4)调节器输出限幅值整定a)ASR输出限幅值整定ASR按比例积分调节器接线，将Ug接到ASR的输入端，当输入Ug为正而且增加时，调节ASR负限幅电位器，使ASR输出为限幅值，其值一般取为V。b)ACR输出限幅值整定整定ACR限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR按比例积分调节器接线，将接到ACR的输入端，用ACR的输出去控制触发移相，当输入为负且增加时，通过示波器观察到触发移相角移至时的电压即为ACR限幅值Ucm，可通过ACR正限幅电位器锁定。3.电流环调试(电动机不加励磁)(1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。整定时ASR、ACR均不接入系统，系统处于开环状态。直接用给定电压作为接到移相触发器GT以调节控制角，此时应将电动机主回路中串联的变阻器放在最大值处，以限制电枢电流。缓慢增加，使30，然后逐步减小主回路中串联的变阻器的阻值，直至电流，再调整电流变送器FBC中的电流反馈电位器，使电流反馈电压近似等于已经整定好的ASR输出限幅值，并由此判断的极性。继续减小主回路中串联变阻器的阻值，使电流，调整FBC中的过电流保护电位器，使过电流保护动作，并加以锁定。(2)系统限流性能的检查和电流反馈系数的测定。将电流调节器ACR接成PI调节器,其参数参考值为，然后接入控制回路。将电流负反馈信号Ui接入ACR组成电流闭环，通过给定器G直接给ACR加上给定电压，并使。观察主回路电流是否小于，若出现，则说明原先整定的电流反馈电压偏小。导致Ui偏小的原因是ACR给定回路及反馈回路的输入电阻有差值。必须重新调整电流变送器FBC中的电流反馈电位器，使增加，直至满足要求为止。若当时，主回路电流，则可继续减小串联变阻器的阻值，直至全部切除，应增加有限，小于过流保护值，这说明系统已经具有限流保护效果。在此基础上测定值，并计算出电流反馈系数。(3)电流环动态特性的研究。在电流环的给定电压情况下,改变主回路串联变阻器的阻值，使，然后突减或突加给定电压，观察并用数字示波器记录电流波形。在下列情况下再突加给定，观察电流波形，研究给定值和调节器参数对电流环动态特性的影响。a)减小电流给定值;b)改变ACR反馈回路电容(相当于改变调节器的时间常数);c)改变ACR的比例放大系数(调节器的时间常数不变)。4转速环调试(电动机加额定励磁)(1)转速反馈极性及转速反馈系数的测定。测试时电动机应该加额定励磁，先不接入ASR(或将ASR接成1:1的比例调节器)，转速开环，给定电压直接送入触发器GT的处，逐渐增加，使(主回路串联电阻切除)，同时调整转速反馈环节FBS的输出电压,使其为V。判别的极性并计算转速反馈系数值。(2)转速环动态特性的研究。将ASR接成PI调节器，其参数参考值为，然后组成转速、电流双闭环系统。用示波器观察并记录下列情况下的波形。a)突加给定b)突加负载（同轴发电机作为负载，使电流）c)突减负载改变下列参数，重复上述试验。a)改变给定电压大小b)改变ASR反馈电容Cnc)改变ASR比例放大系数根据上述结果分析并选择出ASR的最佳参数和动态性能指标。5.系统静特性测定(1)调节转速给定电压及发电机负载电阻Rg，使,改变发电机负载电阻，即可测出系统静特性曲线。(2)降低给定电压，分别测出，时的静特性曲线(或根据教师给出的，指标进行测定)。六、实验注意事项1双踪示波器两个探头的地线是通过示波器外壳短路的，故在使用时必须使两个探头的地线同电位(只用一根地线即可)，以免造成短路事故。2系统开环运行时，不能采用突加给定电压的方法起动电动机，必须逐渐增加给定电压，以免产生过大的电流冲击。3调试电流环时,不要让电动机在大电流下堵转时间太长,以免电动机因过度发热而损坏。七、实验思考题1过电流保护环节的工作原理是什么？怎样整定？2如何估计ASR、ACR参数变化对动态过程的影响？3要改变转速应调节什么参数？要改变最大电流应调节什么参数？4电流负反馈线未接好或极性接错，会产生什么后果？5转速反馈线接错极性会产生什么现象？实验四 三相交流电动机SPWM交流变频调速系统一、实验目的1.加深理解异步电动机变压变频调速的基本工作原理。2.熟悉PWM变频器主回路结构和异步电动机转速开环变压变频调速系统的基本结构。3. 异步电动机转速开环变压变频调速系统机械特性。二、实验系统组成及工作原理异步电动机变压变频调速实验系统如图4-1所示，主回路由不可控整流桥、直流滤波环节、全控型电力电子器件IGBT或POWER-MOSFET构成的逆变桥组成，M为三相异步电动机，G为负载直流发电机。控制器包括驱动电路、微机数字控制器、控制键盘和运行显示等几部分。实验图4-1 异步电动机转速开环变压变频调速系统三、实验设备及仪器1. NMCL-32主控制2.三相异步电动机-负载直流发电机组3. NMCL-13A挂箱4.双踪示波器5.万用表，电压表，电流表四、实验内容1.用SPWM变频器给三相异步电动机供电，实现变频调速运行。2.观测在不同频率和不同负载下的输出电流波形，测试开环机械特性。3.改变V/f曲线，观察变频器在不同低频补偿条件下的低速运行情况。4.改变加速时间，观察加速过程。五、实验步骤及方法1. 实验系统的连接按实验图4-1连接系统，合上控制电源开关，电源指示灯亮，表示微机系统处于等待接受指令状态，按“运行”或“停止”按钮可启动或停止调速系统的运行。2. 变频调速将负载直流发电机输出电路断开，按“运行”按钮使调速系统进入运行状态，通过给定电位器或键盘改给定频率，记录不同频率下三相异步电动机的空载转速和空载定子电流，并用示波器观测电流波形，注意定子电流的幅值和频率。频率转速定子电流3.测试开环机械特性(1) 基频开环机械特性测试接通负载直流发电机输出电路，并将负载电阻调到最大，按“运行”按钮使变频器进入运行，将频率给定设定为50Hz，逐步减小负载电阻，记录异步电动机的转速、定子电流和负载直流发电机的输出电压和电流。实验过程中应使定子电流小于1.2倍的额定电流，如调速系统不能带载启动，可先断开负载直流发电机励磁，待启动后再接通励磁。频率给定：50Hz转速定子电流负载电压负载电流(2) 基频以下和基频以上开环机械特性测试在基频以下和基频以上各选择一个频率作为给定，重复上述实验。频率给定（基频以下）：转速定子电流负载电压负载电流频率给定（基频以上）：转速定子电流负载电压负载电流(3) 机