机电传动控制实验指导书

1、机电传动控制实验指导书2014年3月实验一 他励直流电动机（2节）一、实验目的1、 学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。2、 掌握他励直流电动机的接线方法，以及启动、换向、调速和制动的方法。3、 掌握使用相关仪器仪表测量他励直流电动机的工作特性和机械特性。二、实验设备及仪器1、 NMEL系列电机教学实验台的主控制屏（NMCL-II）。2、 电机导轨及涡流测功机、转矩/转速调节及测量组件（NMEL-13）。3、 可调直流稳压电源（NMEL-18，含直流电压、电流、毫安表）4、 直流电压、毫安、安培表（NMEL-0010）。5、 直流他励电动机（M03）。6、 波形测试及开关板（NMEL-0

2、5）。7、 可调电阻箱（NMEL-03/4）三、实验内容及步骤实验电路图1-1M ：他励直流电动机（M03）。U1：可调直流稳压电源（NMEL-18/1），为电枢绕组供电。Uf：可调直流稳压电源（NMEL-18/2），为励磁绕组供电。R1：电枢调节电阻（NMEL-03/4）。Rf：励磁调节电阻（NMEL-03/4）。RL：能耗制动限流电阻（NMEL-03/4中的900可变电阻）。S ：能耗制动开关（NMEL-05）。V1：可调直流稳压电源自带直流电压表（NMEL-18/1）。A ：可调直流电源自带直流电流表（NMEL-18/1），或量程为2A的直流电流表（NMEL-0010）。V2：量程300

3、V的直流电压表（NMEL-0010）。mA：可调直流电源自带直流毫安表（NMEL-18/2），或量程为200mA的直流电流表（NMEL-0010）。G ：涡流测功机，涡流测功机的转矩/转速调节（NMEL-13）。按实验电路图1-1所示连接好实验设备和线路。经检查无误后，按以下项目及步骤进行实验，测量实验数据。根据数据计算分析后完成实验报告。1、 他励直流电动机的启动（先励磁通电，后电枢通电）（1） 将R1调至最大，Rf调至最小，将MEL-13“转速控制/转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底(转矩最小)。开关S扳向“1”端位置。（2） 将直流电源U1（电枢电源）电压

4、调至最小，直流电源Uf（励磁电源）电压调至最大。（3） 按以下顺序操作开关：合上电源总开关（实验台侧面）按下绿色“闭合”按钮励磁电源船形开关扳至“ON”位置电枢电源船形开关扳至“ON”位置。此时，直流电源的绿色发光二极管亮，表明直流电源接通工作。（4） 旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源U1输出220V电压。（5） 减小R1至最小使电机旋转起来，观察旋转方向和转速。2、 他励直流电动机的调速（1） 改变电枢电流大小，通过调节R1的大小实现，调节时观察转速的变化。（2） 改变励磁电流If大小，通过调节Rf的大小实现，调节时观察转速的变化。（3） 调节NMEL-13上的转矩设定电位器（假负载）

5、，观察转速的变化。注意转矩不要超过1.1N.m，以免发生堵转现象。3、 他励直流电动机的换向（1） 将R1调至最大，“转矩设定”电位器逆时针调到零，先断开电枢回路的可调直流电源开关，再断开励磁电源开关，使电动机停车。（2） 将电枢绕组或励磁绕组的两端接线对调后，再按前述启动方法启动电动机，观察电动机的旋转方向和转速。注意，不能同时对调电枢绕组和励磁绕组的接线；否则，电机旋转方向不会改变。4、 他励直流电动机的能耗制动（1） 开关S扳向“1”端位置，启动电机，待运转正常后，将开关S扳向中间位置切断电源供电，使电机处于自由停机状态，记录电机转子停止转动所需时间。（2） 再将开关S扳向“1”端位置重

6、新启动电动机，待运转正常后，把S扳向“2”端，使电机处于能耗制动状态，记录电机转子停止转动所需时间。（3） 选择不同RL阻值（900和450），观察对停机时间的影响。5、 他励直流电动机的机械特性（1） 将R1调至零（或短接），启动电机后，调节直流可调稳压电源的直流电压U1=220V，再分别调节Rf（或励磁电源电压）和NMEL-13上的“转矩设定”旋钮（不超过1.1N.m），使电动机达到额定值：Ua=UN=220V、Ia=IN、n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定值）。（2） 保持Ua=UN、If=IfN不变的条件下，逆时针调节“转矩设定”旋钮，逐次减小电动机

7、的负载，读取电动机电枢电流Ia、转速n和转矩T2的测量值，取8组数据填入表1-1中。实验数据Ia（A）N（r/min）T2（N.m）计算数据P2（w）P1（w）（%）n（%）表1-1 他励直流电动机的机械特性UaUN220V IfIfN A 6、 他励直流电动机的调速特性（1） 改变电枢电压调速第一步，启动电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载（调节“转矩设定”电位器）、电枢电压和Rf，使电机的UaUN、Ia0.5IN、IfIfN，记录此时的T2 N.m。第二步，保持T2、IfIfN不变，逐次增加R1阻值（降低电枢电压Ua），R1从零调至最大值，每次读取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流I

8、a的测量值，取8组数据填入表1-2中。表1-2 他励直流电动机的改变电枢电压调速特性Ua（V）n（r/min）Ia（A） IfIfN A, T2 N.m（2） 改变励磁电流调速第一步，启动电机后，将R1和Rf调至零，调节可调直流电源的输出电压，调节“转矩设定”电位器，使电动机的UaUN220V,Ia=0.5IN，记录此时的T2 N.m。第二步，保持T2和UaUN不变，逐次增加Rf阻值，直至n1.3nN，每次读取电动机的n、If和Ia的测量值，取8组数据填写入表1-3中。表1-3 他励直流电动机的改变励磁电流调速特性n（r/min）If（A）Ia（A） UUN220V，T2 N.m四、实验结果分

9、析1、 由表1-1计算出P2和，并绘出n、T2、f(Ia)及nf(T2)的特性曲线。电动机输出功率：P20.105nT2（输出转矩T2的单位为Nm，转速n的单位为rmin）电动机输入功率：P1UI电动机输入电流：IIaIfN电动机效率：100转速变化率：n100（no空载转速，转矩为零时的转速）2、 由表1-2绘出电动机调速特性曲线nf（Ua），由表1-3绘出电动机调速特性曲线nf（If），分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。五、思考题1、什么是直流电动机的机械特性？2、直流电动机调速原理是什么？3、能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系？为什么？该制动方

10、法有什么缺点？4、他励直流电动机带负载运行时，当励磁回路断线时是否一定会出现“飞速”？为什么？实验二 三相异步电动机（2节）一、实验目的1、 掌握三相异步电动机的启动、换向和调速方法。2、 测取三相异步电动机的机械特性。二、实验设备及仪器1、 NMEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。2、 电机导轨及测功机G、矩矩/转速调节及测量组件（NMEL-13）。3、 交流电压、毫安、安培表（NMEL-0010）。4、 可调电阻箱（NMEL-03/4）。5、 波形测试及开关板（NMEL-05）。6、 三相笼型异步电动机（M04）。7、 三相绕线型异步电动机（M09）三、实验内

11、容和步骤1、 三相笼型异步电动机的直接启动（全压启动）实验电路图2-1（1） 按实验电路图2-1所示接线，电机导轨和NMEL-13连接良好，交流电压表和电流表数字式或指针式均可。开关S扳向左边（电机绕组为接线）。（2） 启动前，把“转矩设定”调节旋钮（NMEL-13）逆时针调到底，“转速/转矩控制”选择开关（NMEL-13）扳向“转矩控制”。（3） 把三相交流电源调节旋钮逆时针旋到底，合上“闭合”开关。调节旋钮使交流输出电压达到电机额定电压220V，使电机启动旋转（观察MEL-13的转速表，如电机旋转方向不符合要求，则须切断电源，对换任意两根与电机绕组连接的相线，再重新启动电动机）。（4） 断

12、开三相交流电源，待电机完全停转后，再接通三相交流电源，使电机全压启动，观察电机启动瞬间电流值。（5） 启动电流IST、启动转矩TST的测算：断开三相交流电源，将调压器调至零位，用起子插入测功机堵转孔中，然后合上三相交流电源，调节调压器，使电机电流达到23倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK（电机堵转时的电压、电流和转矩）填入表2-1中。最后按照表2-1中的公式计算出启动电流和启动转矩。注意，通电时间不超过10s，以免绕组过热烧毁。表2-1 三相笼型异步电动机全压启动的启动值测算测量值计算值UK（V）IK（A）TK（N.m）IST（A），UN=220VTST（N.m）2、 三相笼型

13、异步电动机的Y-降压启动（1） 启动前，把三相调压器调至零位，开关S扳向右边（电机绕组为Y接线）。合上电源开关，调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停止转动。（2） 电机完全停转后，合上电源开关，观察启动瞬间电流，与全压启动方式的启动瞬间电流作定性比较。然后把开关S扳向左边（电机绕组为接线），电机进入正常运行，启动过程结束。3、 三相笼型异步电动机的正反转（1） 开关S扳向左边（电机绕组为接线）。启动前，把“转矩设定”调节旋钮（NMEL-13）逆时针调到底，“转速/转矩控制”选择开关（NMEL-13）扳向“转矩控制”。（2） 把三相交流电源调节旋钮逆时针

14、旋到底，合上“闭合”开关。调节旋钮使交流输出电压达到电机额定电压220V，使电机启动旋转，注意观察电机旋转方向（顺时针还是逆时针）。（3） 切断电源，对换任意两根与电机绕组连接的相线，再重新启动电动机。注意观察电机旋转方向（顺时针还是逆时针）。4、 三相笼型异步电动机的机械特性测取（1） 启动电机前，将开关S板向右边（电机为Y接法），将三相调压器旋钮逆时针调到底，并将NMEL-13中“转速/转矩控制”选择开关扳向“转速控制”，并将“转矩/转速设定”调节旋钮顺时针调到底。（2） 按下绿色“闭合”按钮，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，启动电机。观察电机的旋转方向是否符合要求。（3）

15、 逆时针缓慢调节“转矩/转速设定”旋钮，经过一段时间的延时后，电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200r/min左右（注意：转速低于200r/min，有可能造成电机转速不稳定。）（4） 在空载转速至200r/min范围内，测取9组转速n、转矩T数据（其中在最大转矩附近多测几点）填入表2-2中。表2-2 三相笼型异步电动机的机械特性测取（UN=220V、Y形接法）序 号123456789转速（r/min）转矩（N.m）（5） 转速降至200r/min后，再顺时针回调“转矩/转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读取9组转矩T、转速

16、n数据填入表2-3中。表2-3 三相笼型异步电动机的机械特性测取（UN=220V、Y形接法）序 号123456789转速（r/min）转矩（N.m）5、三相绕线型异步电动机的机械特性测取实验电路图2-2（1） 按实验电路图2-2连接线路，测试电机用三相绕线型异步电动机M09（Y接法）。电压表和电流表的选择同前，转子调节电阻RS1、RS2、RS3采用NMEL-03/4中的绕线电机起动电阻。将NMEL-13中“转速/转矩控制”选择开关扳向“转速控制”，并将“转矩/转速设定”调节旋钮顺时针调到底。（2） 绕线电机的转子调节电阻调到零（三只旋钮顺时针到底），顺时针调节调压器旋钮，使电压升至180V，电

17、机开始启动至空载转速。逆时针调节“转速设定”旋钮，M09的负载随之增加，电机转速开始下降，继续逆时针调节该旋钮，电机转速下降至100r/min左右。在空载转速至100r/min范围时，读取9组转矩T、转速n数据填入表2-4中。表2-4 三相绕线型异步电动机的机械特性测取（U=180V Y接法 RS=0）序 号123456789转速（r/min）转矩（N.m）（3） 转子调节电阻调到2（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据填入表2-5中。表2-5 三相绕线型异步电动机的机械特性测取（U=180V Y接法 RS=2）序 号123456789转速（r/min）转矩（N.m

18、）（4） 转子调节电阻调到5（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据填入表2-6中。表2-6 三相绕线型异步电动机的机械特性测取（U=180V Y接法 RS=5）序 号123456789转速（r/min）转矩（N.m）四、实验结果分析1、 根据表2-1的数据，可得出三相笼型异步电动机的全压启动电流是额定电流的多少倍？启动转矩是额定转矩的多少倍？2、 按照实验电路图2-1所做的Y-降压启动实验，根据观察的结果，对三相笼型异步电动机的Y-降压启动与全压启动比较一下，启动电流和启动转矩有何变化？3、 根据所测的实验数据表2-2、2-3，绘出三相笼型异步电动机的nf（T）曲线

19、。4、 根据所测的实验数据表2-4、2-5、2-6，绘出三相绕线型异步电动机的nf（T）曲线。五、思考题1、 为什么对换任意两根与三相异步电机绕组连接的相线可改变电机的旋转方向？2、 正在运行的三相异步电动机，发生堵转时电动机电流发生什么变化？为什么？3、 三相绕线型异步电动机的转子串联附加电阻后，其机械特性将如何变化？为什么？实验三 步进电动机（2节）一、实验目的1、 加深了解步进电动机的驱动电源和电机的工作情况。2、 步进电动机基本特性的测定。二、实验设备及仪器1、 NMEL系列电机教学实验台主控制屏。2、 电机导轨及测功机（NMEL-13）3、 步机电机驱动电源（MEL-10）4、 步进

20、电机M105、 双踪示波器6、 直流电流表（NMEL-0010）三、实验内容和步骤1、 驱动波形观察（1） 在不接电机情况下（如果接上步进电机运行，因干扰严重无法测量信号波形），合上步进驱动电源船形开关，分别按下MEL-10上的“连续”控制开关和“正转/反转”、“三拍/六拍”，“启动/停止”开关，使驱动电源按正转三拍连续运行状态输出脉冲信号。（2） 用示波器观察CP脉冲信号输出波形，改变“调频”电位器旋钮，频率变化范围应不小于5Hz1KHz，也可从频率计上读出脉冲频率。（3） 用示波器观察驱动电源输出的三相A、B、C脉冲信号波形之间的相序，以及与CP脉冲波形之间的关系。（4） 按下“三拍/六拍

21、”开关，使电源按正转六拍连续运行状态输出脉冲信号，重复（2）和（3）的步骤。注意，每次改变电机运行，均需先弹出“启动/停止”开关，再按下“复位”按钮，再重新启动。（5） 按下“正转/反转”开关，使电源处于反转三拍连续运行状态输出脉冲信号，重复（2）和（3）的步骤。2、 步进电机特性的测定和动态观察（1） 按实验电路图3-1所示接线，测功机和步进电机脱开，接线时需断开控制电源。注意，步进电机驱动系统中控制信号部分电源和功放部分电源是不同的,绝不能将电机绕组接至控制信号部分的端子上,或将控制信号部分端子和电机绕组部分端子以任何形式连接。（2） 单步运行状态：分别以“三拍”和“六拍”工作方式接通电源

22、，按下“单步”琴键开关，“复位”按钮，“清零”按钮，最后按下“单步”按钮。每按一次“单步”按钮，步进电机将走一步距角，不断按下“单步”按钮，电机转子也不断作步进运行，按下“正转/反转”开关，电机作反向步进运动。实验电路图3-1（3） 角位移和脉冲数的关系：按下“置数”琴键开关，给拔码开关预置步数，分别按下“复位”、“清零”按钮，记录电机所处位置。按下“启动/停止”开关，电机运转，观察并记录电机偏转角度，填入表3-1中。并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。表3-1 步进电动机角位移和脉冲数关系的测试序 号预置步数实际转子偏转角度理论电机偏转角度12进行上述实验时，若电机处于失步状态，则数

23、据无法读出，须调节“调频”电位器，寻找合适的电机运转速度（可观察电机是否能正常实现正反转），使电机处于正常工作状态。（4） 空载突跳频率的测定：电机处于连续运行状态，按下“启动/停止”开关，调节“调频”电位器旋钮使频率逐渐提高。弹出“启动/停止”开关，电机停转，再重新起动电机，观察电机能否运行正常，如正常，则继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频率，记为_Hz。（5） 空载最高连续工作频率的测定：步进电机空载连续运转后，缓慢调节“调频”电位器旋钮，使电机转速升高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则继续缓慢提高频率，直至电机停转，则该频率为步进电机最高连续工

24、作频率，记为_Hz。（6） 转子振荡状态的观察：步进电机脉冲频率从最低开始逐步上升，观察电机的运行情况，有无出现电机声音异常或电机转子来回偏转，即出现步进电机的振荡状态。（7） 定子绕组中电流和频率的关系：电机在空载状态下连续运行，用示波器观察取样电阻Ri波形，即为控制绕组电流波形，改变频率，观察波形的变化。（8） 在停机条件下，将测功机和步进电机同轴联接，起动步进电机，并调节NMEL-13的“转矩设定”旋钮，观察定子绕组电流波形。（9） 平均转速和脉冲频率的关系：电机处于连续运行状态，改变“调频”旋钮，测量频率f（由频率计读出）与对应的转速n，填入表3-2中。从中得出n=f（f）曲线。表3-

25、2 步进电机的转速与信号频率特性序 号f（Hz）n(r/min)12345（10） 矩频特性的测量：电机处于连续空载运行状态，缓慢顺时针调节“转矩设定”旋钮，对电机逐渐增大负载，直至电机失步，记录此时的转矩值。改变频率，重复上述过程得到一组频率f对应的转矩T值，即为步进电机的矩频特性T=f（f），填入表3-3中。（11） 静力矩特性的测量：断开电源，将直流电流表（5A量程档）串入控制绕组回路中，将“单步”控制琴键开关和“三拍/六拍”开关按下，用起子将测功机堵住。合上船形开关，按下“复位”按钮，使C相绕组通电，缓慢转动步进电机手柄，观察NMEL-13转矩显示的变化，直至测功机发出“咔嚓”一声，转

26、矩显示开始变小，记录变小前的力矩，即为对应电流I的最大静力矩Tmax的值。改变“电流调节”旋钮，重复上述过程，可得一组电流I值及对应I值的最大静力矩Tmax值，即为Tmax=f(I)静力矩特性。可取5组记录于表3-4中。表3-3 步进电机的矩频特性序 号f（Hz）T（N.m）12345表3-4 步进电机的最大静力矩特性序 号I（A）Tmax（N.m）12345为提高精确度，同一电流下，可重复3次取其转矩的平均值，每次转动步进电机手柄前，应先将测功机堵转起子拿出，待测功机回零后，再重新将起子插入测功机堵转孔中。四、实验结果分析1、 根据实验现象和数据，步进电机在三拍、六拍工作方式下，单步运行的步

27、距角各是多少。2、 根据实验现象和数据，总结步进电机的角位移和脉冲数的关系。3、 根据实验现象和数据，写出步进电机的空载突跳频率和空载最高连续工作频率。4、 根据实验现象和数据，绘出n=f（f）、T=f（f）和Tmax=f（I）曲线五、思考题1、 影响步进电机步距的因素有哪些？采用何种方法步距最小？2、 平均转速和脉冲频率的关系怎样？为什么特别强调是平均转速？3、 最大静力矩特性是怎样的特性？4、 如何对步进电机的矩频特性进行改善？实验四 单结晶体管触发电路及单相半波可控整流电路（2节）一、实验目的1、 熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及各元件的作用。2、 掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方

28、法。3、 对单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感负载时工作情况作全面分析。4、 了解续流二极管的作用。二、实验设备及仪器1、 NMCL教学实验控制台及电源控制屏（MEL-002T组件）。2、 单结晶体管触发电路（NMCL-05E组件）。3、 L平波电抗器（NMCL-331组件）。4、 Rd可调电阻（NMEL-03/04组件）。5、 二极管（NMCL-33组件）。6、 双踪示波器、交流电压表、直流电压表、直流电流表和万用表。三、注意事项1、 双踪示波器的使用双踪示波器有两个探头，可以同时测量两个信号，但这两个探头的地线都与示波器的外壳相连接，所以两个探头的地线不能同时接在某一电路的不同两点上

29、，否则将使这两点通过示波器发生电气短路。为此，在实验中可将其中一根探头的地线取下或外包以绝缘，只使用其中一根地线。当需要同时观察两个信号时，必须在电路上找到这两个被测信号的公共点，将探头的地线接上，两个探头各接至信号处，即能在示波器上同时观察到两个信号，而不致发生意外。示波器探头衰减值为10。2、 保护整流元件（1） 在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。（2） 在控制电压Uct0时，接通主电路电源，然后逐渐加大Uct，使整流电路投入工作。（3） 正确选择负载电阻或电感，须注意防止过流。在不能确定的情况下，尽可能选择较大的电阻或电感，然后根据电流值来调整。（4） 晶闸管具有一定的维

30、持电流IH，只有流过晶闸管的电流大于IH，晶闸管才可靠导通。实验中，若负载电流太小，可能出现晶闸管时通时断，所以实验中，应保持负载电流不小于100mA。（5） 本实验中，因用MCL05E组件中单结晶触发电路控制晶闸管，注意须断开MCL33（MCL53组件)的内部触发脉冲。3、 测量两个同频信号的相位差图4-1见图4-1所示，两个信号的周期在示波器上显示的长度为T，两个信号的时间差在示波器上显示的长度为T1，则把一个完整的信号周期定为360，然后将两个信号在X轴上时间差换成角度值，这个角度值就是两个信号的相位差。四、实验内容和步骤1、 单结晶体管触发电路的调试及各点波形观察（1） 按照图4-2所

31、示，将NMCL-05组件左上角的同步电压输入接电源控制屏的U、V输出端。（2） 合上MEL-002T的主电源开关，再按下主控制屏的绿色“闭合”按钮，然后调节控制台侧面的旋钮，使U、V两端电压达到220V。此时，NMCL05E触发电路箱内部的同步变压器TB原边接有220V，副边输出为60V（单结晶体管触发电路），经半波整流后输出直流电压约30V（单结晶体管触发电路的“1”、“2”两端电压）。（3） 用示波器观察触发电路单相半波整流输出（“1”），梯形电压（“3”），锯齿波电压（“4”）及单结晶体管输出电压（“5”、“6”）等波形。（4） 用示波器同时去观测（“1”）与（“6”）对地（“2”）的波

32、形，调节移相可调电位器RP，观察“1”和“6”信号相位差能否在30180（相位差就是控制角）范围内变化。图4-22、单相半波整流电路带电阻性负载时的特性测定（1） 负载Rd接可调电阻，调节其阻值1K，短接电感L，不接续流二极管V5。（2） 合上主电源，调节脉冲移相电位器RP，分别用示波器观察控制角a60、90、120时（a就是信号“1”和“6”的相位差）负载电压Ud，晶闸管VT4的阳极、阴极电压波形Uvt。测量负载电压Ud及电源电压U2（取整数），记录在表4-1中与计算值比较。表4-1 （Rd1K）U2、Ud6090120Ud计算值测量值计算值测量值计算值测量值U2根据表4-1的测量数据验证公

33、式 是否成立。3、单相半波可控整流电路带电阻电感性负载，无续流二极管的特性测定串入平波电抗器L，不接续流二极管V5，在不同阻抗角（改变Rd数值，阻值范围在5001000）情况下，观察并记录a30O、60O、90O、120O时的Ud、id值及Uvt的波形。注意调节Rd时，需要监视负载电流Id，防止电流超过Rd允许的最大电流及晶闸管允许的额定电流。把记录的Ud值填入表4-2中。表4-2 （Rd800、L=100mH，无续流二极管）U2、Ud6090120Ud计算值测量值计算值测量值计算值测量值U24、单相半波可控整流电路带电阻电感性负载，有续流二极管的特性测定接入续流二极管V5，重复“3”的实验步

34、骤。表4-3 （Rd800、L=100mH，有续流二极管）U2、Ud6090120Ud计算值测量值计算值测量值计算值测量值U2五、实验结果分析1、 画出触发电路在=90时的各点波形。2、 画出电阻性负载（=90），Ud、Uvt、id的波形。3、 分别画出电阻电感性负载（=90），当电阻较大和较小时，Ud、Uvt、id的波形。4、 分析续流二极管的作用。六、思考题1、 本实验中能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？为什么？2、 为何要观察触发电路第一个输出脉冲的位置？3、 本实验电路中如何考虑触发电路与整流电路的同步问题？实验五 单相桥式半控整流电路一、实验目的1、研究单相桥式半控整

35、流电路在电阻负载，电阻电感性负载及反电势负载时的工作。2、锯齿波触发电路的工作。3、进一步掌握双踪示波器在电力电子线路实验中的使用特点与方法。二、实验设备及仪器1、MCL-II教学实验台主控制屏及电源控制屏MEL-002T。2、锯齿波触发电路（NMCL-05E）。3、晶闸管和二极管（NMCL-33）。4、L平波电抗器（NMCL-331）。5、Rd可调电阻（NMEL-03/4）。6、调速系统控制单元（NMCL-31）。5双踪示波器、万用表。三、注意事项1、 实验前必须先了解晶闸管的电流额定值（本装置为5A），并根据额定值与整流电路形式计算出负载电阻的最小允许值。2、 为保护整流元件不受损坏，晶闸

36、管整流电路的正确操作步骤（1）在主电路不接通电源时，调试触发电路，使之正常工作。（2）在控制电压Uct0时，接通主电源。然后逐渐增大Uct，使整流电路投入工作。（3）断开整流电路时，应先把Uct降到零，使整流电路无输出，然后切断总电源。四、实验内容及步骤1、电路调试及各点波形观察（1） 将锯齿波触发电路面板左上角的同步电压输入接主电源控制屏的U、V输出端。（2） 合上电源控制屏主电路电源开关，示波器的地线接于“7”端。（3） 观察“1”、“2”孔的波形，了解锯齿波宽度和“1”点波形的关系，观察“3”“5”孔波形及输出电压UG1X1的波形。（4） 调节脉冲移相范围将调速系统控制单元（低电压单元）

37、的“G”输出电压调至0V，即将控制电压Uct调至零，用示波器观察U2电压（即“2”孔）及U5的波形，调节偏移电压Ub（即调RP），使a180O。调节调速系统控制单元（低电压单元）的给定电位器RP1，增加给定电压Uct，观察脉冲的移动情况，要求Uct0时，a180O，以满足移相范围a30180的要求。图512、单相桥式晶闸管半控整流电路供电给电阻性负载：（1） 按图51所示连接电路，并短接平波电抗器L。调节电阻负载Rd至最大（大于400）。（2） 调速系统控制单元（低电压单元）的G给定电位器RP1逆时针调到底Ug0，使Uct0。（3） 合上主电路电源，调节调速系统控制单元（低电压单元）的G给定电

38、位器RP1，使90，测取此时整流电路的输出电压Udf（t），以及晶闸管端电压UVTf（t）波形，并测定交流输入电压U2、整流输出电压Ud，验证 。（4） 调节Ug，分别测取60、90、120时的Ud、Uvt波形和数据，记录于表5-1中。表5-1UdUvt=60图图=90图图=120图图3、单相桥式半控整流电路供电给电阻电感性负载（1） 接平波电抗器，调速系统控制单元的G给定电位器RP1逆时针调到底Ug0，使Uct0。（2） 合上主电源，调节Ug，使90，测取输出电压Ud=f（t）数值。减小电阻Rd，观察波形如何变化，注意观察电流表防止过流。（3） 调节Ug，分别测取60、90、120时的Ud、

39、Uvt波形和数据，记录于表5-2中。表5-2UdUvta=60图图a=90图图a=120图图五、实验报告1、 绘出单相桥式半控整流电路带电阻负载、电阻电感性负载的情况下，当90时的Ud、id、UVT、iVD等波形图并加以分析。2、 作出带电阻负载整流电路的输入输出特性Ud=f（Uct），触发电路特性Uct=f（）及Ud/U2=f（）曲线。3、 分析续流二极管作用及电感量大小对负载电流的影响。六、思考1 在可控整流电路中，续流二极管VD起什么作用？在什么情况下需要接入？2 能否用双踪示波器同时观察触发电路与整流电路的波形？图5-2实验六 双闭环可逆直流脉宽调速系统一、实验目的1、 掌握双闭环可逆

40、直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2、 熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。3、 熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。4、 掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。二、实验设备及仪器1、 MCL系列教学实验台主控制屏。2、 MCL18组件（适合MCL)或MCL31组件（适合MCL）。3、 MCL10组件或MCL10A组件。4、 MEL-11挂箱。5、 MEL03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。6、 电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL13组件。7、 直流电动机M03。8、 双踪示波器

41、。三、实验系统的组成和工作原理TAU-UiASRACRUPWDLDGDPWMFAGMTGM 图61 双闭环脉宽调速系统的原理图双闭环脉宽调速系统的系统组成和基本原理见图61所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET所构成的H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，GD为MOS管的栅极驱动电路，FA为瞬时动作的过流保护。脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。四、注意事项1、 直流电动机工作前，必须先加上直流励磁。2、 接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可

42、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7F）。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、 系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。5、 起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。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。8、 实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸

43、合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。五、实验内容和步骤1、 PWM控制器SG3525（MCL-10组件上）性能测试（1） 分别连接“3”和“5”、“4”和“6”、“7”和“27”、“31”和“22”、“32”和“23”，然后打开面板右下角的电源开关。（2） 用示波器观察“25”端的电压波形，记录波形的周期，幅度（需记录S1开关拨向“通”和“断”两种情况）（3） S5开关打向“OV”, 用示波器观察“30”端电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50。（4） S5开关打向“给定”分别调节RP3、RP4，记录“30”端输出波形的最大占空比和最小占空比。（分别记录

44、S2打向“通”和“断”两种情况）2、 控制单元调试（1） 逻辑延时时间的测试S5开关打向“0V”，用示波器观察“33”和“34”端的输出波形。并记录延时时间。td=（2） 同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试分别连接“7”和“8”、“10”和“11”，“12”和“13”、“14”和“15”、“16”和“17”、“18”和“19”，用双踪示波器分别测量VVT1。GS和VVT2。GS以及VVT3。GS和VVT4。GS的死区时间。 td.VT1.VT2= td.VT3.VT4=注意，测试完毕后，需拆掉“7”和“8”以及“10”和“11”的连线。3、 系统开环调试（1） 速度反馈系数的调试断开主电源，

45、并逆时针调节调压器旋钮到底，断开“9”、“10”所接的电阻，接入直流电动机M03，电机加上励磁。S4开关扳向上，同时逆时针调节RP3电位器到底，合上主电源，调节交流电压输出至220V左右。调节RP3电位器使电机转速逐渐升高，并达到1400rmin，调节FBS的反馈电位器RP，使速度反馈电压为2V。注： MCL、无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。（2） 系统开环机械特性测定参照速度反馈系数调试的方法，使电机转速达1400r/min，改变测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻Rd），在空载至额定负载范围内测取78个点，记录相应的转速n和转矩M（或直流发电机电流id） n=1400r/minn(

46、r/min)id(A)M(N.m)调节RP3，使n=1000/min和n=500r/min，作同样的记录，可得到电机在中速和低速时的机械特性。n=1000r/minn(r/min)id(A)M(N.m)n=500r/minn(r/min)id(A)M(N.m)断开主电源，S4开关拨向“负给定”，然后按照以上方法，测出系统的反向机械特性。4、 系统闭环调试将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。按图62接线（1）速度调节器的调试（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MEL11电容器，预置57F；（c）调节RP1、RP2使输出限幅为2

47、V。（2）电流调节器的调试（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MEL11电容器，预置57F；（c）S5开关打向“给定”，S4开关扳向上，调节MCL-10的RP3电位器，使ACR输出正饱和，调整ACR的正限幅电位器RP1，用示波器观察 “30”的脉冲，不可移出范围。S5开关打向“给定”，S4开关打向下至“负给定”，调节MCL-10的RP4电位器，使ACR输出负饱和，调整ACR的负限幅电位器RP2，用示波器观察 “30”的脉冲，不可移出范围。5、 系统稳态、动态特性测试（1）机械特性n=f（Id）的测定S5开关打向“给定”，S4开关扳向上，调节MCL-10

48、的RP3电位器，使电机空载转速至1400 r/min，再调节测功机加载旋钮（或发电机负载电阻Rg），在空载至额定负载范围内分别记录78点，可测出系统正转时的静特性曲线n=f（Id）n(r/min)I(A)S5开关打向“给定”，S4开关打向下至“负给定”，调节MCL-10的RP4电位器，使电机空载转速至1400 r/min，再调节测功机加载旋钮（或发电机负载电阻Rg），在空载至额定负载范围内分别记录78点，可测出系统反转时的静特性曲线n=f（Id）n(r/min)I(A)（2）闭环控制特性n=f(Ug)的测定S5开关打向“给定”，S4开关扳向上，调节MCL-10的RP3电位器，记录Ug和n，即可

49、测出闭环控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)6、 H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用光线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MCL-03的ACR的第“1”端 转速波形的观察可通过MCL-03的ASR的第“1”端。以下的实验方法针对MCL-10A组件：1SG3525性能测试（1）用示波器观察“1”端的电压波形，记录波形的周期、幅

50、度。（2）用示波器观察“2”端的电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50%。（3）用导线将“G”的“1”和“UPW”的“3”相连，分别调节正负给定，记录“2”端输出波形的最大占空比和最小占空比。2控制电路的测试（1）逻辑延时时间的测试在上述实验的基础上，分别将正、负给定均调到零，用示波器观察“DLD”的“1”和“2”端的输出波形，并记录延时时间td= （2）同一桥臂上下管子驱动信号列区时间测试分别将“隔离驱动”的G和主回路的G相连，用双踪示波器分别测量VVT1.GS和VVT2.GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的列区时间：tdVT1.VT2=tdVT3.VT4=3开环系统调试按图611a接线（1）电流反馈系数的调试a将正、负给定均调到零，合上主控制屏电源开关，接通直流电机励磁电源。b调节正给定，电机开始起动直至达1800r/minc给电动机拖加负载，即逐渐减小发电机负载电阻，直至电动机的电枢电流为1A。d调节“FBA”的电流反馈电位器，用万用表测量“9”端电压达2V左右。（2）速度反馈系数的调试在上述实验的基础上，再次调节电机转速的1400r/min，调节M