电力拖动自动控制系统试验报告之欧阳主创编

1、欧阳主创编2021.02.17电力拖动自动控制系统实验报告创作：欧阳主时间：2021.02. 17实验一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PlMfll专用集成电路IG5525的组成、功能与工作原 理。3. 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 整定。二，实验内容：1. PUim控制器JG5515的性能测试。2. 控制单元调试。3. 测定开环和闭环机械特性ft = f(ld)o4闭环控制特性n = f(UQ)的测定。三. 实验系统的组成和工作原理GM 双闭环脉宽调速系统的原理框图如图

2、6-10所示。图中可逆 puim变换器主电路系采用moifET所构成的II型结构形式， UPIM为脉宽调制器，DID为逻辑延时环节，GD为管的栅 极驱动电路，M为瞬时动作的过流保护。图AM双闭环脉告调速系统的塑图'威詁三卜庄応囁三加列速系在中小矗黎统具有更甲的优越性，因而欧阳主编统比相控ASR得到代济20?1 0? 17脉宽调制器UPIM采用美国硅通用公司（Silicon Genercil）的第 二代产品SG5515,这是一种性能优良，功能全、通用性强的单 片集成Pllltn控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大 简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。四. 实验设备及仪器

3、1. mci系列教学实验台主控制屏。2. mci-i8组件（适合mci-ll）或mci-y i组件（适合mci-III） os. mci-io组件或mci-ion组件。4. men i挂箱s. mci-os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moi （或电机导轨及 测功机、组件。7. 直流电动机mojo8. 双踪不波器。五. 注意事项1. 直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。2. 接入MR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把MR的RP5电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，的“5、端接入可调电容（预置7卩了）。，测取静特性时，须注意主电路电流

4、不许超过电机的额定值（in） o4. 系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。s.起动电机时，需把meus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. 实验时需要特別注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该 继电器未吸合，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。六. 实验方法采用mci-io组件I. SG5515性能测试分别连接订和"

5、5、7 和f、“7 和TH”、"$|和“22、和F$，然后打开面板右下角的电源开关。（I）用示波器观察端的电压波形，记录波形的周期，幅 度（需记录$1开关拨向通和断两种情况）（2） $5开关打向“OV.用示波器观察叮0端电压波形，调节 RP2电位器，使方波的占空比为50%。"开关打向“给定分别调节RPI> IMM,记录端输出波形 的最大占空比和最小占空比。（分别记录$2打向通和“断“ 两种情况）2.控制电路的测试（1）逻辑延时时间的测试S5开关打向W,用示波器观察和端的输出波形。 并记录延时时间。W =（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、“1

6、0和"11-, “12和“1$、和 “15、-16-和W、“18和*19-,用双踪示波器分别测量WTIo GJ 和 V¥T2。G$ 以及 WT5o GJ 和 WT4o G$ 的死区时 间。W.VTI.VT1 =W.VT5.VT4 =注意，测试完毕后，需拆掉“7和“8以及“IO和"II”的连 线。5. 开环系统调试（I）速度反馈系数的调试断开主电源，并逆时针调节调压器旋钮到底，断开<>、io” 所接的电阻，接入直流电动机mo$,电机加上励磁。“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120Y左右。调节RPI电位器使电机

7、 转速逐渐升高，并达到MOOr/mm，调节fBS的反馈电位器 RP，使速度反馈电压为2V。注：如您选购的产品为mci-ni. V,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MOOr/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7-8个点，记录相应的转速n和转矩m （或 直流发电机电流id）1 SGI525性能测试测试示波器观察25端电压波形，开通时,T=IO5.5u/, V=l.Mv； 关断时，Y=l.MVo"开关打向给定，$0端输出波形，开通时，最大占空比05, 最小0；关断

8、时最大0.618,最小0。2. 控制电路测试逻辑延时时间UI"伽/, VTIVT1死区时间VTIVT4死 区时间2.9u/o3. 开环系统调试系统开环机械特性测定正给定n (r/min)140012841235119511541105ld(A)0.210.410.560.700.850.99n (r/min)800713767642618575'd(A)0.250.410.570.720.820.99负给定n(r/min)140013571350133713061274ld(A)0.680.500.350.220.120.02n(r/min)80076775872470268

9、4'd(A)0.730.540.360.250.120.02勺闭环系统调试将Allt.nCR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆 系统。按图&一 II接线(1) 速度调节器的调试(o)反馈电位器R的逆时针旋到底，使放大倍数最小；(b) 乍、f 端接入mci-ll电容器，预置57卩f；(c) 调节IUM、RM使输出限幅为±2Yo(2) 电流调节器的调试(Q)反馈电位器逆时针旋到底，使放大倍数最小；(b)"、f 端接入mEl-ll电容器，预置5邛f；(C)J5开关打向给定“，PI开关扳向上，调节mono的 RP5电位器，使ACR输岀正饱和，调整ACR的正限

10、幅电位 器RPL用示波器观察的脉冲，不可移出范围。S5开关打向给定”，PI开关打向下至“负给定，调节 mcuo的RIM电位器，使IICR输岀负饱和，调整ACR的负 限幅电位器RP2,用示波器观察的脉冲，不可移出范 围。4. 系统静特性测试.机械特性正给定n (r/min)140013991394139313911388ld(A)0.200.360.490.710.861.01n (r/min800800799799798797ld(A)0.220.370.510.690.871.00负给定n (r/min)140014001398139613951394'd(A)0.280.400.5

11、60.710.861.01n (r/min800800798797796795'd(A)0.220.360.510.730.851.00闭环控制特性正给定n (r/min)14001156943719524195Ug (v)4.864.043.312.541.860.74负给定n (r/min)14001130949724542286ld(A)4.733.803.182.411J90.91思考题1. 为了防坠上下桥臂直通，有人把上下桥臂驱动信号死区时间 调的很大，这样做行不行，为什么？你认为死区时间长短由 哪些参数决定？答：不行，死区长会影响输出波形失真，谐波成分增多。死区 时间长短与

12、功率管自身的开通、关断时间以及对输出波形要求 有关2. 与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相对比，试归纳采用 自关断器件的脉宽调速系统优点。答：|功率因素高，谐波污染小；2主电路结构简单；$开关频 率高，频带宽，响应速度和稳速精度好，电枢电流容易连续；4 调速范围宽 实验心得与体会：通过本次实验，我们学习了掌握双闭环可逆直流脉宽调速 系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。熟悉直流 PUim专用集成电路SGS525的组成、功能与工作原理。掌握双 闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数整定。还学习了死区时间的调节长短对输出波形的影响。以及不 同晶闸管和器件Z间的区别等。对双闭环脉宽调

13、速系统的原理 图有了更形象的理解，只要做到了理论联系实际，把课堂上的 东西运用到做实验屮来。在实验的过程中使理论实践化，提高 了我们的动手能力，而且能初步分析实验过程屮遇到的问题并 解决他们。在做实验的过程屮还有一些的不足，但坚信，通过 不断的积累才会越来月熟悉。实验二双闭三相异步电动机调压调速系统一. 实验目的1. 熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作。2. 了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统原理。5. 了解绕线试异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调 速似的机械特性。4. 通过测定系统的静特性和动特性进一步了解交流调压系 统中电流环和转速环的作用二. 实验内容I 测定绕线试异步

14、电动机转子串电阻时的人为机械特性。2.测定双闭环交流调压调速系统的静特性。$测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。三. 实验设备及仪表1. 教学实验台主控制屏。2. nmci-s I 组件。s. nmci-ss组彳牛4. nmci-os三相可调电阻。5. nmci-i8 组件6. nmci-09 组祚乳求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。6断开AJR的乍至Uet的连接线，G （给定）直接加至 Uct且II®调至零，直流电机励磁电源开关闭合。b. 合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输 出，使 Uuv、Uvui、Uuiu = 200Vo注：如您选购的产品为mci-l

15、ll、V,无三相调压器，直接 合上主电源。以下均同。c. 调节给定电压Ug,使直流电机空载转速n0=l500转/ 分，调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载 至额定负载的范围内测取78点，读取整流装置输出电压 Ud,输出电流icl以及被测电动机转速n。Ud (V)210.1214.4215.5217.3217.1212.3id (A)0.5660.5220.5070.4950.4901.544n (r/min)1295132513401348135313115.带转速负反馈有静差工作的系统静特性Q断开6 （给定）和Uct的连接线，ASR的输出接至Uct 把MR的“5、f 点短接。b

16、. 合上主控制屏的绿色按钮开关，调节Uuv, Uvui, Uuiu为 200 伏。c. 调节给定电压llg至,调整转速变换器RP电位器，使 被测电动机空载转速«0=1500转/分，调节AIR的调节电容以 及反馈电位器RPI,使电机稳定运行。调节测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻），在空载至 额定负载范围内测取78点，读取llcl、id. noid (A)0.5290.6000.6560.7100.7750.657Ud (V)179170163156147103n(r/min)12661230120311731131922测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静 特性q.断开

17、air的计、短接线，W、f 端接mei-ii 电容器，可预置7卩r,使成为何（比例一积分）调节器。b.调节给定电压llg,使电机空载转速«0=1500转/分。在 额定至空载范围内测取78个点。id (A)0.5100.5890.6630.7240.7810.958Ud (V)173163153143135102n (r/min)12351190124311001056901四. 实验心得通过本次实验，我们学习了相位控制交流调压调速系统的组成 与工作。对双闭环三相异步电动机调压调速系统原理有了一定 的了解。了解绕线试异步电动机转子串电阻时在调节定子电压 调速似的机械特性。还通过测定系统

18、的静特性和动特性进一步 了解交流调压系统中电流环和转速环的作用一. 实验目的2.加深理解用单片机通过软件生成Jpuim波形的工作原理 与特点。以及不同调制方式对系统性能的影响5.熟悉电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）的工作原理与 特点。4. 掌握异步电动机变压变频调速系统的调试方法。二. 实验内容1. 连接有关线路，构成一个实用的异步电动机变频调速系 统。2. 过压保护、过流保护环节测试。5. 采用Jpuim数字控制时，不同输出频率、不同调制方式 （同步、异步、混合调制）时的磁通分量、磁通轨迹、定子电 流与电压、IGBT两端电压波形测试。4. 采用电压空间矢量控制时，不同输出频率、不同调制方 式

19、时的磁通分量、磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT两端电压 波形测试。5. 低频补偿特性测试。三. 实验系统组成及工作原理变频调速系统原理框图如图所示。它由交直交电压源型 变频器，2位单片机80CI96mC所构成的数字控制器，控制 键盘与运行指示、磁通测量与保护环节等部分组成。逆变器功率器件采用智能功率模块IMI (Intel li9ent Power module/),型号为 pm 10CSJ060 ( I0A/600V)。ipm 是一种 由六个高速、低功耗的IGBT,优化的门极驱动和各种保护电路 集成为一体的混合电路器件。由于采用了能连续监测电流的有 传感功能的IGBT芯片，从而实现高效的过

20、流和短路保护，同时 ipm还集成了欠压锁定和过流保护电路。该器件的使用，使变 频系统硬件简单紧凑，并提高了系统的可靠性。数字控制器采用Intel公司专为电机高速控制而设计的通用 性 2位单片机80CI96mCo它由一个 6% 核心、一个三相 波形发生器以及其它片内外设构成。其它片内外设中包含有定 时器、(I/D转换器、脉宽调制单元与事件处理阵列等。在实验系统中80CI96mC的硬件资源分配如下：1. M. 口：用于构成外部程序存储器的16 bit数据和地 址总线。2. UIGIUIG$和UIGIUIG$：用于输出三相PUim波形， 控制构成逆变器的inmo5. EXTIrtT：用于过流、过压保

21、护。丨 通过接于R/D转换器输入端noil!和ncm设之输入频 率和改变U"(低频补偿)。5. 利用P0和PI 口的P0/(>07和PI.01>1$ ,外接按 钮开关，用于起动、停止、故障复位两种调制方法，三种调制 模式的选择。6. 利用 P2、P5、"口的 P2/P27, P5.4 与 P6.6, P6.7,外接指示灯，用于指示系统所处状态。7. 磁通观测器用于电机气隙磁通测量。其前半部分为5/1 变换电路，将三相电压力1、VB、VC从三相静止坐标系n> B、 C变换到二相静止坐标系a、B上，成为Ya > Yp o电路的 后半部分则分别对Va、Vp

22、积分。在忽略定子漏磁和定子电阻 压降的前提下，两个积分器的输出分别是二相静止坐标系屮电 机气隙磁通在a、p轴上的分量<p a与<pp :它们的波形形 状相似，相位差90。将两个积分的输出分别接入示波器的X 轴输入和Y轴输入，即可得到电机气隙磁通的圆形轨迹。四. 实验设备和仪器1. mci-1 I型电机控制教学实验台2. mci-09变频调速系统组件5. 电机导轨及测速发电机丄慢扫描示波器5. 双踪示波器五. 实验方法按图7冲连接线路，经检查无误后，合上电源，实验系统缺 省设置为JPium控制，同步调制方式，对应指示灯亮。若指示 灯与上述不符，可按复位按钮，使系统处于上述缺省状态，此

23、 时系统即可进行实验。若系统采用spuim控制并工作在同步调 制方式，即可按起动按钮，电动机即可起动，起动后可调节频 率设定电位器，即可改变电动机转速。在电动机运行屮，如按了空间矢量、异步调制，混合调制等 按钮，系统将不会响应，必须先按停止按钮，使电动机停止运 行，才能转到空间矢量控制以及其它调制方式。低频补偿电位器在电机运行时，可按需要任意调节。系统出现故障停机时，可在拆除故障条件下，按故障复位按 钮，使红色故障指示灯灭，系统即可按要求继续运行。I. 过压与过流保护环节测试。（这时只需合上控制电源， 主回路电源不加。）（1）断开过压保护检测线，红色故障指示灯发亮，同时 微机输出驱动脉冲被封锁

24、，表示过压保护环节工作正 常。测试完毕后，按一下故障复位按钮，故障指示灯 灭。（2）断开过流检测线，红色故障指示灯发亮，同时驱动 脉冲被封锁，表示过流保护环节工作正常。测试完毕 后，按一下复位按钮，故障指示灯灭。2.采用SPUItn控制，分别在输岀频率为50Hz> SOHz条件 下，测量与描绘不同调制方式时的电机气隙磁通分量、电机气 隙磁通轨迹、定子电流、IGBT两端波形（输出II、111与II 端之间）与定子端电压等波形，以及观察电机运行的平稳与噪 声大小。（1）同步调制：系统设定的载波比11=12。（2）异步调制：系统设定的载波频率»=600llzo<3） 混合调制：

25、分三段执行。第一段11.5Hz,载 波比 m = IOO；第二段12.525 Hz,载波比112 = 80；第三段，25 II50旳，载波比I1X&0。当在低频2N时，若电机无法转动时，可调节低频补偿电位 器（顺时针旋转时，低频补偿电压增大），直到电动机能旋转 时止。5.采用电压空间矢量控制实验条件及观察与描绘的波形同方法lo4. 低频补偿性能测试低频时定子压降的补偿度可通过电位器连续调节，在输出频 率为I211时，调节补偿度直到电动机能均匀旋转时止，同 时观察与记录直流母线电流的变化。六. 实验结果及分析jpuim控制，同步调制sruim控制，异步调制频率(HZ)转速(r/min电流

26、(A)频率(HZ)转速(r/min)电流(A)5014500.0855015040.0874513010.084513360.084011550.0774011920.0783510120.0753510320.073308680.073309030.072257250.072257540.071205820.07206050.069154370.065154550.063102930102870514705151026302820spuim控制，混合步调制空间矢量控制，同步调制频率(HZ)转速(r/min电流(A)频率(HZ)转速(r/min)电流(A)5014480.0875014470.

27、0834513010.0844513030.084011570.0754011560.0753510130.0803510100.074308660.071308600.073257260.07257200.072205800.069205790.069154370.067154370.062102930102930514705147025802590空间矢量控制，异步调制空间矢量控制，混合调制频率(HZ)转速(r/min)电流(A)频率(HZ)转速(r/min)电流(A)5015060.0855014470.0864513540.084513000.0844011980.0794011580

28、.0773510480.0783510150.073309030.072308700.072257540.074257200.072206040.068205810.069154540.066154380.063103200102930514105147027302580低频补偿性能测试：电机不转动时初始电流为频率为I.6IIZ,我们调节补偿度直到电动机能均匀旋转时止，电流上升 为 实验心得：通过本次实验，我们学习了异步电动机变压变频调速系统的 组成及工作原理。对用单片机通过软件生成Jpuim波形的工作 原理与特点有了更深刻的理解。对不同调制方式对系统性能的 影响有了更好的认识更加熟悉电压空间

29、矢量控制（磁链跟踪控 制）的工作原理与特点。.掌握异步电动机变压变频调速系统 的调试方法。此次实验涉及到晶闸管，磁通轨迹，输岀频率等，变频调速 系统，数字控制器等一系列的知识，把以前用到的知识再拿回 来用。以前的书本知识有很好的帮助。根据实验得到的数据， 进行对保护功能的研讨和分析，是有助于提高本门学科的知识 掌握水平，以及自己的分析能力。实验四晶闸管直流调速系统开环机械特性测试一. 实验目的I. 熟悉晶闸管直流调速系统组成及各主要单元部件的原 理。1.掌握晶闸管可控整流电路和触发电路的调试方法。I.掌握直流电动机机械特性的测试方法二. 实验内容1. 触发电路触发脉冲的测试2. 触发电路初始相位的调试I.三相桥式全控整流电路的调试4. 晶闸管主电路输出波形的测试5. 直流电动机开环机械特性曲线的测试三. 实验系统组成及工作原理1）主电路：三相电源，晶闸管桥式是可控整流调速装置， 平波电抗器、电动机发电机组，可调电阻负载等组成。2）控制电路：据赤膊触发电路四. 实验设备及仪器1. tnci系列教学实验台主控制屏。2. mci-s I 组件