运控实验指导书

1、实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一实验目的1了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。2熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。3掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。二实验内容1测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3测定直流电动机直流发电机测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD24测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td5测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM6测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM7测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f (Uct)8测定测速发电机特性UTG=f (n)三实验系统组成和工作原理晶闸管直

2、流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机发电机组等组成。本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。 2触发电路及晶闸管主回路组件3负载组件 4电机导轨及测速发电机）5直流电动机 6双踪示波器7万用表五注意事项1由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。2为防止电枢过大电流冲击，每次增加Ug须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。3电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防

3、电机过热。六实验方法1电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。将变阻器Rd接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。低压单元的G给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节触发电路及晶闸管主回路脉冲偏移电压电位器RP2，使a=150°。电源控制屏的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出，

4、调节G给定Ug使整流装置输出电压Ud=（3070）%Ued（可为110V），然后调整Rd使电枢电流为（8090）%Ied，读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，则此时整流装置的理想空载电压为 Udo=I1R+U1 调节Rd，使电流表A的读数为40% Ied。在Ud不变的条件下读取A，V表数值，则 Udo=I2R+U2 求解两式，可得电枢回路总电阻 R=(U2-U1)/(I1-I2) 如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)则电机的电枢电阻为 Ra=R-（RL+Rn） 同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL2电枢回路电感L的测定电枢电路总电

5、感包括电机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为 L=La+LL电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-2所示。合上主电路电源开关，用电压表和电流表分别测出通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值Ua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LL。实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值， Za=Ua/I ZL=UL/I3直流电动机发电机测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定。电力拖动系统的运动方程式为 式中 M电动机的电磁转矩，单位为N.m; ML 

6、0;负载转矩，空载时即为空载转矩MK，单位为N.m; n ¾ 电机转速，单位为r/min;电机空载自由停车时，运动方程式为 故 式中GD2的单位为N.m2.MK可由空载功率（单位为W）求出。 dn/dt可由自由停车时所得曲线n= f (t)求得，其实验线路如图1-3所示。电动机M加额定励磁。低压单元的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。合上主电路电源开关，调节Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以转速n为基准选择若干个点（如1500r/min，100

7、0r/min），测出相应的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。电机为1500r/min。Ud（v）IK（A）dn/dtPKMKGD2电机为1000r/min。Ud（v）IK（A）dn/dtPKMKGD24主电路电磁时间常数T1的测定根据已经测出的回路电阻和电感可计算出电磁时间常数。 T1L/R5电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出Ce Ce=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的单位为V/(r/min)转矩常数(额定磁通时)CM的单位为N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce6系统机电时间常数T

8、M的测定系统的机电时间常数可由下式计算 由于Tm>>Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2%稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除,按低压单元的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。合上主电路电源开关，电动机M加额定励磁。调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用数字示波器拍摄过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。7测速发电机特性UTG=f(n)的测定实验

9、线路如图31所示。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的UTG ,n的数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f(n)。n（r/min）UTG（V）七 实验报告1作出实验所得各种曲线，计算有关参数。2由Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象.实验二 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一实验目的1研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。2研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。3学习反馈控制系统的调试技术。二预习要求1了解速度调节器在比例工作与比例积分工作时的输入输出特性。2弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。三实验线路

10、及原理见图21。图21四实验设备及仪表1教学实验台主控制屏。 2触发电路及晶闸管主回路组件3负载组件 4电机导轨及测速发电机）5直流电动机 6双踪示波器7万用表五注意事项1直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。2接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把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）。4三相主电源连线时需注意，不可换错相序。5系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。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

11、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。六实验内容1移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）用示波器观察触发电路及晶闸管主回路的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔60°，幅值相同。用示波器观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V2V的双脉冲（此部分同实验六脉冲观察部分相同）。将晶闸管I组的脉冲放大电路接口Ublf与地短接，如图所示。（备注：如果需要采用晶闸管II组，同样需将II组脉冲放大电路接口短接，切记，不可两组同时都短接，容易发生烧毁晶闸管事故）。（b）使Ug=0，调节触发电路及

12、晶闸管挂箱中 “偏移电压”电位器Ub，用双踪示波器一端接挂箱同步电压观测口的”U”相，另一端接脉冲观测口的“1“脚。使a150°此时双脉冲左侧上升延刚好与U相180°相交。（c）控制单元ASR的调试，按上图连接，DZS的钮子开关S拨向“解除”位置。ASR的“3”端输出正负电压限幅值调试方法如下。“5”、“6”端接可调电容，一般可接7uF,使ASR调节器为PI调节器。在ASR“2”端输出1V直流电压（由Ug提供以下同），调节ASR正负限幅电位器RP1,PR2,使“3”端输出正负限幅电压等于±5V。2求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。（a）断开ASR的“

13、9”至Uct的连接线，低压单元G（给定）直接加至Uct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。（b）电源控制屏的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出。（c）c）调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节直流发电机负载电阻（如采用M01电机做为发电机，先将发电机励磁与电动机励磁并连，电枢输出接负载电阻。采用可调电阻，电阻进行串并连接，最大阻值大于600）如测功机做负载，加载时直接调节加载电位器即可。在空载至额定负载的范围内测取35点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速

14、n。id（A）Ud（V）n（r/min）注意：测试完成后，所有实验设备要恢复实验初始状态。3带转速负反馈有静差工作的系统静特性（a）断开G（给定）和Uct的连接线，ASR的“9”输出接至Uct，把ASR的“5”、“6”点短接。（b）合上主控制屏的绿色按钮开关。（c）调节给定电压Ug至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。调节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Ud、id、n。id（A）Ud（V）n（r/min）4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（a）断开ASR

15、的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接可调电容，可预置7F，使ASR成为PI（比例积分）调节器。（b）调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1500转/分。在额定至空载范围内测取78个点。id（A）Ud（V）n（r/min）六实验报告绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。七思考题1系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？实验时应如何接线？2要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反馈与无反馈调速系统哪个情况下给定电压要大些？为什么？3在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反馈的强度对Ug有什么影响？为什么？

16、4如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统一实验目的1了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。2熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。3熟悉调速系统控制单元，触发电路及晶闸管主回路的结构及调试方法4掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。二实验内容1各控制单元调试2测定电流反馈系数。3测定开环机械特性及闭环静特性。4闭环控制特性的测定。5观察，记录系统动态波形。三实验系统组成及工作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

17、合调节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的控制回路如图3-1所示。系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流的目的, ACR的输出作为移相触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制amin和bmin的目的。当加入给定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转速（即Ug=Ufn），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略

18、低于给定转速的数值上。四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。 2触发电路及晶闸管主回路组件3负载组件 4直流调速控制单元组件5电机导轨及测速发电机 6直流电动机7双踪示波器 8万用表五注意事项1三相主电源连线时需注意，不可换错相序。2系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机3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。4接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把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）。5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）6系统开环连

19、接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。7进行闭环调试时，若电机转速达最高速且不可调，注意转速反馈的极性是否接错。8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。六. 实验方法1 按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。 图3-1（1）用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲（2）检查相序，用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。（3）将晶闸管I组的脉冲放大电路接口Ublf与地短接，如图所示。（备注：如果需要采用晶闸管II组，同样需

20、将II组脉冲放大电路接口短接，切记，不可两组同时都短接，容易发生烧毁晶闸管事故）。用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V2V的脉冲。详细步骤见实验二2双闭环调速系统调试原则（1）先部件，后系统。即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。（2）先开环，后闭环，即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时组成闭环系统。（3）先内环，后外环。即先调试电流内环，然后调转速外环。（4）先静态，后动态，即先进行静态性能指标测试，再进行动态性能调试。3速度调节器（ASR）的调试 （1）调整输出正、负限幅值速定。 （1）调整输出正、负限幅值速定。 “5”、“6”端 接可调电容，使AS

21、R调节器为PI调节器，将给定G输出Ug接到ASR调节器的输入端“1”端，输入1V电压。调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出“3”端正负值等于±5V。（2）测定输入输出特性 将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出“3”端相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。（3）观察PI特性 拆除“5”、“6”端短接线，突加给定电压（G给定（Ug）先调节到1V然后将开关S2拨向“0”位，当系统稳定再将S2向上拨），用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。反馈电容由外接电

22、容箱改变数值。4电流调节器（ACR）的调试 （1）调整输出正,负限幅值 整定ADR限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR的“9”、“10”端 接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，将给定G输出Ug接到调节器ACR的输入端3端，负给定调节ACR的RP1使a(min)=20度，此时的电压即为限幅值Uctm. 5开环外特性的测定（1）控制电压Uct由给定器Ug直接接入。（2）使Ug=0，调节触发电路及晶闸管主回路挂箱中的“脉冲移相控制”中的“偏移电压”电位器，使稍大于120度。（3）电源控制屏的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭

23、合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有220V电压输出。（4）逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug，使电机空载运行到转速n=1500r/m。再调节直流发电机的负载（如采用M01电机做为发电机当负载，先将发电机励磁与电动机励磁并连，电枢输出接负载电阻。采用可调电阻，电阻进行串并连接，最大阻值大于600）如测功机做负载，加载时直接调节加载电位器即可。在空载至额定负载的范围内测取35点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。即可测出系统的开环外特性n=f (Id)。ln(r/min)I(A)注意，若给定电压Ug为0时，电机缓慢转动，则表明太小，需后移6系统调试将

24、Ublf接地，Ublr悬空，即使用一组桥六个晶闸管。（1）电流环调试电动机不加励磁（a）系统开环，即触发电路及晶闸管主回路中的控制电压Uct由低压单元中的G给定器Ug直接接入，先调节Ug=0，转速计TG的电源开关置于“ON”。（b）检查线路，闭合主电源，绶慢增加给定电压，时刻观察电流表Id的大小直至Id=1.1Ied，再调节触发电路及晶闸管主回路挂箱下方（FBC+FA)的电流反馈If电位器RP1，采用万用表直流电压档测量，使电流反馈电压Ufi近似等于速度调节器ASR的输出限幅值（ASR的输出限幅可调为±5V）。调试完成后，使Ug0,断开主回路电源。（c）断开给定Ug与Uct。输出电压Ug接至ACR的“3”端，电流反馈If接ACR的1脚，ACR的输出“7”端接至Uct，即系统接入已接成PI调节的ACR组成电流单闭环系统。ACR的“9”、“10”端接可调电容，可预置1.5F，同时。逐渐增加给定电压Ug，使之等于ASR输出限幅值（+5V），观察主电路电流是否小于或等于1.1Ied，如Id过大，则应调整电流反馈If电位器，使Ufi增加，直至Id<1.1Ied；如Id<Ied，小于过电流保护整定值，这说明系统已具有限流保护功能。调试完成后，使Ug0,断开主