济南大学机电传动与控制实验指导书

1、 机电传动与控制实验指导书目 录实验一 双闭环可逆直流脉宽调速系统2实验二 双闭环三相异步电动机调压调速系统6实验三 交流伺服电机传动系统调速实验9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。二实验内容1PWM控制器SG3525性能测试。2控制单元调试。3系统开环调试。4系统闭环调试。5系统稳态、动态特性测试。三实验系统的组成和工作原理在中小容量的直流传

2、动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。双闭环脉宽调速系统的原理框图如图11所示，图中可逆PWM变换器主电路系采用IGBT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。实验见图11。1) 电源控制屏位于NMCL-322) Rd可调电阻位于NMEL-03 3) G给定（Ug）位于NMCL-314) UPW，FBA位于NMCL-

3、10A中5) TG指光电编码器，与电机导轨同轴，用于测速6) 转速显示及输出位于电机导轨上7) 直流电机励磁电源位于NMCL-32中8) 负载用M01发电机图1-1 系统接线图四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏 2现代电力电子及直流脉宽调速组件3负载组件 4直流调速控制单元组件5电机导轨、光电编码器、直流发电机、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，应预先把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（电动机

4、电枢电路）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（确保Ug的正负给定旋钮逆时针旋转到底）。5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（Ug的正负给定旋钮逆时针旋转到底）。6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，红色探头接测量信号，黑色探头接地），以免造成短路事故。六实验方法1控制屏上除Ug给定旋钮、Rd电阻旋钮外，其余所有旋钮勿动，参数已调好。2开环系统调试主回路按图11接线，但闭环调节器不接（即ASR，ACR单元不接入）。用导线将低压单元的G给定U

5、g与UPW的“3”相连，同时Ug的地（黑色插孔）与UPW挂箱中的“8”脚相连接，并将UPW“2”端和DLD“1”端相连。（1）将正、负给定均调到零，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，发电机电枢输出接负载电阻Rd。Rd阻值可调，启动电机前，应将Rd旋钮逆时针旋转到底，即使阻值最大。（2）合上主控制屏电源开关（按下绿色按钮），接通位于NMCL-32或NMEL-18/2中直流电机励磁电源。（3）直流发电机串接上直流电流表。（4）调节正给定Ug，电机开始起动直至达1000r/min。再调节直流发电机的负载可调电阻RD，RD旋钮顺时针缓慢转动，使电阻变小，直至电动机的电枢电

6、流为1A。（5）调节“FBA”的电流反馈电位器，用万用表测量“9”端电压达2.5V左右。（6）再次调节正给定Ug，使电动机转速达1000r/min，调节调速控制单元的“FBS”电位器，使速度反馈电压为5V左右。3系统开环机械特性测定调速控制单元的S2开关打向“给定”，S1开关扳向上，逆时针调整调速控制单元Ug的RP1电位器到底。在前面调试的基础上，顺时针缓慢调节Ug给定旋钮，使电机转速达1000r/min，改变直流发电机负载（注意一定不要快速旋转），在空载至额定负载范围内测取7个点，记录相应的转速n和直流电动机电流Id。观察电机在开环高速时的机械特性。 (电阻Rd最大时，直流电动机为空载，逐渐

7、下调电阻过程中，电动机电枢电流id达到1A时，为额定负载) n=1000r/minn(r/min)Id (A)调节给定Ug给定旋钮， 使电机转速达500r/min，作同样的记录，观察电机在开环低速时的机械特性。n=500r/minn(r/min)Id (A)4系统闭环机械特性测定控制回路可按图11接线，将ASR，ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。合上空气开关。（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”端接入可调电容器，预置7F；（c）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

8、、RP2，使输出“3”端正负值等于±5V。（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”端接入可调电容器，预置7F；（c）将给定G输出Ug接到调节器ACR的输入端3端，调节输入Ug=1V，调整ACR正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出“7”端正负值等于±5V。（3）机械特性n=f（Id）的测定调速控制单元的S2开关打向“给定”，S1开关扳向上，逆时针调整调速控制单元Ug的RP1电位器到底。合上主电路电源，逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电机空载转速n0=1000r/min，再调节直流发电机的负载电阻RD，在

9、直流电机空载至额定负载范围，测取7点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，测出系统在闭环高速时的静特性曲线n=f（Id）。n=1000r/minn(r/min)Id (A)调节Ug使电机空载转速n0=500r/min，再从大到小逐渐调节直流发电机的负载电阻RD，在直流电机空载至额定负载范围，测取7点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，测出系统在闭环低速时的静特性曲线n=f（Id）。n=500r/minn(r/min)Id (A)七实验报告1列出开环机械特性数据，画出对应的曲线。2列出闭环机械特性数据，画出对应的曲线，并与开环系统调速范围相比较。3对实验中感兴趣现象的分析、讨论。4实验的收获、体会

10、与改进意见。实验二 双闭环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的原理及组成。 3通过测定系统的静特性和动态特性进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。二实验内容1测定双闭环交流调压调速系统的静特性。2测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。三实验系统组成及工作原理双闭环三相异步电动机调压调速系统的主电路为三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机（转子回路串电阻）。控制系统由电流调节器(ACR)，速度调节器(ASR)，电流变换器(FBC)，速度变换器(FBS)，触发器(GT)，一组桥脉冲放大器等组成。其

11、系统原理图如图2-1所示。整个调速系统采用了速度，电流两个反馈控制环。这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同而电流环的作用则有所不同。在稳定运行情况下，电流环对电网振动仍有较大的抗扰作用，但在起动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳起动的恒流特性，也不可能是恒转矩起动。异步电机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正，反转，反接和能耗制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率全部消耗在转子电阻中，使转子过热。实验连线图21。1) 电源控制屏位于NMCL-32 2) 交流电机采用M043) Rd可调电阻位于NMEL-03 4) G给定（

12、Ug）位于NMCL-315) Uct位NMCL-33F中6) 晶闸管位于NMCL-33F中7) ACR，ASR位于NMCL-18F中8) TG指光电编码器，与电机导轨同轴9) 转速显示及输出位于电机导轨上10) 直流电机励磁电源位于NMCL-32中11) 负载用M03电机图2-1 接线原理图四实验设备和仪器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交流调速控制单元组件5电机导轨及测速器件 7双踪示波器 8万用表 五注意事项1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

13、（预置7F）。2测取静特性时，须注意电流不许超过电机的额定值（0.55A）。3三相主电源连线时需注意，不可换错相序。4系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机，开启主电源前确保给定Ug逆时针旋转到底。5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。6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，红色探头接测量信号，黑色探头接地），以免造成短路事故。7低速实验时，实验时间应尽量短，以免电阻器过热引起串接电阻数值的变化。六实验方法1开环外特性的测定（1）控制电压Uct由给定器Ug直接接入，将Ublr接地

14、，采用二组晶闸管，不接入ASR和ACR单元，其余电机及负载电路按照图2-1接线。（2）直流电动机负载电阻Rd逆时针旋转到底，电阻为最大值，给定Ug=0，逆时针旋转到底。（3）电源控制屏的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。合上空气开关，然后合上主电源（即按下控制屏绿色按钮），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=1000r/m。再逐渐下调直流发电机的负载Rd。在空载至额定负载的范围内测取7点。即可测出系统的开环外特性n=f (Id)。（5）测试完毕后关闭控制屏主电源，即按下红色按钮。n=1000r/min

15、n(r/min)Id (A)2闭环特性测定将ASR，ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。ASR“5”、“6”端接入可调电容，预置1.5F；ACR电容取7F。其余接线参照图2-1。（1）接线完毕，检查无误后，启动控制屏主电源，即按下绿色按钮。（2）缓慢调节转速给定电压Ug，使电机空载转速至1000 r/min，再调节直流发电机的负载电阻Rd，顺时针缓慢调节，直至相电流达到额定，及0.48A。在空载至额定负载的范围内测取7点，输出电流id以及被测电动机转速n。，可测出系统静特性曲线n=f（Id）（3）测试完毕后关闭控制屏主电源，即按下红色按钮，并拨下空气开关。n=1000r/mi

16、nn(r/min)Id (A)七实验报告1根据实验数据，画出开环时，电机的机械特性。2根据实验数据，画出闭环系统静特性，并与开环特性进行比较。3根据记录下的动态波形分析系统的动态过程。实验三 交流伺服电机传动系统调速实验一实验目的1熟悉伺服电机传动系统的组成与工作。2了解并熟悉伺服电机调速的原理及组成。 3通过测定系统的调速数据，了解其控制特性。二实验内容1测定不同转速时的系统特性。2测定不同负载时的系统特性。三实验方法1打开桌面上的调试软件MotorControlBench.exe，然后点击实验一，进入伺服电机调速界面。界面中左侧显示捕捉到的波形，右侧为参数设置界面。2速度设定方式采用直接输入数字方式。分别调节转速为800 r/min和1500 r/min，测定相应数据。负载设定为0.5 N.m。（注：输入交流伺服电机速度值不能大于3000r/min，输入交流伺服电机负载值不能大于0.6N.m）。3测定负载分别为0.6和0.3 N.m时的特性，记录相应数据，此时转速