电力拖动自控系统实验报告

1、学 号： 2010133337电力拖动自控系统实验报告书专业班级 11自动化三班 学生姓名 胡思奇 实验地点 报告日期 电力拖动自控系统实验班级：11自动化三班 姓名：胡思奇 学号：2010133337摘要：本实验以双闭环直流调速系统为例进行拖动控制综合实验。本实验需掌握晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、各单元部件及系统的调试方法；对双闭环直流调速系统参数进行计算，将得到的数据用于调节器的设计，并进行实物设计与连接。得到系统后，观察系统的静特性和动态特性从而验证系统设计的正确性，并从中学习到双闭环直流调速系统的工作原理。关键词：双闭环直流调速 特性测定 调节器设计 静特性 动特性第一章

2、概述1.1实验性质 本实验课程以双环直流调速系统为例进行拖动控制综合实验，通过本实验掌握晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、各单元部件及系统的调试方法；能综合动用所学的理论知识，分析和解决实验中出现的问题；通过对系统物理现象的实验分析，牢固掌握自动控制系统的有关理论知识。1.2实验装置（1）DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置（2）DJK01电源控制屏（3）DJK02晶闸管主电路（4）DJK02-1三相晶闸管触发电路（5）DJK04电机调速控制实验I（6）万用表、示波器等 1.3实验情况简介基于前面对过程控制及自动控制原理的了解掌握，我们在大三下学期学习电力拖动自控系统实验课程。在

3、吴诗贤老师的带领下，自由分组后，每次试验基本上能够按照实验要求按时完成试验。我们小组实验过程中，每个人相互配最终顺利完成实验。在实验过程中，我们严格遵守以下几条：1、建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行,小组由3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人都有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前跟着老师认真熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路

4、方便，每路可用相同颜色的导线或插头。 4、起动电机，观察仪表 在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据 预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。 6、认真负责，实验有始有终 实验完毕，将数据交吴老师审阅。经老师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。第二章 双闭环直流调速系统固有参数和环节特性测定2.1主电路总电阻测量（1） 电路图及测量原理 电枢回路

5、的总电阻包括电机的电枢电阻、平波电抗器的直流电阻及整流装置的内阻，即R=Ra+Rl+Rn。由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压Udo，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图所示。（2） 测量过程及原始数据记录计算电枢回路总电阻R=(U2-U1)/(I1-I2）数据记录给定：3.31U1I1U2I2R=34.48650.2351.07U1I1U2I2R=33.33460.73620.25U1I1U2I2R=31.03420.84600.16平均R=32.95 将

6、变阻器R1、R2接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上S1、S2，调节给定使输出直流电压在30%Ued70%Ued范围内，然后调整R2使电枢电流在80%Ied90%Ied范围内，读取电流表A和电压表V2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R1使之与R2的电阻值相近，拉开开关S2，在Ud的条件下读取电流表、电压表的数值I2、U2，则Udo=I2R+U2。 可得电枢回路总电阻R=(U2-U1)/(I1-I2)。（3） 数据处理 由上述处理可得平均R=32.952.2电磁时间常数测量（1） 电路图及测量原理 电路图：图2-2 电流上升

7、曲线 图2-3 测定Td的实验线路图测量原理：采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升: 其电流变化曲线如图2-2所示。当t=Td时，有 实验线路如图2-3所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%Ied90%Ied范围内。然后保持Ug不变，将给定的S2拨到接地位置，然后拨动给定S2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录id=f（t）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。 （2） 测量过程及原始数据记录 电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%Ied90%Ied范围内。

8、然后保持不变，将给定的S2拨到接地位置，然后拨动给定S2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录（Id）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数。（3） 数据处理由示波器显示的波形可知Td13ms2.3机电时间常数测量（1） 电路图及测量原理 系统的机电时间常数可由下式计算,当电枢突加给定电压时，转速将按指数规律上升，当到达稳态值的时所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。（2） 测量过程及原始数据记录测试时电枢回路中附加电阻应全部切除，突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。（3） 数据处理由示波器显示可知Tm

9、160ms2.4电势常数测量（1） 测量原理将电动机加额定励磁，使其空载运行，改变电枢电压，测得相应的n即可由下式算出Ce.（2） 原始数据记录U1U2N1N2Ce171161107900.14534962306540.146973554980.144平均Ce=0.145（3） 数据处理由上述处理可得平均Ce=0.1452.5晶闸管触发及整流装置特性和测速发电机特性的测定（1） 电路图及测量原理电路图：测量原理：电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Ug，分别读取对应的Ug、Utg、Ud、n的数值若干组，即可描绘出特性曲线Ud=f(Ug)和Utg=f(n)。由曲线可求得晶闸管整流装置的放

10、大倍数曲线Ks=Ud/Ug（2）测量过程及原始数据记录测量过程：给电动机加额定励磁，逐渐增加，测得数据如下：uguduTGn01000.27100.30630.55240.77157.30.82391.282641.04441.452981.30551.803741.56802.565512.031244.238562.211384.739552.501595.4610992.621675.7611582.751766.071220（2） 数据处理将测得的数据画成曲线，Ud为横坐标，Ug为纵坐标，Ks为曲线转折点处的斜率。Ks=67.57第三章 双闭环直流调速系统主要环节的整定与调试3.1移相

11、控制电压调节范围的确定（1） 移相控制电压调节范围的含义在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。（2） 确定过程及原始数据记录 直接将“给定”电压接入移相控制电压的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载，用示波器观察Ud的波形。当给定电压由零调大时，Ud将随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值Ug时，的波形会出现缺相现象，这时Ud反而随Ug的增大而减少。一般可确定移相控制电压的最大允许值为0.9Ug

12、，即的允许调节范围为00.9Ug。(3) 数据处理由实验记录数据可知当Ug=1.42时Ud=-6.07，并且当Ug继续增大时，输出减小，从而得到转折点/V6.18=0.95.5623.2调节器调试（1） 调节器调零 将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节器”成为比例调节器。调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量电流调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到“速度调节器”

13、的“10”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节器”成为（比例）调节器。调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量电流调节器的“11”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。（2） 调节器限幅 把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为比例积分调节器，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，使速度调节器的输出正限幅为Uctmax。把“电流调节器”的“10”、“9”短

14、接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“10”、“9”两端，使调节器成为（比例积分）调节器，然后将DJK04的给定输出端接到电流调节器的“4”端，当加正给定时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，使电流调节器的输出正限幅为Uctmax。（3) 限幅后的数据和图形记录给定输出0.00-0.020.02-0.100.06-0.320.09-0.530.20-1.160.28-1.590.35-2.020.45-2.580.66-3.750.85-4.891.00-5.701.42-6.072.05-5.99输入输出0-0.

15、030.06-0.380.09-0.570.16-0.990.22-1.370.31-1.90.44-2.690.73-4.470.85-5.180.89-5.410.97-5.881.13-5.921.41-5.923.3电流反馈系数整定直接将“给定”电压Ug接入移相控制电压Uct的输入端，整流桥输出接电阻负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当Ud=220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1，使得负载电流I=1.3A时，“2”端的的电流反馈电压6V，这时的电流反馈系数=Uri/Id=4.5V/A。数据记录

16、电流Id=0.8AUI=3.60V=4.5(V/A)数据处理=Ui/Id=4.5V/A。3.4转速反馈系数整定直接将“给定”电压Ug接上的移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，LD用DJK02上的200mH，输出给定调到零。按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n=1500时，调节“速度变换”上转速反馈电位器RP1，使得该转速时反馈电压-6V，这时的转速反馈系数=Un/n=0.004。数据记录给定=2.13转速=285Un=3.15=0.004（v/rpm）数据处理=Un/n=0.004第四章 调节器设计4.1已知条件已有电力电子综合实验台及所需

17、挂件、电机机组（直流电动机测速发电机）、示波器、万用表、可变电阻器和开关导线等实验设备。直流电动机数据如下：额定转速=1600r/min 额定电压=220V 额定电流=1.2A 额定功率=185w 允许过载倍数=1.5。 电压反馈系数=4.5V/A 电流反馈系数=0.004 V/rmp =20.7 K =0.145V*min/r晶闸管装置放大系数=67.57 电枢回路总电阻R=32.95时间常数=0.013S =0.16s4.2 设计要求（1）要求系统能进行平滑的速度调节，系统在工作范围内能稳定工作（2）系统静特性良好，静差小、电流超调量5%（3）动态性能指标：空载启动到额定转速时转速超调量n

18、20%。4.3 设计过程4.3.1 电流调节器设计（1）确定时间常数整流装置滞后时间常数。三相桥式电路的平均失控时间=0.0017s电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（12）=3.3ms，因此取=2ms=o.02s.电流环小时间常数只和。按小时间常数近似处理，取=+=0.0037s（2）选择电流调节器的结构根据设计要求5%，并保证稳态电流无差，可按典型型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器检查对电源电压的抗扰性能：5.41。查表该典型型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。（3）计算电流调节器参数 电流调节器

19、超前时间常数：=0.013s。电流开环增益：要求5%，应取=0.5，因此=于是ACR的比例系数(4)验证近似条件电流环截止频率： 1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件 满足近似条件 2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 满足近似条件 3）校验电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件（5）计算调节器电容和电阻按所用运算放大器所取,各电阻和电容计算如下： 取4 取4.3 4.3.2 转速调节器设计（1）确定时间常数A.电流环等效时间常数 因为=0.5，则B.转速滤波时间常数 根据所用测速发电机的电机纹波情况，取。C.转速环小时间常数 按小时间常数近似处理，取（2）转速调节器选型按照

20、设计要求，选用PI调节器（3）计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能要求都较好的原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为转速开环增益ASR的比例系数为（4）验证近似条件 转速环截止频率为 电流环传递函数简化条件 满足简化条件 转速环小时间常数近似处理条件 满足近似条件（5）计算调节器的电阻电容（取） 取565k 取0.3 第五章 系统调试与动静态性能分析5.1系统静特性测定（1） 电路图 图5.1 系统静特性实验电路（2） 调试、测量过程及原始数据记录按图5-1接线， DJK04的给定电压Ug输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发电机接负载电阻R，Ld用DJK02上的200mH，负载电阻放在最大值，给定的输出调到零。将速度调节器，电流调节器都接成P（比例）调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统，按下启动按钮，接通励磁电源