运动控制实验指导书2015

1、运动控制实验指导书自动化实验室编河北工程大学 信电学院（2015版）目 录MCL-型电力电子及电气传动教学实验台使用说明1实验一 晶闸管直流调速系统参数测定及调节器的调试4实验二 不可逆单闭环直流调速系统9实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统14实验四 双闭环三相异步电动机串级调速系统19安全注意事项1. 本实验室使用强电做实验，实验中发生触电事故应立即切断电源。参加实验的所有人员都必须知道实验室总电源开关的位置以及实验台上电源开关的位置，以便紧急情况时断开电源。实验室总电源开关的闭合由实验指导人员负责；实验台上的电源开关接通前要告知周围同学后方可接通。2. 实验中每次接线、拆线或改接线时，

2、都要确保电源已断开。3. 接线时不得出现任何裸漏的带电部分，尤其是悬空裸露的接插件必须严格禁止。4. 测试过程中需要改变示波器信号线或电表表笔测量点时，可以带电操作，但切记只用一只手操作，且不得接触裸漏的可能带电部件。5. 实验中电动机高速旋转，谨防衣服、围巾和头发等卷入其中造成人身伤害。6. 实验完成后立即关断实验台的电源，然后再检查测量结果的正确性和完整性。实验操作注意事项1. 连接实验线路时要按照连接点的距离合理使用不同长度的导线。完成接线或改接线路后要经指导教师检查通过方可通电实验。实验完成后把线整理好放在桌面上。2. 实验台总电源开关（钥匙开关等）接通时常出现过流保护误动作，只需按下

3、电源控制屏上过流保护电路的复位按钮SB1解除过流状态即可正常工作。3. 双踪示波器两个探头的地线端是短接的，测量中必须保证两个探头的地线同电位或有良好电气隔离。本实验室的实验测试中要求两条地线短接或只用一根地线。4. 起动直流电动机前要保证电动机励磁绕组已连接励磁电源，并保证励磁电源开关扳到接通的位置。发电机的励磁要接并励绕组，不可接串励绕组。5. 直流调速系统开环工作时，给定环节的输出接于触发脉冲控制端。这种情况下不得在给定环节输出（Ug）较大时直接接通主电源；不得随意扳动给定环节的开关。6. 注意实验室的纪律，不得在实验室打闹。注意实验室的卫生，不得乱扔杂物，尤其是饮料袋和食品包装，严禁放

4、入抽屉内。25MCL-型电力电子及电气传动教学实验台使用说明本节介绍实验台上运动控制实验使用的部分面板和挂箱。一、MCL31低压控制电路及仪表面板MCL31由给定G、零速封锁器DZS、速度变换器FBS、转速调节器ASR、电流调节器ACR、直流电流表、交流电流表组成。1、给定 G原理图如图01。它的作用是得到所需的给定电压。正负电压的大小可分别由RP1、RP2两个多圈电位器调节（调节范围为0一±13V左右）。数值由面板右边的电压表读出。给定电路能给出下列阶跃的给定信号：1) 0V突跳到正电压，正电压突跳到 0V；2) 0V突跳到负电压，负电压突跳到0V；3) 正电压突跳到负电压，负电压

5、突跳到正电压。只要适当扳动S1、S2的不同位置即能实现上述阶跃信号输出，使用者可以参考其电路图确定操作方法。使用注意事项：给定输出电压较高时，输出端短路会烧坏限流电阻。2、速度变换器 FBS 速度变换器FBS用于转速反馈的调速系统中，将测速装置输出的电压变换成适合速度调节器使用并与转速成正比的直流电压，作为速度反馈。其原理图如图02所示。使用时，将测速装置输出端接至速度变换器的输入端1和2。转速反馈信号由电位器RP中心抽头输出。反馈强度由电位器RP调节，RP安装在面板上。3、速度调节器 ASR速度调节器的对给定和反馈两个输入量进行加减法、比例、积分和微分等运算，使其输出按所需规律变化。它由运算

6、放大器，输入与反馈网络及二极管限幅环节组成。速度调节器ASR的原理图见图13所示（第6页）。由二极管VD4、VD5和电位器RP2、RP3组成正负限幅值可调的限幅电路。由C2、R5组成反馈微分校正网络，用于抑制振荡，减少超调。R6、C1组成速度环串联校正网络。场效应管V5为零速封锁电路，当4端为“0V”时V5导通，将调节器反馈网络短接而封锁，4端为“13V”时，V5夹断，调节器投入工作。RP1为放大系数调节电位器。元件RP1、RP2、RP3均安装在面板上。电容C1两端在面板上装有插线孔，电容C2两端也装有插线孔，可根据需要外接电容。4、电流调节器 ACR电流调节器对其输入信号（给定量和反馈量）进

7、行加减法、比例、积分、微分，延时等运算，以使其输出所需。它由运算放大器、二极管限幅、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等几部分组成。电流调节器ACR的原理图见设备面板。与速度调节器相比，增加了4个输入端，其中2端接过流推信号，来自逻辑控制器的过流信号U，当该点电位高于某值时，VST1击穿，正信号输入，ACR输出负电压使触发电路脉冲后移。UZ、UF端接逻辑控制器的相应输出端，当这二端为高电平时，三极管V1、V2导通将Ugt和Ugi信号对地短接，用于逻辑无环流可逆系统。晶体管V3和V4构成互补输出的电流放大级。当V3、V4基极电位为正时，V4管（PNP型晶体管）截止，V3管和负载构成射极跟随器。如V3、V

8、4基极电位为负时， V3管（NPN型晶体管）截止，V4管和负载构成射极跟随器。接在运算放大器输入端前面的阻抗为输入阻抗网络。改变输入和反馈阻抗网络参数，就能得到各种运算特性。元件RP1、RP2、RP3装在面板上，C1、C2的数值可根据需要，由外接电容来改变。二、MCL32电源控制屏面板MCL32由主电源输出、电流变送器及过流过压保护电路组成。1主电源输出在实验时，按下绿色按扭后，U、V、W输出线电压为230V左右的三相电压。2电流变送器与过流保护（FBCFA）此单元有两种功能：一是检测电流反馈信号，二是发出过流信号。电路图见图03。(1) 电流变送器电流变送器适用于可控硅直流调速装置中，与电流

9、互感器配合，检测可控硅变流器交流进线电流，以获得与变流器电流成正比的直流电压信号、零电流信号和过电流逻辑信号。电流互感器的输出为TA1、TA2、TA3，反映电流大小的信号经三相桥式整流电路整流后加至R1、R2、VD1和RP1及R3、R4组成的各支路上，其中：a、 R2与VD1并联后再与R1串联，在其中点取零电流检测信号。b、 将RP1的可动触点输出作为电流反馈信号，反馈强度由RP1进行调节。c、 将可动触点RP2与过流保护电路相联，输出过流信号，可调节过流动作电流的大小。(2) 过流保护(FA)当主电路电流超过某一数值后(2A左右)，由R3，R4上取得的过流信号电压超过运算放大器的反向输入端，

10、运放A1输出低电平（有效电平），使RS触发器的输出为高电平，使晶体三极管VT由截止变为导通，结果使继电器K1的线圈得电。继电器K1由释放变为吸引，它的常闭触点接在主回路接触器的线圈回路中，使接触器释放，断开主电路。并使发光二极管亮，作为过流信号指示。告诉操作者已经过流跳闸。SA为解除记忆的复位按钮。当过流动作后，如过流故障已经排除。则须按下该按钮以解除过流状态，恢复正常工作。三、MCL33触发电路及晶闸管主回路挂箱 MCL33由脉冲控制及移相、双脉冲观察孔、第一组可控硅、第二组可控硅、二极管组、RC吸收回路、平波电抗器L组成。1、脉冲控制及移相MCL33内置的触发器是一套数字电路构成的触发电路

11、，输出相位差为60°的经过调制的“双窄”脉冲（调制频率为3 10KHz），即每个触发脉冲为一簇方波。触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由Ublr和Ublf进行控制。当Ublf接地时，第一组脉冲放大电路工作。当Ublr接地时，第二组脉冲放大电路工作。脉冲移相由Uct端的输入电压进行控制。当Uct端输入电压升高时脉冲前移（减小）；Uct端输入电压降低时脉冲后移（增大）。移相范围为= 10°160°。偏移电压调节电位器RP调节脉冲的初始相位，不同的实验初始相位要求不一样。2、双脉冲及同步电压观察孔双脉冲观察孔输出经过调制的双脉冲。同步电压观察孔，输出相电压为30V左右

12、的同步电压，用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲，可比较双脉冲的相位。注意：“脉冲观察孔”和“同步电源观察孔”在面板上为小孔，仅能接示波器，不能输入输出任何信号。3、其它RC吸收回路可消除整流引起的振荡。通常接在整流桥输出端。平波电抗器可作为电感性负载电感使用，电感分别为50mH、100mH、200mH、700mH，在1A范围内基本保持线性。通常都是作700mH电感使用，即连接最上和最下端。使用注意事项：可控硅门极触发脉冲的连线装置内部已接好，实验时不必再接线，只需直键开关弹起。若需外加触发脉冲，必须通过直键开关切断内部触发脉冲（直键开关按下并锁住）。实验一 晶闸管直流调速系统参数测定及调节器

13、的调试一实验目的1了解教学实验台的构成。3掌握晶闸管直流调速系统主回路电阻和电感的测定方法。2熟悉调速系统中调节器的调试方法，了解PI特性的测试方法。二实验内容1测定晶闸管直流调速系统主回路的总电阻和电枢绕组电阻；2测定直流电动机电枢绕组电感；3调节速度调节器的正负向限幅值，观测PI特性。三实验设备及仪器1. MCL电力电子及电气传动教学实验台，电源控制屏，MCL31控制屏。2. MCL33组件，MEL03三相可调电阻器挂箱，MEL11电容挂箱。3. 由测速发电机、直流电动机（M03）、直流发电机（M01）以及安装导轨构成的机组。4. 二踪慢扫描示波器。四注意事项1. 为防止电枢过大电流冲击，

14、每次接通主电源前给定电位器应调回零位。2. 电机通入大电流时测量时间要短，以防电机过热。3. 测量仪表显示有波动时，取平均值即可。五实验操作1. 实验接线本实验需要采用三种完全不同的接线满足三大项实验内容：电阻测定、电感测定和调节器调试。实验时针对具体实验内容接线，用完拆除。对于电枢回路电阻的测定，图1-1中只给出了主电路的接线图，触发电路使用MCL33内置触发器，接线见下文单独列出的标题。调节器调试中的图1-3只给出了调节器内部的电路图，实验中的接线按照实验操作中的描述。2触发电路接线的特别说明MCL33内置触发器的同步电源信号线和触发脉冲到晶闸管的连线都已通过内部引线连接。实验台总开关接通

15、后，同步信号就引入了触发电路。为了灵活使用晶闸管，内部触发信号到第组整流桥晶闸管门极的线路中安装了按键开关，按键开关弹出时接通内部触发信号。实验时仍有五条线需要连接。触发电路工作需要的±15V电源，从MCL31面板相应端引入（三条线）。要实现移相控制，需要在Uct端引入移相控制电压（一条线）。 要想使触发信号能够到达第组整流桥，需要把Ub1f接地（与下端相邻插孔连接）；同样，要想使触发信号能够到达第组整流桥，需要把Ub1r接地（由于两组桥不同时使用，所以这里只接一条线）。注意：触发电路区域的“同步电源观察孔”和“脉冲观察孔”是用来接示波器信号线的，不可作其它用途。在此引入同步电源或引

16、出触发脉冲会烧坏触发电路。说明：以下实验中都要用到该触发器，也都需要接这五条线，请按照本说明接线。3电枢回路电阻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，可采用伏安特性法来测定，其实验线路如图11 所示。负载电阻仍采用两只900电阻并联。测试时电动机不加励磁，电机不转。把给定环节的电位器RP1逆时针调到底，使Uct0。将负载电阻调至最大。接通实验台总电源，按下电源控制屏主电路的闭合按钮，把线电压为220V的三相交流电压引入整流器交流侧。、电枢回路总电阻的测定调节Ug使整流装置输出电压Ud1

17、20V （也可取额定输出电压30%70%内的其他值），然后调整Rz使电枢电流为Id=0.6A （取额定输出电流的8090均可），读取电流表A的数值I1和电压表V的数值U1，则此时整流装置的理想空载电压为 Ud0 I1R U1保持控制角不变（也即Ud0不变）的条件下，调节Rz，使电流表A的读数为Id=0.2A （取I1的一半以下），读取电流表A的数值I2和电压表V的数值U2，则 Ud0I2R U2求解两式，可得电枢回路总电阻R (U2U1)/(I1I2)、主回路短接电机电枢绕组后电阻的测定把电机电枢两端短接，重复上述中的实验步骤，可得RLRn = (U2U1)/(I1I2)、电枢绕组电阻的计算电

18、机的电枢电阻为Ra = R (RLRn)4电枢绕组电感量的测定电枢回路总电感包括电机的电枢绕组电感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，故可认为电枢回路的等效总电感为：LLaLL电感的数值可用交流伏安法测定。测电枢电感时电动机应该加入额定励磁。实验线路如图12所示，从MCL32电源控制屏引出的220V交流电压经MCL35中变压器两级降压后变为约55V交流电压，连接到被测电感（电枢绕组或平波电抗器）。按下电源控制屏主电路的闭合按钮（接通主电路电源），用电压表和电流表分别测出加入交流电压后电枢两端（或电抗器）上的电压值Ua（或UL）及电流I ，从而可得到交流阻抗

19、Za（或ZL）。计算出电感值La和 LL 的公式如下：注意：实验中流入电机的交流电流的有效值应小于电机电枢的额定值。5速度调节器的调试速度调节器（ASR）的原理图见图13所示，把ASR的给定输入端1接到给定电路G的输出，封锁端4接到DZS（零速封锁器）输出端3，并把DZS的开关S打到“解除”位置。(1) 调整输出正负限幅值 在调节器 “5”、“6” 端接入MEL11挂箱中的一个电容，使ASR调节器为PI调节器。给调节器加入负极性的绝对值较大的给定输入电压Ug，使调节器输出达到正向限幅值，调节正限幅电位器RP1使正限幅值等于“+5V”；给调节器加入正极性的较大的给定输入电压Ug，使调节器输出达到

20、负向限幅值，调节负限幅电位器RP2使负限幅值等于“-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型调节器，向调节器输入端逐渐加入正（或负）电压，测出相应的输出电压，直至输出达到限幅值，并画出输入输出关系曲线。(3) 观察PI特性 拆除调节器“5”、“6”端的短接线（把电容串入反馈网络中），使ASR调节器为PI调节器。通过给定环节中的S1切换开关使给定电压在正负值之间突变，用慢扫描示波器观察输出电压的变化波形，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压波形的变化。说明：反馈电容由MEL11挂箱改变数值；正负给定电压的绝对值要适当小；示波器

21、扫描速度要适当慢。六、实验报告要求1. 简述实验的主要内容。2. 说明实验设备和实验方法如果完全按照本实验指导书做实验，可以写明：“使用实验指导书指定的实验设备，按照实验指导书给出的接线图和操作方法完成实验”。如果实验设备和实验操作方法等与本实验指导书有所不同，要详细写明。3. 电枢回路电阻的测定 列出测定电枢回路总电阻的实测数据、计算公式以及计算结果。例如：按照实验指导书“电枢回路总电阻的测定”中的方法，测得：当电枢回路电流为： I1=0.6 A 时， 输出电压为： U1= . V当电枢回路电流为： I2=0.2 A 时， 输出电压为： U2= . V根据计算公式： R (U2U1)/(I1

22、I2)可得电枢回路总电阻为： R . = . 列出测定短接电动机电枢绕组后的实测数据、计算公式以及计算结果。 列出电枢绕组电阻的计算公式，计算电枢绕组电阻的值（如：Ra= . ）。4. 电枢绕组电感量的测定列出测量到的数据，说明计算的依据，给出计算结果。例如：按照实验指导书“电枢绕组电感的测定”中的方法，在电枢绕组两端加入有效值为： Ua= . V的工频交流电压时，测得电枢绕组的电流为： Ia= . A由此得到电枢绕组的阻抗为： Za= Ua/Ia = . = . 上述已测得Ra，求出电枢绕组电感量：La= . = . 5. 总结PI调节器正负向限幅值调整的要点注意这里只简述要点，不要照抄实验

23、指导书上的方法步骤。例如：给PI调节器加入较大的负电压使之达到正向限幅值，通过调节正向限幅电位器使之满足正向限幅值的要求；.。6. 速度调节器PI特性的观测例如：按照实验指导书“速度调节器的调试”中“观察PI特性”叙述的内容，观测到的速度调节器PI特性如图：（绘制观测到的波形）其中：波形的下水平段对应负向限幅值；波形的上跳段（或下跳段）高度取决于放大倍数和；波形的倾斜段 .；波形的上水平段 .。注：主回路总电阻约为50欧姆；短路电枢绕组后的电源电阻约为35欧姆；电枢绕组的阻抗约为280欧姆。实验中要及时计算，以防操作有误造成数据错误。实验二 不可逆单闭环直流调速系统一实验目的1. 了解晶闸管直

24、流电动机转速负反馈闭环调速系统的构成。2. 研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作原理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。二实验内容1. 构造晶闸管直流电动机转速负反馈单闭环调速系统，并调试系统中各环节。2. 测取开环工作机械特性。3. 测取在有静差和无静差两种调节器下单闭环调速系统的静特性。三实验仪表设备1. MCL电力电子及电气传动教学实验台、电源控制屏、MCL31控制屏。2. MCL33挂箱、 MEL11电容挂箱、 MEL03三相可调电阻挂箱3. 电机导轨及测速发电机、直流电动机M03、直流发电机M014. 双踪示波器。四注意事项1、 接入ASR构成转速负反馈时，

25、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端可调电容预置7F 。2、 测取静特性时，主电路电流不要长时间超过电机的额定值（取额定值0.8A） 。3、 三相主电源连线时要注意相序不可接错，要按顺序对应连接（上对左，下对右）。4、 为防止直流电机直接启动造成冲击，接通主电源时要保证触发电路移相控制端Uct不为正值。实验过程中Uct也不能突然上跳，即不能通过给定电路中的开关使Uct向更高电压切换。5、 起动电机前，应先把MEL03的发电机负载电阻调到最大，以免带重负载起动。6、 改变接线时要先切断电源。五实验操作1. 实验接线按图21接线。负载电

26、阻Rz由MEL03的两组电阻并串联构成，即同一手柄下的两只电阻并联，然后再把并联的两组电阻串联，构成最大阻值为900、额定电流0.82A的电阻。2测取直流调速系统的开环工作机械特性。(1) 修改接线 把触发电路移相控制端Uct的接线从ASR的输出端改为给定环节G的输出Ug。断开负载电阻Rz （空载）。(2) 起动机组 扳动给定环节G中的开关使输出Ug取自正向给定电位器RP1，调节RP1使Ug为零。电源控制屏上直流电机励磁电源开关闭合。按下电源控制屏的闭合按钮，接通主电源。然后调节RP1使Ug增大启动机组。(3) 特性测试 调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n 0 1500转分。在保持Ug不变

27、的情况下，接入并改变直流发电机负载电阻Rz，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（电动机电枢电压）Ud、输出电流Id（电动机电枢电流）以及电动机转速n ，并填下表。系统开环时电动机电流Id与电动机电压Ud以及转速n的对应关系表Id (A)0.30.40.50.60.70.80.9Ud (V)n (r/min)1500(4) 反馈电压极性的调整 用万用表在速度变换器输出端检测反馈电压极性，通过调换转速计到速度变换器之间的引线，使得速度反馈信号电压的极性为正。(5) 停机 测量完成后，按下电源控制屏的断开按钮切断主电源。注意：开环实验过程中每次接通主电源时（按下电源控制屏上的闭合

28、按钮时）要保证正向给定电位器回到零。3测取有静差转速负反馈单闭环调速系统的静特性(1) 改接线 断开触发电路移相控制端Uct到给定环节Ug的连接线，把Uct的接线恢复到连接ASR的输出（3端）。把ASR的5、6点短接（有静差）。断开负载电阻Rz 。(2) 起动系统 扳动给定环节G中的开关使输出Ug取自负向给定电位器RP2，调节RP2使Ug为零。按下电源控制屏的闭合按钮，接通主电源。把零速封锁器DZS中的开关S扳到“解除”位置。然后调节RP2使Ug绝对值增大启动机组。 触发电路Uct端的控制信号是正极性的，Uct升高则整流输出电压Ud升高。为满足Uct对输入极性的要求，速度调节器ASR的给定端（

29、接Ug）应给出负极性控制信号（本步骤实现）；反馈端（接FBS的3端）为正极性信号（开环实验内容“反馈电压极性的调整”步骤中已实现）。(3) 移相范围调试 为使系统正确工作，控制角应能在30°120°范围内可调，可通过调节触发电路中偏移电压电位器和ASR输出电压限幅值实现。方法如下：低输出端调试： 把零速封锁器DZS中的开关S扳到“封锁”位置（使ASR输出为0V），观察整流器输出电压波形判断控制角，调节偏移电压电位器使整流器稍有输出电压，这时控制角稍小于120°；高输出端调试： 把零速封锁器DZS中的开关S扳到“解锁”位置。调节RP2使Ug绝对值大幅增大（或接入AS

30、R的5、6的积分电容），从而使ASR输出正向限幅值，观察整流器输出电压波形，调节ASR的限幅电位器RP1使输出电压波形不再增高，这时稍小于30°。(4) 闭环调试 先把给定电压Ug调节至“-5V”，然后调节转速变换器电位器RP，使被测电动机空载转速n 01500转分。通过调节ASR的反馈电位器RP3，使系统稳定运行。(5) 特性测试 在保持Ug不变的情况下，接入并改变直流发电机负载电阻Rz，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（电动机电枢电压）Ud、输出电流（电动机电枢电流）Id以及电动机转速n ，并填下表。有静差单闭环系统电动机电流Id与电动机电压Ud以及转速n

31、的对应关系表Id0.30.40.50.60.70.80.9Udn (r/min)1500(6) 停机 测量完成后，按下电源控制屏的断开按钮切断主电源。4测取无静差转速负反馈单闭环调节系统的静特性(1) 改接线 断开ASR的5、6端短接线，在5、6端引入MEL11中的一个电容器，可预置7F，使ASR成为PI（比例一积分）调节器。(2) 起动系统 扳动给定环节G中的开关使输出Ug取自负向给定电位器RP2，调节RP2使Ug为零。再扳动开关使输出Ug取自正向给定电位器RP1，调节RP1使Ug为一个较小的正值。按下电源控制屏的闭合按钮，接通主电源。再扳开关使输出Ug取自负向给定电位器RP2，调节RP2使

32、Ug绝对值增大启动机组。 这里要求按下电源控制屏的闭合按钮前把给定Ug调为一个正值是为了保证接通主电源时Uct不为正值，以防直流电机直接启动的冲击。这是很必要的。(3) 闭环调试 先把给定电压Ug调节至“-5V”，然后调节转速变换器电位器RP，使被测电动机空载转速n 01500转分。通过调节ASR的反馈电位器RP3以及ASR连接的电容，使系统稳定运行。(4) 特性测试 在保持Ug不变的情况下，接入并改变直流发电机负载电阻Rz，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（电动机电枢电压）Ud、输出电流（电动机电枢电流）Id以及电动机转速n ，并填下表。静差单闭环系统电动机电流Id与

33、电动机电压Ud以及转速n的对应关系表Id0.30.40.50.60.70.80.9Udn (r/min)1500(5) 停机 测量完成后，按下电源控制屏的断开按钮切断主电源。然后切断实验台的总电源。六实验报告要求1. 简述实验的主要内容。2. 说明实验设备和实验方法如果完全按照本实验指导书做实验，可以写明：“使用实验指导书指定的实验设备，按照实验指导书给出的接线图和操作方法完成实验”。如果实验设备和实验操作方法等与本实验指导书有所不同，要详细写明。3. 直流调速系统开环时的工作特性 列出实验操作中得到的系统开环时电动机电流Id与电动机电压Ud以及转速n的对应关系表。 绘制“Id- n”坐标系

34、坐标系的横轴为电流Id，单位为安培（A），从零点开始等距离标注：0.1、0.2、0.8、0.9 ；纵轴为转速n，单位为转/分（rpm），从适当高度开始等距离标注：1000、1100、1400、1500 。坐标系要适当大，以便在同一坐标系绘制本实验的三条特性。 绘制“Id-Ud”坐标系 坐标系的横轴为电流Id，单位为安培（A），从零点开始等距离标注：0.1、0.2、0.8、0.9；纵轴为电压Ud，单位为伏特（V），从适当高度开始等距离标注：180、190、230、240。坐标系要适当大，以便在同一坐标系绘制本实验的三条曲线。 绘制开环机械特性 根据实验测得的数据表中Id与n之间的对应关系在“Id

35、- n” 坐标系中描点，连线，得到开环机械特性n = (Id)。并注明。 绘制电动机电流与电压之间的关系曲线 根据实验测得的数据表中Id与Ud之间的对应关系在“Id-Ud” 坐标系中描点，连线，得到开环时的电动机电流与电压之间的关系曲线Ud= (Id)。并注明。4. 有静差单闭环调速系统的工作特性 列出实验操作中得到的有静差单闭环系统电动机电流Id与电动机电压Ud以及转速n的对应关系表 绘制有静差单闭环调速系统的静特性 根据实验测得的数据表中Id与n之间的对应关系，在前面建立的同一“Id- n” 坐标系中描点，连线，得到有静差系统的静特性n = (Id)。并注明。 绘制电动机电流与电压之间的关

36、系曲线 根据实验测得的数据表中Id与Ud之间的对应关系，在前面建立的同一“Id-Ud” 坐标系中描点，连线，得到有静差系统的电动机电流与电压之间的关系曲线Ud= (Id)。并注明。5. 无静差单闭环调速系统的工作特性 列出实验操作中得到的无静差单闭环系统电动机电流Id与电动机电压Ud以及转速n的对应关系表。 绘制无静差单闭环调速系统的静特性 根据实验测得的数据表中Id与n之间的对应关系，在前面建立的同一“Id- n” 坐标系中描点，连线，得到无静差系统的静特性n = (Id)。并注明。 绘制电动机电流与电压之间的关系曲线 根据实验测得的数据表中Id与Ud之间的对应关系，在前面建立的同一“Id-

37、Ud” 坐标系中描点，连线，得到无静差系统的电动机电流与电压之间的关系曲线Ud = (Id)。并注明。6. 分析比较以上三种直流调速系统（开环、有静差单闭环和无静差单闭环）的“电动机电流与转速”的特性和“电动机电流与电压”关系曲线。至少包括以下两项内容： 说明负载增大时电动机转速和电动机电枢电压的变化趋势和变化量的相对大小。 说明负载变化时闭环控制系统的作用；解释负载增大时电动机电枢电压上升的原因。7. 简述系统调试的收获。七思考题1. 系统在开环、有静差闭环和无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？ 2. 在转速负反馈调速系统中，为得到相同的空载转速n 0 ，转速反馈的强度对Ug

38、有什么影响？为什么？3. 如何确定转速反馈的极性，以便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. 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. 在实验台上构建双闭环不可逆直流电动机调速系统，并调试系统中各环节。2. 测定系统的开环机械特性、双闭环系统静特性、以及闭环系统控制特性。3. 观测系统动态波形。三实验仪器设备1. MCL电力电子及电气传动教学实验台、电源控制屏，MCL31控制屏2. MCL33挂箱、

39、电容挂箱MEL11、可调电阻器挂箱MEL033. 电机导轨及测速发电机机、直流电动机M03、直流发电机M014. 二踪慢扫描示波器四双闭环调速系统的调试原则双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由转速和电流两个调节器调节。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。实验系统的组成如图41所示。系统中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电机电流的目的。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min和min的目的。双闭环调速系统调试原则如下：先部件，后系统：先调好各部件的特性（如偏移电压

40、、限幅值、积分电容等），然后才能组成系统。先开环，后闭环：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。先内环，后外环：先调试电流内环，然后调转速外环。五注意事项1. 三相主电源连线时注意相序。2. 系统开环连接时，不允许突加正给定信号Ug起动电机。3. 起动电机时，要把发电机负载电阻调到最大，以免重载起动。4. 改变接线时要断开主电源，同时把系统给定Ug调为零。5. 闭环后，若电机转速达最高速且不可调，检查转速反馈的极性是否接错。六实验操作1. 实验接线按图31接线。注意将Ublf接地，Ublr悬空，即使用第一组桥六个晶闸管。负载电阻Rz由MEL03的两组电阻并联串联构

41、成，即同一手柄下的两只并联，然后再把并联的两组电阻串联，构成最大阻值为900、额定电流0.82A的电阻。两个调节器ASR和ACR接为PI调节器，积分电容预置5至7F。把零速封锁器DZS中的开关S扳到“解锁”位置。2开环机械特性的测定(1) 修改接线 把触发电路移相控制端Uct的接线从ACR的输出端改为给定环节G的输出Ug。断开负载电阻Rz （使直流发电机空载）。(2) 起动机组 扳动给定环节G中的开关使输出Ug取自正向给定电位器RP1，调节RP1使Ug为零。电源控制屏上直流电机励磁电源开关闭合。按下电源控制屏的闭合按钮，接通主电源。然后调节RP1使Ug增大启动机组。(3) 初始控制角的调整 通

42、过调节给定电位器RP1使Uct=0 。观察输出电压波形判断控制角，调整移相触发电路的偏移电位器使控制角=90°。(4) 机械特性n(Id)的测试 调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n 0 1500转分。在保持Ug不变的情况下，接入并改变直流发电机负载电阻Rz，在直流发电机空载至直流电动机额定负载范围，测78点，读取电动机转速n和电枢电流Id并填入下表。系统开环时电动机转速n与电流Id的对应关系表n (r/min)1500Id (A)0.30.40.50.60.70.80.9(5) 停机 测量完成后，按下电源控制屏的断开按钮切断主电源。3速度环开环调试为了减少改接线，顺便在此完成速度

43、环开环的调试。步骤如下：(1) 反馈系数的调整 把负载电阻增到最大，升高给定电压Ug使转速n1500 r/min，调节MCL31速度变换器FBS中速度反馈电位器RP，使反馈信号电压大小为5 V。(2) 反馈极性的调整 通过调换转速计到速度变换器之间的引线，使得速度反馈信号电压为负极性。4调节器限幅值的调整(1) 速度调节器ASR限幅值的调整 速度调节器ASR输出正负向限幅值要求为±5V。调整方法同实验一，操作方法如下：。给调节器加入负极性的绝对值较大的给定输入电压Ug，使调节器输出达到正向限幅值，调节正限幅电位器RP1使正限幅值等于“+5V”；给调节器加入正极性的较大的给定输入电压U

44、g，使调节器输出达到负向限幅值，调节负限幅电位器RP2使负限幅值等于“-5V”。(2) 电流调节器ACR限幅值的调整 把电流调节器ACR的给定输入端改接给定环节Ug，输出接到触发器控制端Uct。把Ug正负输出值调为约±1V，并先置为正值。接通主电源，然后把Ug置为负值起动电动机。起动完成后ACR输出为正向限幅值，调整正向限幅电位器RP1使电机空载转速稍大于1800rpm，或额定负载下转速稍大于1500rpm 。测量并记录限幅电压。把Ug置为正值使ACR输出负向限幅值，调整负向限幅电位器RP2使负向限幅电压约等于正向限幅电压。5电流环调试(1) 改接线 触发电路控制电压Uct由给定器U

45、g直接接入。暂时改变整流器输出主回路，甩开电动机，直接接入负载电阻Rz并调至最大。接通主电源，逐渐增加给定电压Ug，用示波器监视晶闸管整流桥两端电压波形，保证其正常工作。(2) 电流环开环调试 通过增加给定电压Ug，减小主回路串接电阻Rz，直至主回路电流Id0.8A，然后调节MCL32面板FBC环节的电流反馈电位器，使电流反馈信号的电压Ufi等于速度调节器ASR的输出限幅值的大小（5V）。(3) 改接线 触发电路移相控制电压Uct改为从ACR的输出端7接入，ACR的输入3端改为直接取自给定输出电压Ug，电流反馈信号Ufi接入ACR的5端组成电流闭环系统。ACR的9、10端接MEL11电容器，可

46、预置5F。(4) 电流环闭环调试 置给定电压Ug为负并逐渐增大，使之等于ASR的负向限幅值（-5V），适当减小负载电阻Rz，观察主电路电流Id是否限制在约0.8A。如偏差过大，则应调整电流反馈电位器，使Id0.8A。通过调节ACR的反馈电位器RP3以及9、10端连接的电容，使系统稳定运行 至此电流环调试完成。之后可把Rz减小直至切除（短路），此时Id应增加很少，这说明电流环己具有限流保护功能。可测定并计算电流反馈系数。6、速度环闭环调试第3步已完成速度环开环的调整，这里直接接入速度调节器构成转速闭环系统，进行闭环调试(1) 对照图31检查接线使系统连接完整，即构成双闭环调速系统。负载电阻开路。

47、(2) 接通电源起动系统，调节给定电压Ug = +5V 。这时电机转速应在1500rpm左右，适当调整速度变换器的电位器使转速n=1500rpm 。(3) 用漫扫描示波器观察突加给定的动态波形，适当调节ASR和ACR的放大倍数及外接电容，确定较佳的性能指标。(4) 在不同的给定Ug和负载Rz下试验系统的稳定性，如果系统有振荡可减小两个调节器的放大倍数，适当调整积分电容。至此双闭环晶闸管不可逆直流调速系统调试完毕。7系统特性测试(1) 静特性n(Id)的测定调节转速给定电压Ug，使电机空载转速至1500 r/min。在保持Ug不变的情况下，接入并改变发电机负载电阻Rz，在空载至额定负载范围内测量

48、6个点，读取电机转速n和电枢电流Id并填下表；继续减小Rz，转速开始大幅下降，在不同的转速下继续测量5个点填入下表。由此得到双闭环直流调速系统的静特性n = (Id)。双闭环系统电动机转速n与电流Id的对应关系表n (rpm)150014001200900600300Id (A)0.40.50.60.7(2) 双闭环系统控制特性n = (Ug)的测定断开负载电阻Rz。给出不同的Ug，检测记录Ug和n填入下表，可得到双闭环直流调速系统的控制特性n = (Ug) 。双闭环系统电动机转速n与给定电压Ug的对应关系表n (r/min)Ug (V)0.01.02.03.04.05.06.07.08系统动

49、态波形的观察用慢扫描示波器，在以下三种情况下观察并记录电动机电枢电流波形和转速波形。(1) 突加给定电压Ug起动 通过扳动给定环节的开关S2实现 。(2) 突加额定负载 先调好负载电阻，然后断开，待稳定后快速接通负载电阻。(3) 突降负载 在额定负载下系统稳定后，突然断开负载电阻。说明： 观测电动机电枢电流波形在ACR的电流反馈信号端，观测转速波形在ASR的转速反馈信号端。不可在主电路观测电流波形。 记录波形时首先要确定横轴的位置，横轴不一定与示波器屏幕上刻度的中间线重合。七实验报告要求1. 简述实验的主要内容。2. 说明实验设备和实验方法如果完全按照本实验指导书做实验，可以写明：“使用实验指

50、导书指定的实验设备，按照实验指导书给出的接线图和操作方法完成实验”。如果实验设备和实验操作方法与本实验指导书有所不同，要详细写明。3. 系统的开环机械特性 列出实验操作中得到的系统开环时电动机转速n与电流Id的对应关系表。 绘制“Id- n”坐标系 坐标系的横轴为电流Id，单位为安培（A），从零点开始等距离标注：0.1、0.2、0.8、0.9 ；纵轴为转速n，单位为转/分（rpm），从零点开始等距离标注：300、600、900、1200、1500 。坐标系要适当大，以便在同一坐标系绘制本实验的闭环静特性。 绘制开环机械特性n =(Id) 根据实验测得的数据表，在“Id- n” 坐标系中描点，连

51、线，得到开环机械特性。并注明。4. 双闭环系统的静特性 列出实验操作中得到的双闭环系统电动机转速n与电流Id的对应关系表。 绘制双闭环系统的静特性n =(Id) 根据实验测得的数据表，在前面建立的同一“Id- n” 坐标系中描点，连线，得到双闭环系统的静特性。并注明。 分析比较 说明双闭环系统的静特性相对于开环特性的优点，至少应包括正常负载下特性的硬度和过载时的保护能力。5. 双闭环系统控制特性 列出实验操作中得到的双闭环系统电动机转速n与给定电压Ug的对应关系表。 绘制“Ug- n”坐标系 坐标系的横轴为电压Ud，单位为伏特（V），从零点开始等距离标注：1.0、2.0、3.0、4.0、5.0

52、 ；纵轴为转速n，单位为转/分（rpm），从零点开始等距离标注：300、600、900、1200、1500 。 绘制控制特性n = (Ug) 根据实验测得的数据表，在“Ud- n” 坐标系中描点，连线，得到双闭环系统的控制特性。6. 系统动态波形定性描绘“系统动态波形的观察”实验操作中观察到的波形。绘制波形使用的坐标系横轴为t，纵轴为n或Id ，不必标刻度。绘制时注意波形与横轴的相对位置。最后要对这些动态波形描述的物理过程进行简单说明。例如说明启动时速度上升的特点、电流被限制情况以及电流有随机波动等等。7. 简述系统调试的收获。实验四 双闭环三相异步电动机串级调速系统一实验目的1. 熟悉双闭环

53、三相异步电动机串级调速系统的组成及工作原理。2. 掌握串级调速系统的调试步骤及方法。3. 了解串级调速系统的静态与动态特性。二实验内容1. 在实验台上构建双闭环三相异步电动机串级调速系统 ，并调试系统中各环节。2. 测定开环串级调速系统的机械特性。3. 测定双闭环串级调速系统的静特性。4. 测定双闭环串级调速系统的动态波形。三实验系统组成及工作原理绕线式异步电动机串级调速，即在转子回路中引入附加电动势进行调速。通常使用的方法是将转子三相电动势经二极管三相桥式不控整流得到一个直流电压，再由晶闸管有源逆变电路代替电动势，从而方便地实现调速，并将多余能量回馈至电网，这是一种比较经济的调速方法。 本系

54、统为晶闸管闭环串级调速系统。控制系统由速度调节器ASR、电流调节器ACR、触发装置GT、速度变换器FBS，电流变换器FBC等组成，其系统原理图如图41所示。四实验设备和仪器1. MCL电力电子及电气传动教学实验台、电源控制屏、MCL35三相变压器组件2. MCL33挂箱、MEL03挂箱、MEL11电容挂箱3. 电机导轨及测速发电机、直流发电机M01、绕线式三相异步电动机M094. 二踪慢扫描示波器² 其中绕线式三相异步电动机M09的参数为：PN100W，UN220V (Y接)，IN0.55A，nN1350 r/min，MN0.68 N.m五注意事项1. 本实验利用串级调速电路直接起动电机，不再另外加启动设备。所以开环控制时，应使晶闸管逆变角处于min位置。然后随起动过程加大角，使逆变器的逆变电压缓慢降低，电机平稳加速。2. 角的移相范围为 90°150°，注意不可使90°，否则会造成短路事故。3. 注意绕线电机的转子有4个引出端，其中黑色为公共端，不需接线。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电位器逆时针旋转到底，使调节器放大