交直流调速系统实验课 程 教 案

课程教案课程名称： 交直流调速系统实任课教师： 张振飞所属院部： 电气与信息工程学院1401-14041401教学时间： 2016—2017学年第二学期湖南工学院课程基本信息课程交直流调速系统实验名称

课程代学 分

G0103244

总计： 学时讲课： 学时类别 必修（√）选修（ ）理论（）实验（√）实验：8 学时上机： 学时任课课程简介（1000字）

张振飞 职称 高级实验师 课程设计： 专业班级： 自动化1401—1404班、自动化卓越1401 共 5 个班1、课程性质、地位：本课程为实验课，是自动化专业的专业课程实验。2、课程目标、程的理解。3、主要内容实验一、晶闸管直流调速系统主要单元的调试实验（验证性）实验二、单闭环不可逆直流调速系统实验（验证性）实验三、三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频实验（综合性）实验四、三相空间电压矢量（SVPWM）变频原理实验（综合性）基本教材 1．教材和主 《交直流调速系统实验指导书》湖南工学院电气与信息工学院实验中心要参 2．参考资料考资 《DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验指导书》天煌教仪编写料湖南工学院教案用纸PPAGE3湖南工学院教案用纸PPAGE3实验一、晶闸管直流调速系统主要单元的调试一、本次课主要内容1、速度调节器的调试。2、电流调节器的调试。二、教学目的与要求1、熟悉直流调整系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。2、掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法三、教学重点难点1、重点是调试步骤和方法的掌握。2、难点是对PI动态特性的理解。四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。五、作业与习题布置撰写实验报告一、实验目的(2)掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、实验所需挂件及附件序 型 号 备 号DJK01电源控制屏DJK04IDJK08电容箱慢扫描示波器万用表三、实验内容(1)速度调节器的调试(2)电流调节器的调试四、实验方法

电源”等几个模块。将DJK04挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源开关，即可以开始实验。速度调节器的调试①调节器调零DJK04DJK08120K到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“速度调PRP3，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。②调整输出正、负限幅值把“5”、“6”DJK080.47uF5”、PIDJK04端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，观察调节器输出正电压的变化。③测定输入输出特性（“5“6（比例调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。④观察PI特性拆除“56”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。电流调节器的调试①调节器的调零DJK04DJK0813K比例）调节器。调节面板上的调零电位器RP3，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调整输出正、负限幅值把“8”、“9”DJK080.47uF8”、两端，使调节器成为比例积分）调节器，然后将DJK04RP1，观察输出正电压的变化。③测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接（9“10P器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。PI湖南工学院教案用纸PPAGE4湖南工学院教案用纸PPAGE49“10”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。五、实验报告(1)画速度调节器和电流调节器的输入输出特性图，并分析其特点。(2)贴出不同电阻电容下的PI特性波形，并分析其特征。实验后记：湖南工学院教案用纸PPAGE6湖南工学院教案用纸PPAGE6实验二、单闭环不可逆直流调速系统实验一、本次课主要内容1、DJK04上的基本单元的调试。2、U不变时直流电动机开环特性的测定。ct3、U不变时直流电动机开环特性的测定。d4、转速单闭环直流调速系统。5、电流单闭环直流调速系统。（选做）二、教学目的与要求1、了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。2、掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。3、认识闭环反馈控制系统的基本特性。三、教学重点难点1、重点是开、闭环特性的测试和比较。2、难点是对PI系数的调整。四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。五、作业与习题布置撰写实验报告一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。二、实验所需挂件及附件序 型号 备注号DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输DJK02晶闸管主电路DJK02-1电路

该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放”等几个模块。DJK04电机调速控制实验I 馈与过流保护”等几个模块。DJK08DD03-2电机导轨﹑测速 或者“DD03-3电机导轨﹑光码发电机及转速表DJ13-1直流发电机DJ15直流并励电动机D42三相可调电阻

盘测速系统及数显转速表”慢扫描示波器万用表三、实验线路及原理湖南工学院教案用纸P湖南工学院教案用纸PPAGE14系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”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UCt

，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(化。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UCt流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。图2-1 转速单闭环系统原理图图2-2 电流单闭环系统原理图四、实验内容学习DJK01“(2)DJK04上的基本单元的调试。UctUd转速单闭环直流调速系统。电流单闭环直流调速系统。（选做）五、预习要求馈控制系统的内容。掌握调节器的工作原理。系统中的作用。实验时，如何能使电动机的负载从空载(接近空载)连续地调至额定负载?六、实验方法DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。③用10DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1的发光管亮。④观察ABCABC三相锯齿波斜率调节电位器（观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。⑤将DJK04上的“给定”输出U直接与DJK02-1上的移相控制电压U相接，将给定g ct开关S拨到接地位置（即U=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器2 ct观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使α=120°。⑥适当增加给定U的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时g应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。⑦将DJK02-1面板上的U端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉lf冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。U不变时的直流电机开环外特性的测定ct①按接线图分别将主回路和控制回路接好线。DJK02-1上的移相控制电压U由ctDJK04上的“给定”输出U直接接入，直流发电机接负载电阻R，L用DJK02上200mH，g d将给定的输出调到零。②先闭合励磁电源开关，按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，使主电路输出三Ung达到1200rpm。③改变负载电阻R的阻值，使电机的电枢电流从I直至空载。即可测出在U不变ed ct时的直流电动机开环外特性n=f(I)，测量并记录数据于下表：dn（rpm）n（rpm）Id（A）Ud①控制电压U由DJK04DJK02ct g d上200mH,将给定的输出调到零。②按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，然后从零开始逐渐增加给定电压U，使g电动机启动并达到1200rpm。③改变负载电阻R，使电机的电枢电流从Ied

直至空载。用电压表监视三相全控整流输出的直流电压U,保持U不变(通过不断的调节DJK04上“给定”电压U来实现)，d d g测出在U不变时直流电动机的开环外特性n=f(I)，并记录于下表中：d dn（rpm）n（rpm）Id（A）基本单元部件调试①移相控制电压U调节范围的确定ct直接将UDJK02-1移相控制电压

的输入端，“三相全控g ct整流”输出接电阻负载R，用示波器观察U的波形。当给定电压U由零调大时，U将随d g d给定电压的增大而增大，当U超过某一数值U＇时，U的波形会出现缺相现象，这时g g dU反而随U的增大而减少一般可确定移相控制电压的最大允许值为U =0.9U即d g ctmax gU的允许调节范围为0～U。如果我们把输出限幅定为U的话则“三相全控整流”g ctmax ctmax ，输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。记录U＇于g下表中：UU＇gUctmax=0.9U＇g将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。②调节器的调整A、调节器的调零将DJK04DJK08中的可调电阻40K为P(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DJK04DJK08中的可调电阻13K8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节器”成为比例）RP3，节器的“11”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。B、正负限幅值的调整5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uFPIDJK04RP2，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U。ctmax8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“8”、“9”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，然后将DJK04的给定输RP2，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U 。ctmaxC、电流反馈系数的整定直接将“给定”电压U接入DJK02-1移相控制电压U的输入端，整流桥输出接电阻g ct负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。U=220VdRP1I=l.3A“2”d端IU=6V，这时的电流反馈系数β=U/I4.615V/A。f fi fi dD、转速反馈系数的整定直接将“给定”电压U接DJK02-1上的移相控制电压U的输入端，“三相全控整g ct流”电路接直流电动机负载，L用DJK02上的200mH，输出给定调到零。d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=150OrpRP1U=-6V，fn这时的转速反馈系数α =U/n=0.004V/(rpm)。fn转速单闭环直流调速系统①按图2-1Ug电压，将“速度调节器”接成P（比例）调节器或PI（比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R，L用DJK02上200mH，给定输出调到零。d②直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U，使电动机的转速接近gn=l200rpm。③由小到大调节直流发电机负载R，测出电动机的电枢电流I，和电机的转速n，d直至I=I，即可测出系统静态特性曲线n=f(Id ed dn（rpm）n（rpm）I（A）d电流单闭环直流调速系统①按图2-2接线，在本实验中，给定U为负给定，电流反馈为正电压，将“电流g调节器”接成比例（P）调节器或PI（比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R，L用DJK02上200mH，将给定输出调到零。d②直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U，使电动机转速接近gn=l200rpm。③由小到大调节直流发电机负载II

，即可测出系统静态特性曲线n=f(Id

d d edn（rpm）n（rpm）I（A）d七、实验报告根据实验数据，画出U不变时直流电动机开环机械特性。ct根据实验数据，画出Ud(4)根据实验数据，画出电流单闭环直流调速系统的机械特性。(5)比较以上各种机械特性，并做出解释。八、思考题(l)P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?元件能改变转速反馈的强度?改变“电流调节器”及“速度调节器”的电阻、电容参数，对系统有什么影响？九、注意事项电机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电机启动。在启动前必须将移闸。换成电动机作为负载。反馈，否则会造成失控。1.2值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。DJK04DJK02-1DJK04DJK02-1实验后记：湖南工学院教案用纸P湖南工学院教案用纸PPAGE16实验三、三相正弦波脉宽度调制（SPWM）变频原理实验一、本次课主要内容测试SPWM形成的有关波形。二、教学目的与要求掌握SPWM熟悉与SPWM三、教学重点难点重点、难点是根据测试的波形对SPWM变频原理的分析。四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。五、作业与习题布置撰写实验报告一、实验目的掌握SPWM熟悉与SPWM序号型序号型号备注1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输块。23DJK13变频调速控制双踪示波器三、实验方法SPWM（控制部分SVP的三个端子都悬空，然后开启电源开关。0.5HzSPWM（2