《交直流调速系统实验》实验指导书

《交直流调速系统》课程试验指导书专 业：电气工程及其自动化电子信息工程学院20235目 录\l“_TOC_250005“试验概述 1\l“_TOC_250004“试验一晶闸管直流调速系统主要单元的调试 4\l“_TOC_250003“试验二晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定试验 7\l“_TOC_250002“试验三转速单闭环直流调速系统 14\l“_TOC_250001“试验四电压单闭环直流调速系统 18\l“_TOC_250000“试验五规律无环流可逆直流调速系统 21口〕 24试验概述力、电子、掌握、计算机技术等，而试验环节是这些课程的重要组成局部。通过试验，可以加深对理论的理解，培育和提高实际动手力量、分析和解决问题的独立工作力量。试验的特点和要求来验证理论，促使理论和实际相结合，使生疏不断提高、深化。具体地说，学生在完成指定的试验后，应具备以下力量：把握电力电子变流装置主电路、触发或驱动电路的构成及调试方法，能初步设计和应用这些电路。生疏并把握根本试验设备、测试仪器的性能及使用方法。把握交、直流电机掌握系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法。能设计交、直流电机掌握系统的具体试验线路，列出试验步骤。能够运用理论学问对试验现象、结果进展分析和处理，解决试验中遇到的问题。能够综合试验数据，解释试验现象，编写试验报告。试验预备先进展预习，从而提高试验质量和效率，否则就有可能在试验时不知如何下手，铺张时间，完不成试验要求，甚至损坏试验装置。因此，试验前应做到：复习教材中与试验有关的内容，生疏与本次试验相关的理论学问；阅读本教材中的试验指导，了解本次试验的目的和内容；把握本次试验系统的工作原理和方法。写出预习报告，其中应包括试验题目、试验仪器、试验原理、试验步骤、数据记录表格等；生疏试验所用的试验装置、测试仪器等；进展试验分组，一般状况下，试验分组为每组2~4人。试验实施试验开头前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次试验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许试验开头。指导教师对试验装置作介绍，要求学生生疏本次试验使用的试验设备、仪器，明确这些设备的功能、使用方法。按试验小组进展试验，试验小组成员应进展明确的分工，各人的任务应在试验进展中实行轮换，以便试验参与者能全面把握试验技术，提高动手力量。按预2人同时进展主电路和掌握电路的接线。完成试验系统接线后，必需进展自查。串联回路从电源的某一端动身，按回路逐2根导线在试验装置上的某接线端进展过渡连接。自查完成后，须经指导教师复查前方可合闸通电，开头试验。试验时，应按试验教材所提出的要求及步骤，逐项进展试验和操作。除作阶跃启改接线路时，必需拉闸，断开电源。试验中应观看试验现象是否正常，所得数据是否合理，试验结果是否与理论相全都。完本钱次试验全部内容后，应请指导教师检查试验数据、记录的波形。经指导教师认可前方可撤除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位。试验总结得用凑数据的方法来向理论靠拢找出引起较大误差的缘由。后写出的心得体会。试验报告包括以下内容：试验名称、专业班级、学号、姓名、试验日期。试验目的、试验内容简述。列出试验中所用组件的名称及编号等。绘出试验时所用组件的线路图，并注明仪表量程、电阻器阻值、电源端编号等。试验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式。按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线及记录的波形，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线，不在曲线上的点仍按实际数据标出。用理论学问对试验结果进展分析总结，说明试验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解、建议和改进的措施，并最终写出结论。每次试验后，要求每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。试验一晶闸管直流调速系统主要单元的调试一、试验目的生疏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。把握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、试验设备DL01电源掌握屏DL02DL05DL21直流电机调速电路示波器万用表三、试验内容调整器I(速度调整器)的调试。调整器II(电流调整器)的调试。反相器的调试。掌握单元及系统调试。四、试验方法电压给定试验原理RP6、RP7S1、S2S1开关，输出的正、负电压的大小分别由RP6、RP7来调整，其输出电压范围为-15V～+l5V，S2为输出掌握开关，置于“运行”位置，允许电压输出，置于“停顿”位置，则输出恒为零。试验方法与步骤S2S1RP6S20V的阶跃信号；再拨动S20VS2S1RP7S20V的阶跃信号；再拨动S20VS2S1RP6和RP7当S1从“正给定”位置转换至“负给定”位置时，可得到从正电压到负电压的阶跃信号。S1调整器试验原理算，使其输出按某一规律变化节组成。“A1A2A3VD1VD2VD3、VD4和电位器RP2、RP3R1、C1校正环节，有助于抑制振荡，削减超调。RP1、C2与运算放大器组成PI调整器。转变R7C5RP1RP2、RP3试验方法与步骤调整输出限幅值将“电压给定”的输出端连接到“调整器”的“A3”端。当加+5V的给定电压时，调整限幅电位器RP3(-0.8V～-16V)；当加-5V的给定电压时，调整正限幅电位器RP2，观看“调整器”正电压输出的变化规律(14.6V～0.8V)。测定输入输出特性C2P〔比例〕调整器，同时将正负限幅电位器RP2和RP3测出相应的输出电压变化，直至输出限幅值，并画出对应的曲线。PI将反响网络中电容C2的短路线撤除，给“调整器”输入端突加给定电压，用示波器观看输出电压的变化规律。转变调整器的外接电阻值，观看输出电压的变化。反相电路试验原理相电路的输入信号U1U2U1RP1R3U2R1调整电位器RP1，使RP1+R3=R1，则U1U2，输入与输出成反相关系。试验线路连接使其输出为+5VRP5使输出等于-5V；再调整“电压给定”使其输出为-5V，观测“反相电路”输出是否为+5V。“触发电路”调试翻开DL01总电源开关，操作“电源掌握屏”上的“三相电网电压指示”开关，观看输入的三相电网电压是否平衡。将DL02DL05DL05电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观看A、B、C三相的锯齿波，并调整A、B、C三相锯齿波斜率调整电位器〔在各观测孔左侧〕，使三相锯齿波斜率尽可能全都。将DL22上的“给定”Ug输出直接与DL05上的移相掌握电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置〔即Uct=0〕，调整DL05中“偏移电压观测及调整”上的电位器，用双踪示波器观看三一样步信号输入a和“双脉冲观看孔”VT1α=150°(留意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开头计算，而单相晶闸管电路的0°30°)。将给定开关S2Ug的正电压输出，观测DL05上“脉冲观看孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。将DL0UlDL0DL02DL02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观看正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。试验二晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定试验一、试验目的生疏晶闸管直流调速系统的组成及其根本构造。把握晶闸管直流调速系统参数及反响环节测定方法。二、试验设备DL01电源掌握屏DL02晶闸管主电路DL05DL37电流反响与过流保护DL16三相芯式变压器和不行控整流DT04〔0-90Ω〕模块DT05〔0-900Ω〕模块EM01EM03电机导轨示波器万用表三、试验原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。Ug作为触发器的移相掌握电压Uct，转变Ug的大小即可转变掌握角α，从而获得可调的直流电压，以满足试验要求。试验系统的组成原理图如图1-1所示。四、试验内容测量并计算直流调速系统中以下参数。测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R。测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2。测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td。测定直流电动机电势常数CCe m测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T。m测定晶闸管触发及整流装置特性U=f(U)和测速发电机特性U=f(n)。d ct TG要求：学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。图2-1试验系统原理图五、试验方法RL以及系统的电磁时间常数TTd M电枢回路总电阻R电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻RR及整流装置的内阻a LRnR=Ra十RL十Rn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抱负空载电压Uｄ0，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，试验线路如图2-2所示。将变阻器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。调整给定(DL21)使输出直流电压Ud在30%Ued～70%Ued(Ued为电机的额定电压，可为110V)，然后调整R2使电枢电流在80%Ied～90%Ied(Ied为电机的额定电压，可为0.9A)，读取电流表A和电压表V2的数值为I1、U1于下表中。则此时整流装置的抱负空载电压为Ud=I1R+U1 〔2-1〕I/AU/VI/AU/VR/ΩR/ΩR/ΩR/Ω1122aLn调整RRSU1 2 2 d值IU2 2U=IR+U 〔2-2〕d 2 2求解(2-1)、(2-2)两式，可得电枢回路总电阻：R＝〔U-U〕/〔I-I〕2 1 1 2如把电机电枢两端短接，重复上述试验，可得RR=(U-U)/(I＇-IL n 2 1 1 2则电机的电枢电阻为R=R-(RRa L n同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL。图2-2伏安比较法试验线路图电枢回路电感L电枢回路总电感包括电机的电枢电感L、平波电抗器电感L和整流变压器漏感L，由于a d BL数值很小，可以无视，故电枢回路的等效总电感为：BL＝La+Ld线路如图2-3所示。图2-3测量电枢回路电感的试验线路图试验时沟通电压由DL01DL16UUa L抗ZZLLa L a d计算公式如下：Z=U/Ia aZ=U/IL LZ2R2a aL Z2R2a aaZ2R2L LL Z2R2L Ld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

T-T=(GD2/375)dn/dtz式中， T为电动机的电磁转矩，单位为N·m；TTN·m；z kn为电机转速，单位为rpm。电机空载自由停车时，T=0，T=Tz kT (GD2/375)dn/dtK从而有

GD2375TK

/dn/dt式中GD2的单位为N·m2；Tk可由空载功率PK(单位为W)求出：P UIK aa0

I2Ra0 aT 9.55P /nK Kdn/dt可以从自由停车时所得的曲线n＝f(t)求得，其试验线路如图2-4图2-4测定GD2时的试验线路图U和电流I，然后断a a0开给定，用数字存储示波器记录n=f(t)曲线，即可求取某一转速时的T和dn/dt。由于空载kn为基准选择假设干个点〔1200r/mi800r/mi，测出相应的T和dn/dt，以求得GD2GD2时会有k肯定的误差。主电路电磁时间常数T的测定d承受电流波形法测定电枢回路电磁时间常数T，电枢回路突加给定电压时，电流i按指d d数规律上升:i I(1et/Td)d d其电流变化曲线如图2-5所示。当t=T时，有：i I (1e1)0.632Id d d d试验线路如图2-6所示。电机不加励磁，调整给定使电机电枢电流在50%I～90%I范围ed edUS2S2从接地到正电压跃阶信号，g用数字存储示波器记录i=f〔t〕63.2%时d的时间，即为电枢回路的电磁时间常数T。d电动机电势常数C和转矩常数C的测定e M将电动机加额定励磁，使其空载运行，转变电枢电压U，测得相应的n即可由下式算出dC：eC Ke

(Ue

U )/(nd1 2

n)1读取几点，求取Ce的平均值。式中，Ce的单位为V/(rpm)。转矩常数(额定磁通)CM的单位为N·m/A。CM可由Ce求出：CM=9.55Ce图2-5电流上升曲线 图2-6测定T的试验线路图d系统机电时间常数T的测定M系统的机电时间常数可由下式计算T M

C 2)e M由于T>>T，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即M dnKUd

/(1TS)M当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达稳态值的63.2%时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数T。测试线路同试验图2-4，测试时电枢回路中附加电Mn=f(t)，即可由此确定机电时间常数。晶闸管触发及整流装置特性U=f(U)和测速发电机特性U=f(n)的测定d g TG试验线路如图2-4所示，可不接示波器。电动机加额定励磁，渐渐增加触发电路的掌握电压UUUUnU=f(Ug g TG d d g和U=f(n)。TG由U=f(UKd g s故计算K时，可取曲线上相应工作段的数值，则：sK=ΔU/ΔUs d g六、留意事项时可取上限、下限或平均值，但每次取法必需全都。由于DL37电压不能加得太高。当电机堵转时，会消灭大电流，因此测量的时间要短，以防电机过热。在测试Ud=f(Ug)时，DL02上的偏移电压要先调到α=120°，具体方法见单闭环直流调速。每次需缓慢增加给定电压，以防电枢中产生过大的冲击电流。除要求阶跃给定外，每次启动电动机前，给定电位器RP1必需退回到零位，才允许合上电源开关和给定开关，以防过流。试验中各变阻器要放在最大值处，然后依据要求减小阻值，以防过流。七、试验思考题如何判别触发脉冲的零位？避开引起过流？读取仪表数据以及在特性曲线上取值时应留意哪些问题？试验三转速单闭环直流调速系统一、试验目的把握转速单闭环直流调速系统的组成、原理及各主要单元部件的原理。把握转速单闭环直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、试验设备DL01电源掌握屏DL02晶闸管主电路DL05DL19单相自耦调压器/单相不行控整流电路DL21直流电机调速电路DT05〔0-900Ω〕模块EM01EM03示波器万用表三、试验内容试验方法节器”的输入端，与“给定”电压相比较并放大，得到移相掌握电压c，用作掌握整流桥试验中，“调整器”作为“速度调整器”使用。承受P〔比例〕PI〔比例积分〕调整。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机3-13-1试验步骤移相掌握电压U调整范围确实定ctHEP-DL21HEP-DL05HEP-DL02ct中“三相正桥主电路”输出接可调电阻负载R，用示波器观看U的波形。d〔1〕Ud＇。

当“电压给定”由零调大时，UUd d将三相全控整流桥实际输出的最大值设为U=0.9U＇。调整“电压给定”使得dmax d三相全控整流桥输出等于 U，此时将对应的“给定电压”Ug＇值记录下来，该值即为dmax dUc=U＇。tmax gdU保证整流桥的六个晶闸管牢靠工作。

，就可以限定三相全控整流桥的输出范围，ctmax3-13-1移相掌握电压U调整范围数据记录表UU＇dU=0.9U＇dmax dUctmax gd=U＇测定完成后，将“电压给定”调整至零，再按“停顿”按钮。“调整器”的调整输出限幅值的调整HEP-DL213”端。当加+5V负限幅电位器RP30V；当“调整器”输入端加-5V给定电压时，调整正限幅电位器RP2，使“调整器”的输出为U转速反响系数的整定

。ctmax将HEP-DL21HEP-DL05整流电路接直流电动机负载，Ld使用HEP-DL01200mH0V。U，使电机转速上升到额定值gdne〔1200r/min〕RP410V，这时的转速反响系数a=10/ne〔V/rpm〕。转速单闭环直流调速系统试验转速单闭环有差调速系统试验留意：在连接反响信号时，给定信号的极性必需与反响信号的极性相反，确保为负反响，否则会造成失控。3-1HEP-DL21U为正给定电压，而转速反响gdB3、B4将“调整器”接成P〔比例〕调整器〔A4、A5短接〕。直流发电机接可调负载电阻R，LHEP-DL01200mHU0V。d gdU，使电动机的转速达gd到额定值ne。渐渐减小可调负载RId

和电动机的转速Id

nfI，d3-23-2电动机电枢电流Id〔A〕转速单闭环无差调速系统试验将“调整器”接成PI〔比例积分〕调整器〔A4、A5不短接〕，承受与“转速单闭环有差调速系统试验”中一样的方法测定系统的机械特性，数据记录于表3-33-3转速单闭环无差调速系统机械特性数据电动机电枢电流Id〔A〕四、留意事项触发电路正常后，方可合上主回路电源开关。每次需缓慢增加给定电压，以防电枢中产生过大的冲击电流。除要求阶跃给定外，每次启动电动机前，给定电位器RP1必需退回到零位，才允许合上电源开关和给定开关，以防过流。试验中各变阻器要放在最大值处，然后依据要求减小阻值，以防过流。五、试验思考题如何简便观测反响极性是否正确？试验四电压单闭环直流调速系统一、试验目的把握电压单闭环直流调速系统的组成、原理及各主要单元部件的原理。把握电压单闭环直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、试验设备DL01电源掌握屏DL02晶闸管主电路DL05DL19单相自耦调压器/单相不行控整流电路DL21直流电机调速电路DT05〔0-900Ω〕模块EM01EM03示波器万用表三、试验内容试验方法加到“调整器”的输入端，与“给定”电压相比较并放大，得到移相掌握电压Uc，用作掌握闭环系统。试验中，“调整器”作为“电压调整器”使用。电机的最高转速也由“调整器”的输出限幅所打算。同样，调整器假设承受P〔比例〕调节，对阶跃输入有稳态误差，要消退该误差将调整器换成PI〔比例积分〕调整。当“给定”电枢电压能稳定在肯定的范围内。系统原理图框图如图4-14-1试验步骤电压反响系数的整定断电条件下，断开HEP-DL01上“三相调压输出”中“U”、“V”和“W”与HEP-DL02HEP-DL01上“0～300V可调电枢电源”接到电压隔离器的“+、-”端。通电后，调整可调电枢电源的自耦调压器，使“0～300V220V。调整“电压隔离”上的电位器RP110V，这时的电压反响系数γ=10V/220V=0.0273。电压单闭环有差调速系统试验留意：在连接反响信号时，给定信号的极性必需与反响信号的极性相反，确保为负反响，否则会造成失控。4-1HEP-DL21U为正给定电压，而电压反响gd也为正电压，因此，需要在反响电压经过“电压隔离”后使用“反相电路”将其转换为负电压。将“调整器”接成P〔比例〕调整器。直流发电机接可调负载电阻R，Ld使用HEP-DL01200mHU调至0V。gdU，使电动机的转速达gd到额定值ne。渐渐减小可调负载R的阻值，使发电机负载增大，测量电动机的电枢电流Id和电动机的转速nIdnfId4-14-1电动机电枢电流I〔A〕d电压单闭环无差调速系统试验将“调整器”接成PI〔比例积分〕调整器，承受与“电压单闭环有差调速系统试验”中一样的方法测定系统的机械特性，数据记录于表4-24-2电动机电枢电流I〔A〕d试验五规律无环流可逆直流调速系统一、试验目的了解并生疏规律无环流可逆直流调速系统的原理和组成。把握各掌握单元的原理，作用及调试方法。把握规律无环流可逆调速系统的调试步骤和方法。了解规律无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。二、试验设备DL01电源掌握屏DL02晶闸管主电路DL05DL21直流电机调速电路DL38IIIDL37IIDT05〔0-900Ω〕模块EM01EM03示波器万用表三、试验内容掌握单元调试。系统调试。正反转机械特性n=f(Id正反转闭环掌握特性n=f(Ug系统的动态特性的观看。四、试验原理控整流桥之间可省去限制环流的均衡电抗器，电枢回路仅串接一个平波电抗器。掌握系统主要由速度调整器ASR，电流调整器ACR，反号器AR，转矩极性鉴别器DPT，DPZDLCFBCFBS5-1UU为”0”态，U为”g blf blr1”态，即正桥触发脉冲开通，反桥触发脉冲封锁，主回路正组可控整流桥工作，电机正向运转。减小给定时，U<UU反向，整流装置进入本桥逆变状态，而U，U不变，当主g fn gi blf blr回路电流减小并过零后，U，U输出状态转换，U为“1”态，U为“0”态，即进入它blf blr blf blr桥制动状态，使电机降速至设定的转速后再切换成正向运行；当U=0时，则电机停转。g反向运行时，U为”1”态，U为”0”态，主电路反组可控整流桥工作。blf blr制动它桥逆变状态，U为”0”态，U为”1”态，保证了正桥工作，反桥封锁；反向运转，blf blr反转制动本桥逆变，正转制动它桥逆变阶段，则U为”1”态，U为”0”态，正桥被封blf blr也无脉冲环流。五