电机与电力拖动实验讲义

电机与电力拖动实验

第一章直流电机调速系统实验

实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验

实验目的

(1)熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。

(2)掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。

实验所需挂件及附件

序号型号备注

该控制屏包含“三相电

1DJK01电源控制屏

源输出”，“励磁电源”

等几个模块。

2DJK02晶闸管主电路

该挂件包含“触发电

3DJK02-1三相晶闸管路”，“正桥功放”，

触发电路“反桥功放”等几个模

块。

该担件包含“给定”「电

4DJK04电机调速控制流调节器”，“速度变

实验I换”，“电流反馈与过流

保护”等几个模块。

该担件包含“三相不控

5DJK10变压器实验

整流”和“三相心式变

压器”等模块。

6“DD03-3电机导轨

、光码盘测速系统及

数显转速表”

7DJ13-1直流发电机

8DJ15直流并励电动

机

9D42三相可调电阻

10数字存储示波器

11万用表

实验线路及原理

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。

在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可

直接由给定电压也作为触发器的移相控制电压心，改变区的

大小即可改变控制角明从而获得可调的直流电压，以满足实

验要求。实验系统的组成原理图如图1-1所示。

Ld

.

.■一

和

电

源

输

出

励磁

电源

触发

2电路

图1-1实验系统原理图

实验内容

⑴测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R。

⑵测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。

⑶测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量

GD%

⑷测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td。

(5)测定直流电动机电势常数以和转矩常数CMO

⑹测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM。

⑺测定晶闸管触发及整流装置特性UFfOJcJ。

⑻测定测速发电机特性UTG=f(n)o

实验方法

为研究晶闸管一电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、

总电感L以及系统的电磁时间常数Td与机电时间常数T”，这

些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：

(1)电枢回路总电阻R的测定

电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R、平波电抗器的直

流电阻R及整流装置的内阻R”，即

R=Ra+RL+Rn(1-1)

由于限值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测,

Is1---------供

///

7GT10国&

------

(2)电枢回路电感L的测定

电枢回路总电感包括电机的电枢电感La、平波电抗器电感Ld

和整流变压器漏感LB,

由于LB数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为

L=L“+Ld(1-7)

电感的数值可用交流伏安法测定。实验时应给电动机加额定励

磁，并使电机堵转，实验线路如图1-3所示。

三

心

相

式

电

变

源

压

输电源

器

出

图1-3测量电枢回路电感的实验线路图

实验时交流电压由DJK01电源输出，接DJK10的高压端，从低

压端输出接电机的电枢，用交流电压表和电流表分别测出电枢

两端和电抗器上的电压值IL和UL及电流I,从而可得到交流阻

抗Za和ZL,计算H电感值La和Ld,计算公式如下：

(1-8)ZLWI

(1-9)乙

La=7—/(2七/(1-10)

(「ID⑶直流建询m更电朝尹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-L=(GD2/375)dn/dt(1-12)

式中，T为电动机的电磁转矩，单位为N・m；T,为负载转矩,

空载时即为空载转矩Tk,单位为N•叫n为电机转速，单位为

rpmo

电机空载自由停车时，>0,Tz=Tk,则运动方程式为：

(1T3%=-(GD2/37S)dn/dt

从而有

(]_]4yI)？=315TK/\dn/d\

式中GD?的单位为N・m2；Tk可由空载功率R(单位为W)求出:

(1-15)2

PK=UBLO-I&O

(1-16)7>=9.55气/々

dn/dt可以从自由停车时所得的曲线n=f(t)求得，其实险线

路如图1-4

图1-4测定GDz时的实脸线路图

电动机加额定励磁，将电机空载启动至稳定转速后，测量电枢

电压Ua和电流L。，然后断开给定，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Tk和dn/dt。由于空载转

矩不是常数，可以以转速n为基准选择若干个点，测出相应的

Tk和dn/dt,以求得GD?的平均值。由于本实验装置的电矶容

量比较小，应用此法测GDz时会有一定的误差。

(4)主电路电磁时间常数Td的测定

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：

id=Id(l-e-^)

其电流变化曲线如图1-5所示。当t二Td时，有

图1-5电流上升曲线图1-6测定Td的实验线路图

实验线路如图厂6所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢

电流在50%1〜90%%范围内。然后保持小不变，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。

(5)电动机电势常数C和转矩常数CM的测定

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=KR>=(Ud2_Udi)/52fl)

式中，C的单位为V/(rpm)。转矩常数(额定磁通)G的单金为

N•m/AoCM可由C求出：

CM=9.55Ce

(6)系统机电时间常数Tv的测定

系统的机电时间常数可由下式计算

22

TM=(GDR)/(375QCMO)

由于T”》Td,也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即

n=KUd/(l+TMS)

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。

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n=f(t),即可由此确定

机电时间常数。

⑺晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(U)和测速发电机特性

UTG=f(n)的测定

实验线路如图1-4所示，可不接示波器。电动机加额定励磁,

逐渐增加触发电路的控制电压Ug,分别读取对应的上、UTG、山、

n的数值若干组，即可描绘出特性曲线IW(4)和3f(n)。

由Ud=f(U)曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数由线

Ks=f(UJ：

(二AUd/AUg

实验报告

⑴作出实验所得的各种曲线，计算有关参数。

(2)由Ks=f(Ug)特性,分析晶闸管装置的非线性现象。

注意事项

(1)由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，

可取平均读数。

(2)由于D.TK04上的过流保护整定值的限制，在完成机电时间

常数测定的实验中，其电

枢电压不能加的太高。

(3)当电机堵转时，会出现大电流，因此测量的时间要短，以

防电机过热。

(4)在测试Ud=f(2)时,DJK02上的偏移电压要先调到OF120。,

具体方法见单闭环直

流调速。

实验二晶闸管直流调速系统主要单元的测试

实验目的

熟悉直流调速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。

掌握直流调速系统主要单元部件的调减步骤和方法。

实验所需挂件及附件

序型号备注

号

1DJK01电源控制该控制屏包含“三相电源输出”，

屏“励磁电源”等几个模块。

2DJK04电机调速该挂件包含“给定”，“电流调节

控制器”，“速度变换”，“电流反馈及

过载保护”等几个模块。

3慢扫描示波器

4万用表

实验内容

速度调节器的调试

电流调节器的调试

“零电平检测”及“转矩极性鉴别”的调试

反号器的调试

逻辑控制器的调试

实验方法

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

a.调节器调零

将DJK04中转速调节器所有输入端接地，将串连反馈网络中的

电容短接（即将转速调节器的“5”，“6”两端用导线短接），

使电流调节器成为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速度调节器“7”端的输出，

使调节器的输出电压尽可能接近于零。

b.调整输出正、负限幅值

将转速调节器的输入端和反馈电路电容短接线去掉，使调节器

成为P1（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,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。

c.测定输入输出特性

将反馈网络中的电容短接（将"5”、"6”端短接），使速度调

节器为P（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。

d.观察PI特性

拆除“5”、“6”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察

输出电压的变化规律。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

a.调节器调零

将DJK04中电流调节器所有输入端接地，将串连反馈网络中的

电容短接（即把电流调节器的“9”、“10”两端用导线直接短

接），使电流调节器成为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的“11”端，

使调节器的输出电压尽可能接近于零。

b.调整输出正、负、限幅值

将电流调节器的输入端和反馈电路电容短接线去掉，使调节器

成为PI（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“3”端，当加正给定时，调整负限幅值电

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,观察输H电压的变化。

c.测定输入输出特性

将反馈网络中的电容短接（将“9”、“10”端短接），使速度调

节器为P(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。

d.观察PI特性

拆除“9”、“10”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观

察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容,

观察输出电压的变化。

(3)“零电平检测”及“转矩极性鉴别”的调试

a.测定“零电平检测”及“转矩极性鉴别”的环宽，要求环

宽为0.4〜0.6伏，记

录高电平值，调节各单元的RP1使特性满足其要求。“零电平

检测”要求的环宽从0.2~0.6伏。“转矩极性鉴别”要求的环

宽从一。25〜+025伏。

转矩极性鉴别具体调试方法：

调节给定Ug,使“转矩极性鉴别”的“1”脚得到约0.3V电

压，调节电位器RP1

使"2”端输出从高电平变为低电平。

调节负给定从0V起调，当转矩极性鉴别器的“2”端从“低电

平”变为“高电平”

时，检测转矩极性鉴别器的“1”端因为-0.3V左右，否则应

调整电位器，使“2”端电平变化时，“1”端电压大小基本相

等。

测定“零电平检测”的环宽，要求环宽也为0.4V〜0.6V,调节

电位器RP1,使回环

沿纵坐标右侧偏离0.2VO

零电平检测具体调试方法：

调节给定Ug,使“零电平检测”的“1”脚约0.7V电压，调

节电位器RP1,使“2”

端输出从“1”变为"0”。

减小给定，当“零电平检测”的“2”端从“0”变为“1”时，

检测“零电平检测”

的“1”端应为0.2V左右，否则应调整电位器。

b.测得数据，画出两个电平检测器的回环。

⑷反号器的调试

测定输入输出比例，输入端加入+5V可压，调节RP1,使输出

端为-5V。

实验报告

记录并分析调试过程当中各输出结果。

简述各控制单元的调试要点。

实验三单闭环不可逆直流调速系统实验

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。

⑶认识闭环反馈控制系统的基本特性。

实验所需挂件及附件

序型号备注

号

该控制屏包含“三相电源

1DJK01电源控制屏

输出“，“励磁电源”等几

个模块。

2DJK02晶闸管主电

路

该挂件包含“触发电

3DJK02-1三相晶闸

路”，“正桥功放”，“反

管触发电路

桥功放”等几个模块。

该挂件包含“给定”，"电

4DJK04电机调速控流调节器”，“速度变换”，

制实验I“电流反馈与过流保护”

等几个模块。

5DJK08可调电阻、电

容箱

6或者“DD03-3电机

导轨、光码盘测速

系统及数显转速表”

7DJ13-1直流发电机

8DJ15直流并励电动

机

9D42三相可调电阻

10慢扫描示波器

11万用表

实验线路及原理

为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制

系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。对调速指标要求不高的

场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系

统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈

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Ug用

作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管

的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这

就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化,

电机最高转速由速度调节器的输出限嗝所决定，速度调节器采

用P（比例）调节左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（比例积分）调节。这时当“给定”恒定时，

闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压

波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。

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,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。电机的最高转速也由电流调节器的输出限

幅所决定。同样，电流调节器若采用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（比例积分）

调节。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑

制作用，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3—1转速单闭环系统原理图

图3—2电流单闭环系统原理图

实验内容

(1)学习DJK01"电源控制屏”的使用方法。

(2)DJK04上的基本单元的调试。

(3)I不变时直流电动机开环特性的测定。

(4)“不变时直流电动机开环特性的测定。

(5)转速单闭环直流调速系统。

(6)电流单闭环直流调速系统。

预习要求

(1)复习自动控制系统(直流调速系统)教材中有关晶闸管直流

调速系统、闭环反馈控制系统的内容。

(2)掌握调节器的工作原理。

⑶根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解

各控制单元在调速系统中的作用。

(4)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？

实验方法

(DDJK02和DJK02T上的“触发电路”调试

a.打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三用电

网电压指示”

开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

b.将DJK01"电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直

流调速”侧。

c.用10芯的扁平电缆，将DJK02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DJK02T电源开关，拨动“触发脉冲指

示”钮子开关，使

“窄”的发光管亮。

d.观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率

调节电位器（在各

观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。

e.将DJK04上的“给定”输出也直接与DJK02-1上的移相控制电

压L相接，将给定

开关S2拨到接地位置（即Uct=O）,调节DJK02T上的偏移电压

电位器，用双踪示波

器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形,

使a=120°o

f.适当增加给定区的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察

孔”的波形，此时应

观测到单窄脉冲和双窄脉冲。

g.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

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

堂甲O

⑵Us不变时的直流电机开环外特性的测定

a.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

DJK04上的“给定”输出Ug直接接入，直流发电机接负载电阻R,

Ld用DJK02上200mH,

将给定的输出调到零。

b.先闭合励磁电源开关，按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，

使主电路输出三相

交流电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug,使电动机

慢慢启动并使转速n

达到1200rpmo

C.改变负载电阻R的阻值，使电机的电枢电流从led直至空载。

即可测出在L不变

时的直流电动机于环外特性n=f(Id),测量并记录数据于下表:

n(rpm)

Id(A)

(3)IL不变时直流电机开环外特性的测定

a.控制电压Us由DJK04的“给定”上直接接入，直流发电机接

负载电阻R,Ld用DJK02

上200mH，将给定的输出调到零。

b.按下DJK01"电源控制屏”启动按钮，然后从零开始逐渐增

加给定电压上，使电

动机启动并达到1200rpm。

c.改变负载电阻R,使电机的电枢电流从L直至空载。用电压

表监视三相全控整流输出的直流电压山,保持必不变(通过不断

的调节DJK04上“给定”电压上来实现)，测出在口不变时直流

电动机的开环外特性n=f(L),并记录于下表中：

n(rpm)

Id(A)

⑷基本单元部件调试

a.移相控制电压L调节范围的确定

直接将DJK04“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Ik的输

入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R,用示波器观察必

的波形。当给定电压Ug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UJ时，Ud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Umax=O.9Ug1,即Ug的允许调节范围为0〜Uctmax。如

果我们把输出限幅定为lUax的话，则“三相全控整流”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Ug'于下表中：

*

Uctmax=0.9Ug'

将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

b.调节器的调整

a）调节器的调零

将DJK04中“速度-凋节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可

调电阻40K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DJK04中“电流-凋节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可

调电阻13K接到“速度调节器”的“8”、“9”两端,用导线

将“9”、“10”短接，使“电流调节器”成为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

流调节器的端，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

把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的

可调电容O47uF接入“5”、“6”两端,使调节器成为PI（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3皿。

把“电流调节器”的“9”、“10”短接线去掉，将DJK08中的

可调电容O47uF接入“9”、“10”两端,使调节器成为PI（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，当加正给定叶，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加喇。

c）电流反馈系数的整定

直接将“给定”电压❷接入DJK02-1移相控制电压Ue,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UF220V

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1产1.3A时，“2”端L的的电流

反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数B二Ufi/L=4.615V/A。

c）转速反馈系数的整定

直接将“给定”电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压心的输入

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，使电矶提

速到n=1500rpm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Ufn>6V,这时的转速反馈系数

a=Ufn/n=0.004V/（rpm）。

（5）转速单闭环直流调速系统

a.按图5-7接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压比为负给

定，转速反馈为正电压，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2001TiH,给定输出调到零。

b.直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug,使

电动机的转速接近"12001沏。

c.由小到大调节直流发电机负载R,测出电动机的电枢电流L,

和电机的转速n,直至IFU,即可测出系统静态特性曲线

n=f(L)o

n(rpm)

L(A)

(6)电流单闭环直流调速系统

a.按图5-8接线，在本实验中，给定口为负给定，电流反馈为

正电压，将“电流调节器”接成比例(P)调节器或P1(比例

积分)调节器。直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,

将给定输出调到零。

b.直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压几，使

电动机转速接近n=1200rpm。

c.由小到大调节直流发电机负载R,测定相应的1和n,直至电

动机LFL,即可测出系统静态特性曲线n二f(L)。

n(rpm)

la(A)

实验报告

(1)根据实验数据，画出U。不变时直流电动机开环机械特性。

⑵根据实验数据，画出U不变时直流电动机开环机械特性。

(3)根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的机械特性。

(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。

思考题

(DP调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同？

(2)实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接

入系统中？调节什么元件能改变转速反馈的强度？

(3)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？

注意事项

⑴双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探

头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同

时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示

波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可

将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地

线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号

时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地

线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上

同时观察到两个信号，而不发生意外。

(2)电机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电机启动。

在启动前必须将移相控制电压调到零，使整流输出电压为零,

这时才可以逐渐加大给定电压，不能在开环或速度闭环时突加

给定，否则会引起过大的启动电流，使过流保护动作，告警,

跳闸。

(3)通电实验时，可先用电阻作为整流桥的负载，待确定电路

能正常工作后，再换成电动机作为负载。

⑷在连接反馈信号时，给定信号的极性必须与反馈信号的极

性相反，确保为负反馈，否则会造成失控。

(5)直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要

超过L2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。

(6)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与

DJK02-1的地。

实验四双闭环晶闸管不可逆直流调速系统试验

实验目的

了解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。

掌握双闭环不可逆直流调速系统的调减步骤、方法及参数的整

定。

研究调节器参数对系统动态性能的影响。

实验所需挂件及附件

序型号备注

号

1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输

出”，“励磁电源”等几个模

块。

2DJK02三相变流桥该挂件包含“触发电路”，“正

路桥功放”，“三相全控整流”

等几个模块。

3DJK04电机调速控该挂件包含“给定”，“电流

制调节器”，“速度变换”，“电

流反馈与过流保护”等几个

模块。

4DJK08可调电容

5DD03-3电机导轨、

光码盘测速系统及

数显转速表

6DJ14直流复励发电

机

7DJ15直流并励发电

家

8DK04滑线变阻器串联形式0.65A/2KQ

并联形式1.3A/8500Q

9慢扫描示波器

10万用表

实验线路及原理

许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起

动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在

很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部分时间,

仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不

很令人满意。双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器

进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采

用PI调节器），由于调整系统的主要参量为转速，故将转速作

为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电

网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理框图组成如下图:

三相电源输出

电流反馈

与过流保护

给定

励磁

电源

r

i2

图4-1双闭环直流调速系统原理框图

启动时，加入给定电压Ug,“速度调节器”和“电流调节器”

即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启

动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Urn）,并在出现超调

后，“速度调节器”和“电流调节器”推出饱和，最后稳定在

略低于给定转速值下运行。

系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压Ug的大小

即可方便地改变电动机的转速。“电流调节器”、“速度调节器”

均设有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”

的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制电流的目

的。“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压Uct,

利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制的目的。

实验内容

各控制单元调试。

测定电流反馈系数夕，转速反馈系数。O

测定开还机械特性及高、低转速时的系统闭环静态特性

闭环控制特性〃=f（Ug）的测定。

观察、记录系统动态波形。

实验方法

DJK02±“触发电路”的调试

a.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”尹关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

b.将DJK01“电源控制屏”>“调速电源选择开关”拨至“直

流调速”侧。

c.打开DJK02电源开关，拨动“触发脉冲指示”处的纽子开

关，使“窄”发光管亮。

d.观察A、B、C三相锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜

率调节电位器（在各观察孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能

一致。

e.将DJK04上的“给定”输出Ug直接接到DJK02上的移相控

制电压Uct处，将给定的开关S2拨到接地位置（即Uct=0）,

调节DJK02上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相锯齿

波和“双脉冲观察孔”,VT1的输出波形，使&=12几

f.适当增加给定Ug的正电压输出，观察DJK02上“触发脉冲

观察孔”的波形，此时应观察到双窄脉冲。

g.将DJK02面板上的接地，将正桥触发脉冲的六个开关拨

至“通”，观察正桥VT1〜VT6晶闸管的门极和阴极之间的触发

脉冲是否正常。

双闭环调速系统调试原则

a.先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成

系统。

b.先开还、后闭环，即先使系统运行在开还状态，然后在确定

电流和转速均为负反馈后才可组成闭环系统。

c.先内环，后外环，即先调试电流那还，然后调试转速外环。

d.先调整稳态精度，后调动态指标。

控制单元调试

a.移相控制电压L调节范围的确定

直接将DJK04给定电压力接入DJK02移相控制电压上的输入

端，“正桥三相全控整流”输出接电阻负载R（用滑线变阻器

接成串连形式），负载电阻放在最大值，输出给定跳到零。

按下启动按钮，给定电压Ug由零调大，5将随给定电压的增

大而增大，当u.超过某一数值u一时，J的波形会出现缺相的

现象，这时5反而随Ug的增大而减小。一般可确定移相控制

电压的最大允许值Ucg『0.9uJ,即u.的允许调节范围为0〜

U_o如果我们把输出限幅定为u_，则“三相全控整流”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「于下表中：

C*

uctmax=0.9u/

给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

b.调节器的调零

将DJK04电流调节器所有输入端接地，将串连反馈网络中的电

容短接（即将“电流调节器”的“9”，“10”两端用导线直接

短接），使“电流调节器”成为P（比例）调节器。调节面板

上的调零电位器RP3,用万用表的直流毫伏档测量调流调节器

的“11”端，使调节器的输出电压尽可能接近零。

将DJK04中速度调节器所有输入端接地，将串连反馈网络中的

电容短接（即将“速度调节器”的“5”，“6”两端用导线直接

短接），使“速度调节器”成为P（比例）调节器。调节面板

上的调零电位器RP3,用万用表的直流毫伏档测量“速度调节

器”的“7”端，使调节器的输出电压尽可能接近零。

c.调节器正、负限幅值的调整

将“电流调节器”的输入端接地线和反馈电路电容短接线去掉,

使调节器成为PI（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”输出正限幅为Uca。

将“速度调节器”的输入端接地线，和反馈电路电容短接线去

掉，使调节器成为PI（比例积分）调节器，然后将DJK04的

“给定”输出端接到“速度调节器”的“3”端，当加正给定

时，调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为-6V,当调节器

输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1,使之输出电压为

最小值即可。

d.电流反馈系数的整定

直接将“给定”电压［接入移相控制电压u0输入端，整流桥

输出接电阻负载R（用滑线变阻器接成并联形式），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,使得负载电流时，“2”端的电流反馈电压

un=6V,这时的电流反馈系数%%=4.615%。

d.转速反馈系数的整定

直接将“给定”电压Ug接入移相控制电压人输入端，“三相全

控整流”电路接直流电动机负载，Ld用DJK02上的200mH,输

出给定跳到零。

按下启动按钮后，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机

提速到n=1500rpm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U.=6V,这时的转速反馈系数

a%"。。％.）。

开还外特性的测定

a.DJK02控制电压人由DJK04上的给定输出U&直接接入，“三

相全控整流”电路接电动机，Ld用DJK02上的200mH,直流发

电机负载电阻R（将滑线变阻器接成串连形式），负载电阻放

在最大值，输出给定调到零。

b.按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加

“给定”电压使电机启动升速，调节上和R使电动机电

流id=L，转速打到120（kpm。

C.增大负载电阻R阻值，可测出该系统的开环外特性n=fQ）,

记录于下表中：

n(rpm)

Id(A)

将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。

系统静特性测试

a.按图2—1接线，DJK04的给定电压工输出为正给定，转速

反馈电压为负电压，直流发电机接入负载电阻R（用滑线变阻

器接成串联形式），Ld用DJK02上的200mH,负载电阻放在最

大值，给定的输出跳到零。将速度调节器，电流调节器都按成

P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，增加给定，观察系统能够正常运行，确认

整个系统的接线正确无误后，将“速度调节器”「电流调节器”

均恢复成PI调节器，构成实验系统。

b.机械特性n=fQ）的测定

发电机空载，从零开始逐渐调大给定电压U.,使电动家转速

O

接近n=1200rpm,然后接入发电机负载电阻R（滑线变阻器接

成串连形式），逐渐改变负载电阻，直至ld=L，即可测出系统

静态特性曲线n=f（",并记录于下表中：

n(rpm)

Id(A)

降低再测试"800加川时的静态特性曲线，并记录于下表

中：

n(rpm)

Id(A)

闭环控制系统n=f（UJ的测定

C,

调节Ug及R,使Id=【cd，n=1200rpm,逐渐降低记录［和n,

即可测出闭环控制特性n=f（U©）。

n(rpm)

Id(A)

系统动态特性的观察

用慢扫描示波器观察动态波形，在不司的系统参数下（“速度

调节器”的增益和积分电容、“电流调节器”的增益和积分电

容，“速度变换”的滤波电容），用示波器观察、记录下列动态

波形:

a.突加给定Uj电动机启动时的电枢电流)(“电流反馈与过

流保护”的“2”端)波形和转速n(“速度变换”的“3”端)

波形。

b.突加额定负载(20%Q—>100%led)时电动机电枢电流波形

和转速波形。

c.突降负载(100%icd->20%icd)时电动机电枢电流波形和转

速波形。

试睑报告

根据实验数据，画出闭环控制特性曲线n=f(Ug)。

根据实验数据，画出两种转速时的闭环机械特性n=fQ)。

根据实验数据，画出系统开还机械特性n=fQ),计算静差率,

并与闭环机械特性进行比较。

分析系统动态波形，讨论系统参数变化对系统动、静态性能的

影响。

思考题

为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为PI调节器？

转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象？

第二章变频原理实验

实验五三相正弦波脉宽调制SPWM变频原理实验

实验目的

掌握SPWM的基本原理和实现方法。

熟悉与SPWM控制有关的信号波形。

实验所需挂件及附件

序型号备注

号

1DJK01电源控制该控制屏包含“三相电源输出”，

屏“励磁电源”等几个模块。

2DJK13三相异步

电动机变频调速

控制

3双踪示波器

实验方法

接通挂件电源，关闭电机开关，调制方式设定在SPWM方式下

（将控制部分S、V、P的三个端子都悬空），然后开启电源开

关。

点动“增速”按键，将频率设定在0.5Hz,在SPWM部分观测

三相正弦波信号（在观测点“2、3、4”），观测三角载波信号

（在测试点"5”）,三相SPWM调制信号（在测试点“6、7、8”）；

再点动“转向”按键，改变转动方向，观测上述各信号的相位

关系变化。

逐步升高频率，直至打到50Hz处，重复以上步骤。

将频率设置为0.5Hz'60Hz的范围内改变，在测试点“2、3、4”

中观测正弦波信号的频率和幅值的关系。

实验报告

画出与SPWM调制有关信号波形,试说明SPWM变频的基本原理。

分析在0.5Hz~50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。

分析在50Hz〜60Hz范围内正弦波信号的幅值和频率关系。

实验六三相马鞍波脉宽调制变频原理实验

实验目的

⑴通过实验，掌握马鞍波脉宽调制的原理及其实现方法。

(2)熟悉与马鞍波脉冲宽度调制有关的信号波形。

实验所需挂件及附件

序型号备注

号

该控制屏包含“三相

1DJK01电源控制屏

电源输出”，“励磁电

源”等几个模块。

2DJK13三相异步电

动机变频调速控制

3双踪示波器

实验原理

马鞍波PWM调制技术是VVVF变频器中经常采用的技术，这种

技术主要是通过对基波正弦信号注入三次谐波，形成马鞍波。

采用马鞍波做为参考波信号进行PWM调制，与SPWM调制方式

相比，马鞍波调制的主要特点是电压较高，调制比可以大于1,

形成过调制。

实验方法

⑴接通挂件电源，关闭电机开关，并将调制方式设定在马鞍

波方式下（将控制部分V、P两端用导线短接，S端悬空），然

后打开电源开关。

（2）点动“增速”按键，将频率设定在0.5Hzo用示波器观测

SPWM部分的三相正弦波信号（在测试点“2、3、4”），三角载

波信号（在测试点"5”），三相SPWM调制信号（在测试点“6、

7、8”）；再点动“转向”按键，改变转动方向，再观测上述各

信号的相位关系的变化。

⑶逐步升高频率，直至50Hz处，重复以上的步骤。

⑷将频率设置为0.5Hz〜60Hz的范围内改变，在测试点“2、

3、4”观测马鞍波信号的频率和幅值的关系。

实验报告

（1）画出与马鞍波调制PWM有关的主要信号波形，说明马鼓波

PWM调制的基本原理。

⑵为什么采用马鞍波调制后的PWM输出电压比采用正弦波脉

宽调制的PWM输出电压有较高的基波电压分量？

注意事项

由于马鞍波PWM调制技术是在正弦波脉宽调制（SPWM）的基础

上发展而来，其调制的原理与正弦波脉宽调制完全一致。故与正

弦波脉宽调制共用其波形测试点。

实验七三相空间电压矢量变频原理实验

实验目的

(1)通过实验，掌握空间电压矢量控制方式的原理及其实现方法C

⑵熟悉与空间电压矢量控制方式有关的信号波形。

实验所需挂件及附件

序号型号备注

该控制屏包含“三相

1DJK01电源控制电源输出“，“励磁电

屏源”等几个模块。

2DJK13三相异步

电动机变频调速

控制

3双踪示波器

实验方法

⑴接通挂件电源，关闭电机开关，并将调制方式设定在空间

电压矢量方式下（将控制部分S、V两端用导线短接，P端悬

空），然后打开电源开关。

（2）点动“增速”按键,将频率设定在0.5Hz,用示波器观测

SVPWM部分的三相矢量信号（在测试点“10、11、12"），三角

载波信号（在测试点“14”），PWM信号（在测试点“13”），三相

SVPWM调制信号（在测试点“15、16、17”）；再点动“转向”

按键，改变转动方向，再观测上述各信号的相位关系的变化。

⑶逐步升高频率，直至50Hz处，重复以上的步骤。

⑷将频率设置为0.5Hz〜60Hz的范围内改变,在测试点“13”

中观测占空比与频率的关系（在V/F函数不变的情况下）。

实验报告

（1）简述空间电压矢量控制变频调速的原理。

⑵画出在试验中观测到的所有波形。

⑶简述注入“零矢量”的作用。

第三章交流电机调速系统实验

实验八双闭环三相异步电机调压调速系统实验

实验目的

了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速系统的原理及组成。

了解转子串电阻的绕线式异步电机在调节定子电压调速时的

机械特性。

通过测定系统的静态特性和动态特性，进一步埋解交流调压系

统中电流和转速环的作用。

实验所需挂件及附件

序型号备注

号

1DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输

出”，“励磁电源”等几个模

块。

2DJK02三相变流桥该挂件包含“触发电路”，“正

路桥功放”，“三相全控整流”

等几个模块。

3DJK04电机调速控该挂件包含“给定”，“电流

制调节器”，“速度变换”，“电

流反馈与过流保护”等几个

模块。

4DJK08可调电容

5DD03-3电机导轨、

光码盘测速系统及

数显转速表

6DJ13直流复励发电

机

7DJ17三相绕线式异

步电动机

8DK04滑线变阻器串联形式0.65A/2KQ

并联形式L3A/8500Q

9慢扫描示波器

10万用表

实验线路及原理

异步电动机采用调压调速时，由于同步转速不变和机械特性较

硬，因此对普通异步电动机来说其调速范围很有限，无适用价

值，而对力矩电机或绕线式异步电动机在转子中串入适当电阻

后使机械特性变软其调速范围有所扩大，但在负载或电网电压

拨动情况下，其转速拨动严重，为此常采用双闭环调速系统。

双闭环三相异步习动机调压调速系统的主电路由三相晶闸管

交流调压器及三相绕线式异步电动机组成。控制部分由“电流

调节器”、“速度变换”、“触发电路”、"正桥功放”等组成。其

系统原理图如图8—1所示：

三相电源输出

给定13触发转子附

电路加电阻

图8-1双闭环三相异步电动机调压调速系统原理图

整个调速系统采用速度、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，电流环对电网扰动仍有较大的抗扰作用，

但在启动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最

佳启动的恒流特性，也不可能是恒转矩启动。

实验内容

测定三相绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性。

测定双闭环交流调压调速系统的静态特性。

测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。

试验方法

DJK02±“触发电路”调试

a.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。

b.将DJK01"电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“交

流调速”侧。

c.打开DJK02电源开关，拨动“触发脉冲指示”处的钮子开

关，使得“宽”外的发光管亮。

d.挂擦A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相的锯齿

波斜率调节电位器（在各观察孔的左侧），使三相锯齿波斜率

尽可能一致。

e.将DJK04上的“给定”输出U,直接接到DJK02上的移相控

制电压Us处，将给定的开关,拨到接地位置（即u『o）,调节

DJK02上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相锯齿波和

“双脉冲观察孔”的VT1输出波形，使a=17九

f.适当增加给定力的正电压输出，观察DJK02上的“触发脉

冲观察孔”的波形，此时硬观察到后沿固定，前沿可调的宽脉

冲。

g.将DJK02面板上的L端接地，将“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。

控制单元测试

a.调节器的调零

将DJK04中电流调节器所有输入端接地，将串联反馈网络中的

电容短接（即将电流调节器的“9”、“10”两端用导线直接短

接），使电流调节器成为P（比例调节器）。调节面板上的调零

电位器RP3,用万用表的直流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零。

将DJK04中速度调节器所有输入端接地，将串联反馈网络中的

电容短接（即将速度调节器的“5”、“6”两端用导线直接短接），

使速度调节器成为P（比例调节器）。调节面板上的调零电位

器RP3,用万用表的直流毫伏档测量速度调节器的“7”端,

使调节器的输出电压尽可能为零。

b.调节器正、负限幅值的调整

直接将DJK04的给定电压5接入DJK02移相控制电压上的输

入端，三相交流调压输出的任意两路接一电阻负载（DJK04滑

线变阻器，接成并联形式），放在阻值最大的位置，用示波器

观察输出的电压波形。当给定电压力由零调大时，输出电压U

随给定电压的增大而增大，当U.超过某一数值u；时，U的波

形接近正弦波时，一般可确定移相受制电压的最大允许值