电力拖动控制系统指导书.doc

. . . . .直流调速实验指导书目录直流调速实验主要内容1实验一 直流调速系统组成单元特性调试2一实验目的2二实验所需挂件及附件2三实验内容及步骤21闭环控制系统基本原理22.比例调节器/比例积分调节器的调试：33.主电路调试34.速度检测与变换器的调试45.电流检测与过流保护器（FBCFA）的测试5四注意事项5五实验报告5六预习要求6实验二 直流闭环调速系统性能研究6一实验目的6二仪器设备6三实验内容与步骤61直流电动机开环调压调速系统的调试：62. 转速单闭环系统73. 电流单闭环系统8四、思考题9五注意事项9六预习要求9实验三 直流调速综合10一实验目的10二仪器设备10三实验内容与步骤101. 电压单闭环系统102. 双闭环直流调速系统实验11四思考/预习题12实验前需要特别强调的：1.“比较环节+控制器”如何与图1-1中比例、比例积分控制器相联系；为何设备DJK04挂箱上的调节器、调节器如此复杂。2.比例-积分控制器调节时需注意饱和问题：比例系数不可太大、阶跃输入也不可太大、示波器扫描时间要调合适。3.除给定输入电位器外，不要调面板其它电位器，调乱后闭环系统将很难调到工作稳定。4.做闭环实验时，有些设备上的DJK04的电源开关应最后开启，否则二次开启时启动不起来（调节器上的电容应该放掉电）。5.转速单闭环控制时，给定为负、速度反馈量应为正（保证移相控制电压Uct为正）；双闭环控制时，应把速度反馈量变为负！6.给定输入一般应由小调大，并非输入越大输出转速越大，当移相控制电压Uct超过一定值时，三相全控整流输出将出现缺相现象。7.调转速单闭环控制时，050308#（20061406）调节器的比例系数约为2、外接电容0.4F8.20061405#实验一 直流调速系统组成单元特性调试一实验目的1 熟悉直流调速系统的组成及基本结构；2 掌握调速系统各组成单元/环节特性测定与调试方法。二实验所需挂件及附件序号型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路 3DJK02-1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”、“正反桥功放”等几个模块。4DJK04 电机调速控制实验 I该挂件包含“给定”、“调节器I”、“调节器II”、“转速变换”、“电流反馈与过流保护”、“电压隔离器”等模块。5DJK08可调电阻、电容箱6DD03-3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11万用表三实验内容及步骤1比例调节器/比例积分调节器的调试；2直流电动机开环调压调速系统的调试；3速度检测与变换器的调试；4电流变换器与电流保护器的测试。1闭环控制系统基本原理闭环（单闭环）控制系统基本原理如图1-1所示。其基本组成单元分别为检测与变送器、比较器、控制器、执行机构、受控对象。控制器检测变送执行机构受控对象给定量被控量图1-1 （单）闭环控制系统基本原理2.比例调节器/比例积分调节器的调试：工程应用中，较为复杂的电气/电路系统都需要根据系统的具体结构和工作特点，将其各个环节（组成部分）分别调试好后，再进行系统的总体调试。就本实验装置而言，直流调速系统主要包括调节器、可控硅触发与整流装置、电流电压转速等信号的测量等环节。电机控制实验台中ACR或ASR电路比较复杂，但在正常工作时，保护电路处于特定工作状态，则可以简化为1-2图示的简单电路。实质上就是比例调节器，或比例+积分调节器。比较-比例（放大/缩小）比较-比例+积分+图1-2 调节器电路原理图UOUO将ACR或ASR中的积分电容两端用导线短接，即可使之变成比例（放大/缩小）环节。输入端接可调给定输入。给定阶跃输入分别为正和负（慢慢地从0调起，太大会饱和），用万用表或示波器检测描绘出输入-输出曲线（比例+积分环节只能用示波器），并与理论曲线进行比较。（UfnUsr）输出UO（V）0612问：测量比例+积分环节前，必须将电容两端短路，否则会出现什么情况，为什么？3.主电路调试本直流电机调速系统主电路为：可控硅触发电路功放电路（正桥）三相全控整流电路（直流电动机），如图1-3所示。控制信号通过“给定”环节的输出直接作为控制输入接入“触发电路”的Uct端，以调节三相全控整流输出，进而调节电机转速。发电机部分是作为直流电动机的模拟负载，滑线变阻器R阻值不可调得太小。其中，功放每一组输出G1, K1; G2, K2; ; G6, K6已经经过相应的开关连接到对应的可控硅VT1、VT2VT6的门极与阴极上，操作时只需拨通相应的开关即可，无需另行接入。Ulf端必须接地！调节给定输出的大小，观察直流电动机工作状态。注意：直流电动机不可在无励磁电源情况下工作，故调试中必须先接通励磁电源，最后关励磁电源（可以将励磁电源开关保持在“开”的位置）。以后的实验同样要求如此。平波电抗器图1-3 直流调速系统主电路示意图三相全控整流200mH转速（r/min）(实测的最大值)1200给定Uct（V）4.速度检测与变换器的调试按图1-4接好速度检测与变换器（FBS）。给定触发电路正桥功放三相全控整流转速显示励磁电源电流反馈与过流保护三相电源1TGGA+-3测速发电机Uct11RI12Ulf图1-4 调压调速系统原理图发电机M电动机FBS转速变换12FBS通电使电动机转速达到1500r/min后，调整FBS上的电位器RP1，以调整其输出的大小，用示波器或万用表观察其变化情况此值可作为速度反馈信号给定（V）转速（r/min）(实测的最大值)1200输出（V）5.电流检测与过流保护器（FBCFA）的测试如图1-4，电流检测与过流保护器（FBCFA）上可调整电流反馈系数（“If”值的大小），适当调整负载（滑线变阻器），观察反馈输出状态，测取其中两个值填入下表。RP2用于调整过流保护灵敏度，过于灵敏将很容易发出保护动作，使系统无法正常启动工作。不要调整此模块上的电位器，否则系统很难调节正常工作。给定（V）转速（r/min）(实测的最大值)输出If（V）四注意事项1接线检查无误、弄清楚如何测量数据/波形后，方可通电，并尽快完成测试断电，准备下次测试，通电调试时间过长容易烧电机和其它器件（为什么？）。2发电机G串接的作为模拟负载的可变电阻不可调得太小，否则造成电流太大，损坏发电机和电位器（电位器额定电流为0.65A一般调到0.3A左右即可）。3接好线后必须经指导老师检查无误后方可通电调试。4对于DKSZ1型实验装置，电流调节器ACR的第“8”端和速度调节器ASR的第“4”端应接“15V”电压，否则它们的输出皆为0。5工作时，必须保证直流发电机/电动机励磁电源接通（为什么？）。6示波器探头必须用10倍衰减档。五实验报告l 将实验结果进行比较，分析结果。l 完成思考/预习题六预习要求1弄清楚实验系统工作原理2做实验前必须先理解和完成上述思考题！实验二 直流闭环调速系统性能研究一实验目的1熟悉直流闭环调速系统的组成与联接方法；2掌握直流闭环调速系统调试方法二仪器设备 1电压表、电流表、电位器、转速表、电机控制系统一套2直流电动机发电机测速发电机组一套三实验内容与步骤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。调试闭环系统之前，必须先调好系统中各个组成单元，然后调好相应的开环系统，再进行闭环系统的调试。1直流电动机开环调压调速系统的调试：直流开环调压调速系统原理如图21所示。必须将C5短接（为什么？）。注意：直流电动机不可在无励磁电源情况下工作，所以调试中必须先接通励磁电源。给定调节器触发电路正桥功放三相全控整流励磁电源电流反馈与过流保护三相电源R7C5456137GAUct11RI12Ulf图21 开环调压调速系统原理图发电机M电动机转速显示TG+-3测速发电机FBS转速变换12FBS0.47F120k电位器R取最大阻值，调节给定输入，观测转速的变化情况。填下表：转速（r/min）(实测的最大值)12001000速度变换器输出（伏）电流反馈输出（伏）调节滑线变阻器R阻值由大到小（调到中间位置即可，调太小容易烧器件），可使转速由大变小（即通过改变发电机输出电流以模拟电动机负载的波动变化）。注意： 调节输入给定电压和模拟负载的电位器时要随时观察电流表A的电流的变化，以防止电流过大，烧坏发电机和电位器，电位器额定电流为0.65A，一般调到0.3A即可。【问：电流变换器的输出值的大小主要与哪些因素有关？】2. 转速单闭环系统在本装置中，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“转速变换”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幅所决定，速度调节器采用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(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。（问题：本系统中，给定值、比较器、执行机构、受控对象、被控量、测量及变送器、测量信号分别是什么？）转速（r/min）(实测的最大值)1200给定Uct（V）实验系统参考电路如图22示。图22 转速单闭环系统原理图转速显示TG+-3测速发电机转速变换12FBS200mH0.47F40k转速反馈系数=Ufn/n =6V/(1500rpm)=0.004V/(rpm)3. 电流单闭环系统在电流单闭环中，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。实验系统参考电路如图23示。转速（r/min）(实测的最大值)1200给定Uct（V）图23 电流单闭环系统原理图200mH13k0.47F电流反馈系数= Ufi/Id= 4.615V/A（6V/?）四、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？它们对于闭环控制系统的动态误差和静态误差有何影响？l 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？l 对于电流单闭环、速度单闭环和速度电流双闭环系统，给定输入的极性应如何设置？（Uct的极性必须为正，ASR、ACR分别从反相端输入。）l 各调速控制系统中给定值、比较器、执行机构、受控对象、被控量、测量及变送器、测量输出信号单位分别是什么？五实验报告l 将实验结果与实验一的进行比较，分析结果。l 完成思考/预习题六注意事项1接线检查无误、弄清楚如何测量数据/波形后，方可通电，并尽快完成测试断电，准备下次测试，通电调试时间过长容易烧电机和其它器件（为什么？）。2发电机G串接的作为模拟负载的可变电阻不可调得太小，否则造成电流太大，损坏发电机和电位器（电位器额定电流为0.65A一般调到0.3A左右即可）。3接好线后必须经指导老师检查无误后方可通电调试。4对于DKSZ1型实验装置，电流调节器ACR的第“8”端和速度调节器ASR的第“4”端应接“15V”电压，否则它们的输出皆为0。5正常使用时，应保证发电机有励磁。6示波器探头必须用10倍衰减档。七预习要求1弄清楚实验系统工作原理2做实验前必须先理解和完成上述思考题！实验三 直流调速综合一实验目的1熟悉直流闭环调速系统的组成与联接方法；2掌握直流闭环调速系统调试方法二仪器设备 1电压表、电流表、电位器、转速表、电机控制系统一套2直流电动机发电机测速发电机组一套三实验内容与步骤1. 双闭环直流调速系统实验许多生产机械，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速度调节器和电流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，故将转速环作为主环放在外面，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：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 =Ufn)，并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，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。“速度调节器”、“电流调节器”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启动电流的目的。“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max的目的。实验系统参考电路如图31示。转速（r/min）(实测的最大值)1200给定Uct（V）在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”使用，“调节器II”做为“电流调节器”使用；若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。图31 转速电流双闭环调速系统原理图转速显示TG+-3测速发电机转速变换12FBS200mH2. 电压单闭环系统实验系统参考电路如图32示。图32 电压单闭环系统原理图200mH电压反馈系数=6V/220V=0.0273在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出电压信号作为反馈信号加到“电压调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，