调速实验1-4.doc

电力拖动自动控制系统实验实验指导书实验一 单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的1、了解速度单闭环直流调速系统的组成和工作原理。2、弄清P调节器和PI调节器的作用。3、认识速度反馈控制系统的基本特性。二、实验设备1、DJK01 电源控制屏2、DJK02 晶闸管主电路3、DJK02-1 三相晶闸管触发电路4、DJK04 电机调速控制实验5、DJK08可调电阻、电容箱6、DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表7、DJ13-1直流发电机8、DJ15直流并励电动机9、D42三相可调电阻10、双综慢扫描示波器11、万用表三、实验系统组成及原理为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。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。四、实验内容1、Uct 不变时直流电动机开环特性的测定。2、速度调节器为P调节器时，测定转速反馈单闭环直流调速系统的机械特性。3、速度调节器为PI调节器时，测定转速反馈单闭环直流调速系统的机械特性。五、预习要求1、复习自动控制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、掌握调节器的基本工作原理。六、实验线路、方法和步骤1、速度反馈单闭环直流调速系统实验电路图2、Uct 不变时直流电动机开环特性的测定1）DJK02-1上的移相控制电压Uct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。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1000rpm。3）改变负载电阻R的阻值，使电动机的电枢电流从空载直至Ied=1.1A。即可测出在Uct不变时的直流电动机开环外特性n=f（Id），测量并记录数据于下表：表一 Ug= Vn（rpm）1000Id（A）3、转速反馈单闭环直流调速系统1）当速度反馈调节器为P调节器时：按速度反馈单闭环直流调速系统实验电路图接好线。在本实验中，将速度调节器电容（5、6）两端短接构成P调节器，Ug为负给定，转速反馈电压为正电压。先接通电动机励磁电源，再接通低压电源和三相电源，缓慢调节Ug，使直流电动机起动、升速到达n= 1000r/min，保持Ug不变，调节负载电阻R，由轻载至满载调节，将测得的数据记录在下表中。表二 Ug= Vn（r/min）1000Id（A）2）当速度反馈调节器为PI调节器时：将速度调节器电容（5、6）两端短接线拆掉构成PI调节器，Ug为负给定，转速反馈电压为正电压。先接通电动机励磁电源，再接通低压电源和三相电源，缓慢调节Ug，使直流电动机起动、升速到达n= 1000r/min，保持Ug不变，调节负载电阻RG，由轻载至满载调节，将测得的数据记录在下表中。表三 Ug= Vn（r/min）1000Id（A）六、实验报告1、根据表一实验数据，画出Uct 不变时直流电动机开环机械特性n=f（Id）。2、根据表二实验数据，画出速度调节器为P调节器时，速度反馈单闭环直流调速系统的机械特性n=f（Id）。3、根据表三实验数据，画出速度调节器为PI调节器时，速度反馈单闭环直流调速系统的机械特性n=f（Id）。4、比较两种调节器的机械特性，并作出解释。七、注意事项 1)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。2)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。 3)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1.2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。4)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。实验二、双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验一、实验目的1、了解双闭环不可逆直流调速系统的原理及组成。2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。二、实验设备1、DJK01 电源控制屏2、DJK02 晶闸管主电路3、DJK02-1 三相晶闸管触发电路4、DJK04 电机调速控制实验5、DJK08可调电阻、电容箱6、DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表7、DJ13-1直流发电机8、DJ15直流并励电动机9、D42三相可调电阻10、双综慢扫描示波器11、万用表三、实验系统的线路和原理许多生产机械，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。为了缩短这一部分时间，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，可获得良好的静态、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： “调节器I”的“4”、“5”两端接可调电阻120K， “5”、“6”两端接可调电容0.47uF。“调节器II”的“8”、“9”两端接可调电阻13K， “9”、“10”两端接可调电容0.47uF。起动时，加入给定电压Ug ，“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电动机转速达到给定转速。系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电动机的转速。本实验中DJK04上的“调节器”作为“速度电流调节器”使用，“调节器”作为“电流调节器”使用。四、实验内容1、测定高、低速时系统闭环静态特性n=f（Id）。2、测定闭环控制特性n=f（Ug）。五、预习要求1、阅读电力拖动自动控制系统教材中有关双闭环直流调速系统的内容，掌握双闭环直流调速系统的工作原理。2、理解PI调节器在双闭环直流调速系统中的作用。六、思考题1、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？2、转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象？3、双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变？哪些参数的变化会引起电动机最大电流的变化？五、方法和步骤1、测定闭环机械特性n=f（Id）按图接线，DJK04的给定电压Ug输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发电机接负载电阻R，Ld用DJK02上的200mH，负载电阻放在最大值，给定的输出调到零。缓慢增加Ug使电动机起动、升速，当转速n=1000r/min时，逐渐改变负载电阻RG，（RG阻值由最大逐渐减小）。即可测出系统静态特性曲线n=f（Id）。分别将n=1000r/min和n=800r/min时测得的数据记录在下表中。表一n（r/min）1000Id（A）Ud（V）n（r/min）800Id（A）Ud（V）2、测定闭环系统控制特性n=f（Ug）调节Ug，使电动机起动、升速，当n=1000r/min时，调节RG使Id=1A,逐渐降低Ug将测得的数据记录在下表中。表二 Id=1An（r/min）1000Ug（V）六、实验报告1、根据表一数据，画出两种转速时系统的闭环机械特性n=f（Id）。2、根据表二数据，画出闭环控制特性曲线n=f（Ug）。实验三、SPWM电压源型变频调速实验一、实验目的1、掌握SPWM电压源型变频器的使用方法。2、了解SPWM电压源型变频器的调速过程。二、实验设备1、3G3JVAB007型变频器2、鼠笼式异步电动机直流发电机测速发电机组3、直流电压表、直流电流表各一块4、滑线电阻器三、系统组成和原理参看上课所用教材。四、实验内容1、用SPWM变频器拖动三相异步电动机实现变频调速。2、观察变频器电压输出波形。五、实验线路、方法和步骤实验所用变频器有两种运行摸式，一种是本地运行模式（即采用触摸面板输入运转指令），另一种是远程运行模式（即采用端子输入运转指令）。本实验采用本地模式。两种模式的切换方法有以下二种：、通过触摸面板上LO/RE切换键进行切换。、通过对输入端子参数（n36n39）的设定来切换。1、 触摸面板的操作方法触摸面板操作有两种功能：一种是用面板上的RUN键和STOP/RESET键来控制电机的起动、停止。另一种是用于参数设定。1） 指示灯显示说明正常时:接通电源后，RUN灯闪亮、ALARM灯灭。指示灯FREF、FOUT、IOUT、 MNTR、 F/R、 LO/RE、 PRGM中有灯亮，指示窗口有数据显示。异常时： RUN灯闪亮、ALARM灯亮。指示灯FREF、FOUT、IOUT、 MNTR、 F/R、 LO/RE、 PRGM中有灯亮，指示窗口显示异常代码。2） LED显示按模式键 指示灯FREF、FOUT、IOUT、 MNTR、 F/R、 LO/RE、 PRGM中依次灯亮。按模式键 点亮PRGM指示灯，此时，显示窗口有常数号码。3） 频率指令旋钮，用于设定频率。4） FREF： 灯亮时，可以设定或监控频率指令。FOUT： 灯亮时，数据显示窗口显示变频器的输出频率。IOUT： 灯亮时，数据显示窗口显示变频器的输出电流。MNTR： 灯亮时，数据显示窗口显示对U01U10的监控值。 按 或 键，选择要显示的监控项目，按 键显示所选项目的内容，按 键返回。U01：用于监控频率指令值。（与FREF同）U02：用于监控变频器的输出频率。（与FOUT同）U03：用于监控变频器的输出电流。（与IOUT同）U04：用于监控变频器内部的输出电压指令值。U05：用于监控变频器主回路直流输出电压。U06：用于监控变频器输入端子状态。 ：输入状态 ：未输入状态U07：用于监控变频器输出端子状态。 ：闭状态 ：开状态U09：显示过去最后一次发生过的异常内容。U10：制造商管理用。 F/R：灯亮时，可用 或 键，选择电动机的运转方向（正/反转）。 FOR：正转 rev：反转 LO/RE：灯亮时，可用 或 键，选择本地/远程模式。 rE：远程 LO：本地 PRGM：。灯亮时，可用 或 键，选择要设定的参数，再用 键显示该参数的内容，用 或 键修改该 参数，按 确认。5） 状态键：用于在FREF、FOUT、IOUT、 MNTR、 F/R、 LO/RE、 PRGM之间切换。6） 输入键:用于显示参数值和修改参数后的确认。 7） 增加键； 减少键 8）RUN：开始运转键9）STOP/RESET：运转停止键。2、变频器调速系统实验线路图注1：适配电动机的最大容量为0.75KW 。220VnTGVAGRG220vM3 R/L1 S/L2 T/L3 1 2变频器U V WAV 3、实验方法和步骤注意事项：、注意正确连接变频器主回路的输入、输出接线。若电源与变频器输出端相连将损坏变频器，变频器要牢靠接地。、鼠笼异步电动机：100W、220V（）、0.48A、1420r/min直流发电机：100W、220V、0.5A、1600r/min、变频器输入电压为220V，最大频率为50HZ。1）记录数据并绘制恒压频比(U/F)控制特性F（HZ）U（V）U/F注意：U的数值用机械表测量。2）分别将频率设定为20、30、40HZ，改变RG记录数据，绘制采用恒压频比控制时异步电动机的机械特性n=f（e）。F（HZ）203040IG（A）UG（V）n（r/min）Te（）注意：UG的数值用数字表测量。六、实验报告、简述实验中观察到的现象，对实验中出现的问题加以分析、解释。、画出U/F曲线。、画出异步电动机的机械特性n=f（e）曲线。、思考题：如何改变电动机的加速度、减速度？、写出实验小结。实验四 速度闭环三相异步电机调压调速系统实验一实验目的（1） 了解并熟悉闭环三相异步电机调压调速的原理及组成。（2） 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。（3）通过测定系统的静态特性和动态特性，进一步理解交流调压系统中转速环的作用。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括“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。4DJK04 电机调速控制实验该挂件包括“给定”，“调节器”，“转速变换”“电流反馈与过流保护”等。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8DJ17 三相线绕式异步电动机9DJ17-2 线绕式异步电动机转子专用箱10D42 三相可调电阻11万用表自备三实验线路及原理 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，无使用价值，而对力矩电机或绕线式异步电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波动情况下，其转速波动较大，因此常采用速度闭环调速系统。 速度闭环三相异步电机调压调速系统的主电路由三相晶闸管交流调速器及三相绕线式异步电动机组成。控制部分由“速度调节器”，“转速变换”，“触发电路”，“正桥功放”等组成。其系统原理框图如图7-1所示，整个调速系统采用了速度反馈单闭环控制，这里的速度环的作用基本上与直流调速系统相同。异步电动机调压调速系统结构简单，采用闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正，反转，反接和能耗制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率全部消耗在转子电阻中，使转子过热。在本实验中DJK04上的“调速器”作为“速度调节器”使用；若使用DD03-4不锈钢电机导轨，涡流测功机及光电盘测速系统和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7-1 速度闭环三相异步电机调压调速系统原理图四试验内容（1）测定三相绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性。（2）测定速度闭环交流调压调速系统的静态特性。（3）测定速度闭环交流调压调速系统的动态特性。五预习要求（1）复习电力电子技术，交流调速系统教材中有关三相晶闸管调压电路和异步电机晶闸管调压调速系统的内容，掌握调压调速系统的工作原理。（2）学习相关三相晶闸管触发电路的内容，了解三相交流调压电路对触发电路的要求。六思考题（1）在本实验中，三相绕线式异步电机转子回路串电阻的目的是什么？不串电阻能否正常运行？（2）为什么交流调压调速系统不宜用于长期处于低速运行的生产机械和大功率设备上？七实验方法（1）机械特性n=f(T)测定将DJK04的“给定”电压输出直接接至DJK02-1上的移相控制电压Uct，电机转子回路接DJ17-2转子电阻专用箱，直流发电机接负载电阻R（D42三相可调电阻，将两个900接成串联形式），并将给定的输出调到零。直流发电机轻载，调节转速给定电压Ug使电动机的端电压=。转矩可按下式计算： （7-1）式中，T为三相线绕是异步电机电磁转矩，为直流发电机电流为直流发电机电压，为直流发电机电枢电阻（可取=0），为机组空载损耗。调节，降低电动机端电压，在2/3时重复上述实验，以取得一组机械特性。在输出电压为时：n(rpm)(v)(A)T(N.m)在输出电压为2/3时：n(rpm)(v)(A)T(N.m)（2） 系统闭环特性的测定测出n=1300rpm时的系统闭环静态特性n=f(T),T可由（7-1）式计算，注： 0.6A。n(rpm)1300(v)(A)T(N.m)八实验报告（1）根据实验数据，画出开环时电机的机械特性n=f(T)。（2）根据实验数据画出闭环系统静态特性n=f(T)，并与开环特性进行比较。九注意事项（1）在做低速实验时，试验时间不宜过长，以免电阻器过热引起串接电阻数值的变换。（2）转子每相串接电阻为3左右，可根据需要进行调整，以便系统有较好的性能。（3）计算转矩T时用到的机组空载损耗为5W左右。附录： OMRON变频器使用说明一、 面板各部分名称及功能MNTRIOUTFOUTFREF数据显示部分LO/REPRGMF/RALARMRUNRUN STOPRESET 名 称功 能数据显示部显示频率指令值、输出频率数值及参数常数设定值等相关数据。频率指令旋钮通过旋钮设定频率。FREF频率指令灯亮时，可以设定或监视频率指令。FOUT输出频率灯亮时，可以监控变频器的输出频率。IOUT输出电流灯亮时，可以监控变频器的输出电流。MNTR多功能监控灯亮时，可以对照U01U10的监控值。F/R正转/反转选择灯亮时，可以选择用RUN键控制运转方向。LO/RE本地/远程选择灯亮时，可以按照已设定好的参数进行常数操作。PRGM参数常数设定灯亮时，可以设定或检查n01n79的参数。状态键监控时按顺序切换。参数设定过程中按此键为跳过功能。 增加键多功能监控：增加多功能监控号的数值。参数设定时：增加参数常数号的数值，增加参数常数设定值。 减少键多功能监控：减少多功能监控号的数值。参数设定时：减少参数常数的数值，减少参数常数设定值。输入键多功能监控：用于多功能监控号、内部数据值的切换。参数设定时：确认变更后的参数常数设定值时需按此键。RUNRUN键当用数字操作器选择操作/运转时：启动变频器。STOPRESETSTOP/RESET键当用数字操作器选择操作/运转时：使变频器停止运转。变频器发生异常时按此键。二操作方法1、指示灯的切换按状态键 ，指示灯按FREF FOUT IOUT MNTR F/R LO/RE PRGM顺序循环点亮。同时，点亮的指示灯的项目内容将被显示在数据显示部分。注意：在FOUT或IOUT亮灯状态下关闭电源时，下次接通电源时将出现相同显示。此外，均为FREF显示。2、输入方法的切换控制回路端子上部有切换输入方法的开关SW7、SW8。SW7开关用于输入方法的选择（NPN或PNP输入）： 此位置为NPN输入。 此位置为PNP输入。注意：出厂时设定为NPN输入。SW8开关用于频率指令方法的切换（电压输入/电流输入）频率指令输入方法切换开关的设定（SW8）频率指令的选择（常数n03）电压输入V（OFF）设定值“2”电流输入I（ON）设定值“3”或“4”二、 输入、输出接线端子使用说明1、输入侧实验所用3G3JVAB007型号变频器为单相输入、三相输出。R/L1、S/L2端子接交流220V电源。+1 、+2端子接直流电抗器。2、输出侧U/T1、V/T2、W/T3接电动机。注意：输出侧的最大电压应对应变频器输入电源电压。四、控制回路端子的说明记 号名 称功 能规 模输入S1正转/停止ON为正转、OFF为停止光耦合器DC+24V 8mAS2多功能输入1（S2）由n36设定（反转/停止）S3多功能输入2（S3）由n37设定（外部异常：a接点）S4多功能输入3（S4）由n38设定（异常复位）S5多功能输入4（S5）由n39设定（多段速指令1）SC顺序输入公共端S1S5用公共端FS频率指令电源频率指令用DC电源DC+12V 20mAFR频率指令输入频率指令用输入端子DC0+10V（输入电阻 20K）FC频率指令公共端频率指令公共端子输出MA多功能接点输出（a接点）由n40设定（运转中）继电器输出DC+30V 1A 以下AC250V 1A以下MB多功能接点输出（b接点）MC多功能接点输出公共端MA、MB用公共端AM模拟监控器输出由n44设定（输出频率）DC+12V 20mA以下AC模拟监控器输出公共端AM用公共端 多功能输入及多功能输出可以通过参数设定来选择多功能，功能栏中（ ）内的功能为出厂时已经设定的功能。五、变频器规格型号项目3G3JVAB007电源额定电压频率单相AC200240V 50/60Hz允许浮动电压1510%允许浮动频率5%电源容量（KVA）12.7发热量（W）251.4质量（KG）1.5冷却方式自然冷却马达最大适用容量（KW）0.75输出规格额定输出功率（KVA）1.9额定输出电流（A）5.0额定输出电压（V）3相AC200240V最大输出功率400Hz(参数设定)控制特性高谐波电流对策可连接直流电抗器(可选)控制方式正弦波PVW方式(V/F控制)载波频率2.510.0KHz（空间矢量控制）频率控制范围0.1400Hz频率精度（温度变动）数字设定: 0.01%(1050C)模拟设定: 0.5%(25C10C)频率设定分辨率数字设定: 0.1%(100Hz以下),1Hz(100Hz以上)模拟设定: 0.06Hz/60Hz输出频率分辨率0.01Hz过载能力1分钟额定输出电流的150%外部频率设定信号通过频率设定旋钮在DCO10V（20K）/420mA（250）/020mA（250）间切换加减速时间0.0999秒（加速，减速按时间设定：2种切换）制动转矩约20% （不能连接制动电阻/制动单元）电压/频率特性任意V/F形式设定保护功能马达保护电子热敏保护瞬间过电流保护在额定输出电流约250%以上时停止过载保护在额定输出电流约150%持续1分钟时停止过电压保护在主回路直流电压约DC410V以上时停止电压不足保护在主回路直流电压200V以下时停止（单相AC200V型为160V以下）瞬间停电补偿（选择）无（15ms以上时停止），约0.5秒内运转继续,在普通运转上选择散热片过热110C10C检出接地保护充电中显示显示至主回路直流电压50V以下为止,兼用RUN的LED1：电源容量为变频器额定输出时的容量。2：消耗的电力为变频器额定输出时变频器内部消耗的电力。六、参数一览表参数编号名 称内 容设定范围设定单位出厂设定运转中写入n01常数的写入禁止选择/常数初始化详看说明书详看说明书10n02运转指令的选择遥控模式下变频器的运转/停止输入指令方法的选择。0：操作器的RUN、STOP/RESET键有效1：控制回路端子台（多功能输入）有效0，110n03频率指令的选择遥控模式下变频器频率指令输入方法的选择。0：操作器的频率指令旋钮有效1：频率指令1（n21）有效2：频率指令控制回路端子（010V）有效3：频率指令控制回路端子（420mA）有效4：频率指令控制回路端子（020mA）有效0410n04停止方法的选择0：减速停止（在所选的减速时间内停止）1：自由运转停止（通过停止指令中断输出）0，110n05反转禁止的选择输入反转指令时的动作选择。0：允许反转1：禁止反转0，110n06STO