专业综合实验指导书20060225.doc

运动控制系统专业综合实验指导书运动控制系统专业综合实验指导书一系统参数测试 主电路总电阻R的测定主电路总电阻R包括电动机电枢电阻Ra，平波电抗器电阻RL和晶闸管整流装置的电源内阻Rn。即晶闸管整流装置的电源内阻Rn无法直接测量，须测量整流装置的理想空载电压Ud0，用伏安比较法来测定电阻。其实验原理图如图11所示，实验接线图如图12所示。按图12进行接线，变阻器RP采用MEL03三相可调电阻器中的其中一组，将两只900电阻并联之后，接入被测系统的主电路。接通电源之前调节电阻值至最大。测试时电动机不加励磁，并且使电机堵转。将MCL32电源控制屏的电源开关，拨向“开”的位置接通控制电路电源红色指示灯亮。将MCL31的正负给定开关S1拨向正给定位置，开关S2拨向给定位置，调节给定电位器RP1使给定电压Ug0V，调节MCL33偏移电压电位器Ub，同时用示波器观察触发脉冲，使a120。按下MCL32电源控制屏的“闭合”按钮，接通主电路电源绿色指示灯亮，调节给定电位器RP1逐渐增加给定电压Ug，使整流装置输出电压Ud3070%UedUd可取110V，然后调节变阻器RP使电枢电流为I8090%IedI可取0.9A，读取电流表A和电压表V的数值为I1，U1，则此时整流装置的理想空载电压为：再调节变阻器RP，使电流表A的读数为I40% IedI可取0.5A，读取电流表A和电压表V的数值为I2，U2，则此时整流装置的理想空载电压为：在Udo不变的条件下求解两式，可得电枢回路总电阻R：将电动机电枢两端短接，重复上述实验，可得：则电动机的电枢电阻Ra为：同样道理，短接电抗器两端，可测得电抗器电阻RL。图1-1 主电路总电阻R测定原理图图1-2 主电路总电阻R测定接线图 主电路总电感L的测定主电路总电感L包括电动机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略不计，则主电路的等效总电感为测量电感的数值可用交流伏安法测定。为了接近实际使用情况，测量时电动机应加额定励磁，并使电动机堵转。其实验原理图如图13所示，实验接线图如图14所示。按图14进行接线，然后将MCL32电源控制屏的电源开关拨向“开”的位置，按下MCL32电源控制屏的“闭合”按钮，接通交流电源绿色指示灯亮，用交流电压表和交流电流表分别测量电动机电枢两端的电压值Ua和平波电抗器两端的电压值UL及电流值I，从而得到交流阻抗Za和ZL，由此可计算出电感值La和LL。图1-3 主电路总电感L测定原理图图1-4 主电路总电感L测定接线图 主电路电磁时间常数Tl的测定 计算法根据已经测出的主电路总电阻和电感，可计算电磁时间常数。电动机电枢电磁时间常数：主电路电磁时间常数： 电流波形法略 直流电动机发电机测速机机组飞轮惯量GD2的测定电力拖动系统的运动方程式为：式中 Te电动机的电磁转矩，单位为NmTL负载转矩，空载时即为空载转矩TL0，单位为Nmn 电动机转速，单位为rpm当电动机空载自由停车时，Te0，TLTL0，则运动方程式为：于是GD2计算公式为：式中空载转矩TL0可根据测定机组在不同转速下的电枢电压值Ua与空载电流值I0，先计算出空载功率P0后再求得，即式中dn/dt可根据自由停车时曲线n= f (t)求得。按图16实验电路空载起动电动机达到稳态转速后，断开给定电压Ug，用示波器记录自由停车时曲线n= f (t)，即可求得对应于某一转速的dn/dt值。由于空载转矩TL0不是常数，可以求取对应于若干转速的TL0，最后计算出不同转速下的GD2，然后求取平均值。实验原理图如图15所示，实验接线图如图16所示。按图16进行接线，测试时电动机须加额定励磁。将MCL32电源控制屏的电源开关，拨向“开”的位置接通控制电路电源红色指示灯亮。将MCL31的正负给定开关S1拨向正给定位置，开关S2拨向给定位置，调节给定电位器RP1使给定电压Ug0V，调节MCL33偏移电压电位器Ub，同时用示波器观察触发脉冲，使a120。电动机加额定励磁，按下MCL32电源控制屏的“闭合”按钮，接通主电路电源绿色指示灯亮，调节给定电位器RP1逐渐增加给定电压Ug，使电动机起动并达到相应的转速最高转速1500rpm，记录相应转速n下的Ua、I0，然后断开给定开关S2使机组自由停车，同时用示波器记录自由停车时n= f (t)曲线，计算dn/dt值。注意事项，在用示波器测量自由停车曲线n= f (t)时，由于各种原因可能会反复测量。由于系统是开环的，所以在每次需要重新起动系统时，一定要先将给定电压Ug调到0伏以后，再逐渐增加给定电压Ug使系统起动。避免突加给定起动，以防过流。图1-5 飞轮惯量GD2测定原理图图1-6 飞轮惯量GD2测定接线图 直流电动机电动势系数Ce和转矩系数Cm的测定通常计算电动机电动势系数Ce的公式中要用到电枢电阻Ra的值，为了避免电枢电阻测量误差的影响，可采用测量飞轮惯量GD2的实验电路图16，测量计算电动机电动势系数Ce。电动机加额定励磁，按下MCL32电源控制屏的“闭合”按钮，接通主电路电源绿色指示灯亮，调节给定电位器RP1逐渐增加给定电压Ug使电动机起动，改变电动机转速n，测量相应的电枢电压Ua，既可由上式计算电动机电动势系数Ce。直流电动机转矩系数Cm可用下式计算：由此可计算直流调速系统的机电时间常数Tm： 晶闸管触发及整流装置放大倍数Ks的测定实验电路用测量飞轮惯量GD2的电路图16，电动机加额定励磁，按下MCL32电源控制屏的“闭合”按钮，接通主电路电源绿色指示灯亮，调节给定电位器RP1逐渐增加给定电压Ug使电动机起动，用万用表分别读取对应的Ug给定电压、Ud整流装置输出电压的数值若干点，绘制出UdfUg。由UdfUg关系曲线可求出晶闸管触发及整流装置放大倍数Ks，即：实验注意事项 实验电路接线完毕后，须经过指导教师检查以后方可接通电源。 每次接通电源之前，须将给定电压调到0伏，主电路中变阻器电阻值应放在最大处，以防过流。 每次起动系统时，须慢慢增加给定电压，以防过流。 每次调节主电路中变阻器时，须慢慢调节，同时要观察电流表读数，以防过流。 需要电动机堵转时，测量时间要短，以防电动机过热。二按工程设计方法设计双闭环系统的调节器按工程设计方法设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。设计的一般原则是“先内环后外环”。从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 电流调节器的设计设计分为以下几个步骤： 电流环结构图的简化 电流调节器结构的选择 电流调节器的参数计算 电流调节器的实现 校验电流调节器满足近似条件。 电流调节器的参数运算放大器电流反馈系数式中U*i是电流调节器输入电压U*i5V；IN是电动机额定电流IN1.1A；是过载倍数1.2。 转速调节器的设计设计分为以下几个步骤： 电流环的等效闭环传递函数 转速调节器结构的选择 转速调节器参数的选择 转速调节器的实现 校验转速调节器满足近似条件。 转速调节器的参数运算放大器转数反馈系数a式中U*n是转速调节器输入电压U*n5V；nn是电动机额定转数nn1500rpm。三系统调试参考双闭环直流调速系统实验指导书。四系统测试和验收 静态特性测试分别测绘n1500 rpm与n500 rpm时系统的静态特性曲线nf（Id）。注意电流Id1A。 动态波形的观察 观察记录双闭环直流调速系统突加给定起动时动态波形，Ui*f（t）、Uctf（t）、Unf（t）、Uif（t）。同时用万用表测量系统稳定运行时（n1500 rpm）以下各点电压值，Un*、Un、Ui*、Ui、Uct、Ud并记录Id、n的值。 观察记录双闭环直流调