材料成型控制基础实验指导书

1、材料成型控制基础实验指导书材料成型控制基础实验指导书材料科学与工程学院焊接实验室编写二00六、六月【1】目 录实验一、材料成型控制基础实验 （1043932-1）3实验二、材料成型控制基础实验 （1043932-2）9实验三、材料成型控制基础实验 （1043932-3）11实验四、材料成型控制基础实验 （1000332-4）13实验五、材料成型控制基础实验 （1000332-5）18实验报告内容的基本要求 20注释 21主要参考文献 22实验一、变流技术及直流电动机调速系统实验(1043932-1)一、 实验目的：1、了解直流电动机的结构，了解其控制和调节原理，增强对直流电动机的认识。2、了解

2、变流技术、可控硅、KC05可控硅移相触发器电路原理以及运算放大器在变流技术及直流电动机调速系统电路中的运用。3、理解并掌握电压、电流反馈量在该电路中的获取方式。二、实验内容：1、直流电动机的结构观察。2、针对实验仪认识各类电子元器件及控制器件，对于具体电路进行分析，利用双线示波器测试KC05晶闸管移相触发器上有关信号波形。3、实验仪上信号综合回路的整定：整定时请参考图14、利用双线示波器观察直流电动机电枢电压，电枢电流波形的波形。当电枢电流断续时，电枢电压与电流波形参考图32；当电枢电流连续时，电枢电压与电流波形请参考图3-1。三、 实验仪器、设备及材料：1、电气控制实验仪一台2、永磁式直流电

3、动机(70ZYT)一台3、双线示波器一台4、数字万用表一只5、直流电压表各一只6、投影仪一台四、 实验原理：永磁式直流电动机与负载组成的系统在运行时，靠电动机的自身调节作用，其带负载能力比较差。为保证直流电动机稳定运行，可采用开环和闭环控制。实验仪上是采用单相全波半控整流的直流电动机调速系统，用直流电动机电枢电压反馈与电流反馈的闭环控制方式完成，使之系统为稳压电路。电路中所用KC05移相触发器对晶闸管进行控制原理，实验时分析，原理见图2。五、 实验步骤：1、连接有关插件（电动机、直流电压表），插上电源。2、打开双线示波器，找到测试点，用探针分别进行测试。（如G、M、点）3、通过W3电位器的调节

4、，在示波器屏幕上能否有锯齿波出现，要求：锯齿波的电压幅值范围在210V，通过转速细调电位器的调节，观察整流脉冲波输出情况。4、通过W3、W6、W1、转速细调电位器的调节，观察直流电压表有否显示，要求：024V可调，且调点稳定。5、按启动开关，观察直流继电器是否动作、直流电动机是否运转，调节转速细调电位器，观察直流电动机转速变化情况，运转是否稳定，不稳？需调节W6、W3、W1来加以修正。6、启动电动机，用双线示波器表笔1接电阻R5两端，观察直流电动机电枢电压，表笔2的一端接电阻R7，观察电枢电流波形的波形，双线示波器置合成档。六、 实验报告要求：1、按实验报告要求格式写出实验报告。2、阐述信号综

5、合回路整定过程，回答实验指导书所提问题。七、 实验注意事项：1、注意用电安全。2、注意双线示波器的使用，特别是探针夹子端的使用，数字万用表档位、表笔与调点的关系一定要正确。3、调节有关电位器时，一定要仔细，勿大动作。八、思考题：1、在直流电动机调速系统中电压、电流反馈作用是什么？以及反馈量的性质（正或负）。2、简述KC05晶闸管移相触发器电路原理。3、电阻R5的作用是什么？没有它，直流电压表如何显示。4、画出通过电阻R7的电枢电流、通过电阻R5的电枢电压波形。5、脉冲变压器次边输出的脉冲电压的零参考电位是单相全波半控整流桥输出的正或负极？实验说明1、测试波形： 示波器标准波：频率、周期、幅值；

6、KC05锯齿波： G点-GND；同步点： E点-GND；电机负载波形： 表1 电流取样电阻R7两端，表2负载R5一端；2、电路板参数调节： 锯齿波斜率：W3-顺时斜率缓（控制电压调节范围）； 控制脉冲宽度：W4-顺时宽度增加；电流反馈： W5-顺时Ufi小； 电压反馈： W6-顺时Ufv大； 给定值粗调： W1-顺时Ug大； 给定值细调 TEMTER-顺时输出大；3、信号综合回路整定：首先电流反馈W5-顺时Ufi小；整定额定转速：加大电压反馈深度给定值粗调最大给定值细调从最小到最大电压反馈深度；整定最低转速：调速范围D=10；整定静差率：低速时增大负载测转速若转速降超10%时应增加电流正反馈。

7、4、电动机电枢电压、电流的波形电枢电压、电流的波形在电流断续和连续时是不同的。可控硅被触发前，电流断续时电机仍在转动，电枢电压是电枢感应电动势E。可控硅触发后，电枢电压是电源正弦电压波形。从内部分析：电枢内阻电压、电枢漏磁的感应电动势、主磁通的感应电动势。可控硅触发后电流连续时，电枢电压是电源正弦电压波形，过零时由于平波电抗器和电枢漏磁的感应电动势较大，足以克服反电势使电流连续。图1电气控制实验仪直流电动机调速系统电路原理图图2、KC05移相触发器原理图图31图32图3、电枢电压与电流波形参考图实验二、过程控制及交流电动机调速系统实验 (1043932-2)一、 实验目的：1、了解三相异步交流

8、电动机的结构与性能，以及三相异步交流电动机速度调节方式。2、认识变频器、电力电子器件、常用通断控制器件，如闸刀、交流接触器、交流继电器等。3、了解变频器工作原理，使用变频器对三相异步电动机转速调节及控制过程。二、实验内容：使用变频器设定控制参数，变频对三相异步电动机转速调节，外部信号控制方式控制三相异步电动机，参见图1。三相异步电动机变 频 器正反转加减速电压给定调频设定控制参数电 压 表图1（交流电动机过程控制装置）三、实验仪器、设备及材料：1、380V三相电源闸刀开关一把2、三相异步交流电动机一台3、实验装置（变频器、380V三相空气开关、按钮-启动、停止、换向和调速电位器）一套4、指针式

9、万用表一只以及连接线四、实验原理：实验对三相异步交流电动机速度调节及控制是由变频器完成，而变频器是不可控整流，脉宽调制逆变器。通过变频器的外控方式，同时变频、变压调节电机转速以及电机启动、停止和换向，通过变频器面板操作来设置相关控制参数，如电机启动加速时间，停止减速时间，频率转换点等。通过变频器面板显示窗显示电机运行状态。五、实验步骤：1、在实验教师的指导下，把实验装置上连接有关连接线，连接三相异步交流电动机，插上指针式万用表并选交流电压500伏档。2、实验指导教师检查无误后，扳动空气开关，启动变频器，完成相关控制参数设置。按正转按钮，电机开始运行，达到设定值后电机进入稳定运行状态。旋动速度调

10、节旋钮，变频器进行变频，变压调节，电机转速随之发生改变。注意观察变频器面板显示窗频率显示（在变频器参数设置中进行）与万用表指示电压的变化情况。特别是频率达到频率转换点以上时的万用表指示电压情况。再次按正转按钮，电机开始减速一直到停转。要想电机反转运行，按动反转按钮即可。3、要对变频器参数重新设置时，必须在电机停止状态下进行。六、实验报告要求：1、按实验报告要求格式写出实验报告。2、回答实验指导书所提问题。七、实验注意事项：1、请同学们注意！有关强电一定切记安全，要在实验教师监督下完成操作。2、连结导线一定要仔仔细细，以防损坏仪器、仪表和实验装置。八、思考题：1、根据三相异步交流电动机额定转速，

11、举例说明怎样估算电动磁极对数？2、简述本实验变频器调节三相异步交流电动机转速原理。恒压变频比是属于哪类转矩调速性质，为什么？实验三、温度测控系统实验（1043932-3）一、 实验目的：1、通过实验，了解计算机与智能控温仪相关通讯协议、软件编程，以及应用于热加工工业中的设备，诸如热处理炉的温度控制及炉温监控等等。2、熟悉和认识智能控温仪、控制元器件、传感器及加热元件，通过实验，掌握一些自动控制理论知识。二、实验内容：利用计算机、智能控温仪、控制元器件、传感器及加热元件，通过软件编程，对一个简单加热装置进行温度实时监测。参见图1计算机智能控温仪 R232口模拟炉温参 数设 定传感器热电阻图1、温

12、度控制及监测系统三、实验仪器、设备及材料：1、计算机一台2、智能控温仪各一台3、热电阻及简单加热模拟装置四、实验原理：见智能控温仪说明书。五、实验步骤：1、用RS232-9芯通讯线把计算机与智能控温仪相连，从智能控温仪上再与热电阻，简单加热装置相连接。2、打开智能控温仪电源，启动计算机，设定好智能控温仪控制温度上下限、热传感器分度号、仪表号及显示方式。实验中改变热电阻阻值，注意观察各个环节现象，诸如智能控温仪的显示、后板上的开关状态及报警灯状态，简单加热装置开始加热了吗？当达到控制温度后，注意观察后板上的开关动作等。运行温度监测软件，可从计算机屏幕上观察温度变化情况，解读返回命令符含意，结束实

13、验。3、实验结束后，首先关闭外设电源，最后关闭计算机，拆卸连结线。六、实验报告要求：1、按实验报告要求格式写出实验报告。2、回答实验指导书所提问题。七、实验注意事项：1、实验前应充分检查各个环节，保正无误后，方能开机实验。2、实验中注意用电安全。八、思考题：1、简述智能控温仪原理。*2、用计算机语言试编写一段阶梯加热控制程序。【2】实验四、脉冲宽度调节实验（1043932-4）一、实验目的：1、熟悉脉宽宽度调节的一种方法。2、能按设计的脉宽调制电路图搭出实际电路。3、掌握示波器的使用方法。二、实验内容：1、熟悉脉宽调制器TL494的工作原理。2、调试TL494组成的脉宽调制电路。3、测试TL4

14、94的关键管脚波形。三、实验仪器、设备及材料：1、逻辑箱：1套2、TL494及相关电子元器件：一套3、连接导线：若干3、示波器：1台四、实验原理：TL494的管脚排列图如图1所示。图1 TL494的管脚排列图TL494的内部原理图如图2所示。图2：TL494的内部原理图TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：图3 TL494时序图输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电

15、压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。参见图3。控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在03.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出

16、晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉冲频率将等于振荡器的频率。 TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的070温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供±5%的精确度。本实验采用的脉宽调制电路原理图如图4所示。图4 脉宽调制电路原理图五、实验步骤：1、熟悉TL

17、494的管脚和内部原理。2、知道TL494的振荡频率的计算方法，并实测振荡频率。3、按图4脉宽调制电路原理图在逻辑箱上搭出相应的电路。4、用示波器测试TL494的5脚的锯齿波波形，并记录下来。5、用示波器测试TL494的8脚的脉宽调制波形，并记录下来。6、调节输出电压调节电位器，用示波器观察TL494的8脚的脉宽调制波形变化，找出变化规律，并记录下来。7、画出锯齿波与1脚的反馈电压，8脚的脉宽调制波形的对应变化关系。六、实验报告要求：1、要求写出实验名称、学生姓名、班号和实验日期、实验目的和要求、实验仪器、设备与材料、实验原理、实验步骤（实验原理和实验步骤根据实际操作的写）。2、写出实验数据计

18、算结果（编写的控制要求及实验程序），根据实验结果分析，回答实验指导书中提出的思考题，写出心得与体会。七、实验注意事项：1、插接各种电子元器件一定要断电进行。2、连结导线一定要仔仔细细，以防损坏仪器、仪表和实验装置。3、发现异常情况，应立即断电检查。八、思考题：1、本实验中怎样调节TL494的输出频率？2、本实验中有哪几种方式调节输出脉冲宽度？【2】实验五：PLC实验（1043932-5）一、实验目的1.熟悉可编程序控制器的使用方法。2.练习梯形图编程，PLC编程软件及计算机和通讯接口输入、修改和调试程序。3.练习辅助继电器和定时器的使用。4.观察利用可编程序控制器对简单系统进行控制的过程。二、

19、实验内容用三菱FX2N型PLC实现直流电机正反转控制及调速。1.教会学生如何分析被控对象，理出控制要求。2.指导教师演示直流电机正反转控制及调速的过程。3.编制出相应的梯形图，转换成指令之后，写入PLC中进行调试。4.利用上位机实现控制要求，并显示相关状态和参数。上位机软件：采用力控组态软件。三、实验仪器、设备及材料1.PLC-1E实验箱：1个。2.连接导线：若干。3.SC-09型PLC编程通讯转换电缆：1根。4.工控机：1台。5.PLC编程软件及力控组态软件：各1套。6.直流电机调速板：1张。7.直流电机及减速器：1台。四、实验原理利用按钮模拟直流电机的控制按钮（电源启动、电源停止、正转、反

20、转、加速、减速），PLC的输出触点直接控制直流电机调速板上的方向控制继电器，PLC的D/A输出05V控制直流电机调速板上的调速电路，从而实现直流电机调速。在PLC单独控制直流电机调速的基础上，使用上位机软件(力控组态软件)实现对直流电机的控制，做到上位机与PLC可以同时控制直流电机。在程序编制中，要求做到正反转自锁、方向改变是有延时保护、加减速自锁及后操作的动作优先。五、实验步骤1.用I/22控制电机电源启动、I/23控制电机电源停止、I/24控制电机正转、I/25控制电机反转、I/26控制加速、I/27控制减速。具体连线是将PLC的输入COM端连接到按钮的公共端、I/22、I/23、I/24、I/25、I/26、I/27分别连接到启动、停止、正转、反转、加速、减速按钮的另一端。2.用PLC的两个输出点Y11、Y12分别控制电机的正转和反转，D/A电压输