实验二单闭环直流调速系统实验

1、实验二单闭环直流调速系统实验一、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。(3) 认识闭环反馈控制系统的基本特性。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”，“励 磁电源”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”，“正桥功 放”，“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”,“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保 护”等几个模块。5DJK08可调电阻、电容箱6DD03-2电机导轨、测速发电

2、 机及转速表或者“ 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慢扫描示波器自备11万用表自备三、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）。对调速指标要求不咼的场合，米用单闭环系统， 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，

3、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。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，

4、得到移相控制电压Ubt ,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。7和电源输出电s反惯与过淤保护mlh触笈 电路图5-7转速单闭环系统原理图电加反惯与过流保护电流CVRtji Ct.三相电源输出n®J4-桥放 K功½斷触发 电路图5-8电流

5、单闭环系统原理图四、实验内容(1) 学习DJKo1 “电源控制屏”的使用方法。(2) DJK04 上的基本单元的调试。(3) U Ct不变时直流电动机开环特性的测定。(4) U d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。五、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。(3) 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?六、实验方法

6、(1) DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试 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。 将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 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DJK02-1电源开关，拨动 “触发 脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。 观察A B CE相的锯齿波，并调节A、B C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。 将DJK04t的“给定”输出Ig直接与DJK02-1上的移

7、相控制电压UCt相接， 将给定开关S拨到接地位置(即Ubt=O),调节DJK02-1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 =120°。 适当增加给定Ug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。 将DJK02-1面板上的Ulf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 VT1VT6晶闸管门极和阴极 之间的触发脉冲是否正常。(2) U Ct不变时的直流

8、电机开环外特性的测定 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 UCt由DJK04h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。 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1200rpm= 改变负载电阻R的阻值，使电机的电枢电流从Ied直至空载。即可测出 在ICt不变时的直流电动机开环外特性n = f(I d),测量并记录数据于下表：n (rpm)Id (A)U d不变时直流电机开环外特性的

9、测定 控制电压UCt由DJK04勺“给定” Ig直接接入，直流发电机接负载电阻R, Ld用DJK02h 200m H将给定的输出调到零。 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 Ug，使电动机启动并达到1200rpm° 改变负载电阻R，使电机的电枢电流从Ied直至空载。用电压表监视三 相全控整流输出的直流电压Ud,保持Ud不变(通过不断的调节DJK04h “给定” 电压Ug来实现)，测出在Ud不变时直流电动机的开环外特性n =f(I d),并记录 于下表中：n (rpm)d (A)(4) 基本单兀部件调试 移相控制电压UCt调节范围的确定直接将DJK04“

10、给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压UCt的输入端，“三 相全控整流”输出接电阻负载R,用示波器观察Ud的波形。当给定电压Ug由零 调大时，Ub将随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值U/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ULtmaX=0.9Ug,即Ug的允许调节范围为0UCtmaX。如果我们 把输出限幅定为UCtmaX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U/于下表中：Ug /UCtmaX=0.9Ug将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。 调节器的调整A

11、、调节器的调零将DJKo仲“速度调节器”所有输入端接地，再将 DJKo沖的可调电阻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DJKO仲“电流调节器”所有输入端接地，再将 DJKO沖的可调电阻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“ 11”端，

12、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DJKO沖的可调电容0.47UF 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UCtmaXO把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉，将DJK0沖的可调电容0.47UF 接入“8”、“9”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

13、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,使电流调节器的输出正限幅为ULtmaX oC电流反馈系数的整定直接将“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压UCt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Ud=220V寸，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I d=l.3A时，“2”端If的的电流反馈电压Ifi =6V,这时的电流反馈系数 =Ufi /I d= 4.615V/A

14、。D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W的输入端，“三相 全控整流”电路接直流电动机负载，Ld用DJK02t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，使电机提速到n =150OrPm寸，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 =Ufn/n =0.004V/gm)。(5) 转速单闭环直流调速系统 按图5-7接线，在本实验中，DJK04勺“给定”电压Ug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

15、阻R, Ld用DJK02h200mH给定输出调到零。 直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ib ,使电动机的转速接近n=l200rpm° 由小到大调节直流发电机负载R,测出电动机的电枢电流Id，和电机的 转速n，直至Id=Ied,即可测出系统静态特性曲线n =f(l d)。n (rpm)d (A)(6) 电流单闭环直流调速系统 按图5-8接线，在本实验中，给定Ug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Pl (比例积分)调节器。直流发电机 接负载电阻R, Ld用DJK02t200mH将给定输出调到零。 直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压

16、Ig ,使电动机转速接近 n=l200rpm。 由小到大调节直流发电机负载R,测定相应的I d和n，直至电动机Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线n =f(l d)。n (rpm)Id(A)七、实验报告(1) 根据实验数据，画出UCt不变时直流电动机开环机械特性。(2) 根据实验数据，画出Lb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。八、思考题(1) 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？(2) 实验中，如何确定转速反馈的极性并

17、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？九、注意事项(1)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