2023电力拖动与控制系统实验

1、实验 = 1 * DBNUM3 一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一实验目的1了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。2熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其根本结构。3掌握晶闸管直流调速系统参数及反应环节测定方法。二实验内容1测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3测定直流电动机直流发电机测速发电机组或光电编码器的飞轮惯量GD24测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td5测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM6测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM7测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f (Uct)8测定测速发电机特性UTG=f (n)三实验系

2、统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机发电机组等组成。本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。2NMCL31A组件3NMCL33组件4NMEL03组件5电机导轨及测速发电机或光电编码器6直流电动机M037双踪示波器8万用表五考前须知1由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。2为防止电枢过大电流冲击，每次增加Ug须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位

3、，以防过流。3电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。六实验方法1电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。将变阻器RD可采用两只900电阻并联接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使=150三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。调节Ug使整流

4、装置输出电压Ud=3070Ued可为110V，然后调整RP使电枢电流为8090Ied，读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，那么此时整流装置的理想空载电压为Udo=I1R+U1调节RP，使电流表A的读数为40% Ied。在Ud不变的条件下读取A，V表数值，那么Udo=I2R+U2求解两式，可得电枢回路总电阻R=(U2-U1)/(I1-I2)如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)那么电机的电枢电阻为 Ra=RRL+Rn 同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL2电枢回路电感L的测定电枢电路总电感包括电机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整

5、流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为 L=La+LL电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-2所示。三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压。用电压表和电流表分别测出通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I，从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值，Za=Ua/I ZL=UL/I3直流电动机发电机测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定。电力拖动系统的运动方程式为式中 M电动机的电磁转矩，单位为N.m;ML负载转矩，空载时即

6、为空载转矩MK，单位为N.m; n 电机转速，单位为r/min;电机空载自由停车时，运动方程式为故 式中GD2的单位为Nm2.MK可由空载功率单位为W求出。dn/dt可由自由停车时所得曲线n= f (t)求得，其实验线路如图1-3所示。电动机M加额定励磁。NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。调节Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以转速n为基准选择假设干个点如1500

7、r/min，1000r/min，测出相应的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。电机为1500r/min。UdvIKAdn/dtPKMKGD2电机为1000r/min。UdvIKAdn/dtPKMKGD24主电路电磁时间常数的测定采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升当t =Td时，有实验线路如图14所示。NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。电机不加励磁。调节Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为(5090)Ied。然后保持Uct不变，

8、突然合上主电路开关，用数字示波器拍摄id=f(t)的波形，由波形图上测量出当电流上升至63.2稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。5电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出CeCe=Ke=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的单位为V/(r/min)转矩常数(额定磁通时)CM的单位为N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce6系统机电时间常数TM的测定系统的机电时间常数可由下式计算由于TmTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2稳态

9、值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。电动机M加额定励磁。调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用数字示波器拍摄过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。7测速发电机特性UTG=f(n)的测定实验线路如图13所示。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的UTG ,n的数值假设干组，即可描

10、绘出特性曲线UTG=f(n)。nr/minUTGV七 实验报告1作出实验所得各种曲线，计算有关参数。2由Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象。晶闸管直流调速系统主要单元调试 = 1 * DBNUM3 一实验目的1熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。2掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。 = 2 * DBNUM3 二实验内容1调节器的调试2电平检测器的调试3反号器的调试4逻辑控制器的调试 = 3 * DBNUM3 三实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。2NMCL31A组件3NMCL18组件4双踪示波器5万用表 = 4 * DBNUM3四实验方法

11、1速度调节器ASR的调试 按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除。 1调整输出正、负限幅值 “5”、“6”端 接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，参加一定的输入电压由NMCL31A的给定提供，以下同，调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于5V。2测定输入输出特性 将反应网络中的电容短接“5、“6端短接，使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐参加正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。3观察PI特性 撤除“5、“6端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反应电容，观察输出电压的变化。反应电容由

12、外接电容箱改变数值。2电流调节器ACR的调试 按图1-5接线。1调整输出正,负限幅值 “9”、“10”端 接可调电容，使调节器为PI调节器，参加一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于6V。2测定输入输出特性 将反应网络中的电容短接“9、“10端短接，使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐参加正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。3观察PI特性 撤除“9、“10端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反应电容，观察输出电压的变化。反应电容由外接电容箱改变数值。3电平检测器的调试1测定转矩极性鉴别器DPT的环宽，要

13、求环宽为0.40.6伏，记录高电平值 ，调节RP使环宽对称纵坐标。具体方法：a调节给定Ug，使DPT的“1脚得到约0.3V电压，调节电位器RP，使“2端输出从“1变为“0。b调节负给定，从0V起调，当DPT的“2端从“0变为“1时，检测DPZ的“1端应为-0.3V左右，否那么应调整电位器，使“2端电平变化时，“1端电压大小根本相等。2测定零电流检测器DPZ的环宽，要求环宽也为0.40.6伏，调节RP，使回环向纵坐标右侧偏离0.10.2伏。具体方法：a调节给定Ug，使DPZ的“1端为0.7V左右，调整电位器RP，使“2端输出从“1变为“0。b减小给定，当“2端电压从“0变为“1时，“1端电压在0

14、.10.2V范围内，否那么应继续调整电位器RP。3按测得数据，画出两个电平检测器的回环。4反号器AR的调试 测定输入输出比例，输入端加+5V电压，调节RP，使输出端为-5V。5逻辑控制器DLC的调试测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：输入UM110001UI100100输出Uz(Ublf)000111UF(Ublr)111000调试时的阶跃信号可从给定器得到。调试方法：按图1-6接线a给定电压顺时针到底，Ug输出约为12V。b此时上下拨动NMCL31A中G给定局部S2开关，Ublf、Ublr的输出应为高、低电平变化，同时用示波器观察DLC的“5，应出现脉冲，用万用表测量，“3与“Ubl

15、f，“4与“Ublr等电位。c把+15V与DLC的“2连线断开，DLC的“2接地，此时拨动开关S2，Ublr、Ublf输出无变化。五. 实验报告1画各控制单元的调试连线图。2简述各控制单元的调试要点。实验三 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一实验目的1研究晶闸管直流电动机调速系统在反应控制下的工作。2研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。3学习反应控制系统的调试技术。二预习要求1了解速度调节器在比例工作与比例积分工作时的输入输出特性。2弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。三实验线路及原理见图1-7。四实验设备及仪表1教学实验台主控制屏。2NMCL31A组件3N

16、MCL33组件4NMEL03组件5NMCL18组件6电机导轨及测速发电机或光电编码器、直流发电机M017直流电动机M038双踪示波器9万用表五考前须知1直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。2接入ASR构成转速负反应时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容预置7F。3测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值1A。4三相主电源连线时需注意，不可换错相序。5系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。6改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开红色按钮，同时使系统的给定为零。7双踪示波器的两个探

17、头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位只用一根地线即可，以免造成短路事故。六实验内容1移相触发电路的调试主电路未通电a用示波器观察NMCL33的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V2V的双脉冲。b触发电路输出脉冲应在3090范围内可调。可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现=90；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使=30。2求取调速系统在无转速负反应时的开环工作机械特性。a断开ASR的“3”至Uct的连接线，G给定直接加至Uct，

18、且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。b合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使Uuv、Uvw、Uwu=200V。c调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载的范围内测取78点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。idAUdVnr/min3带转速负反应有静差工作的系统静特性a断开G给定和Uct的连接线，ASR的输出接至Uct，把ASR的“5”、“6”点短接。b合上主控制屏的绿色按钮开关，调节Uuv，Uvw，Uwu为200伏。c调节给定电压Ug至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=

19、1500转/分，调节ASR的调节电容以及反应电位器RP3，使电机稳定运行。调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载范围内测取78点，读取Ud、id、n。idAUdVnr/min4测取调速系统在带转速负反应时的无静差闭环工作的静特性a断开ASR的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接可调电容，可预置7F，使ASR成为PI比例积分调节器。b调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1500转/分。在额定至空载范围内测取78个点。idAUdVnr/min七实验报告绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。八思考题1系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？实验时应如何接线

20、？2要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反应与无反应调速系统哪个情况下给定电压要大些？为什么？3在有转速负反应的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反应的强度对Ug有什么影响？为什么？4如何确定转速反应的极性与把转速反应正确地接入系统中？又如何调节转速反应的强度，在线路中调节什么元件能实现？实验四 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统一实验目的1了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。2熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。3熟悉NMCL-18，NMCL-33的结构及调试方法4掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数

21、的整定。二实验内容1各控制单元调试2测定电流反应系数。3测定开环机械特性及闭环静特性。4闭环控制特性的测定。5观察，记录系统动态波形。三实验系统组成及工作原理双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的控制回路如图1-8b所示，主回路可参考图1-8a系统工作时，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机的转速。ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可到达限制起动电流的目的, ACR的输出作为移相触发

22、电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可到达限制min和min的目的。当参加给定Ug后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速到达给定转速即Ug=Ufn，并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。2NMCL31A组件3NMCL33组件4NMEL03组件5NMCL18组件6电机导轨及测速发电机或光电编码器、直流发电机M017直流电动机M038双踪示波器9万用表五考前须知1三相主电源连线时需注意，不可换错相序。2系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机3改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开

23、红色按钮，同时使系统的给定为零。4进行闭环调试时，假设电机转速达最高速且不可调，注意转速反应的极性是否接错。5双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位只用一根地线即可，以免造成短路事故。六. 实验方法1按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。1用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲2检查相序，用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，那么相序正确，否那么，应调整输入电源。3将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V2V的脉冲。2双闭环调速系统调

24、试原那么1先部件，后系统。即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。2先开环，后闭环，即使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反应时组成闭环系统。3先内环，后外环。即先调试电流内环，然后调转速外环。3开环外特性的测定1控制电压Uct由给定器Ug直接接入。主回路按图1-8a接线，直流发电机所接负载电阻RG断开，短接限流电阻RD2使Ug=0，调节偏移电压电位器，使稍大于90，合上主电路电源，调节调压器旋钮，使Uuv，Uvw，Uwu为200V，逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电机空载转速n0=1500r/min，再调节直流发电机的负载电阻RG，改变负载，在直流电机空载至额

25、定负载范围，测取78点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，即可测出系统的开环外特性n=f (Id)。n(r/min)I(A)注意，假设给定电压Ug为0时，电机缓慢转动，那么说明太小，需后移5单元部件调试ASR调试方法与实验 = 2 * DBNUM3 二相同。ACR调试：使调节器为PI调节器，参加一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使脉冲前移300,使脉冲后移=300，反应电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。4系统调试将Ublf接地，Ublr悬空，即使用 = 1 * DBNUM3 一组桥六个晶闸管。1电流环调试电动机不加励磁a系统开环，即控制电压Uct由给定器Ug直接接入，主回路接入电阻

26、RD并调至最大RD由NMEL03的两只900电阻并联。逐渐增加给定电压，用示波器观察晶闸管整流桥两端电压波形。在一个周期内，电压波形应有6个对称波头平滑变化 。b增加给定电压，减小主回路串接电阻Rd，直至Id=1.1Ied，再调节NMCL-33挂箱上的电流反应电位器RP，使电流反应电压Ufi近似等于速度调节器ASR的输出限幅值ASR的输出限幅可调为5V。cNMCL31A的G给定输出电压Ug接至ACR的“3端，ACR的输出“7端接至Uct，即系统接入已接成PI调节的ACR组成电流单闭环系统。ASR的“9、“10端接可调电容，可预置7F，同时，反应电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。逐渐增加

27、给定电压Ug，使之等于ASR输出限幅值+5V，观察主电路电流是否小于或等于1.1Ied，如Id过大，那么应调整电流反应电位器，使Ufi增加，直至Id1.1Ied；如IdIed，那么可将Rd减小直至切除，此时应增加有限，小于过电流保护整定值，这说明系统已具有限流保护功能。测定并计算电流反应系数2速度变换器的调试电动机加额定励磁，短接限流电阻RD。a系统开环，即给定电压Ug直接接至Uct，Ug作为输入给定，逐渐加正给定，当转速n=1500r/min时，调节FBS速度变换器中速度反应电位器RP，使速度反应电压为+5V左右，计算速度反应系数。b速度反应极性判断： 系统中接入ASR构成转速单闭环系统，即

28、给定电压Ug接至ASR的第2端，ASR的第3端接至Uct。调节UgUg为负电压，假设稍加给定，电机转速即达最高速且调节Ug不可控，那么说明单闭环系统速度反应极性有误。但假设接成转速电流双闭环系统，由于给定极性改变，故速度反应极性可不变。4系统特性测试将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。ASR的调试：a反应电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小； b“5”、“6”端接入可调电容，预置57F； c调节RP1、RP2使输出限幅为5V。1机械特性n=fId的测定a调节转速给定电压Ug，使电机空载转速至1500 r/min，再调节发电机负载电阻Rg，在空载至额定负载范围内分

29、别记录78点，可测出系统静特性曲线n=fIdn(r/min)I(A)2闭环控制特性n=f(Ug)的测定调节Ug，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)8系统动态波形的观察用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用数字示波器记录动态波形。在不同的调节器参数下，观察，记录以下动态波形：1突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。2突加额定负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。3突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。注：电动机电枢电流波形的观察可通过ACR的第“1端 转速波形的观察可通过ASR的第“1”端七 实验报告1根据实验数据，画出闭环控制特性曲线。2根据实

30、验数据，画出闭环机械特性，并计算静差率。3根据实验数据，画出系统开环机械特性，计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。4分析由数字示波器记录下来的动态波形。实验五 逻辑无环流可逆直流调速系统 = 1 * DBNUM3 一实验目的1. 了解并熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成。2. 掌握各控制单元的原理，作用及调试方法。3. 掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试步骤和方法。4. 了解逻辑无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。 = 2 * DBNUM3 二实验内容1控制单元调试。2系统调试。3正反转机械特性n=f (Id)的测定。4正反转闭环控制特性n=f (Ug)的测定。5系统的动态特性的观察

31、。 = 3 * DBNUM3 三实验系统的组成及工作原理逻辑无环流系统的主回路由二组反并联的三相全控整流桥组成，由于没有环流，两组可控整流桥之间可省去限制环流的均衡电抗器，电枢回路仅串接一个平波电抗器。控制系统主要由速度调节器ASR，电流调节器ACR，反号器AR，转矩极性鉴别器DPT，零电流检测器DPZ，无环流逻辑控制器DLC，触发器，电流变换器FBC，速度变换器FBS等组成。其系统原理图如图1-9所示。正向起动时，给定电压Ug为正电压，无环流逻辑控制器的输出端Ublf为0”态，Ublr为1”态，即正桥触发脉冲开通，反桥触发脉冲封锁，主回路正组可控整流桥工作，电机正向运转。减小给定时，UgUf

32、n,使Ugi 反向，整流装置进入本桥逆变状态，而Ublf,Ublr不变，当主回路电流减小并过零后，Ublf，Ublr输出状态转换，Ublf为“1态，Ublr为“0态，即进入它桥制动状态，使电机降速至设定的转速后再切换成正向运行；当Ug=0时，那么电机停转。反向运行时，Ublf为1”态，Ublr为0”态，主电路反组可控整流桥工作。无环流逻辑控制器的输出取决于电机的运行状态，正向运转，正转制动本桥逆变及反转制动它桥逆变状态，Ublf为0”态，Ublr为1”态，保证了正桥工作，反桥封锁；反向运转，反转制动本桥逆变，正转制动它桥逆变阶段，那么Ublf为1”态，Ublr为0”态，正桥被封锁，反桥触发工作

33、。由于逻辑控制器的作用，在逻辑无环流可逆系统中保证了任何情况下两整流桥不会同时触发，一组触发工作时，另一组被封锁，因此系统工作过程中既无直流环流也无脉冲环流。 = 4 * DBNUM3 四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。2NMCL31A组件3NMCL33组件4NMEL03组件5NMCL18组件6电机导轨及测速发电机或光电编码器、直流发电机M017直流电动机M038双踪示波器9万用表五实验预习1熟悉系统的接线图，分析逻辑无环流可逆直流调速系统的原理。2复习逻辑无环流可逆直流调速系统从正转切换到反转过程中，整流电压Ud，电枢电流id，转速n的动态波形图。六考前须知1实验时，应保证逻辑控制器工作

34、；逻辑正确后才能使系统正反向切换运行。2为了防止意外，可在电枢回路串联一定的电阻，如工作正常，那么可随Ug的增大逐渐切除电阻。七实验方法1按图1-9接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。1用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲2检查相序，用示波器观察“1，“2脉冲观察孔，“1脉冲超前“2脉冲600，那么相序正确，否那么，应调整输入电源。3将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V2V的脉冲。4将Ublr接地，可观察反桥晶闸管的触发脉冲。5用万用表检查Ublf，Ublr的电压，一为高电平，一为低电平，不能同为低电平

35、。2控制单元调试1按实验四的方法调试FBS，ASR，ACR2按实验二的方法调试AR，DPT，DPZ，DLC对电平检测器的输出应有以下要求转矩极性鉴别器DPT：电机正转 输出UM为1”态电机反转 输出UM为0”态 零电流检测器DPZ： 主回路电流接近零 输出UI为1”态 主回路有电流 输出UI为0”态3调节ASR，ACR的串联积分电容，使系统正常，稳定运行。4机械特性n=f (Id)的测定测出n =1500r/min的正，反转机械特性n =f (Id)，方法与实验四相同。n=1500r/minn(r/min)I(A)5闭环控制特性的测定按实验四的方法测出正，反转时的闭环控制特性n =f (Ug)

36、。n(r/min)Ug(V)6系统动态波形的观察用二踪慢扫描示波器观察并记录：1给定值阶跃变化正向起动 正向停车 反向切换到正向 正向切换到反向反向停车时的动态波形。2电机稳定运行于额定转速，Ug不变，突加，突减负载(20%Ied100%Ied) 的动态波形：3改变ASR,ACR的参数，观察动态波形如何变化。注：电动机电枢电流波形的观察可通过ACR的第“1端 转速波形的观察可通过ASR的第“1”端八实验报告1根据实验结果，画出正，反转闭环控制特性曲线。2根据实验结果，画出正，反转闭环机械特性，并计算静差率。3分析参数变化对系统动态过程的影响。4分析电机从正转切换到反转过程中，电机经历的工作状态

37、，系统能量转换状况。实验六 双闭环可逆直流脉宽调速系统一实验目的1掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。3熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。4掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。二实验内容1PWM控制器SG3525性能测试。2控制单元调试。3系统开环调试。4系统闭环调试5系统稳态、动态特性测试。6H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。三实验系统的组成和工作原理在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛

38、应用。双闭环脉宽调速系统的原理框图如图110所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用IGBT所构成的H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，GD为MOS管的栅极驱动电路，FA为瞬时动作的过流保护。脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司Silicon General的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。 = 4 * DBNUM3 四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。2NMCL31A组件3NMCL22组件或NMCL10A组件4NMEL03组件5NMCL18组件

39、6电机导轨及测速发电机或光电编码器、直流发电机M017直流电动机M038双踪示波器9万用表五考前须知1直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。2接入ASR构成转速负反应时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容预置7F。3测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值1A。4系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。5改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开红色按钮，同时使系统的给定为零。6双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位只用一根地线即可，以免造成短

40、路事故。7实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。六实验方法1SG3525性能测试：按下S1琴键开关，1用示波器观察UPW的“1端的电压波形，记录波形的周期、幅度。2用示波器观察UPW的“2端的电压波形，调节UPW的RP电位器，使方波的占空比为50%。3用导线将NMCL-31A的“G的“1”和“UPW的“3”相连，分别调节正负给定，记录“2”端输出波形的最大占空比和最小占空比。2控制电路的测试1逻辑延时时间的测试在上述实验的根底上，分别将正、负给定均调到零，连接UPW的“2”端和DLD的“1”端，用示波器观

41、察“DLD的“1”和“2”端的输出波形，并记录延时时间td=2同一桥臂上下管子驱动信号列区时间测试分别将“隔离驱动的G和主回路的G相连，用双踪示波器分别测量VVT1.GS和VVT2.GS以及VVT3.GS和VVT4.GS的列区时间：tdVT1.VT2=tdVT3.VT4=3开环系统调试主回路按图110a接线，控制回路可参考图110b，但调节器不接，控制回路直接将NMCL-31A的给定接至NMCL-22的UPW“3端，并将UPW“2端和DLD“1端相连，驱动电路的G1、G2、G3、G1电流反应系数的调试a将正、负给定均调到零，合上主控制屏电源开关，接通直流电机励磁电源。b调节正给定，电机开始起动

42、直至达1500r/minc给电动机拖加负载，即逐渐减小发电机负载电阻，直至电动机的电枢电流为1A。d调节“FBA的电流反应电位器，用万用表测量“9”端电压达2V左右。2速度反应系数的调试在上述实验的根底上，再次调节电机转速的1400r/min，调节NMCL-31A3系统开环机械特性测定参照速度反应系数调试的方法，使电机转速达1400r/min，改变直流发电机负载电阻Rd，在空载至额定负载范围内测取78个点，记录相应的转速n和直流电动机电流id。 n=1400r/minn(r/min)id(A)调节给定，使n=1000/min和n=500r/min，作同样的记录，可得到电机在中速和低速时的机械特

43、性。n=1000r/minn(r/min)id(A)M(N.m)n=500r/minn(r/min)id(A)M(N.m)断开主电源，NMCL-31A的S1开关拨向“负给定，然后按照以上方法，测出系统的反向机械特性。4闭环系统调试控制回路可按图110b接线，将ASR，ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。1速度调节器的调试a反应电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；b“5、“6端接入可调电容器，预置57F；c调节RP1、RP2使输出限幅为2V。2电流调节器的调试a反应电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；b“5、“6端接入可调电容器，预置57F；cNMCL-31A的S2

44、开关打向“给定，S1开关扳向上，调整NMCL-31A的RP1电位器，使ACR输出正饱和，调整ACR的正限幅电位器RP1，用示波器观察NMCL-22的DLD “2的脉冲，不可移出范围。S1开关打向下至“负给定，调整NMCL-31A的RP2电位器，使ACR输出负饱和，调整ACR的负限幅电位器RP2，用示波器观察NMCL-22的DLD “2”5系统静特性测试1机械特性n=fId的测定NMCL-31A的S2开关打向“给定，S1开关扳向上，逆时针调整NMCL-31A的RP1电位器到底。合上主电路电源，调节调压器旋钮，使Uuv，Uvw，Uwu为220V，逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电

45、机空载转速n0=1500r/min，再调节直流发电机的负载电阻RG，改变负载，在直流电机空载至额定负载范围，测取78点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，可测出系统正转时的静特性曲线n=fId。n(r/min)I(A)断开主电源，S1开关打向下至“负给定，逆时针调整NMCL-31A的RP2电位器到底。合上主电路电源，逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电机空载转速n0=1500r/min，再调节直流发电机的负载电阻RG，改变负载，在直流电机空载至额定负载范围，测取78点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，可测出系统反转时的静特性曲线n=fId。n(r/min)I(A)2闭环控制特

46、性n=f(Ug)的测定S1开关扳向上，调节NMCL-31A给定电位器RP1，记录给定输出Ug和电动机转速n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)6系统动态波形的观察用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用数字示波器记录动态波形。在不同的调节器参数下，观察，记录以下动态波形：1突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。2突加额定负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。3突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。注：电动机电枢电流波形的观察可通过NMCL-18的ACR的第“1端 转速波形的观察可通过NMCL-18的ASR的第“1”端。七实验报告1根据实验数据，列出SG3525

47、的各项性能参数、逻辑延时时间、同一桥臂驱动信号死区时间、起动限流继电器吸合时的直流电压值等。2列出开环机械特性数据, 画出对应的曲线,并计算出满足S=0.05时的开环系统调速范围。3根据实验数据，计算出电流反应系数与速度反应系数。4列出闭环机械特性数据，画出对应的曲线，计算出满足S=0.05时的闭环系统调速范围，并与开环系统调速范围相比较。5列出闭环控制特性n=fug数据，并画出对应的曲线。6画出以下动态波形1突加给定时的电动机电枢电流和转速波形，并在图上标出超调量等参数。2突加与突减负载时的电动机电枢电流和转速波形。7试对H型变换器的优缺点以及由SG3525控制器构成的直流脉宽调速系统的优缺

48、点及适用场合作出评述。8对实验中感兴趣现象的分析、讨论。9实验的收获、体会与改良意见。八思考题1为了防止上、下桥臂的直通，有人把上、下桥臂驱动信号死区时间调得很大，这样做行不行，为什么？您认为死区时间长短由哪些参数决定？2与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相比照，试归纳采用自关断器件的脉宽调速系统的优点。实验七 直流调速计算机控制系统DDC一实验目的：1了解Matlab软件的根本功能；2研究数字控制系统的结构及其组成原理；3认识板卡的根本功能。二预习要求：1理解三相桥式全控整流及双闭环控制系统的工作过程，画出控制系统方框图。2认识直流脉宽调速控制系统的工作原理，及双闭环控制系统的工作过程，画出

49、控制系统方框图。三.实验内容：1板卡性能测试。2计算机控制单闭环控制系统特性的测试。3计算机控制双闭环控制系统特性的测试。4计算机控制逻辑无环流控制系统特性测试及其性能研究。5计算机控制直流脉宽调速系统特性测试及其性能研究。四实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。2NMCL31A组件3NMCL33组件或NMCL22组件4NMEL03组件5NMCL38组件6电机导轨及测速发电机或光电编码器、直流发电机M017直流电动机M038双踪示波器9万用表五实验系统组成及工作原理随着计算机在工业控制领域中的广泛应用，计算机直接数字控制DDC, Direct Digital Control 早已应用于实际的工业

50、控制系统。现代控制系统的日益复杂，模拟的控制系统的缺点越来越明显。主要表现在：不易实现复杂的控制规律；不易实现集中监控和操作；而且更改控制规律极其困难。为了适应现代教学的要求，我公司特意开发了计算机直接数字控制调速系统。我们根据自动化及计算机控制技术等相关专业的特点，特别开发了基于Matlab的计算机直接数字控制调速系统，使学生可以在学习Matlab 的根底上使仿真与实时控制相结合，提高对控制理论及控制方法的理解。并且我们还提供了开放式接口，使学生可以在我们原有的根底上开发设计自己的控制方法和控制系统。同时还可以作为相关教师的科研平台。采用台湾研华板卡如右图作为计算机控制板，以Matlab为系

51、统工作平台。系统外围的摸拟量通过A/D转换进入Matlab 系统当中，通过Matlab 的实时运算数字量由D/A转换控制系统的运行。六实验方法1认真阅读实验指导书，掌握Matlab的仿真方法、板卡的工作原理、实验的内容与要求。2板卡的安装关闭计算机电源，翻开计算机主机，把PCI板卡插入计算机的任何一个PCI插槽，装好主机。启动计算机电源运行系统，系统提示发现新硬件，选择忽略跳过板卡安装。运行光盘，根据提示进行安装。3PCI板卡的性能测试1运行Advantech Device Manger，选择Test选项。2测试板卡性能。3运行Matlab文件test_Advantech_，测试外部模拟信号能

52、否进入Matlab程序。运行结果入图。4计算机直接数字控制双闭环控制系统调试1具体主电路的连接请参照：实验双闭环晶闸管不可逆直流调速系统2控制局部线路的连接与调试：a转速计输出“+、“-分别与NMCL31A上的FBS的“1”、“2”相连，FBS的“3”与NMCL38直流调速系统计算机接口的Un(2)相连，FBS的“4”与G(给定)的地相连。同时当转速输出到达1500r/min时FBS的反应输出为3.5V,bNMCL33的FBC+FA(电流反应及过流保护)的If 与NMCL38直流调速系统计算机接口的Ui(3)相连，当系统开环运行保持1500r/min时加载至1A系统电流反应输出为4 V.cNM

53、CL38直流调速系统计算机接口的Uct(8) 与NMCL33的Uct移相控制电压相连。dNMCL31A的G(给定)的Ug 与NMCL38直流调速系统计算机接口的Un*(1)相连。4运行Matlab程序test_double-。5合上主控制屏电源，按扭顺时针调节到线电压200V。双击Singal1图标设定给定信号的幅值和宽度。6双击Scope与Scope1图标查看系统运行输出波形。7双击转速调节器框图，设定转速调节器PID参数参考值Kp=1.5、Ki=10、Kd=0.001其他如下图；电流调节器PID参数参考值Kp=0.07、Ki=6、Kd=0.001。八实验报告1记录实验结果，分析系统的动态过

54、程。2改变系统的PID参数运行系统，比较不同的PID参数对系统的影响。以及比较模拟调节与数字调节的优缺点。3改变系统的负载，观察系统在突加和突减负载的情况下的调节能力。4根据实验结果分析并计算系统的静差率。实验一 双闭环三相异步电动机调压调速系统 = 1 * DBNUM3 一实验目的1熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作。2了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统的原理及组成。 3了解绕线式异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调速时的机械特性。4通过测定系统的静特性和动态特性进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 = 2 * DBNUM3 二实验内容1测定绕线式异步电动机转子串电

55、阻时的人为机械特性。2测定双闭环交流调压调速系统的静特性。3测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。三实验系统组成及工作原理双闭环三相异步电动机调压调速系统的主电路为三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机转子回路串电阻。控制系统由电流调节器(ACR)，速度调节器(ASR)，电流变换器(FBC)，速度变换器(FBS)，触发器(GT)， = 1 * DBNUM3 一组桥脉冲放大器等组成。其系统原理图如图2-1所示。整个调速系统采用了速度，电流两个反应控制环。这里的速度环作用根本上与直流调速系统相同而电流环的作用那么有所不同。在稳定运行情况下，电流环对电网振动仍有较大的抗扰作用，但在起动过程中电流

56、环仅起限制最大电流的作用，不会出现最正确起动的恒流特性，也不可能是恒转矩起动。异步电机调压调速系统结构简单，采用双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。 = 4 * DBNUM3 四实验设备和仪器1教学实验台主控制屏。2NMCL31A组件3NMCL33组件4NMEL03组件5NMCL18组件6NMEL09组件7电机导轨及测速发电机或光电编码器、直流发电机M038线绕电动机M099双踪示波器10万用表五考前须知1接入ASR构成转速负反应时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆

57、时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容预置7F。3测取静特性时，须注意电流不许超过电机的额定值0.55A。4三相主电源连线时需注意，不可换错相序。5系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。6改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开红色按钮，同时使系统的给定为零。7双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位只用一根地线即可，以免造成短路事故。8低速实验时，实验时间应尽量短，以免电阻器过热引起串接电阻数值的变化。9绕线式异步电动机：PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，nN=1350，MN=0.

58、68，Y接。六实验方法1移相触发电路的调试主电路未通电a用示波器观察NMCL33的双脉冲观察孔，应有双窄脉冲，且间隔均匀，幅值相同； b将面板上的Ublf端接地，调节偏移电压Ub,使Uct=0时，接近1500。将正组触发脉冲的六个键开关“接通，观察正桥晶闸管的触发脉冲是否正常应有幅值为1V2V的双脉冲。c触发电路输出脉冲应在3090范围内可调。可通过对偏移电压调节电位器及ASR输出电压的调整实现。例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现=90；再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使=30。2控制单元调试按直流调速系统方法调试各单元3求取调速系统在无转速负反应时的开环工作机械特

59、性。a断开NMCL18的ASR的“3”至NMCL-33的Uct的连接线，NMCL-31A的G给定的Ug端直接加至Uct，且Ug调至零。直流电机励磁电源开关闭合。电机转子回路接入每相为10左右的三相电阻。b合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使Uuv、Uvw、Uwu=230V。c调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1300转/分，调节直流发电机负载电阻，在空载至一定负载的范围内测取78点，读取直流发电机输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。并计算三相异步电动机的输出转矩。n(r/min)IG(A)UG(V)M(N.m)注：采用直流发电机，转矩可按下式计算式中 ：M三相异

60、步电动机电磁转矩；IG直流发电机电流；UG直流发电机电压；RS直流发电机电枢电阻；P0机组空载损耗。不同转速下取不同数值：n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，Po=6W。d调节Ug，降低电机端电压，在!/3Ue及2/3Ue时重复上述实验，以取得一组人为机械特性。4系统调试1将系统接成双闭环调压调速系统，转子回路仍串每相10左右的电阻 ，渐加给定Ug至+5V, 调节FBS的反应电位器，使电机空载转速n0=1300转/分，观察电机运行是否正常。2调节ASR.ACR的外接电容及放大倍数调节电位器，用慢扫描示波器观察突加给定的动态波形，