电力电子技术及电机控制实验装置实验指导书

电力电子技术及电

机控制实验装置实

验指导书

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电力电子技术实验指导书

武夷学院机电工程学院

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目录

第一章DJDK-1型电刀电子技术及电机控制实验装置简介错误味定义书

签。

M控制屏介绍及操作说明........................错误!未定义书签。

1-2DJK01电源控制屏.............................错误!未定义书签。

1-3各挂件功能介绍...............................错误!未定义书签。

第二章电力电子及电机控制实验的基本要求和安全操作说明.错误味定

义书签。

M实验的特点和要求.............................错误!未定义书签。

1-2实验前的准备..................................错误!未定义书签。

1-3实验实施......................................错误!未定义书签。

1-4实验总结......................................错误!未定义书签。

1-5实验安全操作规程.............................错误!未定义书签。

第三章电力电子技术实验...........................错误味定义书签。

实验一SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验错误!未定义

书签。

实验二锯齿波同步移相触发电路实验............错误保定义书签。

实验三单相桥式半控整流电路实验...............错误味定义书签。

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实验四直流斩波电路原理实验..................借误!未定义书签。

实验五单相交流调压电路实验..................错误!未定义书签。

实验六三相半波巨控整流电路实验.............错误保定义书签。

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第一章DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置简介

1-1控制屏介绍及操作说明

一、特点

(1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故

结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完

成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、

《交流调速系统》、《电机控制》及《控制理论》等课程所开设的

主要实验项目。

(2)实给装置占地面积〃\,节约实验室用地，无需设置电源控制屏、

电缆沟、水泥墩等，可减少基建投资；实验装置只需三相四线的电源

即可投入使用，实验室建设周期短、见效快。

(3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊

设计，其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。

(4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观;实验

连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接

入弱电设备，造成该设备损坏；电路连接方式安全、可靠、迅速、简

便;除电源控制屏和挂件外,还设置有实3佥桌,桌面上可放置机组、示

波器等实验仪器，操作舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组

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简莞、方便；实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移

动和固定。

(5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装

置和电流型漏电保护装置,切实有效保护操作者的人身安全,为开放性

的实验室创造了前提条件。

(6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有

明显的区另U,不能互插。

(7)实验线路选择紧跟教材的变化，完全配合教学内容，满足教学

大纲要求。.

■…DJDKI5电力电干八技，：及电机痔M•卞*・,一||

图1-1DJDK-1电力电子技术及电机控制实3佥装置外形图

二、技术参数

⑴输入电压三柜四线制380V±10%50±1Hz

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(2)工作环境环境温度范围为-5-40C,相对湿度(75%,海拔<

1000m

(3)装置容量:<1.5kVA

(4)电机输出功率:<200W

(5)夕卜形尺寸:长x宽x高=1870mmx730mmx1600mm

1-2DJK01电源控制屏

电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励

磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电

压、电流表。屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验

之用;佥所需

真有效值交流

挂件,三相电网电压、电流。座提

电压指示

一口光灯开关、「_

供有或达及二

电源一调速电源

控制部分

相四秘一选择开关“丁。

_三相主

定时器兼电路输出

报警记录仪

直流数字

直流数字■电流表

加压表-

励磁电源

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图1-2主控制屏面板图

1、三相电网电压指示

三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相的情

况,操作交流电压表下面的切换开关,观测三相电汹各线间电也是台平

衡。

2、定时器兼报警记录仪

平时作为时钟使用,具有设定实验时间、定时报警和切断电源等

功能,它还能够自动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。（具体

操作方法详见DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置使用说明

书）

3、电源控制部分

它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、

启动按钮及停止按钮组成。当打开电源总开关时,红灯亮；当按下启动

按纽后,红灯灭,绿灯亮,此时控制屏的三相主电路及励磁电源都有电

压输出。

4、三相主电路输出

三相主电路输出可提供三相交流200V/3A或240V/3A电源。输出

的电压大小由“调速电源选择开关”控制，当开关置于“直流调速”

侧时,A、B、C输出线电压为200V,可完成电力电子实给以及直流调

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速实验；当开关置于“交流调速”侧时,A、B、C输出线电压为240V,

可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。在A、B、C三相电源

输出附近装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压。同时在主

电源输出回路中还装有电流互感器,电流互感器可测定主电源输出电

流的大小,供电流反馈和过流保护使用，直板上的TAI、TA2、TA3=

处观测点用于观测三路电流互感器输出电压信号。

5、励磁电源

在按下启动按钮后将励磁电源开关拨向“开”根U,则励磁电源输

出为220V的直流电压,并有发光二极管指示输出是否正常,励磁电源

由0.5A熔丝做短路保护,由于励磁电源的容量有限，仅为直流电机提供

励磁电流,不能作为大容量的直流电源使用。

6、面板仪表

面板下部设置有±300V数字式直流电压表和±5A数字式直流电

流表，精度为0.5级，能为可逆调速系统提供电压及电流指示；面板上

部设置有500V真有效值交流电压表和5A真有效值交流电流表，精度

为0.5级，供交流调速系统实验时使用。

1-3各挂件功能介绍

以挂件的编号次序分别介绍其使用方法，并简单说明其工作原理

和单元电路原理图。

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一、DJK02挂件（三相变流桥路）

该挂件装有12只晶闸管、直流电压和电流表等，其面板如图1-3

所示。

三和同步

信母输“I端

TE反桥脉彳俞入端

iR桥钮子开关反桥钮子开关

正桥主111路反桥主也跻

也抗科

直流电房表直流电流表

图1-3DJK02面板图

1、三相同步信号输出端

同步信号是从电源控制屏内获得，屏内装有/Y接法的三相同步

变压器，和主电源输出保持同相，其输出相电压幅度为15V左右，供三

相晶闸管触发电路（如DJK02-1等挂件）使用，从而产生移相触发脉冲;

只要将本挂件的12芯插头与屏相连接，则输出相位一一对应的三相同

步电压信号;信号接口的详细引脚情况详见附录相关内容。

2、正、反桥脉冲输入端

从三相晶闸管触发电路（如DJK02-1等挂件）来的正、反桥触发脉

冲分别经过输入接口,加到相应的晶闸管电路上;信号接口的详细情况

详见附录相关内容c

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3、正、反桥钮子开关

从正、反桥脉冲输入端来的触发脉冲信号经过“正、反桥钮子

开关”接至相应晶闸管的门极和阴极；面板上共设有十二个钮子开关,

分为正、反桥两组，分别控制对应的晶闸管的触发脉冲；开关打到“

通”根U,触发脉冲接到晶闸管的门极和阴极；开关打到“断“根（I,触发

脉冲被切断；经过关闭某几个钮子开关能够模拟晶闸管主电路失去触

发脉冲的故障情况。

4、正、反桥主电路

正桥主电路和反桥主电路分别由六只5A/1000V晶闸管组成；其

中由VT1—VT6组成三相正桥元件（一般不可逆、可逆系统的正桥

使用正桥元件）；由VT「一VT6”组成三相反桥元件（可逆系统的反

桥以及需单个或几个晶闸管的实验可使用反桥元件）；所有这些晶闸

管元件均配置有阻容吸收及快速熔断丝保护，另外正桥主电路还设有

压敏电阻,其内部已经接成三角形接法,起过压吸收。

注意:如果在DZSZ-1型上使用时,调节整流桥输入的相电压值不可

超过200V,否则会造成整流桥处的压敏电阻损坏。

5、电抗器

实验主回路中所使用的平波电抗器装在电源控制屏内，其各引出

端经过12芯的插座连接到DJK02面板的中间位置，有3档电感量可

供选择，分别为lOOmH、2O0mH、700mH（各档在1A电流下能保持

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线性），可根据实验需要选择合适的电感值。电抗器回路中串有3A熔

丝保护,熔丝座装在控制屏内的电抗器旁。

6、直流电压表及直流电流表

面板上装有300V的带镜面直流电压表、2A的带镜面直流电

流表，均为中零式，精度为1.。级，为可逆调速系统提供电压及电流指

Zj\o

二、DJK02-1挂件（三相晶闸管触发电路）

该挂件装有三相晶闸管触发电路和正反桥功放电路等，面板图如

图1-4所示。

1、移相控制电压Uct输入及偏移电压Ub观测及调节

Uc及Ub用于控制触发电路的移相角；在一般的情况下，我们首先

将Ud接地，调节Uh,从而确定触发脉冲的初始位置；当初始触发角固定

后，在以后的调节中只调节Uct的电压，这样能确保移相角始终不会大

于初始位置，防止实验失败；如在逆变实验中初始移相角a=150。定下

后,无论调节Uct,都能保证0>30。，防止在实验过程中出现逆变颠覆的

情况。

2、触发脉冲指示

在触发脉冲指示处设有钮子开关用以控制触发电路，当开关拨到

左边，绿色发光管亮，在触发脉冲观察孔处可观测到后沿固定、前沿

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可调的宽脉冲链；当开关拨到右边，红色发光管亮，触发电路产生双窄

脉冲。

DJK02-1

触发脉冲指示—锯齿波斜率

调节与观测孔

三相同步_—移相控制

信号输入端电压输入

偏移电压

观测及调节

——控制电路

正桥控制端Uif反桥控制端Ulr

|_

正桥功放电路--反桥功放电路

正桥脉冲输出端反桥脉冲输出端

—电源开关

三■na・・

图1-4DJK02-1面板图

3.三相同步信号输入端

经过专用的十芯扁平线将DJK02上的”三相同步信号输出端”与

DJK02-1”三相同步信号输入端”连接，为其内部的触发电路提供同

步信号；同步信号也能够从其它地方提供,但要注意同步信号的幅度和

相序问题;信号接口的详细情况详见附录相关内容。

4、锯齿波斜率调节与观测孔

由外接的三相同步信号经KC04集成触发电路，产生三路锯齿波信

号，调节相应的斜率调节电位器，可改变相应的锯齿波斜率，三路锯齿

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波斜率在调节后应保证基本相同，使六路脉冲间隔基本保持一致，才能

使主电路输出的整流波形整齐划一。

5、控制电路

其触发线路原理如图1-5所示。在由原KC04、KC41和KC42三相

集成触发电路的基础上,又增加了4066、4069芯片,可产生三相六路

互差60。的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供

触发晶闸管使用。

在面板上设有三相同步信号观测孔、两路触发脉冲观测孔。

VT1—VT6为单脉冲观测孔（在触发脉冲指示为“窄脉冲”）或宽脉冲

观测孔（在触发脉冲指示为“窄脉冲”）；V1T—VT6,为双脉冲观测孔

（在触发脉冲指示为“窄脉冲“）或宽脉冲观测孔（在触发脉冲指示为“

窄脉冲”）□

三相同步电压信号从三路KC04的“8"脚输入，在其“4"脚相应

形成线性增加的锯齿波,移相控制电压Uct和偏移电压Ub经叠加后，

从“9"脚输入。当触发脉冲选择的钮子开关拨到窄脉冲侧时,经过控

制4066（电子开关），使得每个KC04从“1、15”脚输出相位相差180°

的单窄脉冲（可在上面的VTLVT6脉冲观测孔观测到）,窄脉冲经

KC41（六路双脉冲形成器）后,得到六路双窄脉冲（可在下面的VT1，一

VT6,脉冲观测孔观测到）。将钮子开关拨到宽脉冲侧时,经过控制4066,

使得KC04的“1、15”脚输出宽脉冲,同时将KC41的控制端”7"脚

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接高电平，使KC41停止工作,宽脉冲则经过4066的“3、9”两脚直接

输出。4069为反相器，它将部分控制信号反相,用以控制4066;KC42为

调制信号发生器,对窄脉冲和宽脉冲进行高频调制。具体有关KC04、

KC41、KC42的内部电路原理图,请查阅附录中的相关内容。

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图1-5触发电路原理图

6、正、反桥功放电路

正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图1-6所示；由晶

闸管触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后

由涮中变压器T1输出。U同为DJKO2面板上的，该点接地才可使

V3工作,脉冲变压器输出脉冲；正桥共有六路功放电路,其余的五路电

路完全与这一路一致；反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是控制

端不一样,将u仁攵为Un

7、正桥控制端Ulf及反桥控制端

这两个端子用于控制正反桥功放电路的工作与否，当端子与地短

接，表示功放电路工作，触发电路产生的脉冲经功放电路最终输出；当

端子悬空表示功放不工作；Ulf端子控制正桥功放，Uk端子控制反桥功

放。

8、正、反桥脉冲输出端

经功放电路放大的触发脉冲，经过专用的20芯扁平线将DJK02”正

反桥脉冲输入端”与DJK02-1上的”正反桥脉冲输出端”连接，为其

晶闸管提供相应的触发脉冲;接口的详细情况详见附录相关内容。

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+24V------

OVD4

AR5_OG

V1V

Z\VD5=bC2

VD1Z\-----------------------1—oK

图1-6功放电路原理图

三、DJK03-1挂件(晶闸管触发电路)

晶闸管装置的正常工作与其触发电路的正确、可靠的运行密切相

关，门极触发电路必须按主电路的要求来设计,为了能可靠触发晶闸管

应满足以下几点要求：

(1)触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸

管要求的数值,并保留足够的裕量。

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(2)为了实现变流电路输出的电压连续可调，触发脉冲的相位应能

在一定的范围内连续可调。

(3)触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步，两者频率应该相同,

而且要有固定的相位关系，使每一周期都能在同样的相位上触发。

(4)触发脉冲的波形要符合一定的要求。多数晶闸管电路要求触

发脉冲的前沿要陡，以实现精确的导通控利。对于电感性负载，由于电

感的存在,其回路中的电流不能突变,因此要求其触发脉冲要有一定的

宽度,以确保主回路的电流在没有上升到晶闸管擎住电流之前,其门极

与阴极始终有触发脉冲存在，保证电路可靠工作。

DJK03-1挂件是晶闸管触发电路专用实验挂箱，面板如图1-7所

示。其中有单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路、锯齿

波同步移相触发电路I和II,单相交流调压触发电路以及西门子

TCA785集成触发电路。

正弦波

同步触发电路

西门子TCA785单相交流

触发电路调压电路

-----电源开关

锯齿波同步

触发电路I、II

卜［------外接220V

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图1-7DJK03-1面板图

1、单结晶体管触发电路

利用单结晶体管（又称双基极二极管）的负阻特性和RC的充放电

特性,可组成频率可调的自激振荡电路,如图1-8所示。

图中V6为单结晶体管，其常见的型号有BT33和BT35的种，由

等效电阻V5和C1组成组成RC充电回路，由C1-V6-脉）中变压器组成

电容放电回路,调节RP1即可改变C1充电回路中的等效电阻。

图1-8单结晶体管触发电路原理图

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图1-9单结晶体管触发电路各点的电压波形（a=90。）

工作原理简述如下：

由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再

由稳压管VI、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电

压的过零点同步，梯形波经过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当

充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容

经过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时由于放电

时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压Uv,

使V6关断，C1再次充电，周而复始,在电容C1两端呈现锯齿波形，在脉

冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周期内,V6可能导通、关断

多次，但只有输出的第一个触发脉冲对晶闸管的触发时刻起作用。充

电时间常数由电容C1和等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时

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间,控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。单结晶体管

触发电路的各点波形如图1-9所示。

电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信

号都在面板上引出。

2、正弦波同步移相触发电路

正弦波同步移相触发电路由同步移相、脉冲放大等环节组成，其

原理如图1-10所示。

同步信号由同步变压器副边提供，三极管VI左边部分为同步移相

环节，在VI的基极综合$同步信号电压UT、偏移电压Ub及控制电压

Uct（RP1电位器调节Ua,RP2调节Ub）o调节RP1及RP2均可改变VI三

极管的翻转时刻，从而控制触发角的位置。脉冲形成整形环节是一分

立元件的集基耦合单稳态脉冲电路，V2的集电极耦合到V3的基极，V3

的集电极经过C4、RP3耦合到V2的基极。

当VI未导通时，R6供给V2足够的基极电流使之饱和导通，V3截

止。电源电压经过R9、Tl、VD6、V2对C4充电至15V左右，极性为

左负右正。

R8

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图1-10正弦波同步移相触发电路原理图

当VI导通的时候，VI的集电极从高电位翻转为低电位，V2截止,

V3导通，脉冲变压器输出脉冲。由于设置了C4、RP3阻容正反馈电路,

使V3加速导通，提高输出脉冲的前沿陡度。同时V3导通经正反馈耦合,

V2的基极保持低电压,V2维持截止状态，电容经过RP3、V3放电到零,

再反向充电，当V2的基极升到0.7V后，V2从截止变为导通，V3从导通

变为截止。V2的基极电位上升0.7V的时间由其充放电时间常数所决

定，改变RP3的阻值就改变了其时间常数，也就改变了输出脉冲的宽

度。

正弦波同步移相触发电路的各点电压波形如图1-11所示。

电位器RP1、RP2、RP3均已安装在面板上，同步变压器副边已在

内部接好,所有的测试信号都在面板上引出。

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图1-11正弦波同步移相触发电路的各点电压波形（a二0。）

3、锯齿波同步移相触发电路I、II

锯齿波同步移相触发电路I、II由同步检测、锯齿波形成、移相

控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如图1-12所示。

图1-12锯齿波同步移相触发电路I原理图

由V3、VDKVD2,C1等元件组成同步检测环节,其作用是利用

同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由VI、V2等

元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当

V3导通时，电容C2经过R4、V3放电。调节电位器RP1能够调节恒流

源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。控制电压Uct、偏移电压Ub

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和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3

分别调节控制电压Uct和偏移电压Ub的大小。76、V7构成脉冲形成放

大环节，C5为强触发电容改进脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉

冲,电路的各点电压波形如图1-13所示。

本装置有两路锯齿波同步移相触发电路，I和n,在电路上完全一样,

只是锯齿波触发电路II输出的触发脉冲相位与I恰好互差180。，供单相

整流及逆变实验用。

电位器RP1、RP2、RP3均已安装在挂箱的面板上，同步变压器

副为已在挂箱内部接好,所有的测试信号都在面板上弓I出。

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图1-13锯齿波同步移相触发电路【各点电压波形（a=90。）

4、单相交流调压触发电路

单相交流调压触发电路采用KCO5集成晶闸管移相触发器（KCO5

的电路内部原理图见附录）。该集成触发器适用于触发双向晶闸管或

两个反向并联晶闸管组成的交流调压电路，具有失交保护、输出电流

大等优点，是交流调压的理想触发电路。单相交流调压触发电路原理

图1-14所示。

+15V

图1-14单相交流调压触发电路原理图

同步电压由KC05的15、16脚输入，在TP2点能够观测到锯齿波,

RP1电位器调节锯齿波的斜率，RP2电位器调节移相角度，触发脉冲从

第9脚,经脉冲变压器输出。

电位器RP1、RP2均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在

挂箱内部接好,所有的测试信号都在面板上引出。

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5、西门子TCA785触发电路

教科书上讲述的晶闸管集成触发电路,如KC04、KC05等,在当前

工业现场很少使用了。

工业现场正在使用的新型晶闸管集成触发电路，主要有西门子

TCA785,与KC04等相比它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度

更好,移相范围更宽;同时它输出脉冲的宽度可人为自由调节。

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图1-15Tca785锯齿波移相触发电路原理图

锯齿波斜率由电位器RPl调节,RP2电位器调节晶闸管的触发角。

电位器RPl、RP2已安装在挂箱的面板上，所有的测试信号都在

面板上引出。

6.外接220V输入端

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该挂件的电源及同步信号都是由+zzX外接220V输入端提供的，注

意的是输入的电压范围为220V±10%,如超过此范围会造成设备严重

损坏。

四、DJK04挂件(电机调速控制实验D

该挂件主要完成电机调速实验，如单闭环直流调速实验、双闭环

直流调速实验。同时和其它挂件配合可增加实验项目，如与DJK04-1

配合使用可完成逻辑无环流可逆直流调速实验，与DJK18配合使用就

能够完成三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验。DJK04的面

板图如下：

速度变换

调节器I

反号器

给定一调节器II

由压隔离器

电流反馈与过流保护

-电源开关

图1-16DJK04面板图

1、电流反馈与过流保护(FBC+FA)

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本单元主要功能是检测主电源输出的电流反馈信号,而且当主电源

输出电流超过某一设定值时发出过流信号切断控制屏输出主电源。其

原理如图1-17所示。

TAI.TA2、TA3为电流互感器的输出端，它的电压高低反映三

相主电路输出的电流大小，面板上的三个圆孔均为观测孔，只要将

DJK04挂件的十芯电源线与电源控制屏的相应插座连接（不需再外部

进行接线）,TAI、TA2、TA3就与屏内的电流互感器输出端相连，打

开挂件电源开关后,过流保护就处于工作状态。

⑴电流反馈与过流保护单元的输入端TAI、TA2、TA3,来自电

流互感器的输出端,反映负载电流大小的电压信号经三相桥式整流电

路整流后加至RP1、RP2、及RI、R2、VD7组成的3条支路上,其中:

①R2与VD7并联后再与R1串联,在VD7的阳极取零电流检测信号

从“1”端输出，供零电平检测用。当电流反馈的电压比较低的时

候J1”端的输出由RI、R2分压所得,VD7处于截止状态。当电流反

馈的电压升高的时候J1”端的输出也随着升高,当输出电压接近

0.6V左右时,VD7导通使“1”端输出始终钳位在0.6V左右。

②将RP1的滑动抽头端输出作为电流反馈信号，从“2”端输出，

电流反馈系数由RP1进行调节。

③RP2的滑动触头与过流保护电路相连，调节RP2可调节过流动

作电流的大小。

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图1-17电流反馈与过流保护原理图

(2)当电路开始工作时,由于V2的基极有电容C2的存在,V3必定比

V2要先导通,V3的集电极低电位,V4截止，同时经过R4、VD8将V2基

极电位拉低，保证V2一直处于截止状态。

(3)当主电路电流超过某一数值后,RP2上取得的过流电压信号超过

稳压管VI的稳压值,击穿稳压管,使二极管V2导通,从而V3截止,V4导

通使继电器K动作,控利屏内的主继电器掉电,切断主电源，挂件面板

上的声光报警器发出告警信号,提醒操作者实验装置已过流跳闸。调

节RP2的抽头的位置,可得到不同的电流报警值。

(4)过流的同时,V3由导通变为截止,在集电极产生一个高电平信号

从“3”端输出，作为推B信号供电流调节器(调节器II)使用。

(5)当过流动作后，电源经过SB、R4、VD8及C2维持V2导通,V3截

止、V4导通、继电器保持吸合，持续告警。SB为解除过流记忆的复

位按钮,当过流故障排除后,则须按下SB以解除记忆,告警电路才能恢

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复。当按下SB按纽后,V2基极失电进入截止状态,V3导通、V4截止,

电路恢复正常。

元件RP1、RP2、SB均安装在该挂箱的面板上，方便操作。

2、给定(G)

给定的原理图如下图所示。

图1-18电压给定原理图

电压给定由两个电位器RP1、RP2及两个钮子开关SI、S2组成。

S1为正、负极性切换开关，输出的正、负电压的大小分别由RP1、

RP2来调节,其输出电压范围为()一士15V,S2为输出控制开关,打到”

运行”侧,允许电压输出,打到“停止”根U,则输出恒为零。

按以下步骤拨动S1、S2,可获得以下信号：

(1)将S2打至/运行”根U,S1打到“正给定”根U,调节RP1使给定输

出一定的正电压,拨动S2到“停止”根U,此时可获得从正电压突跳到

0V的阶跃信号,再拨动S2到“运行”侧,此时可获得从0V突跳到正电

压的阶跃信号。

(2)符S2打至/运行”侧,S1打到“负给定”侧，调节RP2使给定输

出一定的负电压，拨动S2到”停止，，根”,此时可获得从负电压突跳到

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0V的阶跃信号,再拨动S2到“运行”根U,此时可获得从0V突跳到负电

压的阶跃信号。

(3)揩S2打至运行"根U,拨动S1,分别调节RP1和RP2使输出一定

的正负电压,当S1从“正给定“侧打到“负给定“根1得到从正电压到

负电压的跳变。当S1从”负给定“侧打到“正给定”侧，得到从负电

压到正电压的跳变。

元件RP1、RP2、S1及S2均安装在挂件的面板上，方便操作。另

外由一只3位半的直流数字电压表指示输出电压值。注意:不允许长

时间将输出端接地,特别是输出电压比较高的时候,可能会将RP1、

RP2损坏。

3、转速变换(FBS)

转速变换用于有转速反馈的调速系统中,反映转速变化并把与转速

成王比的电压信号变换成适用于控制单元的电压信号。图1-19为其

原理图：

R1

lo------------1=1——---------1

2o----------------------------------

图M9转速变换原理图

使用时，将DD03-3(或DD03-2等)导轨上的电压输出端接至转速

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变换的输入端“1“和“2"o输入电压经R1和RP1分压，调节电位

器RP1可改变转速反馈系数。

4、调节器I

调节器I的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法、减法、比

例、积分和微分等运算，使其输出按某一规律变化。调节器I由运算

放大器、输入与反馈环节及二极管限幅环节组成。其原理如图1-20

所示。

在图1-20中”1、2、3”端为信号输入端，二极管VD1和VD2起运

放输入限幅，保护运放的作用。二极管VD3、VD4和电位器RP1、

RP2组成正负限幅可调的限幅电路。由Cl、R3组成微分反编校正环

节，有助于抑制振荡，减少超调。R7、C5组成速度环串联校正环节，其

电阻、电容均从DJK08挂件上获得。改变R7的阻值改变了系统的放

大若数，改变C5的电容值改变了系统的响应时间。RP3为调零电位

器。

电位器RP1、RP2、RP3均安装面板上。电阻R7、电容C1和

电容C5两端在面板上装有接线柱，可根据需要外接电阻及电容，一般

在自动控制系统实驹中作为速度调节器使用。

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图1-20调节器I原理图

5、反号器(AR)

反号器由运算的大器内相关由阻患即.田干语读系统中信号需要倒

相的场合，如图1-R3IA1

】o__A--------

VDR[V应二

4

图1-21反号器原理图

反号器的输入信号Ui由运算放大器的反相输入端输入，故输出电

压U2为：

U2=-(RP1+R3)/RlxUi

调节电位器RP1的滑动触点,改变RP1的阻值，使RP1+R3=R1,则

U2=-U]

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输入与输出成倒相关系。电位器RP1装在面板上，调零电位器

RP2装在内部线路板上（在出厂前我们已经将运放调零，用户不需调

零）。

6、调节器II

调节器n由运算放大器、限幅电路、互补输出、输入阻抗网络

及反馈阻抗网络等环节组成，工作原理基本上与调节器I相同，其原理

图如图1-22所示。调节器II也可当作调节器I使用。元件RP1、

RP2、RP3均装在面板上，电容C1、电容C7和电阻R13的数值可根

据需要，由外接电阻、电容来改变，一般在自动控制系统实验中作为

电流调节器使用。

调节器n与调节器I相比,增加了几个输入端,其中“3”端接推0

信号，当主电路输出过流时，电流反馈与过流保护的“3”端输出一个

推P信号（高电平）信号，击穿稳压管，正电压信号输入运放的反向输

入端，使调节器的输出电压下降，使a角向180度方向移动，庾晶闸管

RI

从整方"------------1-----------------1=|—书接逻

0.47uFClR2R3

20-------------A-------1=1—r—(=1R13C7

10k」_10kO•••41r-O

辑控带8910'V4、

C2工0.22uFR14

VI-----(=>

RIR5

V5导304“4、

10k_L10kC6R1630(

8.2VC3Ho.22uF1H

30

6”端VD3/\1/901话,两

R6t>00-LV6

R15

10kVD1\[VD吆、+0飞制。

个值u1.5k

5oV4：C42

VDl/i长流

ik8.2V901"0.22iFR12RP3

在同一10k10kRP2Lf]R174300lo

R9RIO4.7kUU

60-

10k10k

-C5

V5-0.22uF-15V

8・2V9013,

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图1-22调节器II原理图

7、电压隔离器(TVD)

电压隔离器的目的是为电压环提供电压反馈信号，在本实验装置

中采用WB121电压传感器，它利用线性光耦隔离，对输入的直流电压

进行实时测量，并转变为适当的电压值输出，经过调节电位器RP1,可

得到所需的电压反馈系数。

WB121的主要技术指标如下:

输入电压范围：0300V

WB1213

输出电压范围：010V

2o04

测量精度:0.2级

输出负载能力:5mA(DC)

图1-23电压隔离器

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五、DJK04-1挂件(电机调速控制实验II)

该挂件和DJK04配合可完成逻辑无环流可逆直流调速系统实验,

DJK04-1面板如图1-24所示：

零电平检测

转矩极性鉴别

逻辑变换

电源开关

图1-24DJK04-1面板图

1、转矩极性鉴别(DPT)

转矩极性鉴别为一电平检测器，用于检测控制系统中转矩极性的变

化。它是一个由比较器组成的模数转换器，可将控制系统中连续变化

的电平信号转换成逻辑运算所需的“0“、“1”电平信号。其原理

图如图1-25所示。转矩极性鉴别器的输入输出特性如图l-27a所示，具

有继电特性。

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调节运放同相输入端电位器RP1能够改变继电特性相对于零点的

位置。继电特性的回环宽度为：

Uk—Usr2Usrl-K1(Uscm2Uscml)

式中，KI为正反馈系数,KI越大,则正反馈越强，回环宽度就越小;

Usr2和Usrl分别为输出日正翻转到负及由负翻转到正所需的最小输入电

压；Uscml和Uscm2分别为反向和正向输出电压。逻辑

控制系统中的电平检测环宽一般取0.2-0.6V,环宽大时能提高系统抗

干扰能力，但环太宽时会使系统动作迟钝。

图1-25转矩极性鉴别原理图图1-26零电平检测器

原理

2、零电平检测(DPZ)

零电平检测器也是一个电平检测器，其工作原理与转矩极性鉴别

器相同,在控制系统中进行零电流检测，当输出主电路的电流接近零时,

电平检测器检测到电流反馈的电压值也接近零，输出高电平。其原理

图和输入输出特性分别如图1-26和图l-27b所示。

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(a)转矩极性检测(b)零电平检测

图1-27转矩极性鉴别及零电平检测输入输出特性

3、逻辑控制(DLC)

逻辑控制用于逻辑无环流可逆直流调速系统，其作用是对转矩极

性和丰回路零电平信号进

行逻辑运算,切换加于正桥或反桥晶闸管整流装置上的触发脉冲，以实

现系统的无环流运行。其原理图如图1-28所示。其主要由岁辑判断

电路、延时电路、逻辑保护电路、推电路和功放电路等环节组

图1-28逻辑控制器原理图

⑴逻辑判断环节

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逻辑判断环节的任务是根据转矩极性鉴别和零电平检测的输出UM

和UI状态,正确地判断晶闸管的触发脉冲是否需要进行切换(由UM是否

变换状态决定)及切换条件是否具备(由Ui是否从“0”变“1”决

定)。即当UM变号后，零电平检测到主电路电流过零(Ui=”1")时，逻

辑判断电路立即翻转，同时应保证在任何时刻逻辑判断电路的输出Uz

和UF状态必须相反。

(2)延时环节

要使正、反两组整流装置安全、可靠地切换工作，必须在逻辑无

环流系统中的逻辑判断电路发出切换指令Uz或UF后,经关断等待时间

ti(约3ms)和触发等待时间t2(约10ms)之后才能执行切换指令，故设置

相应的延时电路,延时电路中的VD1、VD2、Cl、C2起ti的延时作用,

VD3、VD4、C3、C4起t2的延时作用。

(3)逻辑保护环节

逻辑保护环节也称为“多一“保护环节。当逻辑电路发生故障时,

Uz、UF的输出同时为“1”状态，逻辑控制器的两个输出端Uif和全

为“0”状态，造成两组整流装置同时开放，引起短路和环流事故。加

入逻辑保护环节后。当Uz、UF全为“1”状态时，使逻辑保护环节输

出A点电位变为“0"，使Ulf和Ur都为高电平,两组触发脉冲同时封锁,

避免产生短路和环流事故。

(4)推6环节

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在正、反桥切换时，逻辑控制器中的G8输出“1”状态信号，将此

信号送入调节器n的输入端作为脉冲后移推6信号，从而可避免切换

时电流的冲击。

(5)功放电路

由于与非门输出功率有限，为了可靠的推动Ulf、Uk,故增加了V3、

V4组成的功率放大级。

五、DJK05挂件(直流斩波电路)

DJK05挂件为直流斩波电路挂箱，分为斩波器主电路和斩波器触发

电路两大部分。面：

斩波器.

施爰电路

斩波器

主电路

电源开关

图1-29DJK05面板图

1、斩波器触发电路

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斩波器触发电路由三部分组成，图1-3()为斩波器触发电路的原理

图。

第一部分为由幅值比较电路U1和积分电路U2组成一个频率和幅值

均可调的锯齿波发生器。电位器RP1用来调节锯齿波的上下位置，电

位器RP2用来调节锯齿波的频率(频率从100至I」700Hz可调)o由于晶闸

管的开关速度及LC振荡频率所限，因此在斩波实验中我们一般选用

200Hz这一频率。

第二部分是比较器部分。比较器U3输入的一路是锯齿波信号,

另一路是给定的电平信号，输出为前沿固定后沿可调的方波信号。改

变输入的电平信号的值,则相应改变了输出方波的占空比。

图1-30斩波器触发电路原理图

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第三部分是比较器产生的方波送到4098双单稳电路U4,单稳电路

则在方波的前沿和后沿分别产生两个脉冲，如图1-31所示，其后沿脉冲

随方波的贸口脉冲经三

极管放大经3闸管及辅

助晶闸管，.管VT1,而

后沿产生茁

a）4098单稳电路输入波形b）主晶闸管触发电路c）辅助晶

闸管触发电路

图1-31斩波器触发电路输出主、辅脉）中相位关系

2、斩波器主电路

主电路如图1-32所示。其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管,

当主脉冲到来的时候,VT1导通,电源电压就经过该晶闸管加在负载上,

由VT2控制输出电压的脉宽。C和L1构成换流振荡电路,它们与VD2、

VDUL2组成VT1的换流关断电路。接通电源时，C经VD1、负载充

电至+Udo,VT1导通，电源加到负载上，当辅助脉冲到来时,VT2导通,C

和L1产生串联振荡，C上的电压由+Udo变为-Udo,C经VD1和VT1反向

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放电，使流过VT1的电流降到零，迫使VT1关断。VD3为续流二极管,

为反电势负载提供放电回路。

六、DJKO6挂件（给定及实验器件）

该挂件由给定、负载及+24V直流电源等组成。面板示意图如图

1-33所示。

DJK06

负饯灯泡

给定

:目呼斗号--二极管

•X

压敏电阻

电源开关

■京人实■■件