单闭环不可逆直流调速系统实验

实验三单闭环不可逆直流调速系统实验

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。

⑵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”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”、“正反桥功放”等几个模块。

该挂件包含“给定”、“调节器I”、“调节器II”、“转速变

4DJK04电机调速控制实验I

换”、“电流反馈与过流保护”、“电压隔离器”等几个模块。

5DJK08可调电阻、电容箱

6DD03-3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）。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，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“转速变

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，得到移相控制电

压Ucl,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•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，得到移相控制电压Ucl,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（比例枳分）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•定的范围内变化。

三

全1:1

触发正桥控

整

调节器I电路功放流

励磁

电源

速度

变换

图57转速单闭环系统原理图

三相电源输出

相

三

控

触发—正桥全

流

给定调节器II电路一功放整

励磁

电源

图5-8电流单闭环系统原理图

在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出电压信号作为反馈信号加到“电压

调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压Uct,控制整

流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电压负反馈闭环系统。

电机的最高转速也由电压调节器的输出限幅所决定。同样，调节器若采用P（比例）调节，时

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

环系统对电枢电压变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电压

能稳定在一定的范围内变化。

三相电源输出

电流反馈

与过流保护

给定

励磁

电源

图5-9电压单闭环系统原理图

在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”和“电压调节器”使用，“调节

器II”做为“电流调节器”使用；若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速

系统和1)55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。

四、实验内容

(DDJK04上的基本单元的调试。

(2)U“不变时直流电动机开环特性的测定。

(3)必不变时直流电动机开环特性的测定。

(4)转速单闭环直流调速系统。

(5)电流单闭环直流调速系统。

(6)电压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)掌握调节器的基本工作原理。

(3)根据实验原理图，能画山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

(DDJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试

①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。

②将DJK01”电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02T“三相同步信号输

入”端相连，打开DJK02T电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管

亮。

④观察A.B.C三相的裾齿波，并调节A.B.C三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。

⑤将DJK04上的“给定”输出Lg直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定

开关S2拨到接地位置(即Uct=0),调节DJK02T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a=120。(注意此处的a表示

三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，而单相晶闸管电路的0°

移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°)。

⑥适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02T上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测

到单窄脉冲和双窄脉冲。

⑦用8芯的扁平电缆，将DJK02T面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使

得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。

⑧将DJKO2T面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJKO2T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VT1〜VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

(2)U”不变时的直流电机开环外特性的测定

①按图5-1的接线图接线，DJK02-1上的移相控制电压UcthlDJKCM上的“给定”输出Ug

直接接入，直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上20()»此将给定的输出调到零。

②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1200rpm0

③改变负载

电阻R的阻

值，使电动

机的电枢电

流从空载直

至led。即可

测出在Uct不

变时的直流

电动机开环

外特性n=

f(Id),测量

并记录数据

于下表：

n(rpm)

L(A)

(3)Ud不变时直流电机开环外特性的测定

①控制电压Uct由DJK04的“给定”Ug直接接入，直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02

±200mH,将给定的输出调到零。

②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。

③改变负载

电阻R,使电

动机的电枢

电流从空载

直至led。用

电压表监视

三相全控整

流输出的直

流电压Ud,

在实验中始

终保持Ud不

变(通过不断

的调节DJK04

上“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(Id),并

记录于下表

中：

n(rpm)

Id(A)

(4)基本单元部件调试

①移相控制电压必调节范围的确定

直接将DJK04”给

定”电压Ug接入

DJK02T移相控制

电压Uct的输入

端，“三相全控整

流”瑜出接电阻负

载R,用示波器观

察Ud的波形。当给

定电压Ug由零调

大时，Ud将随给

定电压的增大而

增大，当Ug超过

某一数值时，此

时Ud接近为输出

最高电压值Ud',

一般可确定“三相

全控整流”输出允

许范围的最大值

为Udmax=（）.9Ud',

调节Ug使得“三相

全控整流”输出等

于Ucmax,此时将

对•应的Ug'的电压

值记录下来，

Uctmax=Ug/,即

Ug的允许调节范

用为0〜Uctmax。

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Ug'于下表中:

IV

Ugx=0.9U/

将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

②调节器的调整

A.调节器的调零

B、将DJK04中“调干器I”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻40K接到“调节器

I”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，便“调节器I”成为F（比

例）调节器。用万用表的亳伏档测量“调节器I”的“7”端的输出，调节面板上的

调零电位器RP3,使之输出电压尽可能接近于零。

C、将DJK04中“调节器II”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到''调节

器II”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“调节器II”成为P

（比例）调节器,用万用表的亳伏档测量调节器II的“11”端的输出，调节面板上

的调零电位器RP3,使之输出电压尽可能接近于零。

D、正负限幅值的调整

把“调节器I”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“£”、

“6”两端，使调节器［成为PI（比例积分）调节器，将“调节器I”的所有输入端的接地线去

掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的“3”端。当加-5丫的正给定电压时，调整负限幅电

位器RP2,使之输出电压尽可能接近于零；当调节器输入端加-5Y的负给定电压时，调整正限

幅电位器RP1,使调节器I为输出正限幅为Uctmax。

把“调节器II”的"9”、“10”短接线去掉,将DJK08中的可调电容0.47uF接入“9”、

“10”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，将“调节器II”所有输入端的接地线去

掉，将DJK04的给定输出端接到调节器II的“4”端，当加+5V的正给定电压时，调整负限幅

电位器RP2,使之输出电压尽可能接近于零。当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正

限幅电位器RP1,使调节器11的输出正限幅为Uctmax。

C.电流反馈系数的整定

直接将“给定”电压Ug接入DJK02T移相控制电压UCL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时，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Id=L3A时，“2”端If

的的电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数B=Ufi/Id=4.615V/A.

D.转速反馈系数的整定

直接将“给定”电压Ug接DJK02T上的移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整流”

电路接克流电动机负载，Ld用DJK02上的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=1500rpm时，调

节“转速变换”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a=Ufn/n=0.004V/(rpm)。

E、电压反馈系数的整定

直接将控制屏上的励磁电压接到电压隔离器的“1.2”端，用直流电压表测量电压隔离

器的输入电压Ud,根据电压反馈系数Y=6V/220V=0.0273,调节电位器RP1使电压隔离器的

输出电压恰好为Ufn二UdYo

(5)转速单闭环直流调速系统

①按图57接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压Ug为负给定，转速反馈为正电压，

将“调节器I”接成P(比例)调节器或PI(比例枳分)调节器。直流发电机接负载电阻工Ld

用DJK02上200mH,给定输出调到零。

②直流发电

机先轻载，

从零开始逐

渐调大“给

定”电压Ug,

使电动机的

转速接近

n=1200rpmo

③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

二f(Id)。

n(rpm)

I.i(A)

(6)电流单闭环直流调速系统

①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“调节器II”

接成比例（P）调节器或比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上20OmH,

将给定输出调到零。

②直流发电

机先轻载，

从零开始逐

渐调大“给

定”电压Ug,

使电动机转

速接近

n=1200rpmo

③由小到大

调节直流发

电机负载R,

测定相应的

Id和n,直至

最大允许电

流（该电流值

由给定电压

决定），即可

测出系统静

态特性曲线n

=f（Id）.

n（rpm）

Id(A)

（7）电压单闭环直流调速系统

①按图5-9接线，在本实验中，给定Ug为负给定，电压反馈为正电压，将“调节器I”接

成比例（P）调节器或PI（比例积分）调节器。直流发电机接负我电阻R,Ld用DJK02上2。0疝,

将给定输出调到零,在“电压隔离器"输出端“3”与地之间并联6uF电容（从DJK08获得）。

②直流发电

机先轻载，

从零开始逐

渐调大“给

定”电压Ug,

使电动机转

速接近

n=1200rpmo

③由小到大

调节直流发