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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1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、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，得
3、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， 得
4、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。二相电源输出电流反馈 与过流保护给定变换电源图5-7转速单闭环系统原理图三相电源输出触奴 电路电流.A调节器10与过流保护3打磁源 j 励电图5-8 电流单闭环系统原理图四、实验内容(1) 学习DJK
5、01 “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DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
6、 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 CE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DJK04E的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压UCt相接， 将给定开关9拨到接地位置（即UC
7、t=0），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 a =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。DJ
8、K02-1上的移相控制电压 UCt由DJK04E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led直至空载。即可测出 在UCt不变时的直流电动机开环外特性n = f(l d)，测量并记录数据于下表：n (rpm)Id (A)(3) U d不变时直流电机开环外特性的测定 控制电压UCt由DJK04勺“给定” Ug直接接入，直流发电机
9、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led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DJK04E “给定” 电压Ug来实现)，测出在U不变时直流电动机的开环外特性n =f(l 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“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
10、出接电阻负载R,用示波器观察Ud的波形。当给定电压Ub由零 调大时，Ud将随给定电压的增大而增大，当Ub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UCtmax=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 7将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。 调节器的调整A、调节器的调零将DJK0仲“速度调节器”所有输入端接地，再将 DJK0沖
11、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DJK0仲“电流调节器”所有输入端接地，再将 DJK0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“ 1T端，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”、“
12、6”短接线去掉，将DJK0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，
13、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Lltmax oC、电流反馈系数的整定直接将“给定”电压Lg接入DJK02-1移相控制电压LCt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 Ld=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I d=l.3A时，“ 2”端If的的电流反馈电压Lfi =6V,这时的电流反馈系数B = Lfi /I d= 4.615V/AoD转速反馈系数的整定直接将“给定”电压Ub接DJK02-1上的移相控制电
14、压UCt的输入端，“三相 全控整流”电路接直流电动机负载，Ld用DJK021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 a =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阻R, Ld用DJK02t200mH给定输出调到零。 直流发电机先轻
15、载，从零开始逐渐调大“给定”电压lb,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I d = | ed，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Ufe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PI （比例积分）调节器。直流发电机 接负载电阻R, Ld用DJK02h200mH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Ufe,使电动机转速接近 n=l200rpm。 由小到大调节直流发电机负
16、载R,测定相应的I d和 n,直至电动机I d = Ied ,即可测出系统静态特性曲线n =f（I 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Ud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(l) 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
17、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)
18、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，使整流输出电压为零，这时才可以逐渐加大给定 电压，不能在开环或速度闭环时突加给定，否则会引起过大的启动电流，使 过流保护动作，告警，跳闸。(3) 通电实验时， 可先用电阻作为整流桥的负载， 待确定电路能正常工作 后，再换成电动机作为负载。(4) 在连接反馈信号时， 给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反， 确 保为负反馈，否则会造成失控。(5) 直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过 1.2 倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接 DJK04与DJK02-1的地。