电机与控制实验四Word文档格式.docx

1、DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输岀”，“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、测速发电机及转速表或DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速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、实验线路及原理许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动

2、、制动、反 转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的 生产效率。为缩短这一部分时间，仅采用 PI调节器的转速负反馈单闭环调速系 统，其性能还不很令人满意。双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用 PI调节器），由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为 副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理框 图组成如下:三相电源输出图4-1 双闭环直流调速系统原理框图启动时，加入给定电压Ug, “速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅 值输出，使电动机以限定的最大启动

3、电流加速启动，直到电机转速达到给定转 速（即ug =Ufn），并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和， 最后稳定在略低于给定转速值下运行。系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压 ug的大小即可方便地改变 电动机的转速。“电流调节器”、“速度调节器”均设有限幅环节，“速度调 节器”的输出作为“电流调节器”的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可 达到限制启动电流的目的。“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电 压UCt，利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制 a max的目的。四、实验内容（1） 各控制单元调试。（2） 测定电流反馈系数B、转速反馈系数a。（3） 测定开环

4、机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性 n=f（I d）。闭环控制特性n=f（U g）的测定。（5）观察、记录系统动态波形。五、 预习要求（1） 阅读电力拖动自动控制系统教材中有关双闭环直流调速系统的内容，掌 握双闭环直流调速系统的工作原理。（2） 理解PI （比例积分）调节器在双闭环直流调速系统中的作用，掌握调节 器参数的选择方法。（3） 了解调节器参数、反馈系数、滤波环节参数的变化对系统动、静态特性 的影响。六、 思考题（1） 为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为 PI调节器？答：当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差，为了消除稳态误差，在控制 器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决

5、于时间的积分，随着时间的增加， 积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它 推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例 +积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。（2） 转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象 ？转速负反馈的极性如果接反就会形成正反馈，使系统失去调节转速作 用，甚至造成失控。（3） 双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变 ？哪些参数的变化会引起电动机最大电流的变化 ？当改变给定或磁通及改变反馈通路的系数可以改变转速，负载扰动与 电网电压波动则可通过自动调节使转速回来原来的值。 转速调节器输出限幅值决

6、定电动机允许的最大电流，改变其幅值可以改变电机最大电流。七、 实验方法DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试1 打开DJK0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勺“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。4 观察A、B、C三相的锯齿波，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

7、率尽可能一致。5 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S2拨到接地位置（即UCt=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。6 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。7 将DJK02-1面板上的Uf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

8、晶闸管门极和阴极之间的 触发脉冲是否正常。（2） 双闭环调速系统调试原则1 先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。2 先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速 均为负反馈后，才可组成闭环系统。3 先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调试转速外环。4 先调整稳态精度，后调整动态指标。（3） 控制单元调试1 移相控制电压UCt调节范围的确定直接将DJK04合定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Ut的输入端，“正桥三相 全控整流”输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值，输出给定调到零（对DZSZ-1, 将输出电压调至最小位置，当启动后，再将输出线电压调到

9、200V。按下启动按钮，给定电压U由零调大，Ud将随给定电压的增大而增大，当 U 超过某一数值U/时，Ud的波形会出现缺相的现象，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 UCtmax = 0.9Ug/,即Ug的允许调节范围为0Umax。如果我们把输出限幅定为Umax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:U/UCtmax=0.9Ug/将给定退到零，再按停止按钮切断电源，结束步骤。2 调节器的调零将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将 DJK0沖的可调电阻120K接到“速度调节器”的“ 4”

10、、“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“ 11”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。3 调节器正、负限幅值的调整把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK0沖的可调电容0

11、.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勺 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-6V，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器 RP1,使之输出电压为最小值即可。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勺 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，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器 RP1

12、,使电流调节器的输出正限幅为 Umax。4 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 U=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Ui =6V,这时的电流反馈系数B = Ui/I d= 4.615V/A。5 转速反馈系数的整定直接将“给定”电压U接DJK02-1上的移相控制电压UCt的输入端，“三相全 控整流”电路接直流电动机负载，Ld用DJ

13、K02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=150Orpn时，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 Un=-6V，这时的转速反馈系数 a =Ufn/n =0.004V/gm）。开环外特性的测定1 DJK02-1控制电压UCt由DJK04E的给定输出Ug直接接入，“三相全控整流” 电路接电动机，Ld用DJK021的200mH直流发电机接负载电阻R,负载电阻放在 最大值，输出给定调到零。2 按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压 Ug，使电机启动升速，调节U和R使电动机电流Id=Ied，转速到达

14、1200rpm。3 增大负载电阻R阻值（即减小负载），可测出该系统的开环外特性n =f（Id）, 记录于下表中：n f rpm）1200119511901185117511601000Id fA）-0.18-0.25-0.28-0.3-0.35-0.45-1.48将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。（5）系统静特性测试1 按图4-1接线，DJK04的给定电压Ug输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发电机接负载电阻R, Ld用DJK021的200mH负载电阻放在最大值，给定的输出调到零。将速度调节器，电流调节器都接成 P （比例）调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统，按下

15、启动按钮，接通励磁电源，增加给定，观 察系统能否正常运行，确认整个系统的接线正确无误后，将“速度调节器”，“电流调节器”均恢复成PI （比例积分）调节器，构成实验系统。2 机械特性n =f（l d）的测定A、发电机先空载，从零开始逐渐调大给定电压 Ug，使电动机转速接近n=l200rpm，然后接入发电机负载电阻 R,逐渐改变负载电阻，直至ld=G，即可 测出系统静态特性曲线n =f（l d），并记录于下表中：n （rpm）11921187Id （A）0.180.330.560.861.241.301.65B、降低U，再测试n=800rpmP寸的静态特性曲线，并记录于下表中:8007957897

16、860.120.210.430.680.700.781.06C、闭环控制系统n=f（U g）的测定调节U及R,使I d=l ed、n= l200rpm，逐渐降低U，记录U和n，即可测出闭环 控制特性n = f（U g）。11481125110710811041956Ug （V）4.224.043.963.893.803.663.35（6）系统动态特性的观察用慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下 （“速度调节器”的增 益和积分电容、“电流调节器”的增益和积分电容、 “速度变换”的滤波电容）， 用示波器观察、记录下列动态波形：1 突加给定U，电动机启动时的电枢电流ld（ “电流反馈与过流保

17、护”的“ 2” 端）波形和转速n（ “速度变换”的“ 3”端）波形。2 突加额定负载（20%心=100%吻时电动机电枢电流波形和转速波形。3 突降负载（100%led= 20%led）时电动机的电枢电流波形和转速波形。八、实验报告根据实验数据，画出闭环控制特性曲线 n =f（U g） 根据实验数据，画出两种转速时的闭环机械特性 n =f（I d）。（3）根据实验数据，画出系统开环机械特性 n =f（l d），计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。速降 n = nO-n=1200rpm-1000rpm=200rpm静差率 Sn=A n/n0=200rpm/1200rpm*100%=16.67%（

18、4）分析系统动态波形，讨论系统参数的变化对系统动、静态性能的影响。从直流电机的开环外特性曲线可以看出，当 UCt不变时，转速n随着Id的增大而增大；在转速单闭环直流调速系统中，电机在一定负载范围内可以保持 一定的转速，这是因为有了调节器的调节而保持一定的转速，但当超过了最大 负载值时，转速n随着Id的增大而减小；但当初始转速不同时，初始转速小的下 降幅度比较明显。在电压单闭环直流调速系统中，转速 n和Id成正比例关系。九、注意事项（1） 参见本教材实验二十五的注意事项。（2） 在记录动态波形时，可先用双踪慢扫描示波器观察波形，以便找出系统 动态特性较为理想的调节器参数，再用数字存储示波器或记忆示波器记录动态 波形。