欧陆514C直流调速控制实验共27页文档.docx
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欧陆514C直流调速控制实验共27页文档
一欧陆514C直流调速控制实验
一、实验目的
1、了解欧陆514C型直流调速控制系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
2、熟悉实验装置的结构及使用方法。
3、掌握欧陆514C型直流调速控制系统系统的接线、调试、参数的整定。
4、逻辑无环流控制可逆直流调速系统机械特性的测定。
二、实验装置与工作原理
1、514C型装置的概况
欧陆514C型控制系统是英国欧陆驱动器器件公司生产的一种以运算放大器作为调节元件的模拟式逻辑无环流控制直流可逆调速系统。
作为一种使用于工业环境中的控制设备，514C型采用了一种开放式的框架结构，整个控制器以散热器为基座，两组反并联连接的晶闸管模块直接固定在散热器上；另外一块驱动电源印刷电路板、一块控制电路印刷电路板和一块面板以层叠式结构装在散热器上面，整个装置不需特殊工具就可很方便地进行拆卸。
控制器整体尺寸为160mm×240mm×130mm（宽×高×厚）。
实际使用时应将控制器垂直安装，并镶嵌在电气控制箱内。
514C型用于对他励式直流电动机或永磁式直流电动机的速度进行控制，能控制电动机的转速在全部4个象限中运行（正、反向的电动运行和制动运行）。
514C型使用单相交流电源,主电源可以为110~480V，50Hz或60Hz，根据实际负载需要可外接整流变压器以提供与电机相适应的电源电压；另外，需要使用一个交流辅助电源，电压为110/120V或220/240V，根据市电情况可由一个开关进行选择。
直流电动机的速度是通过一个带反馈的线性闭环系统来实现控制的。
反馈信号来源可通过一个开关进行选择：
可以使用测速反馈（需外接测速发电机），也可使用电枢电压反馈（已包含在控制器内部）。
当使用电枢电压反馈时，系统可同时使用电流补偿，即电压负反馈加电流正反馈。
514C型是一个以逻辑切换装置进行脉冲选触的逻辑无环流可逆调速控制系统。
控制回路是一个双闭环调速系统：
外环是速度环，内环是电流环。
电流调节器的输出对触发电路进行移相控制，触发电路产生二路触发脉冲由逻辑切换装置进行控制，分别触发正组可控整流电路或反组可控整流电路，以控制电动机正、反转或进行制动。
电动机的最大速度由速度反馈系统电位器进行调整（由n=Usn/α可知，整定反馈系数α，即可整定转速），最大电枢电流由速度调节器的输出限幅电位器进行调整（由n=Usim/β可知，整定Usim，即可整定最大输出电流），而系统的额定输出电流由电流标定开关进行设置。
514C系列控制器有514C/04，514C/08，514C/16，514/32四种不同规格的产品，分别可以提供4A，8A，16A，32A等不同的最大输出电流。
当电流过载达到1.5倍额定电流时，故障检测电路发出报警信号，并在发生过载60s后切断电源，以对电动机进行保护；而在发生短路时，系统可在瞬间实现过电流跳闸，以对控制器进行有效的保护。
在采用电压负反馈时，系统的静差率可达2%，调速范围为20：
1；而采用测速反馈时，静差率可达0.1%，调速范围达100：
1。
2、主要技术参数
额定输入主电源电压：
交流110~480V±10%
电源频率：
50/60Hz±5Hz
辅助电源电压：
交流110/120V或220/240V±10%
辅助电源额定电流：
3A（包括接触器线圈电流）
接触器线圈电流：
不超过3A
额定输出电枢电压：
交流220/240V时为直流180V
最大电枢电流：
直流4A，8A，16A，32A±10%
电枢电流标定：
0.1~最大电枢电流值，步距为0.1A
标称电动机功率（电枢电压为320V时）：
1.125kW，2.25kW,4.5kW，9kW
过载倍数：
150%额定电流时60s
励磁电流：
直流3A
励磁电压：
0.9×主电源电压
环境要求：
运行温度：
0~40℃（40℃以上，温度每升高1℃，额定电流降低1.5%）
湿度：
85%RH（40℃时，无冷凝）
海拔：
1000m以上，海拔每升高100m，额定电流降低1%
3、控制器的结构与工作原理
1）514C型的面板及接线端子分布
514C型的面板及接线端子分布，如图1-1所示。
2）控制系统的原理框图
由图13-2所示控制系统的原理框图中可以看出，514C型为一个逻辑控制的无环流直流可逆调速系统。
514C型的控制回路是一个转速—电流双闭环系统，其外环是转速环，可采用测速反馈或电枢电压反馈，反馈的形式由功能选择开关SW1/3进行选择。
注意如采用电压负反馈，则可使用电位器RP8加上电流正反馈作为速度补偿，而如果采用转速负反馈则不能加电流正反馈，电位器RP8应逆时针转到底。
速度负反馈系数通过功能选择开关SW1/1，SW1/2来设定反馈电压的范围（根据测速发电机的输出电压确定），并通过电位器RP10进行
调整，通过电位器RP10可以对电动机的稳态转速进行校正。
图1-1514C型的面板及接线端子分布图
图1-2514C型控制系统的原理框图
转速调节器ASR的输出电压Usi经限幅后，作为电流内环的给定信号（Usi），并与电流负反馈信号Ufi进行比较，加到电流调节器的输入端，以控制电动机电枢电流。
电枢电流的大小由ASR的限幅值Usim以及电流负反馈系数β加以确定（Idm=Usim/β）。
ASR的限幅值是以电位RP5及接线端子X7上所接的外部电位器来调整的。
在X7端子上未外接电位器时，通过RP5及得到对应最大电枢电流为1.1倍标定电流的限幅值，而在X7端子上通过外接电位器输入0~+7.5V的直流电压时，通过RP5可得到最大电枢电流为1.5倍标定电流值。
电流负反馈信号以内置的交流电流互感器从主回路中取出，并以BCD码开关SW2，SW3，SW4按电动机的额定电流来对电流反馈系数进行设置得出标定电流值。
例如控制器所控制的直流电动机的额定电流为12.5A，则SW2~SW4即分别设置为1A，2A，5A。
注意，电流反馈系数的设定非常重要，一经设定后，系统就按此标定值实行对电枢电流的控制，并按此标定值对系统进行保护。
SW2~SW4的满值设定可达39.9A，而该数值超过了整个系列中控制器的最大额定值，是不允许的。
SW2~SW4的最大设定不能超过控制器的额定电流，如514C-16型的最大设定值不能超过16A。
电流调节器ACR的输出，经过选触逻辑电路XC和变号器BH2送往正组触发电路ZCF和反组触发电路FCF。
当需要开放正组可控整流装置时，ACR的输出经选触逻辑电路送往正组触发电路ZCF，而在当需要开放反组可控整流装置时，ACR的输出经选触逻辑电路并反号后送往反组触发电路FCF，从而只用一个电流调节器就可很好地配合正、反组两个触发器的移相特性进行移相控制。
选触逻辑电路和变号器均由逻辑切换装置进行控制。
因同样的原因，由于电流调节器只有一个，它的给定信号是由转速调节器ASR提供的，ASR的输出电压Usi的极性是可变的，要求电流负反馈Ufi的极性也要随着电枢电流的方向变化，但系统采用的是交流电流互感器，所取出的电流信号经整流以后得到的电流负反馈信号Ufi的极性始终是正极性的。
为了保证电流环的负反馈性质，必须使电流负反馈信号Ufi的极性与ASR的输出电压Usi的极性相反，所以在电流反馈通道上也设置了一个变号器BH1，根据逻辑切换装置的控制，在需要时对电流负反馈信号Ufi的极性进行变号。
逻辑切换装置负责对正、反两组可控变流器进行切换控制。
在电动机处于正向电动或反向制动状态时开放正组可控变流器，封锁反组可控变流器；而在电动机处于反向电动或正向制动状态时开放反组可控变流器，封锁正组可控变流器。
逻辑切换装置对正、反两组可控变流器的切换是根据电动机各种运行状态“所需的转矩极性”，亦即电枢电流的给定信号Usi极性来进行控制的，所以将转速调节器的输出电压即电流环的给定信号Usi作为逻辑切换装置的控制指令。
同时，在Usi的极性改变之后，还必须等电枢电流减小为零后才能进行正、反组的切换，因此，零电流信号UI0是逻辑切换装置的第二个控制指令。
此外，为了保证切换过程和主电路电压的同步，系统采用了锁相环技术，对主电源的电压进行取样、变换、整形后，产生同步信号，送往逻辑切换装置进行同步；同时将此同步信号经自动斜率调整后，送往触发电路进行移相触发控制，产生触发脉冲。
在514C型控制器内，还设置有保护电路，当发生故障后能及时报警并采取保护措施。
保护电路分为停车逻辑、故障检测和过电流跳闸三个部分。
（1）停车逻辑电路能发出封锁信号，将整个控制系统中各个调节器全部封锁，使系统输出为零，电动机停止运行。
封锁信号在以下情况下会产生：
①给定信号为零并且电动机转速也为零；②锁相环发生故障；③电动机过热（热敏电阻呈高阻，X22端为高电平）；④系统“使能”（使能够运行）信号未加（ENABLE为低电平）,⑤尚未起动（运行信号RUN为低电平）等。
因此，要使系统能正常工作，应使锁相环正常工作，热保护端X22为低电平，ENABLE和RUN为高电平。
在运行过程中，ENABLE和RUN应保持高电平，从而使系统内部继电器KA保持得电吸合，接通外部接触器线圈回路，使主电源接通。
（2）故障检测电路对电枢电流进行监视，当发生过电流（电枢电流达到限幅值）时，发出故障信号，并点亮“电流限幅”指示灯LED5；当电枢电流保持或超过限幅值60s后，点亮“故障跳闸”指示灯LED2。
（3）过电流跳闸电路在电枢电流超限且指示灯LED2点亮时能自动断开内部继电器KA的线圈回路，使KA失电跳闸，从而切断主电源。
但若“过流跳闸禁止”开关SW1/9为“ON”时，此开关接通0V，使过电流跳闸电路不起作用，内部继电器KA始终得电，不会跳闸。
此外，当时过电流达到3.5倍电流标定值以上即发生短路时，“过电流”指示灯LED3点亮，并且内部继电器KA瞬时跳闸。
当发生故障跳闸或热保护停车后，系统可通过将RUN信号断开然后重新施加，从而使故障复位，控制器将重新起动。
发生短路故障引起“过电流”指示灯LED3点亮后，不能通过重新施加RUN信号使故障复位，因为这种跳闸可以指示发生了重大故障。
在排除短路故障后，可通过将辅助电源断开，然后重新接通而使故障复位，但需注意在重新接通辅助电源前必须先将RUN信号断开。
对故障电路的复位操作不能使控制器内部引起跳闸的计时器清零，如果发生故障跳闸后，在过载未消除的情况下重新起动控制器，那么控制器一起动，电流限幅指示灯LED5就会点亮，而且故障跳闸不再是在60s后发生，而是立刻跳闸。
这种保护方式能防止控制器和电动机受到连续的过载。
要使内部计时器清零，可以在“故障排除”端子X15处输入+10V的电压来实现。
4、514C型控制器接线端子功能说明
1）514C型控制端子功能说明
514C型控制端子功能说明见表1-1。
表1-1514C控制端子功能说明
端子
功能
说明
备注
X1
测速反馈
测速发电机输入
最大+350V
X2
未用
X3
速度测量输出
0~±10V对应0%~100%转速
X4
未用
X5
RUN（运行）输入
+24V对应RUN0V对应停止运行
电平输入
X6
电流测量输出
0~+7.5V对应±150%标定电流
SW1/5为OFF，电流表双极性输出
SW1/5为ON，电流值输出
X7
转矩/电流限幅输出
0~+7.5V对应±150%标定电流
X8
公共0V端
模拟/数字量通用
X9
给定积分输出
0~±10V对应0%~±100%斜率值
X10
正极性速度给定输入
0~±10V对应0%~100%转速
X11
公共0V端
模拟/数字量通用
X12
速度总给定输出
0~±10V对应0%~100%转速
X13
速度斜坡给定输入
0~+10V对应0%~100%正转速度
0~-10V对应0%~100%反转速度
X14
+10V参考电压输出
供速度/电流给定的+10V参考电压
X15
故障排除输入
故障检测电路复位
+10V对应“排除故障”信号
X16
-10V参考电压输出
供速度/电流给定的-10V参考电压
X17
负极性速度给定输入
0~+10V对应0%~100%正转速度
0~-10V对应0%~100%反转速度
X18
电流直接给定输入/输出
SW1/8为ON，对应电流给定输出
SW1/8为OFF，对应电流给定输入
0~±7.5V对应0%~±150%标定电流
X19
“正常”信号
+24V对应“无故障”
电平输出
X20
ENABLE使能输入
控制器使能输入，+10~+24V对应使能，0V对应禁用
电平输入
X21
速度总给定反相输出
0~-10V对应0%~100%正转速度
X22
热敏电阻（热保护）输入
电动机热敏元件接入
＜200Ω（对公共地）为正常
＞1800Ω（对公共地）为过热
X23
零速/零给定输出
+24V为停车/零给定
0V为运行/非零给定
电平输出
短路保护
X24
+24V
+24V电源输出
20mA仅供控制器使用
注意：
X24端子输出的+24V电源仅能用于控制器自身，可被使用于RUN电路（X5端子）和ENABLE电路（X20端子）。
绝对不要用这个+24V电源去对任何控制器以外的电路或设备供电，如外部继电器、可编程序控制器（PLC）或其他任何仪器设备等。
否则，将导致控制器失灵、故障或损坏，导致所连接的设备损坏，甚至造成人身危险。
2）电源接线端子说明
电源接线端子说明见表1-2。
表1-2电源接线端子说明
端子
功能
说明
A1
接交流电源接触器线圈
连交流电源相线
A2
接交流电源接触器线圈
连交流电源中线
A3
辅助交流电源中线
A4
辅助交流电源相线
L1
交流输入相线1
主电源输入
L2/N
交流输入相线2/中线
主电源输入
A+
电枢正极
接电动机电枢正极
A-
电枢负极
接电动机电枢负极
F+
磁场正极
接电动机励磁正极（直流输出）
F-
磁场负极
接电动机励磁负极（直流输出）
FL1
磁场整流电源
主电源输入磁场整流器
FL2
磁场整流电源
主电源输入磁场整流器
3）功能设置开关说明
功能设置开关说明见表1-3。
表1-3功能设置开关说明
a）速度反馈
SW1/1
SW1/2
反馈电压范围
OFF
ON
OFF
ON
ON
ON
OFF
OFF
10~25V
25~75V
75~125V
125~325V
用电位器RP10调整达到最大速度所需要的反馈电压数值
b）通用功能开关
SW1/3
速度反馈类型选择
OFF
测速反馈控制
ON
电枢电压反馈控制
SW1/4
零输出选择
OFF
零速输出
ON
零给定输出
SW1/5
电流测量输出选择
OFF
电流表双极输出
ON
电流表输出
SW1/6
给定积分隔离选择
OFF
给定积分连通
ON
给定积分隔离
SW1/7
停止逻辑使能开关
OFF
禁止
ON
使能
SW1/8
电流给定
OFF
X18为直接电流给定输入
ON
X18为电流给定输出
SW1/9
过流跳闸禁止开关
OFF
过流时继电器脱扣
ON
过流时继电器不脱扣
SW1/10
速度给定信号选择
OFF
总给定输入
ON
斜坡给定输入
注：
出厂时开关默认设置：
SW1/1=OFF，SW1/2=ON，SW1/3=ON，SW1/4=OFF，SW1/5=OFF，SW1/6=OFF，SW1/7=OFF，SW1/8=OFF，SW1/9=OFF，SW1/10=OFF。
4）电位器功能说明
电位器功能说明见表1-4。
表1-4电位器功能说明
RP1
上升斜率
顺时针为加快升速时间（线性：
1~40s）
默认设置为中间位置
RP2
下降斜率
顺时针为加快降速时间（线性：
1~40s）
中间位置
RP3
速度环比例系数
中间位置
RP4
速度环积分系数
中间位置
RP5
电流限幅
顺时针为电流增大
X7端未外接电源时最大电流可达110%标定值，X7端外接+7.5V电源时可获得150%标定值的最大电流输出
顺时针90%处
RP6
电流环比例系数
中间位置
RP7
电流环积分系数
逆时针
RP8
电流补偿
在使用电压负反馈时，当负载变化时通过调整本电位器可使转速得到最佳控制，顺时针旋转可增大补偿量，减小静差率，但过量的调节可能引起不稳定
逆时针
RP9
未用
RP10
最高转速
控制电动机的最大转速，顺时针旋转可提高电动机的最大转速
中间位置
RP11
零速偏移
在速度零给定时可调零
中间位置
RP12
零速检测阈值
调节零速继电器和停车逻辑电路的零速检测门坎电平
逆时针
三、实验设备
1、亚龙欧陆514C型装置实训单元（单元1-4）
它包括欧陆514C型装置和根据图1-2所示框图引出的接线端、测试端和调节电位器。
板面上英文的含意：
PULSE（脉冲）
SEEPDFEEDBACK（转速反馈）
STANDSTLLLOGICENABLE（禁止逻辑使能）
SYSTEMENABLE（系统使能）
OVERCURRENTTRIP（过电流跳闸）
THERMSTORTPIP（过热跳闸）
STALLDETECTION（故障检测）
REST（复位）
2、测功机、他励电动机（励磁绕组接实验台110V直流电源）——测速机与转速、转矩及机械功率测量仪。
（接线见附录）
3、双踪示波器。
4、万用表
图1-3欧陆514C可逆直流调速系统实验装置面板图
四、实验内容与步骤
（一）本实验线路如图1-3、图1-4所示。
图1-4转速电流双闭环可逆调速系统实验线路
（二）实验步骤如下：
实验接线可参照图1-3和图1-4。
由于514C内部未设进线熔断器，所以在交流电源L进线处，增设了熔断器（1.0A）（图纸上为两个）。
①电源接线顺序如下；
L→（L1a）→FU→S→KM→L11（L1）
N→（L2a/N）→FU→S→KM→L21（L2/N）
②继电器KM线圈接线顺序如下：
KM线圈接A1、A2，辅助电源（此处由L1b与L2b/N处引入220V交流电源）接A3、A4。
这样由图可见，KM线圈经中间继电器KA常开触点，接在220V电源上（KM线圈额定电压为220V~）
③速度给定电位器RP0接线。
图1-3可见，RP0的上端，（板面上为左端）接X14（板面左下方）。
RP0的下端，（板面上的右端）（不可逆）接X11
（可逆）接X16
RP0的滑动端（板面上为中端）接X13（板面左上方）
④测速发电机经调节电位器RP′输出的（+）端接X1，（-）端接X11，（板面中上方）。
反馈方式选择开关（向下），选择测速反馈方式。
⑤运行（RUN）输入端（X5），接入+24V高电平。
⑥使（ENABLE）输入端（X20），接入+10~+24V高电平。
⑦电动机热线电阻RH（热保护）（X22），接入电动机热敏电阻。
对公共地RH＜200Ω。
正常RH＞1800Ω过热。
2、实验前的检查
①在实验前要检查电机机组转动是否灵活。
由于此处为小型电机，所以可以用手轻轻转动，
检查机组固定是否牢靠，有无摩擦声、中心轴是否对齐，转动是否灵活。
因为机械联合器联结得不好，很容易形成振荡，而这种不稳定是无法依靠整定PI调节器参数来消除的。
②由另一位小组成员检查接线是否正确、牢靠。
因为实验是以正确接线为前提的。
要检查励磁绕组、电枢绕组和测速发电机接线的极性是否正确。
KM、KA触点有无接入。
接入电平的数值与极性是否正确，各种开关设置的位置是否正确等。
③由于欧陆514C装置内有一些参数在出厂时，已预置好，因此实验前请仔细阅读实验指导书中的表1~表4。
3、转速、电流双闭环直流调速系统调试过程
双闭环直流调速系统的调试过程，同样是先调电流环，后调速度环。
1）电流环的整定
断开励磁绕组→接入＜故障排除＞电平（X15接+10V电平）→接通电源（注意：
电机机组不能因磁极的剩磁而转动，小型电机一般不会转动）→整定电流限幅值（机内已预置为1.5A），此外调节PR5，使⑦端为+10V，RP5顺时针地调至最大→RP0（X13）端置于0V→选择开关SW1/3置于“0”（断开）（向下）（表示转速负反馈）→RP8逆时针调至最大（不使用电流顺馈补偿）→合上SB1与SB2（RUN与ENABLE接入高电平）→在（X18）直流电流给定（SW1/8为OFF，对应给定输入端），输入一个隔离的阶跃信号（在这里为±1.1V，对应±100%满载电流）→观察电枢电流响应波形，将示波器接在串入电枢回路的一个外接取样电阻（0.5Ω、2W）。
由以下电流响应波形，调节电流调节器的比例系数Ki（RP6）（顺时外地旋转Ki增大）和积分时间常数Ti（RP7）（顺时针地旋转，Ti减小，速率增大）。
图a电枢电流波形图b电枢电流波形图c电枢电流波形
电流环未调好电流环未调好电流环已调好。
积分时间Ti太短比例系数Ki过小，
RP7逆时针旋转，加大Ti。
RP6顺时针旋转，加大Ki。
通过整定RP6与RP7消除电流振荡，使电流达到平稳。
2）速度环的整定
由于没有专用的调试单元，因此转速负反馈信号的整定，先采用电压负反馈方式，（将反馈方式选择开关向上）测速发电机暂不接。
调节速度给定电位器RP0，使转速逐渐上升至额定值（1000r/min）。
这时调节测速发电机输出电位器RP1（在测功机上），使输出电压为10V左右。
然后将RP0输出再调至0V，将反馈方式选择开关向下，选择转速负反馈方式。
给（RUN）以+24V高电平，再调节RP0，使转速上升。
当转速上升至额定值时，这时RP0输出值应为8V左右（若不符合，则同时调节RP′和RP0，使给定电压为8V）。
调节速度给定电位器RP0。
使电动机处于低速运行（约nN50%），用双踪示波器观察电压、电流波形是否正常，用示波器观察转速是否稳定（示波器接Un），若转速稳定性较差，则减小比例系数Kn（RP3逆时针旋转）加大积分时间常数Tn（RP4逆时针旋转）。
但这个将使响应速率下降。
反之，若RP3和RP4顺时针旋转可增加响应速率（增加响应的快速性）但会增大超调量，甚至形成振荡。
4、转速、电流双闭环不可逆调速系统实验
按图接线，分别连接面板上的9/A~9/B端子和18/A~18/B端子（机内已连），将RP0接在+10V与0V电源。
置测功机负载电阻R为最大值，使R全部串入电路。
合上电源开关，调节RP5电位器使⑦端为+10V，使转速给定电位器RP1置于“0”。
由于实训中使用的电动机电枢电流为1.5A，因此将装置电流量程转换开关十位置于“0”，个位置于“1”，小数点位置于“5”，即表示1.5A（此时装置电流标定值即为1.5A）（在机内已设置好）。
由于此实训是采用转速负反馈型式，且测速发电机的输出为10V/1500r/min，因此将选择开关SW1/1和SW1/2置于“0”“1”位置，表示转速反馈电压的最大值在10~25V范围内（在机内已设置好）。
将选择开关（在板面上）SW1/3置于“0”，表示为转速负反馈。
将电流极限调节电位器RP5顺时针调至最大，最大转速调节电位器RP10置于中间位置，电流补偿调节电位器RP8逆时针调至最大（表示不用电流补偿），然后分别依次按下RUN（SB1），ENABLE（SB2）按钮（或接
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