拖动操纵系统实验求是.docx
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拖动操纵系统实验求是
实验1晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定
实验目的
1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情形。
2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其大体结构。
3．把握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方式。
实验内容
1．测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻R
2．测定晶闸管直流调速系统主电路总电感L
3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD2
4．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时刻常数Td
5．测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM
6．测定晶闸管直流调速系统机电时刻常数TM
7．测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f（Uct）
8．测定测速发电机特性UTG=f（n）
实验系统组成和工作原理
晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机—发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，操纵回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相操纵电压，改变Ug的大小即可改变操纵角，从而取得可调的直流电压和转速，以知足实验要求。
实验设备及仪器
1．教学实验台主操纵屏。
2．NMCL—33组件
3．NMEL—03组件
4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）
5．直流电动机M03
6．双踪示波器
7．万用表
注意事项
1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。
2．为避免电枢过大电流冲击，每次增加Ug须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
3．电机堵转时，大电流测量的时刻要短，以防电机过热。
实验方式
1.6.1电枢回路总电阻R的测定
电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn
由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻阻碍专门大，故经常使用直流伏安法。
为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压Uｄ0，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，其实验线路如图1-1所示。
将变阻器RD（可采纳两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调剂电阻负载至最大。
测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。
图1-1电枢回路总电阻的测定
NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
调剂NMCL-33上的偏移电压电位器，使α=90°。
NMCL-32的三相交流电源开关拨向直流调速侧，NMCL-31上的低压操纵扭子打至ON，合上主电源，即按下主操纵屏绿色“闭合”开关按钮，这时主操纵屏U、V、W端有电压输出，调剂Ug使三相整流桥的输出电压Ud为110V，然后调整给定电压Ug和可调负载电阻Rd的大小，使电枢电流为（80~90）%Ied（推荐为1A），读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，那么现在整流装置的理想空载电压为
Udo=I1R+U1
调剂可调电阻Rd大小，使电流表A的读数为40%Ied（推荐为0.5A）。
在Ud不变的条件下读取A，V表数值，那么
Udo=I2R+U2
求解两式，可得电枢回路总电阻
R=（U2-U1）/（I1-I2）
如把电机电枢两头短接，重复上述实验，可得
RL+Rn=（U’2-U’1）/（I’1-I’2）
那么电机的电枢电阻为
Ra=R-（RL+Rn）
一样，短接电抗器两头，也可测得电抗器直流电阻RL
测试完后，将给定调回零，断开主电源。
1.6.2电枢回路总电感L的测定
电枢电路总电感包括电机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为
L=La+LL
电感的数值可用交流伏安法测定。
电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-2所示。
图1-2电枢回路电感测定
合上主电路电源开关，用交流电压表和电流表别离测出通入交流电压后电枢两头和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I，从而可取得交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。
实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值。
Za=Ua/I
ZL=UL/I
1.6.3直流电动机—发电机—测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定。
电力拖动系统的运动方程式为
式中M—电动机的电磁转矩，单位为;
ML−负载转矩，空载时即为空载转矩MK，单位为;
n−电机转速，单位为r/min;
电机空载自由停车时，运动方程式为
故
式中GD2的单位为.
MK可由空载功率（单位为W）求出。
dn/dt可由自由停车时所得曲线n=f（t）求得，其实验线路如图1-3所示。
图1-3转动惯量GD2的测定
电动机M加额定励磁。
NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
合上主电路电源开关，调剂Uct，将电机空载起动至稳固转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用经历示波器拍照曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。
由于空载转矩不是常数，能够转速n为基准选择假设干个点（如1500r/min，1000r/min），测出相应的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。
电机为1500r/min。
Ud（v）
IK（A）
dn/dt
PK
MK
GD2
电机为1000r/min。
Ud（v）
IK（A）
dn/dt
PK
MK
GD2
测试完成后，给定调回零，断开主电路电源。
1.6.4主电路电磁时刻常数的测定
采纳电流波形法测定电枢回路电磁时刻常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升
当t=Td时，有
实验线路如图1-3所示。
NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
合上主电路电源开关，电机不加励磁。
调剂Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为（50~90）%Ied。
然后维持Uct不变，断开主电路电源开关，再突然合上主电路开关，用数字示波器拍照id=f（t）的波形，由波形图上测量出当电流上升至%稳固值时的时刻，即为电枢回路的电磁时刻常数Td。
测试完后给定调回零，断开主电路电源开关，终止步骤。
1.6.5电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定
将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出Ce
Ce=KeΦ=（Ud2-Ud1）/（n2-n1）
Ce的单位为V/（r/min）
转矩常数（额定磁通时）CM的单位为A，可由Ce求出
CM=
1.6.7系统机电时刻常数TM的测定
系统的机电时刻常数可由下式计算
由于Tm>>Td，也能够近似地把系统看成是一阶惯性环节，即
当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n抵达%稳态值时，所通过的时刻即为拖动系统的机电时刻常数。
图1-4主电路时刻常数的测定
测试时电枢回路中附加电阻应全数切除。
NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
合上主电路电源开关，电动机M加额定励磁。
调剂Uct，将电机空载起动至稳固转速1000r/min。
然后维持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用数字示波器拍照过渡进程曲线，即可由此确信机电时刻常数。
1.6.8测速发电机特性UTG=f（n）的测定
实验线路如图1-3所示，可不用示波器。
电动机加额定励磁，慢慢增加触发电路的操纵电压Uct，别离读取对应的发电机两头电压UTG和电机转速n的数值假设干组，即可刻画出特性曲线UTG=f（n）。
n（r/min）
UTG（V）
读取假设干组Ug和Ud（整流桥电压）的数值，求出晶闸管整流装置的放大倍数曲线Ks，
Ks=f（Uct）=△Ud/△Uct
Ug（v）
Ud（v）
实验报告
1．作出实验所得各类曲线，计算有关参数。
2．由Ks=f（Uct）特性,分析晶闸管装置的非线性现象。
实验2晶闸管直流调速系统要紧单元调试
实验目的
1．熟悉直流调速系统要紧单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。
2．把握直流调速系统要紧单元部件的调试步骤和方式。
实验内容
1．调剂器的调试
2．电平检测器的调试
3．反号器的调试
4．逻辑操纵器的调试
实验设备及仪器
1．教学实验台主操纵屏。
2．NMCL—31组件
3．NMCL—18组件
4．双踪示波器
5．万用表
实验方式及步骤
2.4.1速度调剂器ASR的调试
按图2-1接线，零速封锁器DZS的扭子开关扳向解除位置。
图2-1ASR、ACR调试接线图
（1）调整输出正、负限幅值
ASR的5、6端接可调电容7μ，使ASR成为PI调剂器，RP3逆时针旋到底，RP4调至120K。
加入必然的正给定输入电压时（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整负限幅电位器RP2，使ASR的输出端3点电压为-5V；加入必然的正给定输入电压时，调整正限幅电位器RP1，使ASR的输出端3点电压为+5V。
（2）测定输入输出特性
将反馈网络中的电容短接（五、6端短接），使ASR调剂器为P调剂器，向调剂器输入端慢慢加入正、负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
（3）观看PI特性
拆除五、6端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观看输出电压的转变规律，改变调剂器的放大倍数及反馈电容，观看输出电压的转变。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
2.4.2电流调剂器（ACR）的调试
按图2-1接线。
（1）调整输出正、负限幅值
9、10端接可调电容7μ，使调剂器为PI调剂器，RP3逆时针旋到底，RP4调整到10K。
加入必然的正给定输入电压时，调整负限幅电位器RP2，使ACR的输出端7点电压为-5V；加入必然的正给定输入电压时，调整正限幅电位器RP1，使ACR的输出端7点电压为+5V。
（2）测定输入输出特性
将反馈网络中的电容短接（九、10端短接），使调剂器为P调剂器，向调剂器输入端慢慢加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
（3）观看PI特性
拆除九、10端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观看输出电压的转变规律，改变调剂器的放大倍数及反馈电容，观看输出电压的转变。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
2.4.3转矩极性辨别器DPT的调试
要求DPT的环宽为~伏，记录高电平值，调剂RP使环宽对称纵坐标。
调试线路见图2-2，具体方式：
（a）调剂正给定Ug，使DPT的1脚取得约电压，逆时针调剂电位器RP，使2端输出从高电平跳变成低电平。
（b）调剂负给定，从0V起调，当DPT的2端从低变成高时，检测DPZ的1端应为左右，不然应顺时针调整电位器，使2端电平转变时，1端电压大体对称。
（c）画出实测的DPT回环图。
2.4.4零电流检测器DPZ的调试
要求DPZ的环宽也为~伏，但回环向纵坐标右边偏离~伏。
具体方式：
（a）调剂给定Ug，使DPZ的1端为左右，逆时针调整电位器RP，使2端输出从高变成低。
（b）减小给定，当2端电压从低变成高时，1端电压在～范围内，不然应继续调整电位器RP。
（c）画出实测DPZ的回环图。
2.4.5反号器（AR）的调试
测定输入输出比例，输入端加+5V电压，调剂RP，使输出端为-5V。
2.4.6逻辑操纵器（DLC）的调试
测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：
输入
UM
1
1
0
0
0
1
UI
1
0
0
1
0
0
输出
Uz（Ublf）
0
0
0
1
1
1
UF（Ublr）
1
1
1
0
0
0
调试时的阶跃信号可从给定器取得。
调试方式：
按图2-2接线
（a）给定电压顺时针到底，Ug输出约为12V。
（b）现在上下拨动NMCL—31中G（给定）部份S2开关，Ublf、Ublr的输出应为高、低电平转变，同时用示波器观看DLC的5端，应显现脉冲，用万用表测量，3与Ublf，4与Ublr等电位。
（c）把+15V与DLC的2连线断开，DLC的2接地，现在拨动开关S2，Ublr、Ublf输出无转变。
图2-2DPT、DPZ、DLC调试接线图
实验报告
1．画各操纵单元的调试连线图。
2．简述各操纵单元的调试要点。
实验3不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
实验目的
1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈操纵下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调剂器ASR的工作及其对系统静特性的阻碍。
3．学习反馈操纵系统的调试技术。
预习要求
1．了解速度调剂器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。
2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。
实验线路及系统原理
为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采纳闭环操纵系统（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，采纳单闭环系统，而对调速指标较高的那么采纳多闭环系统。
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，转速单闭环利用较多。
图3-1转速单闭环操纵回路接线图
转速单闭环（图3-1）实验是将反映转速转变的电压信号作为反馈信号，经速度变换FBS后接到速度调剂器ASR的输入端，与给定Ug的电压相较较经放大后，取得移相操纵电压UCt，用作操纵整流桥的“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，这就组成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压转变，电机最高转速由速度调剂器的输出限幅所决定，速度调剂器采纳P（比例）调剂对阶跃输入有稳态误差，要想排除上述误差，那么需将调剂器换成PI（比例积分）调剂。
这时当“给定”恒按时，闭环系统对速度转变起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳固在必然的范围内转变。
实验设备及仪表
1．教学实验台主操纵屏。
2．NMCL—33组件
3．NMEL—03组件
4．NMCL—18组件
5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01
6．直流电动机M03
7．双踪示波器
8．万用表
注意事项
1．直流电动机工作前，必需先加上直流激磁。
2．接入ASR组成转速负反馈时，为了避免振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调剂器放大倍数最小，同时，ASR的五、6端接入可调电容（预置7μF）。
3．测取静特性时，须注意主电路电流不准超过电机的额定值（1A）。
4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
5．系统开环连接时，不许诺突加给定信号Ug起动电机。
6．改变接线时，必需先把系统的给定调回零，再按下主操纵屏总电源开关的“断开”红色按钮。
7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在利历时，必需使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以避免造成短路事故。
实验方式及步骤
3.6.1移相触发电路的调试（不接主电路，低压电源开关ON，NMCL-33的Ublf接地。
）
①用示波器观看NMCL—33双脉冲观看孔1-6，应有距离均匀，幅度相同的双脉冲。
②用示波器观看“1”，“2”脉冲观看孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600。
③将操纵一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观看每只晶闸管的操纵极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。
3.6.2移相操纵电压Uctmax的确信
①NMCL-31的给定输出Ug与NMCL-33的Uct相连，将给定电位器RP1逆时针旋到底，使Ug=0。
用双踪示波器观看NMCL-33上的1孔脉冲与u相同步电压，调剂“脉冲移相操纵”偏移电压电位器RP，使得触发角α=90°。
②按三相全控整流电路接线，采纳阻感负载（电阻由2个900欧并联，电感200mL），移相操纵电压Uct直接由NMCL-31的给定Ug输入，NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。
按下主电源闭合按钮，顺时针调剂NMCL-31给定电位器RP1，使Ug由零慢慢增大，观测整流桥的输出电压值Ud，当Ud达到最大值时，现在的Ug记为Ugmax。
为使电路不处于满负荷状态，最大的移相操纵电压可确信为Uctmax=。
③给定调回零，断开主电路电源，终止步骤。
3.6.3求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。
①按图3-2接好主电路，移相操纵电压Uct直接由给定Ug输入，电动机加励磁。
②发电机先空载，合上主电源，慢慢增大Ug，使得转速达到1500rpm。
接入发电机负载Rg（两个900欧并联）并慢慢减小Rg，使得发电机电枢电流从空载状态直至额定负载转变，记录相应的转速和电流值。
Id（A）
n（rpm）
图3-2单闭环主电线路路图
③给定调回零，断开主电路电源，终止步骤。
3.6.4转速调剂器ASR的调试
按实验2中的图2-1连线。
ASR的5、6端接可调电容7μ，使ASR成为PI调剂器，RP3逆时针旋到底，RP4调至120K。
加入必然的正给定输入电压时，调整ASR的负限幅电位器RP2，使ASR的输出端3点电压接近于零；加入必然的负给定输入电压时，调整正限幅电位器RP1，使ASR的输出端3点电压为Uctmax。
3.6.5转速反馈系数α的确信
按图3-2接好主电路，移相操纵电压Uct直接由给定Ug输入，电动机加励磁，转速计的输出端与NMCL-31速度变换器FBS的输入端一、2相连。
发电机空载，合上主电源，慢慢增大Ug，使得转速达到1500rpm。
调剂FBS的电位器RP，使得FBS的输出端3为6V，现在转速反馈系数α=6V/1500rpm=rpm。
给定调回零，断开主电路电源，终止步骤。
3.6.6单闭环系统特性测试
3.6.6.1有静差工作的系统静特性
①按图3-1和图3-2接好操纵回路和主电路，其中ASR的五、6点短接，ASR为P调剂器。
②电动机加励磁，合上主操纵屏的绿色按钮开关。
发电机先空载，慢慢增大负给定电压Ug，使得电机空载转速达到n0=1500转/分。
接入发电机负载Rg，减小Rg，使得电机电枢电流由空载状态直至额定电流进行转变，记录相应的转速和电流值。
id（A）
n（r/min）
③给定调回零，断开主电路电源，终止步骤。
3.6.6.2测取调速系统无静差闭环工作的静特性
①断开ASR的五、6短接线，五、6端接可调电容，可预置7μF，使ASR成为PI（比例—积分）调剂器。
②调剂负给定电压Ug，使电机空载转速达到n0=1500转/分。
接入发电机负载Rg，减小Rg，使得电机电枢电流由空载状态直至额定电流进行转变，记录相应的转速和电流值。
id（A）
n（r/min）
实验报告
绘制实验所得静特性图，并进行分析、比较。
试探题
1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调剂器ASR各工作在什么状态？
实验时应如何接线？
2．要取得相同的空载转速n0，亦即要取得整流装置相同的输出电压U，关于有反馈与无反馈调速系统哪个情形下给定电压要大些？
什么缘故？
3．在有转速负反馈的调速系统中，为取得相同的空载转速n0，转速反馈的强度对Ug有什么阻碍？
什么缘故？
4．如何确信转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？
又如何调剂转速反馈的强度，在线路中调剂什么元件能实现？
实验4双闭环晶闸管不可逆直流调速系统
实验目的
1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各要紧单元部件的原理。
2．熟悉电力电子及教学实验台主操纵屏的结构及调试方式。
3．熟悉NMCL-18，NMCL-33的结构及调试方式
4．把握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方式及参数的整定。
实验内容
1．各操纵单元调试。
2．测定电流反馈系数。
3．测定开环机械特性及闭环静特性。
4．闭环操纵特性的测定。
5．观看，记录系统动态波形。
实验系统组成及工作原理
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调剂器综合调剂，由于调速系统调剂的要紧量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为付环放在里面，如此可抑制电网电压波动对转速的阻碍，实验系统的操纵回路如图4-1所示，主回路可参考图4-2所示。
图4-1双闭环直流调速系统操纵回路
系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。
ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流的目的,ACR的输出作为移相触发电路的操纵电压，利用ACR的输出限幅可达到限制αmin和βmin的目的。
当加入给定Ug后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufn），并显现超调后，ASR退出饱和，最后稳固运行在略低于给定转速的数值上。
实验设备及仪器
1．教学实验台主操纵屏。
2．NMCL—33组件
3．NMEL—03组件
4．NMCL—18组件
5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01
6．直流电动机M03
7．双踪示波器
8．万用表
注意事项
1．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
2．系统开环连接时，不许诺突加给定信号Ug起动电机
3．改变接线时，必需先使系统的给定为零，再按下主操纵屏总电源开关的“断开”红色按钮。
4．进行闭环调试时，假设电机转速达最高速且不可调，则转速反馈的极性可能接错。
5．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在利历时，必需使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以避免造成短路事故。
6．双闭环调速系统调试原那么
（1）先部件，后系统。
即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。
（2）先开环，后闭环，即便系统能正常开环运行，然后在确信电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。
（3）先内环，后外环。
即先调试电流内环，然后调转速外环。
实验方式及步骤
4.6.1移相触发电路的调试（不接主电路，低压电源开关ON，NMCL-33的Ublf接地。
）
①用示波器观看NMCL—33双脉冲观看孔1-6，应有距离均匀，幅度相同的双脉冲。
②用示波器观看“1”，“2”脉冲观看孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600。
③将操纵一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观看每只晶闸管的操纵极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。
4.6.2移相操纵电压Uctmax的确信
①NMCL-31的给定输出Ug与NMCL-33的Uct相连，将给定电位器RP1逆时针旋到底，使Ug=0。
用双踪示波器观看NMCL-33上的1孔脉冲与u相同步电压，调剂“脉冲移相操纵”偏移电压电位器RP，使得触发角α=90°。
②按三相全控整流电路接线，采纳阻感负载（电阻由2个900欧并联，电感200mL），移相操纵电压Uct直接由NMCL-31的给定Ug输入，NMCL-32的“三相交流电源”开关
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