直流电机调速部分实验说明.docx
《直流电机调速部分实验说明.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电机调速部分实验说明.docx（68页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
直流电机调速部分实验说明
直流电机调速实训部分实验说明
实验1、继电保护电路工作原理分析
一、课堂组织
1、检查学生出勤情况
2、检查学生劳保用品穿戴情况
二、授课内容
（一）组成
直流调速部分包括主回路三相全控桥、继电保护电路、电源电路、调节及保护电路、触发电路、隔离保护电路等组成。
（二）用途
用于直流电动机降低电枢电压调速或转速电流双闭环调速，也可作为大功率直流电源使用。
（三）特点
1、直流电动机改变电枢电压调速的特点
改变电动机的电枢电压，电动机机械特性的硬度变化不大，转速稳定性好，可实现无级调速。
2、本系统特点
电压单闭环，带电流截止负反馈或转速电流双闭环，输出电压连续可调，闭环机械特性硬度高，具有过载及主电路缺相保护，使电动机具有挖土机特性。
（四）继电保护电路工作原理
1、继电保护原理图
UN
FU1
（2~5A）
101SA1
102
KM1103控制电路
36
KM2
SA2105KA2107KM2106主电路
KM1
C70.47u/630V
SB1111SB2110KI109KM1108给定回路
KA1
KA1KA2114
故障指示
H1
2、工作原理分析
启动：
⑴闭合SA1，KM2线圈得电，主触头闭合，将U、V、W和36、37、38接通，使同步及电源变压器得电，控制电路开始工作。
36#线得电和KM2辅助常开触头的闭合，为主电路给定回路的接通做好准备。
⑵闭合SA2，KM1线圈得电。
主触点接通三相电源与主变压器得电。
KM1的辅助常开触点闭合。
①使控制电路接触器KM2线圈始终接通，保证主电路得电时，控制电路不能被切断。
②为给定回路的接通做好准备。
⑶按下SB2，给定回路接通，KA1得电自锁，进行完⑴、⑵、⑶后，启动完成。
停止：
⑴按下SB1，切断给定回路。
⑵断开SA2，切断主电路。
⑶断开SA1，切断控制电路。
3、给定回路原理图
（+15v）213KA11R1.2k
（-15v）214201
W100206
2.2k给定电压
200
KA11闭合后，+15v接通，KA11线圈不得电时，-15v接通。
（五）在继电保护电路中的一些问题
1、与SA1并联的KM1辅助常开触点的作用是什么？
当KM2得电后，KM1才能得电。
依靠KM1线圈前的KM2常开完成顺序控制。
但一旦KM1闭合后，KM2将无法断开，是由并联在SA1上的KM1触头实现的，其作用是保证控制电路得电后，主电路才能得电，而主电路没有断电时，控制电路不能断电，主电路得电而控制电路不工作，容易出现事故。
2、KA11控制接通±15v的作用？
防止干扰，—15v时强抗扰
三、演示操作
1、进行正常操作的示范操作
2、进行不正常的操作说明现象
四、练习
1、进行调速柜的操作，掌握操作的方法和顺序
2、分析工作原理并与实际相比较
3、说明以下问题：
⑴KM1辅助常开触点与SA1并联的作用
⑵KM2辅助常开触点与KM1串联的作用
实验2：
主电路原理分析
教学目标：
1、掌握三相全控桥的工作原理
2、掌握波形的分析方法
重点：
波形的分析
难点：
波形的分析方法
课堂类型：
讲解、演示课
教学方法：
讲解、演示
教具仪器仪表工具材料：
直流电机调速实训控制柜、直流电机调速实训控制柜图纸、双宗示波器、万用表
教学过程：
时间分配：
课后总结：
在理论分析的原理部分问题不突出，但在使用示波器观察波形上存在严重的问题，应加强示波器使用的训练
一、课堂组织
1、检查出勤情况
2、检查劳保用品穿戴情况
二、授课内容
（一）课题引入
在直流电机调速实训控制柜中采用三相全控桥式整流电路，这种电路多用于中等容量装置或不可逆的直流电动机使动系统中。
1、主电路形式（电阻性负载）
VT1VT3VT5
U2○Rd
V2○
W2○
VD4VD6VD2
⑴自然换相点：
（α=0°的地方）：
为相邻相电压或线电压的交点，它距相电压波形的原点30°，距对应线电压波形原点60°。
⑵在α=0°时，相当于二极管电路不可控整流情况，单相整流电路输出电压波形为正弦电压正半周波形，三相半波输出电压波形为三相电压正向包络线，而三相桥式整流电路输出电压波形是三相相电压正负包络线，即六个线电压正向包络线。
⑶移相范围α=0°~180°
输出平均电压Uα=1.17V2（1+cosα），在0°≤α≤60°范围内，波形连续
⑷α=30°的输出电压Vd波形
u230°
UVWU
0
t
Ug
13513
0
t
Ud
uvuwvwvuwuwvuvuwvw
0
t
导通管VT5VT1VT3VT5VT1
VT6VT2VT4VT6VT2
此时，导管导通120°。
α﹤60°时，有六个波头，α=60°时，Ud有三个波头，刚好维持θt=120°。
⑸α=90°的输出电压波形。
此时，波形断续，Vd=1.17U2（1+cosα）。
u290°
0
t
Ug51351
0
t
Ud
uvuwvwvuwuuvuwvw
0
t
导通角：
VT5VT1VT3VT5VT1
VT6VT2VT4VT6VT2
此时，每管导通角小于120°，随α角的增大输出电压随之下降，可控硅导电时间减小，断流时间加大，当α=180°时，输出电压为零。
2、主电路形式（电感性负载）
Ld
U2○
V2○
W2○Rd
⑴在电感的感应电动势作用下，由于桥路内部二极管的自然续流作用，因此输出Vd的波形和平均输出电压和电阻性负载时相同，电感足够大时，电流波形连续，可以是一条直线。
θt=120°。
⑵失控：
当触发脉冲突然丢失或突然把控制闸α调到180°时，将有导通的晶闸管关不断而三个整流二极管轮流导通的环现象叫失控
⑶失控时的Ud波形
Ud
0
t
导通管：
VT3VT3VT3VT3
VD2VD4VD6VD2
此时Ud=1.17U2
如不采取保护措施，导通的晶闸管因过载可能烧毁，为避免失控现象，必需在负载两端并接续流二极管。
但只有在α﹥60°时，续流二极管才有电流通过。
3、三相全控桥的特点
⑴三相全控桥用六个晶闸管，需要双窄脉冲或大于60°的宽脉冲，因而触发电路较复杂。
⑵三相全控桥即能做可控整流，又能工作于逆变状态。
⑶三相全控桥无论是电阻性负载还是电感性负载，移相范围都是180°，它的电阻性负载和电感性负载输出波形不相同。
⑷三相全控桥接大电感性负载时，不需要接续流二极管。
⑸三相全控桥电路控制滞后时间为3.3ms，控制灵敏度高，动态响应快。
4、三相半控桥的特点
⑴三相半控桥用三个晶闸管，不需要双窄脉冲或大于60°的宽脉冲，因而触发电路经济，调整方便。
⑵三相半控桥只能做可控整流，不能工作于逆变状态。
⑶三相半控桥无论是电阻性负载还是电感性负载，移相范围都是0°~180°，输出电压Vd的波形也相同。
⑷大电感性负载，如不接续流二极管，会产生失控现象。
⑸三相半控桥电路控制滞后时间为6.6ms，控制灵敏度低，动态响应差。
5、判断失控的方法
在运行中，如果发现输出电压改变，通过调整α角，Ud不再变化，则应怀疑电路失控。
6、三相整流变压器，采用D/Y接法，可防止三次谐波流入电网。
三、课后练习
1、分析α=75°时，Vd的波形。
2、分析Ug1丢失，有续流二极管的Ud波形。
3、分析VT1断路，Vd波形。
4、分析V相断Vd波形。
实验3：
触发电路分析
（1）
教学目标：
掌握触发电路中Kc04的工作原理
重点：
各管脚作用及输入输出波形
难点：
各管脚作用
课堂类型：
讲解、演示课
教学方法：
讲解、演示
教具仪器仪表工具材料：
直流电机调速实训控制柜、直流电机调速实训控制柜图纸、双宗示波器
教学过程：
时间分配：
课后总结：
在工作原理分析过程中反应出学生对三极管导电子元件的工作原理掌握存在一些问题，加强基础知识的讲解内容。
一、课堂组织
1、检查出勤情况
2、检查劳保用品穿戴情况
二、授课内容
（一）对触发电路的要求
1、触发脉冲信号应有足够的功率和宽度。
因为晶闸管元件门极参数具有一定的分散性，并且外界温度不同时，元件的触发电压和电流也有一定的差异。
即使同一型号的晶闸管也不能用一条伏安特性来表示出来，而只能用该型号晶闸管的一组高阻伏安特性和一组低阻伏安特性所围成的一个伏安特性区域来表示，所以为了使元件在各种可能的工作条件下均能可靠触发，触发电路所发出的触发脉冲电压和电流必须大于门极规定的触发电压Ugt与触发电流Igt的最大值，并且留有足够的余量。
另外，由于晶闸管的触发是有一个过程的，也就是说晶闸管的导通需要一定的时间，不是一触即通的，只有晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到擎住电流IL以上时，管子才能导通，所以触发脉冲信号应有一定的宽度才能保证触发的晶闸管可靠导通。
2、触发脉冲的形式要有和晶闸管导通时间有一定的对应性。
3、触发脉冲要有足够的移相范围并且要与主回路电源同步。
（二）集成电路触发器工作原理。
1、集成电路触发器特点
性能可靠，功耗低，体积小，调试方便。
2、Kco4电路原理图（见图3-1）
3、组成
⑴同步电源、⑵锯齿波形成、⑶脉冲移相、⑷脉冲形成、⑸脉冲分配、⑹放大输出
4、各部分工作原理
⑴同步电源
由V1~V4等元件组成，同步电压Us经限流电阻R20加到V1、V2的基极，当Us正半周时，V1导通，V2、V3截止，A点低电平，B点高电平。
当Us负半周时，V2、V3导通，V1截止，B点低电平，m点高电平。
Vd1，Vd2组成与门电路，A，B有一处低Vb4为低，V4截止，只有在/Us/﹤0.7v时，V1~V4都截止，A，B两点都是高电平，V4才饱和导通。
所以每周期内V4从截止到导通变化两次，锯齿波形成环节在同步电压Us的正负半周内均有相同的锯齿波产生，且两者有固定的相位关系。
⑵锯齿波形成环节
V5，C1等元件组成，V4截止时，+15v经R6，R22，R9，-15v给C1充电，V5集电极电位Uc5经V4，Vp3快速放电。
⑶脉冲移相
由Vb，Ub，Uc组成锯齿波电压Uc5经R24，Vb经R23，Vc经R26在V0的基极叠加，Ub6﹥0.7v,V6导通，V7截止。
⑷脉冲形成环节
由V7，Vd5，C2，R7组成。
V6截止时，+15v经R25给V7提供基极电流，使V7饱和导通。
同时，+15v电源经R7，Vd5，V7接地给C2充电，充电结束时，Ucb=+15v而Vb7=1.4v。
当V6由截止到导通时，Uc6从+15v迅速跳变到+0.3v，而C2右端从+1.4v到-13.3v，这时V7立即截止，此后，+15v经R25，V6接地点给C2反向充电，当C2右端电压大于1.4v时，V7又重新导通，这样在V7的集电极就得到了固定宽度的脉冲。
+15v
R1R2R3R6R7R8R9V10
VD1V11
VD9VD10R10
○1
VD2VD8V18V9
R4
R12
R20V4V5V6V7V8
usV1VD3VD4VD6V17
V2V20V14
V19
R11
V3V15
○15
R5R13V13
V16VD9VD10
R1
○3○4○911○12○○13○14
-15vR24○+15v
RP1R22C1R25C2R25
R26
UbUc
图3-1
⑸脉冲分送与放大输出环节
V8，V12组成脉冲分送环节，放大为两组，一组由V9~V11组成，另一组由V13~V15组成。
4、波形分析
uS
0
t
uc1
0
t
截止
uc3
0
t
uc4
0
t
uc5
0
t
ub6
0
t
uc6
0
t
ub7
0
t
uc7
0
t
uc11
0
t
uc15
0
t
（三）练习
1、掌握Kco4的工作原理
2、掌握Kco4各管脚作用
3、设计Kco4的外围线路
实验4：
触发电路分析
（2）
教学目标：
掌握Kco4外围电路的工作原理
重点：
外围电路的工作原理
难点：
补脉冲的产生
课堂类型：
讲解、演示课
教学方法：
讲解、演示
教具仪器仪表工具材料：
直流电机调速实训控制柜、直流电机调速实训控制柜图纸、双宗示波器、万用表
教学过程：
时间分配：
课后总结：
在工作原理分析过程中反应出学生对三极管导电子元件的工作原理掌握存在一些问题，加强基础知识的讲解内容。
一、课堂组织
1、检查出勤情况
2、检查劳保用品穿戴情况
二、授课内容
（一）各管脚作用
1脚：
脉冲输出。
（在同步电压正半周）
3脚与4脚：
接电容形成锯齿波。
5脚：
电源（负）
7脚：
接地（零电位）
8脚：
接同步电压。
9脚：
综合uc，ub等信号，移相信号控制。
10脚与12脚：
接电容控制V7产生脉冲。
15脚：
脉冲输出（在同步电压负半周）。
16脚：
正15v电源。
（二）
补脉冲的形成
Kco4Kco4Kco4
（三）触发电路工作原理。
1、Vta，Vtb，Vtc的作用。
Vta，Vtb，Vtc分别为A，B，C三相的同步电压，Kco4的脉冲移相范围小于180°。
当同步电压us=30v时其有效移相范围为150°。
所以在本电路中，Vta，Vtb，Vtc均为30v，移相范围为150°。
2、Kco4的使用方法及工作原理复习。
3、脉冲输出电路，见下图。
4、脉冲输出分析。
Vd1~Vd12组成六个或门，可输出六路双窄脉冲，三极管V1~V6起功率放大作用。
Vd12与Vd9；Vd7与Vd10；Vd3与Vd6；Vd1与Vd4；Vd11与Vd2；Vd5与Vd8组成六个或门。
5、矢量图分析。
Vta
Vg6Vg5Vg1Vg6Vg2Vg1
Vg5Vg4Vg3Vg2
VtcVg4Vg3Vtb
○5#
1VD9
Kco4
15VD10
○+15v
○2#
VD3
VD4
○3#
1VD5
Kco4
15VD6
○+15v
○6#
VD11
VD12
○1#
1VD1
Kco4
15VD2
○+15v
○4#
VD7
VD8
Vg1为Vd1与Vd4或门输出，差60°
Vg2为Vd3与Vd6或门输出，差60°
Vg3为Vd5与Vd8或门输出，差60°
Vg4为Vd7与Vd10或门，差60°
Vg5为Vd9与Vd12或门，差60°
Vg6为Vd11与Vd2或门，差60°
如上图所示，红色为主脉冲，黑色为补脉冲。
（四）问题讨论
1、同步信号电压输入器设置阻容滤波环节的作用
us○○Kco4的8脚
3k5.1k
1u
滤波环节原理图
作用：
⑴抑制电网电压中高次谐波的干扰。
⑵调节同步电压的相位，使同步电压与主电路有一定相位关系。
2、设置偏移电压Ub的作用？
如何调节？
设置Ub的作用是当触发电路的控制电压Uc=0时，使晶闸管整流装置输出电压Ud=0，对应控制角α0的定义为初始相位角。
整流电路的形式不同，负载的性质不同，初始相位角α0不同。
阻性负载时，三相半波α0=150°，三相全控桥α0=120°，三相半控桥α0=180°。
若为感性α0分别为90°，90°，180°。
3、保证三相输出平衡的方法是什么？
调节三相触发电路中Kco4中锯齿波斜率相同。
4、斜率的调节方法。
在触发板上，W1，W2，W3的作用是调整Kco4锯齿波的斜率，在开环条件下，令Ug=0调节W1，W2，W3，测量测试点S1、S2、S3对地电压，当其值为6.3v时，理论分析Ug变化1v，脉冲移相20°。
5、防止晶闸管误导通的措施。
⑴门极回路使用屏蔽线并将金属屏蔽层可靠接地。
⑵门极回路走线与载流大的导线以及易产生干扰信号的引线之间保持足够的距离。
⑶触发器的电源采用有静电屏蔽的变压器供电。
⑷不要选用触发电流较小的晶闸管。
⑸门极和阴极间加幅值不大于5v的负偏压。
⑹在脉冲变压器二次侧输出或晶闸管的门极和阴极之间串并二极管，电阻，电容，通常在门极和阴极间并接0.01~0.1up的电容可有效吸收高额干扰。
三、课堂练习
1、各输出三极管，对应提供脉冲给哪个晶闸管。
2、调节锯齿波斜率。
（万用表，示波器，两种方法）
3、调节α0=150°。
实验5：
电源板工作原理分析
教学目标：
掌握电源板工作原理
重点：
电源板工作原理
难点：
稳压环节的原理
课堂类型：
讲解、演示课
教学方法：
讲解、演示
教具仪器仪表工具材料：
直流电机调速实训控制柜、直流电机调速实训控制柜图纸
教学过程：
时间分配：
课后总结：
掌握程度较好，仅对保护元件作用的理解不够理想。
一、课堂组织
1、检查出勤情况
2、检查劳保用品穿戴情况
二、授课内容
（一）电源板的作用。
电源板的输入为6组17v交流电源，经过整流后得到+15v，+24v，-15v和0v四个电位，为给定板、调节板、隔离板、触发板提供工作的直流电源，确保电路工作。
（二）电源板输入电压
取自同步变压器的副边另一绕组，分别为17v交流但在相位上互差60°，共六组，矢量图如下所示。
+a227
-b230-c232
+c231+b229
-a228
（三）电源板工作原理
1、将六组17v电源经由12个二极管组成的整流电路，产生具有六个波头的直流脉动电压。
⑴电路原理图
+a○+
-a
+b
-b
+c
-c
○-
⑵滤波分析
uuaubucua
0
t
u
0
t
⑶理论分析
U=17×√2=23.9V
2、滤波环节
将输出电压U分为正负两组后进行滤波。
正电压经C1，C3，负电压经C2，C4滤波。
⑴电路图
○+24V（215）
+○○+15V（213）
+C1C2
C1：
1000uC3：
0.22u
○0V（200）C2：
1000uC4：
0.22u
200+C2C4
-○○-15V（214）
⑵元件说明及作用
C1，C2为电解电容起工频率波作用，提高输出电压，减小电压脉动。
C3，C4为0.22u的小电容起高频滤波作用减小高频信号对电路的影响。
⑶滤波作用分析
利用电容两端电压不能突变的原理
对于C1，C2来讲，其阻抗Xc=1/wc=1/2лα×1000×10-6。
Xc=106/314×1000=3.1
。
对于C3，C4，其阻抗Xc’=1/wc=1/2лα×0.22×10-6
Xc’=106/314×0.22=1.5×105
。
所以C3，C4对于公频信号相当于开路状态。
3、稳压环节
采用输出电压固定的三端集成稳压器，7815和7915。
正常工作时输出电压为+15v和-15v。
C3，C4，C5，C6的作用：
实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入高频干扰。
C7，C8作用：
减小稳压电路输出端由输入端引入的低频干扰。
D13，D14的作用：
保护二极管，当输入短路时，给C7，C8一个放电回路。
4、指示环节
由R1，R2，R3，Ld1，Ld2，Ld3组成，R1，R2，R3的作用为限流。
（四）各元件作用的总结
1、D1~D12
为12个二极管型号为IN4007，作用为整流二极管。
2、C1，C2两个电解脉冲
C1，C2为1000uF的电解电容，其作用为滤波电容，提高平均输出电压，减小电压脉动。
3、7815，7915
为三端固定集成稳压器，起稳定输出电压的作用。
7815输出为+15v，7915输出为-15v。
4、C3，C4，C5，C6的作用
C3，C5组成一组，C4，C6组成一组，用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频高频干扰。
5、C7，C8的作用
C7，C8均为电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。
6、D14，D15的作用
将D14，D15并联在7815和7915的输出和输入端，其作用是，当输入端短路时，给C7，C8一个放电回路。
来保护7815和7915。
7、R1，R2，R3的作用
限流，保护Ld1，Ld2，Ld3能正常工作。
三、课后问题
1、为什么断电后Ld1，Ld2，Ld3延时时间不同？
2、为什么+24v的指示灯没有±15v的亮？
3、当断开D1~D12中任意一个二极管输出电压如何变化？
4、断开一个支路上的两个二极管又如何？
5、断开不同支路的两个二极管如何？
实验6：
隔离板工作原理分析
教学目标：
掌握振荡、调制、隔离电路工作原理
重点：
振荡电路工作原理分析
难点：
振荡电路起振原理分析
课堂类型：
讲解
教学方法：
讲解、操作
教具仪器仪表工具材料：
直流电机调速实训控制柜、图纸、示波器、万用表
教学过程：
时间分配：
课后总结：
振荡电路工作原理仍存在一定的问题，三极管工作状态的分析还应加强。
一、课堂组织
1、检查出勤情况
2、检查劳保用品穿戴情况
二、授课内容
（一）隔离板的作用。
将取自主电路的电压反馈信号与控制电路进行隔离，以防止主电路的强电信号进入控制电路造成设备及人身伤害。
（二）工作原理分析。
1、振荡电路
⑴原理图
D3
5R1T1D1
●6
1○17
●●8WD2
44○2
3○39WD1
R4●●10T2○200#0v
45○4D2
●11
12R2
R3
+15v○
⑵工作原理
+15v的直流电源经振荡变压器的绕组9、10加于T2的集电极，经电阻R3，绕组12，11，R2加于T2的基极，+15v电源经绕组8，7加于T1集电极经电阻R3，绕组5，6，R1加于T1的基极。
此时，T1，T2同时具备了导通条件，但由
升级会员 