1、交直流调速系统课程实验指导书专 业：电气工程及其自动化电子信息工程学院2014 年 5 月目 录实验概述 1实验一 晶闸管直流调速系统主要单元的调试 4实验二 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验 7实验三 转速单闭环直流调速系统 14实验四 电压单闭环直流调速系统 18实验五 逻辑无环流可逆直流调速系统 21实验六 三相正弦波脉宽度调制（SPWM）变频原理实验（带有PLC 接口） 24合肥师范学院1实验概述交直流调速系统是一门实践性、实用性很强的专业课程，学习交直流调速系统必须理论联系实际。交直流调速系统在工业自动化中获得广泛应用，课程涉及面广，内容包括电力、电子、控制、计算机技术等，
2、而实验环节是这些课程的重要组成部分。通过实验，可以加深对理论的理解，培养和提高实际动手能力、分析和解决问题的独立工作能力。1. 实验的特点和要求交直流调速系统实验的内容较多、较新，实验系统也比较复杂系统性较强。该实验是上述理论教学的重要的补充和继续，而理论教学则是实验教学的基础。学生在实验中应学会运用所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手能力；同时通过实验来验证理论，促使理论和实际相结合，使认识不断提高、深化。具体地说，学生在完成指定的实验后，应具备以下能力：（1）掌握电力电子变流装置主电路、触发或驱动电路的构成及调试方法，能初步设计和应用这些电路。（2）熟悉并掌握基本实
3、验设备、测试仪器的性能及使用方法。（3）掌握交、直流电机控制系统的组成和调试方法，系统参数的测量和整定方法。（4）能设计交、直流电机控制系统的具体实验线路，列出实验步骤。（5）能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题。（6）能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。2. 实验准备实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。每次实验前都应先进行预习，从而提高实验质量和效率，否则就有可能在实验时不知如何下手，浪费时间，完不成实验要求，甚至损坏实验装置。因此，实验前应做到：（1）复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识；（2）阅读本教
4、材中的实验指导，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验系统的工作原理和方法。（3）写出预习报告，其中应包括实验题目、实验仪器、实验原理、实验步骤、数据记录表格等；（4）熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等；（5）进行实验分组，一般情况下，实验分组为每组 24 人。3. 实验实施在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。实验时要做到以下几点：（1）实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目交直流调速系统实验指导书2的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验开始。（2）指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器，明确这些设备的功能
5、、使用方法。（3）按实验小组进行实验，实验小组成员应进行明确的分工，各人的任务应在实验进行中实行轮换，以便实验参加者能全面掌握实验技术，提高动手能力。（4）按预习报告上的实验系统详细线路图进行接线，一般情况下 接线次序为先主电路，后控制电路，先串联，后并联。在进行调速系统实验时，也可由 2 人同时进行主电路和控制电路的接线。（5）完成实验系统接线后，必须进行自查。串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确；并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。距离较远的两连接端必须选用长导线直接跨接，不得用 2 根导线在实验装置上的某接线端进行过渡连接。自查完成
6、后，须经指导教师复查后方可合闸通电，开始实验。（6）实验时，应按实验教材所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。除作阶跃启动试验外，系统启动前，应使负载电阻值最大，给定电位器处于零位，测试点的分布应均匀；改接线路时，必须拉闸，断开电源。实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否合理，实验结果是否与理论相一致。（7）完成本次实验全部内容后，应请指导教师检查实验数据、记录的波形。经指导教师认可后方可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具，使之物归原位。4. 实验总结实验的最后阶段是实验总结，即对实验数据进行整理、绘制波形和图表、分析实验现象、撰写实验报告。每个实验参与者都要独立完成一份实验报告，实验报
7、告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而是应用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。实验报告是根据实测数据和在实验中观察、发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。实验报告要写在一定规格的报告纸上，且应简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。实验报告包括以下内容：（1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期。（2）实验目的、实验内容简述。（3）列出实验中所用组件的名称及编号等。（4）绘出实验时所用组件的线路图，并注明仪表量程、电阻器阻值、电源端编号等。合肥
8、师范学院3（5）实验数据的整理、列表、计算，并列出计算所用的计算公式。（6）按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线及记录的波形，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线，不在曲线上的点仍按实际数据标出。（7）用理论知识对实验结果进行分析总结，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解、建议和改进的措施，并最后写出结论。（8）每次实验后，要求每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。交直流调速系统实验指导书4实验一 晶闸管直流调速系统主要单元的调试一、实验目的1. 熟悉直流调整系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。2. 掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、实验
9、设备1. DL01 电源控制屏2. DL02 晶闸管主电路3. DL05 三相晶闸管触发电路4. DL21 直流电机调速电路5. 示波器6. 万用表三、实验内容1. 调节器 I(速度调节器)的调试。2. 调节器 II(电流调节器)的调试。3. 反相器的调试。4. 控制单元及系统调试。四、实验方法4.1 电压给定4.1.1 实验原理“电压给定”由两个电位器 RP6、RP7 及两个开关 S1、S2 组成。S1 为正、负极性切换开关，输出的正、负电压的大小分别由 RP6、RP7 来调节，其输出电压范围为-15V+l5V，S2 为输出控制开关，置于“运行”位置，允许电压输出，置于“停止”位置，则输出恒
10、为零。4.1.2 实验方法与步骤1. 将 S2 置于“运行”位置，S1 置于“正给定”位置，调节 RP6 可得到可调的正电压。拨动 S2 至 “停止”位置，可获得从正电压至 0V 的阶跃信号；再拨动 S2 至“运行”位置，则可获得从 0V 至正电压的阶跃信号。2. 将 S2 置于“运行”位置，S1 置于“负给定”位置，调节 RP7 可得到可调的负电合肥师范学院5压。拨动 S2 至“停止”位置，可获得从负电压至 0V 的阶跃信号；再拨动 S2 至“运行”位置，则可获得从 0V 至负电压的阶跃信号。3. 将 S2 置于“运行”位置，拨动 S1，分别调节 RP6 和 RP7 使输出一定的正、负电压，
11、当 S1 从“ 正给定”位置转换至“负给定”位置时，可得到从正电压到负电压的阶跃信号。当 S1 从 “负给定”位置转换到“正给定”位置时，得到从负电压到正电压的阶跃信号。4.2 调节器4.2.1 实验原理“调节器”的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法、减法、比例、积分和微分等运算，使其输出按某一规律变化。 “调节器”由运算放大器、输入与反馈环节及二极管限幅环节组成。“A1、A2、A3”端为信号输入端，二极管 VD1 和 VD2 起运放输入限幅，保护运放的作用。二极管 VD3、VD4 和电位器 RP2、RP3 组成正负幅值可调的限幅电路。由R1、C1 组成微分反馈校正环节，有助于抑制振荡，减少
12、超调。RP1、C2 与运算放大器组成 PI 调节器。改变 R7 的阻值改变了系统的放大倍数，改变 C5 的电容值改变了系统的响应时间。电位器 RP1、RP2 、 RP3 均安装面板上。4.2.2 实验方法与步骤1. 调整输出限幅值将“电压给定”的输出端连接到“调节器”的“A3 ”端。当加+5V 的给定电压时，调整限幅电位器 RP3，观察“调节器”负电压输出的变化规律 (-0.8V-16V)；当加-5V 的给定电压时，调整正限幅电位器 RP2，观察“调节器”正电压输出的变化规律 (14.6V0.8V)。2. 测定输入输出特性用外接导线将反馈网络中的电容 C2 短路，使“调节器”为 P（比例）调节
13、器，同时将正负限幅电位器 RP2 和 RP3 均顺时针旋到底，在“调节器”的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压变化，直至输出限幅值，并画出对应的曲线。3. 观察 PI 特性将反馈网络中电容 C2 的短路线拆除，给 “调节器”输入端突加给定电压，用示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的外接电阻值，观察输出电压的变化。4.3 反相电路交直流调速系统实验指导书64.3.1 实验原理“反相电路”由运算放大器及相关电阻组成，用于调速系统中信号需要反相的场合，反相电路的输入信号 U1 由运算放大器的反相输入端输入，故输出电压 U2 为：213URP调节电位器 RP1，使 RP1+R3=R1
14、，则 ，输入与输出成反相关系。4.3.2 实验线路连接测定输入输出的比例：将“反相电路”输入端接“电压给定”的输出。调节“电压给定”使其输出为+5V，用万用表测量“反相电路”输出端，通过调节 RP5 使输出等于-5V；再调节“电压给定”使其输出为 -5V，观测“反相电路 ”输出是否为+5V。4.4 “触发电路”调试1. 打开DL01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DL02的“三相同步信号输出 ”端和DL05 “三相同步信号输入 ”端相连，打开DL05电源开关，拨动 “触发脉冲指示 ”钮子开关，使“ 窄”的发光管亮。3. 观察
15、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），使三相锯齿波斜率尽可能一致。4. 将DL22上的“给定”Ug输出直接与DL05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DL05 中“偏移电压观测及调节”上的电位器，用双踪示波器观察三相同步信号输入a和“双脉冲观察孔” VT1 的输出波形，使=150( 注意此处的表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0是从自然换流点开始计算，而单相晶闸管电路的0移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30)。5. 将给定开关S2置于“给定”位置，适当增加给定Ug的正电
16、压输出，观测DL05上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。6. 将DL05面板上的U lf端接地，用扁平电缆，将DL05的“正桥触发脉冲输出”端和DL02“正桥触发脉冲输入” 端相连，并将DL02 “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。合肥师范学院7实验二 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验一、实验目的1. 熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。2. 掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。二、实验设备1. DL01 电源控制屏2. DL02 晶闸管主电路3. DL05 三相晶闸管触发电路4. D
17、L37 电流反馈与过流保护5. DL16 三相芯式变压器和不可控整流6. DT04 可调电阻（0-90）模块7. DT05 可调电阻（0-900）模块8. EM01 永磁式直流测速发电机9. EM03 直流并励电动机10. 电机导轨11. 示波器12. 万用表三、实验原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压Uct，改变Ug 的大小即可改变控制角 ，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理图如图1-1所示。四、实验内容测量并计算直流
18、调速系统中以下参数。1. 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值 R。2. 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。3. 测定直流电动机-直流发电机 -测速发电机组的飞轮惯量 GD2 。4. 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d。交直流调速系统实验指导书85. 测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C m。6. 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T m。7. 测定晶闸管触发及整流装置特性U d=f(Uct)和测速发电机特性U TG=f(n)。要求：学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。图2-1 实验系统原理图五、实验方法为研究晶闸管电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、总
19、电感L以及系统的电磁时间常数T d与机电时间常数T M，这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：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R L及整流装置的内阻R n，即R = Ra十R L十R n由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。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U0 ，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图2-2 所示。将变阻器R 1、R 2接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。调节给定(DL21) 使输出直
20、流电压U d在30%U ed70%U ed(Ued为电机的额定电压， 可为110V) ，然后调整R 2使电枢电流在80%I ed90%I ed(Ied为电机的额定电压， 可为0.9A) ，读取电流表A和电压表V2的数值为I 1、U 1于下表中。则此时整流装置的理想空载电压为Ud= I1R+U1 （2-1 ）合肥师范学院9I1/A U1/V I2/A U2/V R/ Ra / RL/ Rn/调节R 1使之与R 2的电阻值相近，拉开开关S 2，在U d不变的条件下读取电流表、电压表的数值I 2、U 2于表中，则 Ud= I2R+ U2 （2-2 ）求解(2-1) 、(2-2)两式，可得电枢回路总电
21、阻：R（U 2 - U1）/ （I 1- I2）如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得RL十R n=(U2-U 1)/(I 1-I 2)则电机的电枢电阻为Ra=R-(RL十R n)。同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL 。图2-2 伏安比较法实验线路图2. 电枢回路电感 L 的测定电枢回路总电感包括电机的电枢电感L a、平波电抗器电感L d和整流变压器漏感L B，由于L B数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为：LLa+Ld电感的数值可用交流伏安法测定。实验时应给电动机加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图2-3所示。交直流调速系统实验指导书10图2-3 测量电枢回路电感的
22、实验线路图实验时交流电压由DL01电源输出，接 DL16的高压端，从低压端输出接电机的电枢，用交流电压表和电流表分别测出电枢两端和电抗器上的电压值U a和U L及电流I ，从而可得到交流阻抗Z a和Z L，计算出电感值L a和L d。实验时，交流电压的有效值应小于电机直流电压的额定值，计算公式如下：Za= Ua /IZL= UL /I2/()aaRfdL3. 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T-Tz=(GD2/375)dn/dt式中， T为电动机的电磁转矩，单位为N m；Tz为负载转矩，空载时即为空载转矩T k，单位为Nm；n为电机转速，单位
23、为rpm。电机空载自由停车时，T=0， Tz=Tk，则运动方程式为： 2(/375)/KGDdnt从而有 2/KTt式中GD 2的单位为Nm 2；Tk可由空载功率P K(单位为W)求出：合肥师范学院112Ka0PUIR9.5/aTndn/dt可以从自由停车时所得的曲线nf(t)求得，其实验线路如图2-4 图2-4 测定GD 2时的实验线路图电动机加额定励磁，将电机空载启动至稳定转速后，测量电枢电压U a和电流I a0，然后断开给定，用数字存储示波器记录n=f(t)曲线，即可求取某一转速时的 Tk和dn/dt 。由于空载转矩不是常数，可以以转速n为基准选择若干个点（如1200r/min，800r
24、/min ） ，测出相应的Tk和dn/dt ，以求得GD 2的平均值。由于本实验装置的电机容量比较小，应用此法测GD 2时会有一定的误差。4. 主电路电磁时间常数 Td 的测定采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数T d，电枢回路突加给定电压时，电流i d按指数规律上升: )e(1Iidt/d其电流变化曲线如图2-5所示。当 t=Td时，有： ddIeIi632.0)1(实验线路如图2-6所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%I ed90%I ed范围内。然后保持U g不变，将给定的 S2拨到停止位置，然后拨动给定S2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录i d=f（t ）的
25、波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数T d。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，使其空载运行，改变电枢电压U d，测得相应的n即可由下式算出C e： 2121()/()edKU读取几点，求取Ce的平均值。式中，C e的单位为V/(rpm)。转矩常数(额定磁通) C M的单位为 Nm/A。C M可由C e求出：CM= 9.55 Ce交直流调速系统实验指导书12图2-5 电流上升曲线 图2-6 测定T d的实验线路图6. 系统机电时间常数 TM 的测定系统的机电时间常数可由下式计算 )CR)/(375(GD2M
26、e2由于T MTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 S)T/(1KUnd当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达稳态值的63.2%时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数T M。测试线路同实验图2-4，测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过渡过程曲线n=f(t)，即可由此确定机电时间常数。7. 晶闸管触发及整流装置特性 Ud=f(Ug)和测速发电机特性 UTG=f(n)的测定实验线路如图2-4所示，可不接示波器。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压U g，用万用表测量并读取对应的 Ug、U TG、U d和n的数值若干组，即
27、可描绘出特性曲线Ud=f(Ug)和U TG=f(n)。 由U d=f(Ug)曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数K s。由于输出特性存在非线性现象，故计算K s时，可取曲线上相应工作段的数值，则：Ks =U d/U g六、注意事项1. 由于实验中晶闸管整流装置处于开环工作状态，电流和电压可能有波动，读取数据时可取上限、下限或平均值，但每次取法必须一致。2. 由于DL37上的过流保护整定值的限制，在完成机电时间常数测定的实验中，其电枢电压不能加得太高。3. 当电机堵转时，会出现大电流，因此测量的时间要短，以防电机过热。4. 在测试U d=f(Ug)时，DL02上的偏移电压要先调到=120，具体方法
28、见单闭环直流调速。合肥师范学院135. 每次需缓慢增加给定电压，以防电枢中产生过大的冲击电流。除要求阶跃给定外，每次启动电动机前，给定电位器RP1必须退回到零位，才允许合上电源开关和给定开关，以防过流。6. 实验中各变阻器要放在最大值处，然后按照要求减小阻值，以防过流。七、实验思考题1. 如何判别触发脉冲的零位？2. 实验中，由于晶闸管整流装置处于开环工作状态，操作时应该注意哪些问题，才能避免引起过流？3. 读取仪表数据以及在特性曲线上取值时应注意哪些问题？交直流调速系统实验指导书14实验三 转速单闭环直流调速系统一、实验目的1. 掌握转速单闭环直流调速系统的组成、原理及各主要单元部件的原理。
29、2. 掌握转速单闭环直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、实验设备1. DL01 电源控制屏2. DL02 晶闸管主电路3. DL05 三相晶闸管触发电路4. DL19 单相自耦调压器/单相不可控整流电路5. DL21 直流电机调速电路6. DT05 可调电阻（0-900）模块7. EM01 永磁式直流测速发电机8. EM03 直流并励电动机9. 示波器10. 万用表三、实验内容3.1 实验方法转速单闭环系统是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“调节器”的输入端，与“给定”电压相比较并放大，得到移相控制电压 Uct，用作控制整流桥的触发电路，从而改变三相桥式全控
30、整流电路的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。实验中，“调节器”作为“速度调节器”使用。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由“调节器”的输出限幅所决定，“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。转速单闭环直流调速系统原理图如图 3-1 所示。合肥师范学院15图 3-1 转速单闭环直流调速系统原理图3.2 实验步骤1. 移相控制电压 Uct 调节范围的确定将 HEP-DL21 的 “电压给定” 连接到
31、HEP-DL05 中“移相控制电压 ”Uct 的输入端。HEP-DL02 中“ 三相正桥主电路 ”输出接可调电阻负载 R，用示波器观察 Ud 的波形。（1） 当“电压给定”由零调大时，U d 将随给定电压的增大而增大，记录 Ud 的最高电压值 Ud。（2） 将三相全控整流桥实际输出的最大值设为 Udmax=0.9Ud。调节“电压给定”使得三相全控整流桥输出等于 Udmax，此时将对应的“给定电压 ”Ugd值记录下来，该值即为Uctmax=Ugd。（3） 我们将“调节器”输出限幅定为 Uctmax，就可以限定三相全控整流桥的输出范围，保证整流桥的六个晶闸管可靠工作。将有关数据记录于表 3-1 中
32、。表 3-1 移相控制电压 Uct 调节范围数据记录表UdUdmax=0.9UdUctmax=Ugd测定完成后，将“电压给定”调整至零，再按“停止”按钮。2. “调节器”的调整（1） 输出限幅值的调整将 HEP-DL21 上 “电压给定” 连接到“调节器”的“3” 端。当加+5V 给定电压时，调整负限幅电位器 RP3，使之输出电压尽可能接近 0V；当“调节器”输入端加-5V 给定电交直流调速系统实验指导书16压时，调整正限幅电位器 RP2，使“调节器”的输出为 Uctmax。（2） 转速反馈系数的整定将 HEP-DL21 上 “电压给定” 连接到 HEP-DL05 上“移相控制电压输入 ”的输
33、入端，三相整流电路接直流电动机负载，Ld 使用 HEP-DL01 上 200mH 的电感，并将“电压给定”输出调至 0V。实验台上电，接通励磁电源。从零逐渐增加“电压给定”U gd，使电机转速上升到额定值 ne（1200r/min ），调节“ 转速变换”上转速反馈电位器 RP4，使得该转速时反馈电压为10V，这时的转速反馈系数 a=10/ne（V/rpm）。3. 转速单闭环直流调速系统实验（1） 转速单闭环有差调速系统实验注意：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。按图 3-1 接线，实验中，HEP-DL21 的“电压给定”电压 Ugd 为正
34、给定电压，而转速反馈 B3、 B4 也为正电压，因此，需要使用“反相电路”将转动反馈电压转换为负电压。将“调节器”接成 P（比例）调节器（A4、A5 短接）。直流发电机接可调负载电阻R，L d 使用 HEP-DL01 上 200mH 的电感，并将“电压给定”U gd 调至 0V。直流发电机先工作于轻载状态，从零开始逐渐增大“电压给定”U gd，使电动机的转速达到额定值 ne。逐渐减小可调负载 R 的阻值，使发电机负载增大，测量电动机的电枢电流 Id 和电动机的转速 n，直至 Id 达到额定值，即可测出转速单闭环有差调速系统机械特性曲线，测量并记录数据于表 3-2 中。df表 3-2 转速单闭环
35、有差调速系统机械特性数据转速 n（rpm）电动机电枢电流 Id（A）（2） 转速单闭环无差调速系统实验将“调节器”接成 PI（比例积分）调节器（A4、A5 不短接），采用与“转速单闭环有差调速系统实验”中相同的方法测定系统的机械特性，数据记录于表 3-3 中。表 3-3 转速单闭环无差调速系统机械特性数据转速 n（rpm）电动机电枢电流 Id（A）四、注意事项合肥师范学院171. 触发电路正常后，方可合上主回路电源开关。2. 每次需缓慢增加给定电压，以防电枢中产生过大的冲击电流。除要求阶跃给定外，每次启动电动机前，给定电位器RP1必须退回到零位，才允许合上电源开关和给定开关，以防过流。3. 实
36、验中各变阻器要放在最大值处，然后按照要求减小阻值，以防过流。五、实验思考题如何简便观测反馈极性是否正确？交直流调速系统实验指导书18实验四 电压单闭环直流调速系统一、实验目的1. 掌握电压单闭环直流调速系统的组成、原理及各主要单元部件的原理。2. 掌握电压单闭环直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、实验设备1. DL01 电源控制屏2. DL02 晶闸管主电路3. DL05 三相晶闸管触发电路4. DL19 单相自耦调压器/单相不可控整流电路5. DL21 直流电机调速电路6. DT05 可调电阻（0-900 ）模块7. EM01 永磁式直流测速发电机8. EM03 直流并励电动机9.
37、 示波器10. 万用表三、实验内容3.1 实验方法电压单闭环系统中，整流桥输出电压经电压隔离器隔离后，其输出的电压作为反馈信号加到“调节器”的输入端，与“给定”电压相比较并放大，得到移相控制电压 Uct，用作控制整流桥的触发电路，从而改变三相桥式全控整流电路的输出电压，这就构成了电压负反馈闭环系统。实验中，“调节器”作为“电压调节器”使用。电机的最高转速也由“调节器”的输出限幅所决定。同样，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，闭环系统对电枢电压变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电压能稳定在
38、一定的范围内。系统原理图框图如图 4-1 所示。合肥师范学院19图 4-1 电压单闭环直流调速系统原理图3.2 实验步骤1. 电压反馈系数的整定断电条件下，断开 HEP-DL01 上“三相调压输出”中“U”、“V”和“W”与 HEP-DL02 中 “三相正桥主电路” 的连线。将 HEP-DL01 上“ 0300V 可调电枢电源”接到电压隔离器的“+ 、-”端。通电后，调节可调电枢电源的自耦调压器，使“0300V 可调电枢电源”输出为220V。调节“电压隔离”上的电位器 RP1，使其输出电压为 10V，这时的电压反馈系数=10V/220V=0.0273。2. 电压单闭环有差调速系统实验注意：在连
39、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。按图 4-1 接线，实验中，HEP-DL21 的“电压给定”电压 Ugd 为正给定电压，而电压反馈也为正电压，因此，需要在反馈电压经过“电压隔离”后使用“反相电路”将其转换为负电压。将“调节器”接成 P（比例）调节器。直流发电机接可调负载电阻 R，Ld 使用 HEP-DL01 上 200mH 的电感，“电压给定 ”Ugd 调至 0V。直流发电机先工作于轻载状态，从零开始逐渐增大“电压给定”U gd，使电动机的转速达到额定值 ne。逐渐减小可调负载 R 的阻值，使发电机负载增大，测量电动机的电枢电流 Id 和电
40、动机的转速 n，直至 Id 达到额定值，即可测出转速单闭环有差调速系统机械特性曲线，测量并记录数据于表 4-1 中。df交直流调速系统实验指导书20表 4-1 电压单闭环有差调速系统机械特性数据转速 n（rpm）电动机电枢电流 Id（A）3. 电压单闭环无差调速系统实验将“调节器”接成 PI（比例积分）调节器，采用与“电压单闭环有差调速系统实验”中相同的方法测定系统的机械特性，数据记录于表 4-2 中。表 4-2 电压单闭环无差调速系统机械特性数据转速 n（rpm）电动机电枢电流 Id（A）合肥师范学院21实验五 逻辑无环流可逆直流调速系统一、实验目的1. 了解并熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统
41、的原理和组成。2. 掌握各控制单元的原理，作用及调试方法。3. 掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试步骤和方法。4. 了解逻辑无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。二、实验设备1. DL01 电源控制屏2. DL02 晶闸管主电路3. DL05 三相晶闸管触发电路4. DL21 直流电机调速电路5. DL38 电机调速控制模块 III6. DL37 电机调速控制模块 II7. DT05 可调电阻（0-900）模块8. EM01 永磁式直流测速发电机9. EM03 直流并励电动机10. 示波器11. 万用表三、实验内容1. 控制单元调试。2. 系统调试。3. 正反转机械特性 n=f (Id)的测定。
42、4. 正反转闭环控制特性 n=f (Ug)的测定。5. 系统的动态特性的观察。四、实验原理逻辑无环流系统的主回路由二组反并联的三相全控整流桥组成，由于没有环流，两组可控整流桥之间可省去限制环流的均衡电抗器，电枢回路仅串接一个平波电抗器。控制系统主要由速度调节器 ASR，电流调节器 ACR，反号器 AR，转矩极性鉴别器DPT，零电流检测器 DPZ，无环流逻辑控制器 DLC，触发器，电流变换器 FBC，速度变换交直流调速系统实验指导书22器 FBS 等组成。其系统原理图如图 5-1 所示。正向起动时，给定电压 Ug 为正电压，无环流逻辑控制器的输出端 Ublf 为”0”态，U blr为”1”态，即
43、正桥触发脉冲开通，反桥触发脉冲封锁，主回路正组可控整流桥工作，电机正向运转。减小给定时，U gUfn,使 Ugi 反向，整流装置进入本桥逆变状态，而 Ublf，U blr 不变，当主回路电流减小并过零后，U blf，U blr 输出状态转换，U blf 为“1”态，U blr 为“0”态，即进入它桥制动状态，使电机降速至设定的转速后再切换成正向运行；当 Ug=0 时，则电机停转。反向运行时，U blf 为”1”态， Ublr 为”0”态，主电路反组可控整流桥工作。无环流逻辑控制器的输出取决于电机的运行状态，正向运转，正转制动本桥逆变及反转制动它桥逆变状态，U blf 为 ”0”态，U blr
44、为”1”态，保证了正桥工作，反桥封锁；反向运转，反转制动本桥逆变，正转制动它桥逆变阶段，则 Ublf 为”1”态，U blr 为”0”态，正桥被封锁，反桥触发工作。由于逻辑控制器的作用，在逻辑无环流可逆系统中保证了任何情况下两整流桥不会同时触发，一组触发工作时，另一组被封锁，因此系统工作过程中既无直流环流也无脉冲环流。五、实验方法1. 按图 5-1 接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。图5-1 逻辑无环流可逆直流调速系统原理图（1） 用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲（2） 用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为 1V2V 的脉冲。（3） 将 Ubl
45、r 接地,可观察反桥晶闸管的触发脉冲。合肥师范学院23（4） 用万用表检查 Ublf， Ublr 的电压，一为高电平，一为低电平，不能同为低电平。2. 控制单元调试（1） 按实验四的方法调试 FBS，ASR，ACR（2） 按实验二的方法调试 AR，DPT，DPZ，DLC对电平检测器的输出应有下列要求转矩极性鉴别器 DPT：电机正转 输出 UM 为”1”态电机反转 输出 UM 为0”态零电流检测器 DPZ：主回路电流接近零 输出 UI 为”1”态主回路有电流 输出 UI 为”0”态（3） 调节 ASR,ACR 的串联积分电容，使系统正常，稳定运行。3. 机械特性 n=f (Id)的测定测出 n
46、=1200r/min 的正，反转机械特性 n =f (Id)。n(r/min)I(A)六、系统动态波形的观察用示波器观察并记录：1. 给定值阶跃变化（正向起动 正向停车 反向切换到正向 正向切换到反向反向停车）时的动态波形。2. 电机稳定运行于额定转速，U g 不变，突加，突减负载(20%Ied100%Ied) 的动态波形：3. 改变 ASR，ACR 的参数，观察动态波形如何变化。注：电动机电枢电流波形的观察可通过 ACR 的第“1”端转速波形的观察可通过 ASR 的第“1”端七、注意事项在做低速实验时，实验时间不宜过长，以免电阻器过热引起串接电阻数值的变化。交直流调速系统实验指导书24实验六
47、 三相正弦波脉宽度调制（SPWM）变频原理实验（带有 PLC 接口）一、实验目的1. 掌握SPWM 的基本原理和实现方法。2. 熟悉与SPWM 控制有关的信号波形。二、实验设备1. DL01 电源控制屏2. DL38 电机调速控制模块 III 3. 三相鼠笼电机4. 示波器5. 万用表三、实验方法1. 接通挂件电源，连接三相鼠笼电机，其中三相电源输出UVW接三相鼠笼电机ABC，电机XYZ端短接，然后开启电源开关。2. 调节电位器RP1、RP2 ，将频率比（fFCT / fVCT）设定在0.5以下，在SPWM 部分观测三相输入信号（在测试点“A1 、A2 、A3”），三相SPWM 调制信号（在测试点“A4、A5、A6、A7、A8、A9”）；切换S1，改变转动方向，观测上述各信号的相位关系变化。3. 逐步升高频率，重复以上的步骤。四、思考1. 画出与SPWM 调制有关信号波形，说明SPWM 的基本原理。2. 思考SPWM波形如何控制逆变桥，形成交流电。3. 对比观察A1点和A2点频率比大于0.5时，SPWM波形和电机运转状态。
