1、0机电控制技术实习指导书李旭宇、陈耿彪、杨义蛟等编长沙理工大学 机电工程系教研室2013 年 5 月1目录模块一：电力电子技术及电机控制 .2各挂件功能介绍 .2任务 1.1 三相桥式全控整流及有源逆变电路控制 .34任务 1.2 双闭环不可逆直流调速系统 .37模块二： PLC 控制工程设计 41任务 2.1 自动配料系统 PLC 控制软件设计 41任务 2.2 十字路口交通灯 PLC 控制软件设计 43任务 2.3 装配流水线 PLC 控制软件设计 45任务 2.4 水塔水位 PLC 控制软件设计 46任务 2.5 天塔之光 PLC 控制软件设计 47任务 2.6 机械手动作 PLC 控制
2、软件设计 48任务 2.7 液体混合装置 PLC 控制软件设计 49任务 2.8 邮件分拣 PLC 控制软件设计 50任务 2.9 轧钢机 PLC 控制软件设计 51任务 2.10 三层电梯 PLC 控制软件设计 52任务 2.11 运料小车 PLC 控制软件设计 53任务 2.12 加工中心 PLC 控制软件设计 54模块三：柔性自动化生产线单元模块操作与控制 .56特别提醒 .56模块式柔性自动化生产线实习装置简介 .56任务 3.1 搬运单元 .60任务 3.2 加工操作手单元 .64任务 3.3 提取单元 .69任务 3.4 安装单元 .73任务 3.5 自动仓储单元 .77任务 3.
3、6 成品分装输送单元 .812模块一：电力电子技术及电机控制各挂件功能介绍以挂件的编号次序分别介绍其使用方法，并简单说明其工作原理和单元电路原理图。DJK01 电源控制屏电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用；在控制屏正面的大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有 12 芯、10芯、4 芯、3 芯等插座，从这些插座提供有源挂件的电源；在控制屏两边设有单相三极 220V 电源插座及三相四极 380V 电源插座，此外还设有供实验台照明用
4、的 40W 日光灯。图 1-2 主控制屏面板图1、三相电网电压指示三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相的情况，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。2、定时器兼报警记录仪平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警和切断电源等功能，它还可以自动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。（具体操作方法详见DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置使用说明书）3、电源控制部分它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电路及励磁电源都有电压输出。
5、4、三相主电路输出三相主电路输出可提供三相交流200V/3A或240V/3A电源。输出的电压大小由“调速电源选择开关”控制，当开关置于“直流调速”侧时，A、B、C输出线电压为200V，可完成电力电子实验以及直流调速实验；当开关置于“交流调速”侧时，A、B、C输出线电压为240V，可完成交流电机调压调速及串级调速等实验。在A、B、C三相电源输出附近装有黄、绿、红发光二极管，用以指示输出电压。同时在主电源输出回路中还装有电流互感器，电流互感器可测定主电源输出电流的大小，供电流反馈和过流保护使用，面板上的TA1、TA2、TA3三处观测点用于观测三路电流互感器输出电压信号。35、励磁电源在按下启动按钮
6、后将励磁电源开关拨向“开”侧，则励磁电源输出为220V的直流电压，并有发光二极管指示输出是否正常，励磁电源由0.5A熔丝做短路保护，由于励磁电源的容量有限，仅为直流电机提供励磁电流，不能作为大容量的直流电源使用。6、面板仪表面板下部设置有300V 数字式直流电压表和5A 数字式直流电流表，精度为 0.5 级，能为可逆调速系统提供电压及电流指示；面板上部设置有 500V 真有效值交流电压表和 5A 真有效值交流电流表，精度为 0.5 级，供交流调速系统实验时使用。一、DJK02 挂件（三相变流桥路）该挂件装有 12 只晶闸管、直流电压和电流表等，其面板如图 1-3 所示。图 1-3 DJK02
7、面板图1、三相同步信号输出端同步信号是从电源控制屏内获得，屏内装有/Y 接法的三相同步变压器，和主电源输出保持同相，其输出相电压幅度为 15V 左右，供三相晶闸管触发电路(如 DJK02-1 等挂件)使用，从而产生移相触发脉冲；只要将本挂件的 12 芯插头与屏相连接，则输出相位一一对应的三相同步电压信号；信号接口的详细引脚情况详见附录相关内容。 2、正、反桥脉冲输入端从三相晶闸管触发电路(如 DJK02-1 等挂件)来的正、反桥触发脉冲分别通过输入接口，加到相应的晶闸管电路上；信号接口的详细情况详见附录相关内容。3、正、反桥钮子开关从正、反桥脉冲输入端来的触发脉冲信号通过“正、反桥钮子开关”接
8、至相应晶闸管的门极和阴极；面板上共设有十二个钮子开关，分为正、反桥两组，分别控制对应的晶闸管的触发脉冲；开关打到“通”侧，触发脉冲接到晶闸管的门极和阴极；开关打到“断”侧，触发脉冲被切断；通过关闭某几个钮子开关可以模拟晶闸管主电路失去触发脉冲的故障情况。4、正、反桥主电路正桥主电路和反桥主电路分别由六只 5A/1000V 晶闸管组成；其中由 VT1VT6 组成三相正桥元件（一 般 不 可 逆 、 可逆系 统 的 正 桥 使 用 正 桥 元 件 ） ； 由 VT1VT6组成三相反桥元件（可逆系统的反桥以及需单个或几个晶闸管的实验可使用反桥元件） ；所有这些晶闸管元件均配置有阻容吸收及快速熔断丝保
9、护，此外正桥主电路还设有压敏电阻，其内部已经接成三角形接法，起过压吸收。4注意：如果在DZSZ-1型上使用时，调节整流桥输入的相电压值不可超过200V，否则会造成整流桥处的压敏电阻损坏。5、电抗器实验主回路中所使用的平波电抗器装在电源控制屏内，其各引出端通过 12 芯的插座连接到 DJK02 面板的中间位置，有 3 档电感量可供选择，分别为 lOOmH、2O0mH、700mH（各档在 1A 电流下能保持线性），可根据实验需要选择合适的电感值。电抗器回路中串有 3A 熔丝保护，熔丝座装在控制屏内的电抗器旁。6、直流电压表及直流电流表面板上装有300V 的带镜面直流电压表、2A 的带镜面直流电流表
10、，均为中零式，精度为 1.0 级，为可逆调速系统提供电压及电流指示。二、DJK02-1挂件(三相晶闸管触发电路)该挂件装有三相晶闸管触发电路和正反桥功放电路等，面板图如图1-4所示。1、移相控制电压 Uct输入及偏移电压 Ub观测及调节Uct及U b用于控制触发电路的移相角；在一般的情况下，我们首先将U ct接地，调节U b，从而确定触发脉冲的初始位置；当初始触发角固定后，在以后的调节中只调节U ct的电压，这样能确保移相角始终不会大于初始位置，防止实验失败；如在逆变实验中初始移相角=150 o定下后，无论调节U ct，都能保证30 O，防止在实验过程中出现逆变颠覆的情况。2、触发脉冲指示在触
11、发脉冲指示处设有钮子开关用以控制触发电路，当开关拨到左边，绿色发光管亮，在触发脉冲观察孔处可观测到后沿固定、前沿可调的宽脉冲链；当开关拨到右边，红色发光管亮，触发电路产生双窄脉冲。图1-4 DJK02-1面板图3三相同步信号输入端通过专用的十芯扁平线将DJK02上的“三相同步信号输出端”与DJK02-1“三相同步信号输入端”连接，为其内部的触发电路提供同步信号；同步信号也可以从其他地方提供，但要注意同步信号的幅度和相序问题；信号接口的详细情况详见附录相关内容。4、锯齿波斜率调节与观测孔由外接的三相同步信号经KC04集成触发电路，产生三路锯齿波信号，调节相应的斜率调节电位器，可改变相应的锯齿波斜
12、率，三路锯齿波斜率在调节后应保证基本相同，使六路脉冲间隔基本保持一致，才能使主电路输出的整流波形整齐划一。5、控制电路5其触发线路原理如图1-5所示。在由原KC04、KC41和KC42三相集成触发电路的基础上，又增加了4066、4069芯片，可产生三相六路互差60的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使用。在面板上设有三相同步信号观测孔、两路触发脉冲观测孔。VT1VT6为单脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)或宽脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)；VT1VT6为双脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)或宽脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)。三相同步电压
13、信号从三路KC04的“8”脚输入，在其“4”脚相应形成线性增加的锯齿波，移相控制电压U ct和偏移电压U b经叠加后，从“9”脚输入。当触发脉冲选择的钮子开关拨到窄脉冲侧时，通过控制4066（电子开关），使得每个KC04从“1、15”脚输出相位相差180的单窄脉冲(可在上面的VT1VT6脉冲观测孔观测到)，窄脉冲经KC41（六路双脉冲形成器）后，得到六路双窄脉冲(可在下面的VT1VT6脉冲观测孔观测到)。将钮子开关拨到宽脉冲侧时，通过控制4066，使得KC04的“1、15”脚输出宽脉冲，同时将KC41的控制端“7”脚接高电平，使KC41停止工作，宽脉冲则通过4066的“3、9”两脚直接输出。4
14、069为反相器，它将部分控制信号反相，用以控制4066；KC42为调制信号发生器，对窄脉冲和宽脉冲进行高频调制。具体有关KC04、KC41、KC42的内部电路原理图，请查阅附录中的相关内容。6图1-5 触发电路原理图6、正、反桥功放电路正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图1-6所示；由晶闸管触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后由脉冲变压器T1输出。U lf即为DJKO2面板上的U lf ,该点接地才可使V3工作，脉冲变压器输出脉冲；正桥共有六路功放电路，其余的五路电路完全与这一路一致；反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是控制端不一样，将U lf改为U lr。7、正
15、桥控制端 Ulf及反桥控制端 Ulr这两个端子用于控制正反桥功放电路的工作与否，当端子与地短接，表示功放电路工作，触发电路产生的脉冲经功放电路最终输出；当端子悬空表示功放不工作；U lf端子控制正桥功放，U lr端子控制反桥功放。8、正、反桥脉冲输出端经功放电路放大的触发脉冲，通过专用的20芯扁平线将DJK02“正反桥脉冲输入端” 与DJK02-1上的“正反桥脉冲输出端”连接，为其晶闸管提供相应的触发脉冲；接口的详细情况详见附录相关内容。图1-6 功放电路原理图三、DJK03-1 挂件（晶闸管触发电路）晶闸管装置的正常工作与其触发电路的正确、可靠的运行密切相关，门极触发电路必须按主电路的要求来
16、设计，为了能可靠触发晶闸管应满足以下几点要求:(1)触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并保留足够的裕量。(2)为了实现变流电路输出的电压连续可调，触发脉冲的相位应能在一定的范围内连续可调。(3)触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步，两者频率应该相同，而且要有固定的相位关系，使每一周期都能在同样的相位上触发。(4)触发脉冲的波形要符合一定的要求。多数晶闸管电路要求触发脉冲的前沿要陡，以实现精确的导通控制。对于电感性负载，由于电感的存在，其回路中的电流不能突变，所以要求其触发脉冲要有一定的宽度，以确保主回路的电流在没有上升到晶闸管擎住电流之前，其门极与阴极始终有触发
17、脉冲存在，保证电路可靠工作。DJK03-1 挂件是晶闸管触发电路专用实验挂箱，面板如图 1-7 所示。其中有单结晶体管触发电路、正7弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路 I 和 II，单相交流调压触发电路以及西门子 TCA785 集成触发电路。图 1-7 DJK03-1 面板图1、单结晶体管触发电路利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和 RC 的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图 1-8 所示。图中 V6 为单结晶体管，其常用的型号有 BT33 和 BT35 两种，由等效电阻 V5 和 C1 组成组成 RC 充电回路，由 C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节
18、 RP1 即可改变 C1 充电回路中的等效电阻。图1-8 单结晶体管触发电路原理图8图 1-9 单结晶体管触发电路各点的电压波形(=90 0)工作原理简述如下：由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压U P时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器原边放电，脉冲变压器副边输出脉冲。同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压U v，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两端呈现锯
19、齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但只有输出的第一个触发脉冲对晶闸管的触发时刻起作用。充电时间常数由电容C1和等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。单结晶体管触发电路的各点波形如图1-9所示。电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。2、正弦波同步移相触发电路正弦波同步移相触发电路由同步移相、脉冲放大等环节组成，其原理如图1-10所示。9同步信号由同步变压器副边提供，三极管V1左边部分为同步移相环节，在V1的基极综合了同步信号电压U T、偏移电压U b及控
20、制电压U ct（RP1电位器调节U ct，RP2调节U b）。调节RP1及RP2均可改变V1三极管的翻转时刻，从而控制触发角的位置。脉冲形成整形环节是一分立元件的集基耦合单稳态脉冲电路，V2的集电极耦合到V3的基极，V3的集电极通过C4、RP3耦合到V2的基极。当V1未导通时，R6供给V2足够的基极电流使之饱和导通，V3截止。电源电压通过R9、T1、VD6、V2对C4充电至15V左右，极性为左负右正。图1-10 正弦波同步移相触发电路原理图当V1导通的时候，V1的集电极从高电位翻转为低电位，V2截止，V3导通，脉冲变压器输出脉冲。由于设置了C4、RP3阻容正反馈电路，使V3加速导通，提高输出脉
21、冲的前沿陡度。同时V3导通经正反馈耦合，V2的基极保持低电压，V2维持截止状态，电容通过RP3、V3放电到零，再反向充电，当V2的基极升到0.7V后，V2从截止变为导通，V3从导通变为截止。V2的基极电位上升0.7V的时间由其充放电时间常数所决定，改变RP3的阻值就改变了其时间常数，也就改变了输出脉冲的宽度。正弦波同步移相触发电路的各点电压波形如图1-11所示。电位器RP1、RP2、RP3均已安装在面板上，同步变压器副边已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。 10图1-11正弦波同步移相触发电路的各点电压波形(=0 0)3、锯齿波同步移相触发电路 I、II锯齿波同步移相触发电路 I、II
22、 由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如图 1-12 所示。图 1-12 锯齿波同步移相触发电路 I 原理图由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压U T来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R4、V3放电。调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。控制电压U ct、偏移电压U b和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3分别调节控制电压U ct和偏移电压U b的大小。V6、
23、V7构成脉冲形成放大环节，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲，电路的各点电压波形如图1-13所示。本装置有两路锯齿波同步移相触发电路，I和II，在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路II输出的触发脉冲相位与I恰好互差180 O，供单相整流及逆变实验用。电位器RP1、RP2、RP3均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。11图 1-13 锯齿波同步移相触发电路 I 各点电压波形(=90 0)4、单相交流调压触发电路单相交流调压触发电路采用 KCO5 集成晶闸管移相触发器（KCO5 的电路内部原理图见附录）。该集成触发器适用于触发双
24、向晶闸管或两个反向并联晶闸管组成的交流调压电路，具有失交保护、输出电流大等优点，是交流调压的理想触发电路。单相交流调压触发电路原理图 1-14 所示。图1-14 单相交流调压触发电路原理图同步电压由KC05的15、16脚输入，在TP2点可以观测到锯齿波，RP1电位器调节锯齿波的斜率，RP2电位器调节移相角度，触发脉冲从第9脚，经脉冲变压器输出。电位器RP1、RP2均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。5、西门子TCA785触发电路教科书上讲述的晶闸管集成触发电路，如KC04、KC05等，在目前工业现场很少使用了。工业现场正在使用的新型晶闸管集成触
25、发电路，主要有西门子TCA785，与KC04等相比它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，移相范围更宽；同时它输出脉冲的宽度可人为自由调节。西门子TCA785外围电路如图1-15所示。12图1-15 Tca785锯齿波移相触发电路原理图锯齿波斜率由电位器RP1调节，RP2电位器调节晶闸管的触发角。电位器RP1、RP2已安装在挂箱的面板上，所有的测试信号都在面板上引出。6.外接220V输入端该挂件的电源及同步信号都是由+ zzX外接220V输入端提供的，注意的是输入的电压范围为220V10%，如超过此范围会造成设备严重损坏。四、DJK04挂件（电机调速控制实验I）该挂件主要完成电机调速实验
26、，如单闭环直流调速实验、双闭环直流调速实验。同时和其它挂件配合可增加实验项目，如与DJK04-1配合使用可完成逻辑无环流可逆直流调速实验，与DJK18配合使用就可以完成三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验。DJK04的面板图如下：图1-16 DJK04面板图1、电流反馈与过流保护(FBC+FA)本单元主要功能是检测主电源输出的电流反馈信号，并且当主电源输出电流超过某一设定值时发出过流信号切断控制屏输出主电源。其原理如图 1-17 所示。TA1、TA2、TA3 为电流互感器的输出端，它的电压高低反映三相主电路输出的电流大小，面板上的三个圆孔均为观测孔，只要将 DJK04 挂件的十芯电源线与电
27、源控制屏的相应插座连接(不需再外部进行接线)，TA1、TA2、TA3 就与屏内的电流互感器输出端相连，打开挂件电源开关后，过流保护就处于工作状态。(1)电流反馈与过流保护单元的输入端TA1、TA2、TA3，来自电流互感器的输出端，反映负载电流大小的电压信号经三相桥式整流电路整流后加至RP1、RP2、及R1、R2、VD7组成的3条支路上，其中:R2与VD7并联后再与R1串联，在VD7的阳极取零电流检测信号从“1”端输出，供零电平检测用。当电流反馈的电压比较低的时候，“1”端的输出由R1、R2分压所得，VD7处于截止状态。当电流反馈的电压升高的时候，“1”端的输出也随着升高，当输出电压接近0.6V
28、左右时，VD7导通，使“1”端输出始终钳位在0.6V左右。将RP1的滑动抽头端输出作为电流反馈信号，从“2”端输出，电流反馈系数由RP1进行调节。RP2 的滑动触头与过流保护电路相连，调节 RP2 可调节过流动作电流的大小。13图 1-17 电流反馈与过流保护原理图(2)当电路开始工作时，由于V2的基极有电容C2的存在，V3必定比V2要先导通，V3的集电极低电位，V4截止，同时通过R4、VD8将V2基极电位拉低，保证V2一直处于截止状态。(3)当主电路电流超过某一数值后，RP2上取得的过流电压信号超过稳压管V1的稳压值，击穿稳压管，使三极管V2导通，从而V3截止，V4导通使继电器K动作，控制屏
29、内的主继电器掉电，切断主电源，挂件面板上的声光报警器发出告警信号，提醒操作者实验装置已过流跳闸。调节RP2的抽头的位置，可得到不同的电流报警值。(4)过流的同时，V3由导通变为截止，在集电极产生一个高电平信号从“3”端输出，作为推信号供电流调节器（调节器II）使用。(5)当过流动作后，电源通过SB、R4、VD8及C2维持V2导通，V3截止、V4导通、继电器保持吸合，持续告警。SB为解除过流记忆的复位按钮，当过流故障排除后，则须按下SB以解除记忆，告警电路才能恢复。当按下SB按纽后，V2基极失电进入截止状态，V3导通、V4截止，电路恢复正常。元件RP1、RP2、SB均安装在该挂箱的面板上，方便操
30、作。2、给定(G)给定的原理图如下图所示。图 1-18 电压给定原理图电压给定由两个电位器RP1、RP2及两个钮子开关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RP1、RP2来调节，其输出电压范围为0士l5V，S2为输出控制开关，打到“运行”侧，允许电压输出，打到“停止”侧，则输出恒为零。按以下步骤拨动S1、S2，可获得以下信号：(1)将S2打到“运行”侧，S1打到“正给定”侧，调节RP1使给定输出一定的正电压，拨动S2到“停止”侧，此时可获得从正电压突跳到0V的阶跃信号，再拨动S2到“运行”侧，此时可获得从0V突跳到正电压的阶跃信号。(2)将S2打到“运行”侧，S
31、1打到“负给定”侧，调节RP2使给定输出一定的负电压，拨动S2到“停止”侧，此时可获得从负电压突跳到0V的阶跃信号，再拨动S2到“运行”侧，此时可获得从0V突跳到负电压的阶跃信号。(3)将S2打到“运行”侧，拨动S1，分别调节RP1和RP2使输出一定的正负电压，当S1从“正给定”侧打到“负给定”侧，得到从正电压到负电压的跳变。当S1从“负给定”侧打到“正给定”侧，得到从负电压到正电压的跳变。元件RP1、RP2、S1及S2均安装在挂件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流数字电压表指示输出电压值。注意：不允许长时间将输出端接地，特别是输出电压比较高的时候，可能会将RP1、RP2损坏。3、转速
32、变换(FBS)转速变换用于有转速反馈的调速系统中，反映转速变化并把与转速成正比的电压信号变换成适用于控制单元的电压信号。图 1-19 为其原理图：14图 1-19 转速变换原理图使用时，将 DD03-3(或 DD03-2 等)导轨上的电压输出端接至转速变换的输入端“1”和“2” 。输入电压经 R1 和 RP1 分压，调节电位器 RP1 可改变转速反馈系数。4、调节器 I调节器 I 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 I 由运算放大器、输入与反馈环节及二极管限幅环节组成。其原理如图 1-20 所示。在图1-20中“1、2、3”端为
33、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RP1、RP2组成正负限幅可调的限幅电路。由C1、R3组成微分反馈校正环节，有助于抑制振荡，减少超调。R7、C5组成速度环串联校正环节，其电阻、电容均从DJK08挂件上获得。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。RP3为调零电位器。电位器 RP1、RP2、RP3 均安装面板上。电阻 R7、电容 C1 和电容 C5 两端在面板上装有接线柱，可根据需要外接电阻及电容，一般在自动控制系统实验中作为速度调节器使用。图 1-20 调节器 I 原理图5、反号器(AR)反号器由运算
34、放大器及相关电阻组成，用于调速系统中信号需要倒相的场合，如图1-21。15图 1-21 反号器原理图反号器的输入信号U 1由运算放大器的反相输入端输入，故输出电压U 2为：U2 = -（RP1+R3）/R1U 1调节电位器RP1的滑动触点，改变RP1的阻值，使RP1+R3=R1，则U2 = -U1输入与输出成倒相关系。电位器 RP1 装在面板上，调零电位器 RP2 装在内部线路板上（在出厂前我们已经将运放调零，用户不需调零）。6、调节器 II调节器 II 由运算放大器、限幅电路、互补输出、输入阻抗网络及反馈阻抗网络等环节组成，工作原理基本上与调节器 I 相同，其原理图如图 1-22 所示。调节
35、器 II 也可当作调节器 I 使用。元件RP1、RP2、RP3 均装在面板上，电容 C1、电容 C7 和电阻 R13 的数值可根据需要，由外接电阻、电容来改变，一般在自动控制系统实验中作为电流调节器使用。调节器 II 与调节器 I 相比，增加了几个输入端，其中“3”端接推 信号，当主电路输出过流时，电流反馈与过流保护的“3”端输出一个推 信号（高电平）信号，击穿稳压管，正电压信号输入运放的反向输入端，使调节器的输出电压下降，使 角向 180 度方向移动，使晶闸管从整流区移至逆变区，降低输出电压，保护主电路。“5、7”端接逻辑控制器的相应输出端，当有高电平输入时，击穿稳压管，三极管 V4、V5
36、导通，将相应的输入信号对地短接。在逻辑无环流实验中“4、6”端同为输入端，其输入的值正好相反，如果两路输入都有效的话，两个值正好抵消为零，这时就需要通过“5、7”端的电压输入来控制。在同一时刻，只有一路信号输入起作用，另一路信号接地不起作用。图 1-22 调节器 II 原理图7、电压隔离器（TVD）电压隔离器的目的是为电压环提供电压反馈信号，在本实验装置中采用 WB121 电压传感器，它利用线性光耦隔离，对输入的直流电压进行实时测量，并转变为适当的电压值输出，通过调节电位器 RP1，可得到所需的电压反馈系数。WB121 的主要技术指标如下：输入电压范围：0300V输出电压范围：010V16测量
37、精度：0.2 级输出负载能力：5mA(DC)图 1-23 电压隔离器五、DJK04-1 挂件（电机调速控制实验 II）该挂件和 DJK04 配合可完成逻辑无环流可逆直流调速系统实验，DJK04-1 面板如图 1-24 所示：图 1-24 DJK04-1 面板图1、转矩极性鉴别(DPT)转矩极性鉴别为一电平检测器，用于检测控制系统中转矩极性的变化。它是一个由比较器组成的模数转换器，可将控制系统中连续变化的电平信号转换成逻辑运算所需的“0”、“1”电平信号。其原理图如图1-25所示。转矩极性鉴别器的输入输出特性如图1-27a所示，具有继电特性。调节运放同相输入端电位器RP1可以改变继电特性相对于零
38、点的位置。继电特性的回环宽度为:Uk = Usr2一U sr1 = K1(Uscm2一U scm1)式中，K1为正反馈系数，K1越大，则正反馈越强，回环宽度就越小；U sr2和U sr1分别为输出由正翻转到负及由负翻转到正所需的最小输入电压； U scm1和U scm2分别为反向和正向输出电压。逻辑控制系统中的电平检测环宽一般取0.20.6V，环宽大时能提高系统抗干扰能力，但环太宽时会使系统动作迟钝。图1-25转矩极性鉴别原理图 图1-26零电平检测器原理172、零电平检测(DPZ)零电平检测器也是一个电平检测器，其工作原理与转矩极性鉴别器相同，在控制系统中进行零电流检测，当输出主电路的电流接
39、近零时，电平检测器检测到电流反馈的电压值也接近零，输出高电平。其原理图和输入输出特性分别如图 1-26 和图 1-27b 所示。(a)转矩极性检测 (b)零电平检测图 1-27 转矩极性鉴别及零电平检测输入输出特性3、逻辑控制(DLC)逻辑控制用于逻辑无环流可逆直流调速系统，其作用是对转矩极性和主回路零电平信号进行逻辑运算，切换加于正桥或反桥晶闸管整流装置上的触发脉冲，以实现系统的无环流运行。其原理图如图 1-28 所示。其主要由逻辑判断电路、延时电路、逻辑保护电路、推电路和功放电路等环节组成。图1-28 逻辑控制器原理图(1)逻辑判断环节逻辑判断环节的任务是根据转矩极性鉴别和零电平检测的输出
40、U M和U I状态，正确地判断晶闸管的触发脉冲是否需要进行切换(由U M是否变换状态决定)及切换条件是否具备(由U I 是否从“0”变“1”决定)。即当U M变号后，零电平检测到主电路电流过零(U I =“1”)时，逻辑判断电路立即翻转，同时应保证在任何时刻逻辑判断电路的输出U Z和U F状态必须相反。(2)延时环节要使正、反两组整流装置安全、可靠地切换工作，必须在逻辑无环流系统中的逻辑判断电路发出切换指令U Z或U F 后，经关断等待时间t 1（约3ms）和触发等待时间t 2(约lOms)之后才能执行切换指令，故设置相应的延时电路，延时电路中的VD1、VD2、C1、C2起t 1的延时作用，V
41、D3、VD4、C3、C4起t 2的延时作用。18(3)逻辑保护环节逻辑保护环节也称为“多一”保护环节。当逻辑电路发生故障时，U Z、U F的输出同时为“1”状态，逻辑控制器的两个输出端U lf和U lr全为“0”状态，造成两组整流装置同时开放，引起短路和环流事故。加入逻辑保护环节后。当U Z、U F全为“1”状态时，使逻辑保护环节输出A点电位变为“0”，使U lf和U lr 都为高电平，两组触发脉冲同时封锁，避免产生短路和环流事故。(4)推环节在正、反桥切换时，逻辑控制器中的G8输出“1”状态信号，将此信号送入调节器II的输入端作为脉冲后移推信号，从而可避免切换时电流的冲击。(5)功放电路由于
42、与非门输出功率有限，为了可靠的推动U lf、U lr,故增加了V3、V4组成的功率放大级。五、DJK05 挂件（直流斩波电路）DJK05 挂件为直流斩波电路挂箱，分为斩波器主电路和斩波器触发电路两大部分。面板图如图 1-29所示。图 1-29 DJK05 面板图1、斩波器触发电路斩波器触发电路由三部分组成，图1-30为斩波器触发电路的原理图。第一部分为由幅值比较电路U1和积分电路U2组成一个频率和幅值均可调的锯齿波发生器。电位器RP1用来调节锯齿波的上下位置，电位器RP2用来调节锯齿波的频率（频率从100到700Hz可调）。由于晶闸管的开关速度及LC振荡频率所限，所以在斩波实验中我们一般选用2
43、00Hz这一频率。第二部分是比较器部分。比较器 U3 输入的一路是锯齿波信号，另一路是给定的电平信号，输出为前沿固定后沿可调的方波信号。改变输入的电平信号的值，则相应改变了输出方波的占空比。19图1-30 斩波器触发电路原理图第三部分是比较器产生的方波送到4098双单稳电路U4，单稳电路则在方波的前沿和后沿分别产生两个脉冲，如图1-31所示，其后沿脉冲随方波的宽度变化而移动，前沿脉冲相位则保持不变，输出的脉冲经三极管放大通过脉冲变压器输出。将上述两脉冲分别送至主晶闸管及辅助晶闸管，其中方波前沿产生的触发脉冲G1、K1接主晶闸管VT1，而后沿产生的触发脉冲G2、K2接辅助晶闸管VT2。a）409
44、8 单稳电路输入波形 b）主晶闸管触发电路 c）辅助晶闸管触发电路图1-31 斩波器触发电路输出主、辅脉冲相位关系2、斩波器主电路主电路如图1-32所示。其中VT1为主晶闸管，VT2为辅助晶闸管，当主脉冲到来的时候，VT1导通，电源电压就通过该晶闸管加在负载上，由VT2控制输出电压的脉宽。C和L1构成换流振荡电路,它们与VD2、VD1、L2组成VT1的换流关断电路。接通电源时，C经VD1、负载充电至+U d0，VT1导通，电源加到负载上，当辅助脉冲到来时，VT2导通，C和L1产生串联振荡，C上的电压由+ Ud0变为-U d0，C经VD1和VT1反向放电，使流过VT1的电流降到零，迫使VT1关断
45、。VD3为续流二极管，为反电势负载提供放电回路。图 1-32 斩波器主电路六、DJKO6挂件(给定及实验器件)20该挂件由给定、负载及+24V直流电源等组成。面板示意图如图1-33所示。1、负载灯泡作为电力电子实验中的电阻性负载。2、给定 作为新器件特性实验中的给定电平触发信号，或提供DJK02-1等挂件的移相控制电压。输出电压范围-15V0V+15V。原理图详见图1-18。3、二极管提供四个二极管可作为普通的整流二极管，也可用做为晶闸管实验带电感性负载时所需续流二极管。在回路中有一个钮子开关对其进行通断控制。注意由于该二极管工作频率不高，故不能将此二极管当快速恢复二极管使用，规格为：耐压80
46、0V，最大电流3A。4、压敏电阻三个压敏电阻（规格为：3kA/510V）用于三相反桥主电路(逻辑无环流直流调速系统)的电源输入端，作为过电压保护，内部已连成三角形接法。注意如果在DZSZ-1型上使用时，调节整流桥输入的电压时不可输入线电压350V的交流电压，否则会造成压敏电阻损坏。图1-33 DJK06面板图七、DJK07挂件（新器件特性实验）该挂件装有SCR(单向晶闸管)、MOSFET(功率场效应晶体管)、IGBT(绝缘双极性晶体管)、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(大功率晶体管) 五种功率器件。与DJK06等挂件配合使用，可完成SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR的特性实验，
47、测定新器件的特性曲线；与DJK12等挂件配合使用，可完成MOSFET、IGBT、GTO、GTR的驱动及保护实验。面板图如1-34所示：21图1-34 DJK07面板图八、DJK08挂件（可调电阻、电容箱）DJKO8挂件作为电机调速控制中电流、速度调节器的外接电阻、电容。共有2组可调电阻、3组可调电容。其中2组电阻值可以在0999k范围内调节，额定功率为2W；2组电容可在0.1uF8.37uF范围可调，剩余1组电容在0.1uF11.37uF范围可调，其耐压值为63V（注意：使用时外加的电压信号值不能超过此值）。可调电容箱处装有钮子开关和琴键开关，四个钮子开关为一路，共有三路，分别控制各自的电容输
48、出端，将开关拨至“接入”位置表示已将钮子开关所标的电容值接入，拨向“断开”位置，则表示将该电容断开。钮子开关上部有一组琴键，每组琴键开关分别控制其下面三路电容的接入，按下琴键开关的任意键，则表示已将该键所标的电容值接入下面三路电容输出端。图1-35 DJK08面板图 图1-36 DJK09面板图九、DJK09挂件(单相调压与可调负载)该挂件由可调电阻、整流与滤波、单相自耦调压器组成，面板如图1-36所示。可调电阻由两个同轴90/1.3A瓷盘电阻构成，通过旋转手柄调节电阻值的大小，单个电阻回路中有1.5A熔丝保护。整流与滤波的作用是将交流电源通过二极管整流输出直流电源，供实验中直流电源使用，交流
49、输入侧输入最大电压为250V,有2A熔丝保护。单相自耦调压器额定输入交流220V，输出0250V可调电压。22十、DJK10 挂件(变压器实验)该挂件由三相心式变压器以及三相不控整流桥组成。面板图如图1-37。1、三相心式变压器在绕线式异步电机串级调速系统中作为逆变变压器使用，在三相桥式、单相桥式有源逆变电路实验中也要使用该挂箱。该变压器有2套副边绕组，原、副边绕组的相电压为127V/63.5V/31.8V。(如果Y/Y/Y接法，则线电压为220V/110V/55V)2、三相不控整流桥由六只二极管组成桥式整流，最大电流3A。可用于三相桥式、单相桥式有源逆变电路及直流斩波原理等实验中的高压直流电源。图1-37 DJK10面板图十一、DJK12 挂件（功率器件驱动电路实验箱）DJKl2挂件是功率器件驱动与保护电路实验箱，其中包括GTO、GTR、MOSFET、IGBT四种自关断器件的驱动和保护电路，可拖动直流电机进行调压调速实验。挂件由以下几部分组成：PWM信号发生电路(PWM)、GTO驱动与保护电路(GTO)、GTR驱动与保护电路(GTR)、MOSFET驱动与保护电路(MOSFET)、IGBT驱动与保护电路(
