1、实 验 报 告课程名称 专业班级 姓 名 学 号 电气与信息学院和谐 勤奋 求是 创新实验教学考核和成绩评定办法1 课内实验考核成绩，严格按照该课程教学大纲中明确规定的比重执行。实验成绩不合格者，不能参加课程考试，待补做合格后方能参加考试。2 单独设立的实验课考核按百分制评分，考核内容应包括基本理论、实验原理和实验。3 实验考核内容包括：1）实验预习；2）实验过程（包括实验操作、实验记录和实验态度、表现） ；3）实验报告；权重分别为 0.2 、0.4 、 0.4；原则上根据上述三个方面进行综合评定。学生未取得 1）和 2）项成绩时，第 3）项成绩无效。4 实验指导教师应严格按照考核内容分项给出
2、评定成绩，并及时批改实验报告，给出综合成绩，反馈实验中出现的问题。实验成绩在教师手册中有记载。实验报告主要内容一 实验目的 二 实验仪器及设备三 实验原理四 实验步骤五 实验记录及原始记录六 数据处理及结论七 实验体会（可选项）注：1. 为了节省纸张，保护环境，便于保管实验报告，统一采用 A4 纸，实验报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写,右侧装订。2. 实验类别指验证、演示、综合、设计、创新（研究） 、操作六种类型实验。3. 验证性实验：是指为了使学生巩固课程基本理论知识而开设的强调演示和证明，注重实验结果（事实、概念或理论）的实验。4. 综合性实验：是指实验内容涉及本课程的综合知识
3、或本课程相关的课程知识的实验。5. 设计性实验：是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。实验题目 直流电动机双闭环调速系统实验室 实验时间 年 月 日 实验类别 验证 同组人数成 绩 指导教师签字：一、实验目的1、理解双闭环直流调速系统的结构特点、工作原理和保护环节的作用；2、掌握双闭环直流调速系统各单元的联接；3、学会双闭环直流调速系统的调试、性能分析和故障排除。二、实验电路和工作原理1、主电路见图 1。2、整流变压器及同步变压器电路见图 2。3、S3B 三相集成触发电路见图 3。4、电流调节器和速度调节器见图 4。图 1UCBAUC1BTS(Yy10)AA
4、CBA USBACDy1( /-)Yy10(/-)cbaabc图 2图 3图 4 图中运放器 U1B 构成的电路为电流调节器，它是在比例积分调节器的基础上，增加了一个510K 的反馈电阻，有利电流环的稳定。它输出电压的极性为正，8.2V 稳压管为正向限幅。3.3K 电位器整定增益，470 电阻为防止增益过大。 图中运放器 U1A 构成的电路为速度调节器，它是比例积分调节器与惯性调节器的综合，也是为了增加缓冲作用和速度环的稳定。它输出电压的极性为负，8.2V 稳压管为反向限幅，其给定电压为 08V。在运放器输入端还设置了一个由-12V 电压、2M 和 5.1K 电阻组成的分压电路，提供一个-0.
5、03V 负偏置电压，以防止干扰信号引起误动动作。 图中运放器 U1C 为反相器（输出电压极性为负） ，它与 8.2V 稳压管，2K 电阻及+12V 电源为触发电路提供 08.2V 的给定电压。 图中 I1、I2 和 I3 为三相电流互感器的输出，它们经三相桥式整流后，成为电流反馈的直流信号。68 电位器整定电流信号电压，使电枢电流 Id=1.0A 时，U I= 0.15V（75mv） 。此信号经阻容滤波后，送往运放器 U2A 的输入端，U2A 为一惯性调节器，它输出的电流信号的极性为正，与速度调节器输出的负极性电压比较，构成负反馈，送往电流调节器。 与此同时，由惯性调节器输出的电流信号，还送往
6、由运放器 U2B 构成的比较器的（+）端，去与由+12V 电源、15K 及 RP8 电阻构成的基准电压（比较器的（-）端）去进行比较。 （此基准电压代表截至电流的数值） 。当电流信号大于基准电压（意味着电流超过了截至电流）时，则比较器立即输出饱和电压（+11V） （正极性） ，送往电流调节器输入端，导致电流调节器使电流迅速下降，从而起到电流截至保护作用（作用时间仅为 10ms） ， （否则为 100 ms） 。而且U2B 还有自锁作用（由二极管及 2K 电阻构成的正反馈） 。若不断开电源，排除故障，系统不会工作。由上述分析可见，由 U2A 构成的为电流负反馈环节，起限流作用；而由 U2B 构成
7、的为电流截止负反馈环节，起过电流保护作用。 双闭环直流调速系统的示意图如图 5 所示。 UiTGMASRRP1电 流 环速 度 环 n(转 速 )整 流电 路ACR UncT-+s-+给 定 给 定 电位 器 sf= Idf=a速 度 调节 器 电 流 互 感 器整 流 电 路电 流 调节 器 测 速 发 电 机触 发电 路 电 动 机Ud图 5 转速双闭环直流调速系统框图由图可见，速度和电流双闭环调速系统是由速度调节器 ASR 和电流调节器 ACR 串接后分成两级去进行控制的，即由 ASR 去“驱动”ACR，再由 ACR 去“驱动”触发器。电流环为内环，速度环为外环。ASR 和 ACR 在调
8、节过程中起着各自不同的作用：A、电流调节器 ACR 的作用：稳定电流，使电流保持在 IdUsim 的数值上。从而： 依靠 ACR 的调节作用，可限制最大电流，IdUsim，式中 为电流反馈系数，Usim 为电流调节器给定电压的最大值，调节 RP4,即可调节 Usim 的大小。亦即调节最大电流 Idm 的数值。 当电网波动时，ACR 维持电流不变的特性，使电网电压的波动，几乎不对转速产生影响。B、速度调节器 ASR 的作用：稳定转速，使转速保持在 n Usn a 的数值上。式中 Usn为转速调节器的给定电压，a 为转速反馈系数，因此在负载变化（或参数变化或各环节产生扰动）而使转速出现偏差时，则靠
9、 ASR 的调节作用来消除速度偏差，保持转速恒定。式中Usn 为速度调节器的给定电压，调节 RP1，即可调节 Usn 的大小，亦即调节转速的大小；a 为转速反馈系数，整定 RP6，即可整定 a 的数值，整定 a 是为了整定 Usn 为最大时的转速（通常为额定转速） 。三、实验设备1、高自 GDKS-4 型（或 5 型）实验装置单元（10）+（11）+（14）+（15）+（16）2、直流电机机组3、可变电阻器（200、2A）4、双踪示波器5、万用表四、实验内容与实验步骤1、 对双闭环直流调速系统进行调试时，要列出调试大纲，调试的顺序大致是：先单元，后系统；先控制回路，后主电路；先检验保护环节，后
10、投入运行；通电调试时，先电阻负载，后电机负载；先调内环（电流环） ，后调外环（速度环） ；对 PI 调节器，一般先将反馈电容短接，或与反馈 RC 并高值电阻 200K 2M（此系统已并联高值电阻） 。调试时，加给定电压，要从低到高，逐步加大，开始时，可先加 13 额定值（此处为 3V 左右） ；要从空载轻载额定负载，逐步增大） 。2、 这里采取先实验（七） ，后实验（八） ，基本上体现了上述原则，因此本实验是在电力电子实验（七）的基础上进行的，所以要首先完成实验（七）的全部接线和实验内容。在此基础上：再切断供电电源。加入电流调节器与速度调节器（单元 10） ；以单元 10 的输出电压 UC，取
11、代原先的给定电源；对单元 10，加上12V 电压及公共线，在给定电压处，接入 RP1 输出的 US电压。在 I1、I2 和 I3 处接入电流反馈信号；在 Ufn 接入由直流机组输出的转速负反馈信号Un注意其极性，应将（-）端接 Ufn， （+）端接地；从而完成单元（10）的联线，并接上12V 电源。3、 电流环的调试与整定。由于电流负反馈与电流截止负反馈会相互作用，所以要分别加以整定。事实上，只有当前者失效后，后者才起作用；所以，还是先调电流负反馈环节，调好后折去，再调电流截止负反馈。待两个分别都调试好以后，再同时接上去。下面分别介绍如下： 先以 200（2A）的变阻器（R）作负载，并置滑动触
12、点于电阻为最大值，串入电流表（2A 档）（单元 7） ，然后接在主电路输出端。 转速负反馈电压 Ufn 暂不接入。调节 RP1，使给定输入一个很小的电压（1.5V 左右） ，使速度调节器（U1A1*）输出为负限幅值（-8.2V 左右） 。 电流负反馈环节整定。调节 RP4输出（-2.6V）左右。调节负载电阻 RI d=1.2IN=1.2A（取 IN=1.0A）调节 RP6U I100mv。 （U I为 RP6 两端电压）调节 RP7U fi2.5V.( U fi为 U2A 输出)将 Ufi接入 U1B 输入端，再适当整定 RP4 与 RP7，使 Id保持 1.2A。在上述过程中，可同时调节负载
13、电阻，使 Id=1.2IN=1.2A 保持不变。 （整定毕） 电流截止负反馈环节的整定。保持 RP4 与 RP7 位置不变。在 U1B输入端折去 Ufi信号。调节负载电阻 RI d=1.5IN=1.51.0A1.5A。测量 U2A 输出，此时 Ufi约为 4.0V 左右。调节 RP8使分压处电位 U0U fi（ U0Ufi） 。 （U0 为电位器 RP8 上端电位）将 U0 接入 U2B 反相输入端 51 K 电阻处。将 Ufi 接入在 U2B 正相输入端 2K 处。调节 RP8使 U2B 处于翻转边缘（翻转时，输出由 0V+11V） 。将 U2B 输出接入 U1B 输入端，控制电路应截止。
14、（整定毕）4、速度环的调试与整定。 将直流电动机电枢串 100 变阻器（作启动电阻） ，串接在直流稳压电源上， （开机前，使电压为最小，以防启动时冲击电流过大） ，然后逐步加大电压（由 0V90V） ，使电动机转速达到额定转速（1000Vmin） 。 将测速发电机输出 Un（12V 左右）接到图 8-1 的接线端（注意极性） ，调节 RP2，使分压后的输出 Ufn=7.5V 左右。至此测速反馈环节整定完毕。 将直流电动机取代变阻器作主电路负载（机组光电测速装置接 220V 交流电源，涡流装置电源接单相调压器） 。 先将 RP1 调至最低（OV） ，再一次检查各单元之间的联线有无差错，若正确无误
15、，且接线牢靠，则接通电源。 调试时，先调电流环。即先以 Us 代替速度调节器输出（此时速度调节器不接入） 。调节 Us，使电动机加速，并稳定运行。若有振荡，则可减少电流调节器增益（调节 RP5）或调节电流反馈信号的大小（调节 RP7） ，使 UfI与电流调节器的给定信号（由 RP4 调节）相匹配。 待电流环整定后，再接入速度调节器。给定电压 Us 在 0V8V 之间可调，观察系统运行是否正常，有无振荡，转速能否调节。电压、电流波形是否正常。若接入速度调节器后，出现振荡，则可适当减少速度调节器增益（调节 RP3） ，或调节转速反馈信号的大小（调节 RP2） ，使 Ufn与 Us 相匹配。 若系统
16、运行正常，电动机的电压、电流波形见图 6。idUd图 65、机械特性测定 电机在一定的电压下（如 Ud=90V） ，先通过涡流制动装置（调节交流调压器，电压由0100V）加载，然后再适当增加机械制动力。使电机电流分别为空载，0.3A,0.5A,0.7A，0.9A 和 1.1A，同时记录下对应的电机转速。Ud90V电机电流 Id(A) 空载 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1电机转速 n(rmin) 调节 RP1，使电机电压分别为 Ud70V，U d50V，重复上述实验，并记录下有关数据。6、记录下，U d90V、U d=70V 及 Ud50V 时，不同负载时的电压与电流波形。五、实验注意事
17、项1、实验（七）所列的注意事项；2、对指导书中的叙述仔细阅读，认真领会，写好调试大纲与实验步骤；3、要逐步调试，发现问题，要结合所学理论知识，进行研究与探讨，加以解决。问题解决前，不要急于去做完实验。因为调试过程的故障分析与排除，能有效地提高分析能力与实践能力。六、实验报告1、记录下将系统调试至正常运行状态的主要步骤与调试过程。a、 如何整定电流环。b、如何整定速度环。2、电动机在空载和额定负载时的电压波形与电流波形（设 Ud90V、U d50V 两种状况） 。3、在 Ud90V、U d=70V 及 Ud50V 时，直流调速系统的机械特性。4、在空载时，对应不同电压时的转速曲线 n=f（Ud）
