1、电机控制实验指导书广东工业大学 信息工程学院2013.1I实验安全操作规程为了顺利完成电力电子技术及电机控制实验，确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：(1)在实验过程时，绝对不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。(2)为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行。(3)为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。(4)如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实验。(5)在实验中应注意所接仪表的最
2、大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪表、电源或负载。(6)电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号是经我们反复实验选定的，不得私自改变其规格和型号，否则可能会引起不可预料的后果。(7)在完成电流、转速闭环实验前一定要确保反馈极性是否正确，应构成负反馈，避免出现正反馈，造成过流。(8)除作阶跃起动试验外，系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。(9)在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。在完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源。II目 录实验安全操作规程 I目 录 .II实验一 晶闸管直流调速系统参数
3、和环节特性的测定实验 1实验二 晶闸管直流调速系统主要单元的调试 6实验三 单闭环不可逆直流调速系统实验 9实验四 双闭环不可逆直流调速系统实验 16实验五 逻辑无环流可逆直流调速系统实验 21实验六 双闭环三相异步电机调压调速系统实验 28实验七 双闭环三相异步电机串级调速系统实验 331实验一 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、实验所需挂件及附件序号 型 号 备 注1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 3 D
4、JK02-1 三相晶闸管触发电路 该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放” 等几个模块。4 DJK04 电机调速控制实验 I 该挂件包含“给定” ， “电流调节器 ”， “速度变换”， “电流反馈与过流保护”等几个模块。5 DJK10 变压器实验 该挂件包含“三相不控整流” 和“ 心式变压器”等模块。6 DD03-3 电机导轨光码盘测速系统及数显转速表7 DJ13-1 直流发电机8 DJ15 直流并励电动机9 D42 三相可调电阻10 数字存储示波器 自备11 万用表 自备三、实验线路及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
5、置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，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(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GD 2 。(4) 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d。(5) 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)。
6、(8) 测定测速发电机特性 UTG=f(n)。五、预习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。2图 1-1 实验系统原理图六、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、总电感 L 以及系统的电磁时间常数 Td 与机电时间常数 TM，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 (1-1)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
7、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1-2 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。合上S 1、S 2，调节给定使输出直流电压 Ud在30%U ed70%U ed范围内，然后调整R 2使电枢电流在80%I ed90%I ed范围内，读取电流表A和电压表V 2的数值为I 1、U 1，则此时整流装置的理想空载电压为Udo=I1R+U1 （1-2）调节R 1使之与R 2的电阻值相近，拉开开关S 2，在U d的条件下读取电流表、电压表的数值I 2、U 2，则 UdoI 2R十U 2 (1-3)求
8、解(5-2) 、(5-3)两式，可得电枢回路总电阻 :R（U 2-U1）/（I 1-I2） (1-4)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) (1-5)则电机的电枢电阻为Ra=R-(RL十R n)。 (1-6)同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻R L。3IUZL/)2/(2fRaadLL图 1-2 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 LL a+Ld (1-7)电感的数值可用交流伏安法测
9、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1-3 所示。 图1-3 测量电枢回路电感的实验线路图实验时交流电压由DJK01电源输出，接DJK10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，计算公式如下: (1-8) (1-9)(1-10)(1-11)(3)直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD 2 的测定电力拖动系统的运动方程式为T-Tz=(GD2/375)dn/dt (1-12)式中，T为电动机的电磁转矩，单位为Nm；T z为负载转矩，
10、空载时即为空载转矩T k，单位为Nm ，n为电机转速，单位为 rpm。电机空载自由停车时，T=0， Tz=Tk，则运动方程式为:(1-13)从而有adtnGDK/)375/(24(1-14)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:(1-15)(1-16)dn/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1-4 图1-4 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T k和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以以转速
11、n为基准选择若干个点，测出相应的T k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T d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:其电流变化曲线如图1-5所示。当 t=Td时，有实验线路如图1-6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拨到接地位置，然后拨动给定S 2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 ）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63
12、.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C e和转矩常数C M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: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 图1-5 电流上升曲线 图1-6 测定T d的实验线路图dtnTGD/375Pa/.9RIUa2a00)e(1Iidt/TddI63.0)/()(122nUKd5(6)系统机电时间常数T M的测定系统的机电时间常数可由下式计算 (1-18) )CR)/(375GD2e2由于T MTd
13、，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即(1-19)S)T/(1KUnM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。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U d=f(Ug)和测速发电机特性 UTG=f(n)的测定实验线路如图1-4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，分别读取对应的U g、U TG、U d、n的数值若干组，即可描绘出特性曲线 Ud=f(Ug)和UTG =f
14、(n)。 由U d=f(Ug)曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线K s=f(Ug):Ks =Ud/Ug 七、实验报告(1)作出实验所得的各种曲线，计算有关参数。(2)由K s=f(Ug)特性，分析晶闸管装置的非线性现象。八、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)由于DJK04 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，DJK02上的偏移电压要先调到=120，具体方法见单闭环直流调速。6实验二 晶闸管直流调
15、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、实验所需挂件及附件序号 型 号 备 注1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2 DJK04 电机调速控制实验 I 该挂件包含“给定” 、 “调节器 I”、 “调节器 II”、 “电流反馈与过流保护”等几个模块。3 DJK04-1 电机调速控制实验 II该挂件包含“转矩极性鉴别” 、 “零电平鉴别”、 “逻辑变换控制”等几个模块，完成选做实验项目时需要。4 DJK06 给定及实验器件 该挂件包含“给定” 等几个
16、模块。5 DJK08 可调电阻、电容箱6 慢扫描示波器7 万用表 自备三、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)反号器的调试。(4)“零电平检测” 及“转矩极性鉴别”的调试(选做) 。(5)逻辑控制器的调试(选做)。四、实验方法将 DJK04 挂件上的十芯电源线、DJK04-1 和 DJK06 挂件上的蓝色三芯电源线与控制屏相应电源插座连接，打开挂件上的电源开关，就可以开始实验。(1)调节器 I(一般作为速度调节器使用)的调试调节器调零将 DJK04 中“调节器 I”所有输入端接地，再将 DJK08 中的可调电阻 120K 接到“调节器I”
17、的“4” 、“5”两端，用导线将“5”、“6”端短接，使“调节器 I”成为 P (比例) 调节器。用万用表的毫伏档测量“ 调节器 I”的“7”端的输出，调节面板上的调零电位器 RP3，使之输出电压尽可能接近于零。调整输出正、负限幅值将“5”、“6”短接线去掉，将 DJK08 中的可调电容 0.47uF 接入“5” 、“6”两端，使调节器成为 PI (比例积分)调节器，将“调节器 I”的所有输入端上的接地线去掉，将 DJK04 的给定输出端接到“调节器 I”的“3”端，当加+5V 的正给定电压时，调整负限幅电位器 RP2，观察调节器负电压输出的变化规律；当调节器输入端加-5V 的负给定电压时，调
18、整正限幅电位器 RP1，观察调节器正电压输出的变化规律。测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接（将“5”、 “6”端短接） ，使“调节器 I”为 P（比例）调节器，7同时将正负限幅电位器 RP1 和 RP2 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。观察 PI 特性拆除“5”、 “6”短接线，给调节器输入端突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的外接电阻和电容值（改变放大倍数和积分时间），观察输出电压的变化。(2)调节器 II(一般作为电流调节器使用)的调试调节器的调零 将 DJK04 中“调节器
19、II”所有输入端接地，再将 DJK08 中的可调电阻 13K 接“调节器 II”的“8” 、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“调节器 II”成为 P（比例）调节器。用万用表的毫伏档测量调节器 II 的“11”端的输出，调节面板上的调零电位器 RP3，使之输出电压尽可能接近于零。调整输出正、负限幅值把“9”、“10”短接线去掉，将 DJK08 中的可调电容 0.47uF 接入“9” 、“10” 两端，使调节器成为 PI（比例积分）调节器，将“调节器 II”的所有输入端上的接地线去掉，将 DJK04 的给定输出端接到调节器 II 的“4”端，当加+5V 的正给定电压时，调整负限幅电位器
20、 RP2，观察调节器负电压输出的变化规律；当调节器输入端加-5V 的负给定电压时，调整正限幅电位器 RP1，观察调节器正电压输出的变化规律。测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接（将“9”、 “10” 端短接） ，使“调节器 II”为 P 调节器，同时将正负限幅电位器 RP1 和 RP2 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。观察 PI 特性拆除“9”、 “10”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的外接电阻和电容值（改变放大倍数和积分时间），观察输出电压的变化。(3)反号器的调试测定
21、输入输出的比例，将反号器输入端“1”接“给定”的输出，调节“给定”输出为 5V 电压，用万用表测量“2”端输出是否等于-5V 电压，如果两者不等，则通过调节 RP1 使输出等于负的输入。再调节“给定” 电压使输出为-5V 电压，观测反号器输出是否为 5V。(4)“转矩极性鉴别”及“零电平检测”的调试( 选做)测定“转矩极性鉴别” 的环宽，一般环宽为 0.40.6 伏，记录高电平的电压值，调节单元中的 RP1 电位器使特性满足其要求，使得“转矩极性鉴别”的特性范围从-0.25V 到0.25V。转矩极性鉴别具体调试方法：A、调节给定 U ，使“ 转矩极性鉴别 ”的“1” 脚得到约 0.25V 电压
22、，调节电位器 RP1，恰好使其“2”端输出从“高电平”跃变为“ 低电平”。B、调节负给定从 0V 起调，当转矩极性鉴别器的“2”端从 “低电平” 跃变为“高电平”时，检测转矩极性鉴别器的“1”端应为0.25V 左右，否则应适当调整电位器 RP1，使“2” 端输出由“高电平”变“ 低电平”。C、重复上述步骤，观测正负给定时跳变点是否基本对称，如有偏差则适当调节，使得正负的跳变电压的绝对值基本相等。测定“零电平检测” 的环宽，一般环宽也为 0.40.6 伏，调节 RP1 电位器，使回环沿纵坐标右侧偏离 0.2V，即特性范围从 0.2V 到 0.6V。“零电平检测”具体调试方法：8A、调节给定 U
23、，使“ 零电平检测 ”的“1” 端输入约 0.6V 电压，调节电位器 RP1，恰好使“2” 端输出从“ 高电平” 跃变为 “低电平”。B、慢慢减小给定，当“ 零电平检测”的“2”端输出从“低电平 ”跃变为“高电平”时，检测“零电平检测”的“1”端输入应为 0.2V 左右，否则应调整电位器。根据测得数据，画出两个电平检测器的回环特性。(5)逻辑控制的调试(选做)将 DJK04 的“给定” 输出接到 DJK04-1“逻辑控制”的“Um”输入端，将 DJK06 的“给定”输出接到 DJK04-1“逻辑控制”的“UI”输入端，并将 DJK04、DJK04-1、DJK06 挂件共地。将 DJK04 和
24、DJK06“给定”的 RP1 电位器，均顺时针旋到底，将给定部分的 S2 打到运行侧表示输出是“1”，打到停止侧表示输出是“0”。两个给定都输出“1”时，用万用表测量逻辑控制的“3(U Z)”、 “6(U )”端输出应该是“0”， “4(UF)”、 “7(U )”端的输出应该是“1”，依次按下表从左到右的顺序，控制 DJK04 和DJK06“给定”的输出状态，同时用万用表测量逻辑控制的“U Z”、 “U ”和“U F”、 “U ”端的输出是否符合下表。Um 1 1 0 0 0 1输入UI 1 0 0 1 0 0UZ（U ） 0 0 0 1 1 1输出UF（U ） 1 1 1 0 0 0五、实验
25、报告(1)画各控制单元的调试连线图。(2)简述各控制单元的调试要点。9实验三 单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。二、实验所需挂件及附件序号 型 号 备 注1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 3 DJK02-1 三相晶闸管触发电路 该挂件包含“触发电路” 、 “正反桥功放 ”等几个模块。4 DJK04 电机调速控制实验 I 该挂件包含“给定” 、 “调节器 I”、 “调节器 II”、
26、“转速变换”、“电流反馈与过流保护” 、 “电压隔离器 ”等几个模块。5 DJK08 可调电阻、电容箱6 DD03-3 电机导轨光码盘测速系统及数显转速表7 DJ13-1 直流发电机8 DJ15 直流并励电动机9 D42 三相可调电阻10 慢扫描示波器 自备11 万用表 自备三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(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，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。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，转速单闭环使用较多。在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压
27、信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“速度调节器” 的输入端，与 “给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压Uct，用作控制整流桥的“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，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用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变化。在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器
28、输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“ 给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压 Uct，控制整流桥的“触发电路”，改变“ 三相全控整流 ”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。同样，电流调节器若采用P（比例）调节，10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，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。图3-1 转速单闭环系统原理图图3-2 电流单闭环系统原理图在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出电压
29、信号作为反馈信号加到“电压调节器”的输入端，与“ 给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压 Uct，控制整流桥的“触发电路”，改变“ 三相全控整流 ”的电压输出，从而构成了电压负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电压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11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一定的范围内变化。图3-3 电压单闭环系统原理图在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”和“ 电压调节器”使用，“ 调节器II
30、” 做为“电流调节器 ”使用；若使用 DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。四、实验内容(1)DJK04上的基本单元的调试。(2)Uct不变时直流电动机开环特性的测定。(3)Ud不变时直流电动机开环特性的测定。(4)转速单闭环直流调速系统。(5)电流单闭环直流调速系统。(6)电压单闭环直流调速系统。五、预习要求(1)复习自动控制系统(直流调速系统 )教材中有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。(2)掌握调节器的基本工作原理。(3)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调
31、速系统中的作用。 (4)实验时，如何能使电动机的负载从空载( 接近空载)连续地调至额定负载?六、实验方法(1)DJK02和DJK02-1 上的“触发电路 ”调试 打开DJK01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。将DJK01“电源控制屏” 上“ 调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。12用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和 DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开 DJK02-1电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观察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
32、器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。将DJK04上的“给定” 输出U g直接与DJK02-1上的移相控制电压U ct相接，将给定开关S 2拨到接地位置（即U ct=0），调节DJK02-1 上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“ 双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使=120( 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) 。适当增加给定U g的正电压输出，观测 DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。用 8 芯的扁平
33、电缆，将 DJK02-1 面板上“触发脉冲输出 ”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。将DJK02-1面板上的U lf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1 的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入 ”端相连，并将DJK02“ 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。(2)Uct不变时的直流电机开环外特性的测定按图1-1的接线图接线，DJK02-1上的移相控制电压U ct由DJK04 上的“给定”输出U g直接接入，直流发电机接负载电阻R，L d用DJK02上200mH，将给定的输出调到零。先
34、闭合励磁电源开关，按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，使主电路输出三相交流电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压U g，使电动机慢慢启动并使转速 n 达到1200rpm。改变负载电阻R的阻值，使电动机的电枢电流从空载直至I ed。即可测出在U ct不变时的直流电动机开环外特性n = f(I d)，测量并记录数据于下表：n（rpm）Id（A）(3)Ud不变时直流电机开环外特性的测定控制电压U ct由DJK04的“给定”U g直接接入，直流发电机接负载电阻 R，L d用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。按下DJK01“电源控制屏” 启动按钮，然后从零开始逐渐增加给定电压U g，使电动机
35、启动并达到1200rpm。改变负载电阻R，使电动机的电枢电流从空载直至 Ied。用电压表监视三相全控整流输出的直流电压U d，在实验中始终保持 Ud不变(通过不断的调节DJK04上“给定” 电压U g来实现)，测出在U d不变时直流电动机的开环外特性n =f(I d)，并记录于下表中：n（rpm）Id（A）(4)基本单元部件调试移相控制电压U ct调节范围的确定 直接将DJK04“给定” 电压U g接入DJK02-1移相控制电压U ct的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R，用示波器观察 Ud的波形。当给定电压U g由零调大时，U d将随给定电压的增大而增大，当U g超过某一数值时，此时
36、Ud接近为输出最高电压值 Ud，一般可确定“三13相全控整流”输出允许范围的最大值为U dmax=0.9Ud，调节U g使得“三相全控整流”输出等于Udmax，此时将对应的U g的电压值记录下来，U ctmax= Ug，即U g的允许调节范围为0U ctmax。如果我们把输出限幅定为U ctmax的话 ， 则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。记录U g于下表中：UdUdmax=0.9 UdUctmax=Ug将给定退到零，再按“停止” 按钮，结束步骤。调节器的调整A、调节器的调零 将DJK04中“调节器I”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻
37、40K接到“调节器I”的“4”、 “5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“调节器I”成为 P (比例) 调节器。用万用表的毫伏档测量“调节器 I”的“7”端的输出，调节面板上的调零电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于零。将DJK04中“调节器II”所有输入端接地，再将 DJK08中的可调电阻13K接到“调节器II”的“8”、 “9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“调节器II”成为 P（比例）调节器。用万用表的毫伏档测量调节器II的“11” 端的输出，调节面板上的调零电位器RP3 ，使之输出电压尽可能接近于零。B、 正负限幅值的调整 把“调节器I”的“5”、“6”短接线去掉，将DJ
38、K08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6” 两端，使调节器I 成为PI (比例积分)调节器，将“调节器I”的所有输入端的接地线去掉，将DJK04 的给定输出端接到调节器I的“3” 端。当加+5V 的正给定电压时，调整负限幅电位器 RP2，使之输出电压尽可能接近于零；当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器I 的输出正限幅为U ctmax。把“调节器II”的 “9”、“10”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“9” 、“10”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，将“调节器II” 所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器
39、II的“4”端，当加+5V 的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压尽可能接近于零。当调节器输入端加 -5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1 ，使调节器II的输出正限幅为U ctmax。C、电流反馈系数的整定 直接将“给定”电压U g接入DJK02-1移相控制电压U ct的输入端，整流桥输出接电阻负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当U d=220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护” 上的电流反馈电位器RP1 ，使得负载电流I d=l.3A时，“2”端I f的的电流反馈电压U fi=6V，这时的电流反馈系数= U
40、fi/Id= 4.615V/A。D、转速反馈系数的整定 直接将“给定”电压U g接DJK02-1上的移相控制电压U ct的输入端，“三相全控整流” 电路接直流电动机负载，L d用DJK02上的200mH，输出给定调到零。按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n =150Orpm时，调节“转速变换”上转速反馈电位器 RP1，使得该转速时反馈电压U fn=-6V，这时的转速反馈系数=U fn/n =0.004V/(rpm)。E、电压反馈系数的整定14直接将控制屏上的励磁电压接到电压隔离器的“1、2”端，用直流电压表测量电压隔离器的输入电压U d，根据电压反馈系数 =6V/220
41、V=0.0273，调节电位器RP1 使电压隔离器的输出电压恰好为Ufn= U d。(5)转速单闭环直流调速系统按图3-1接线，在本实验中， DJK04的“给定”电压U g为负给定，转速反馈为正电压，将“调节器I”接成P （比例）调节器或PI（比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻 R，Ld用DJK02 上200mH，给定输出调到零。直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U g，使电动机的转速接近n=l200rpm。由小到大调节直流发电机负载R，测出电动机的电枢电流I d，和电机的转速n，直至Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线n =f(I d)。n（rpm）Id（A）(6)电流单闭环
42、直流调速系统按图3-2接线，在本实验中，给定 Ug为负给定，电流反馈为正电压，将 “调节器II” 接成比例（P）调节器或PI （比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R，L d用DJK02上200mH，将给定输出调到零。直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U g，使电动机转速接近n=l200rpm。由小到大调节直流发电机负载R，测定相应的I d和n，直至最大允许电流(该电流值由给定电压决定)，即可测出系统静态特性曲线 n =f(Id)。n（rpm）Id（A）(7)电压单闭环直流调速系统按图3-3接线，在本实验中，给定 Ug为负给定，电压反馈为正电压，将 “调节器I”接成比例（P）调节
43、器或PI （比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R，L d用DJK02上200mH，将给定输出调到零，在“电压隔离器”输出端“3”与地之间并联6uF电容(从DJK08获得)。直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U g，使电动机转速接近n=l200rpm。由小到大调节直流发电机负载R，测定相应的I d和n，直至电动机I d=Ied，即可测出系统静态特性曲线n =f(I d)。n（rpm）Id（A）七、实验报告(1)根据实验数据，画出U ct不变时直流电动机开环机械特性。(2)根据实验数据，画出U d不变时直流电动机开环机械特性。(3)根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的机械特性
44、。(4)根据实验数据，画出电流单闭环直流调速系统的机械特性。(5)根据实验数据，画出电压单闭环直流调速系统的机械特性。 15(6)比较以上各种机械特性，并做出解释。八、思考题(l)P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?(2)实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中?调节什么元件能改变转速反馈的强度?(3)改变“调节器I”和“调节器II” 上可变电阻、电容的参数，对系统有什么影响？九、注意事项(1)双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳
45、发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。(2)电机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电机启动。在启动前必须将移相控制电压调到零，使整流输出电压为零，这时才可以逐渐加大给定电压，不能在开环或速度闭环时突加给定，否则会引起过大的启动电流，使过流保护动作，告警，跳闸。(3)通电实验时，可先用电阻作为整流桥的负载，待确定电路能正常工作后，再换成电动
46、机作为负载。(4)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。(5)在完成电压单闭环直流调速系统实验时，由于晶闸管整流输出的波形不仅有直流成分，同时还包含有大量的交流信号，所以在电压隔离器输出端必须要接电容进行滤波，否则系统必定会发生震荡。(6)直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过 1.2 倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。(7)DJK04 与 DJK02-1 不共地，所以实验时须短接 DJK04 与 DJK02-1 的地。16实验四 双闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成
47、及各主要单元部件的原理。(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。(3)研究调节器参数对系统动态性能的影响。二、实验所需挂件及附件序号 型 号 备 注1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 3 DJK02-1 三相晶闸管触发电路 该挂件包含“触发电路” 、 “正反桥功放 ”等几个模块。4 DJK04 电机调速控制实验 I 该挂件包含“给定” 、 “调节器 I”、 “调节器 II”、 “转速变换”、“电流反馈与过流保护” 等几个模块。5 DJK08 可调电阻、电容箱6 DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速
48、表7 DJ13-1 直流发电机8 DJ15 直流并励电动机9 D42 三相可调电阻10 慢扫描示波器 自备11 万用表 自备三、实验线路及原理许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。双闭环直流调速系统是由速度调节器和电流调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用PI调节器），由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理框图组成如下：启动时，加入给定电压U g，“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速(即U g =Ufn)，并在出现超调后，“速度调节器 ”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压U g的大小即可方便地改变电动机的转速。“速度调节器” 、“ 电流调节器 ”均设有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定，利用 “速度调节器 ”的输出限幅可达到限制启动电流的目
