1、1电力拖动自动控制系统实验指导书实验一 晶闸管直流调速系统环节特性的测定实验一、实验目的掌握晶闸管直流调速系统环节特性的测定方法二、实验内容1、测定晶闸管触发电路及整流装置特性 Udf （Ug）或 Udf（Uct） ；2、测定测速发电机特性 UTGf（n） ；三、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” ， “励磁电源” 、“电感”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 该挂件包含“晶闸管” 、触发电路等几个模块。3 DJK04 电机调速控制实验 该挂件包含“给定” 、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。4 D42
2、 可调电阻箱5 DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表6 DJ131 直流发电机7 DJ15 直流电动机8 万用表四、实验原理及接线图实验接线原理图1、测定出晶闸管整流电路输出电压 Ud、移相控制电压 Uct，便可得到晶闸管触发及整流特性Udf（Ug ）或 Udf （Uct） ；2、测定出测速发电机的输出 UTG，电动机的转速 n，即可得到测速发电机特性 UTGf（n） ；3、由 Udf（Ug）或 Udf（Uct）曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线 Ksf(Ug)，求 Ks2可用公式 Ks 求得。Ugd五、实验方法与步骤将电动机加额定励磁，使其空载运行，逐渐增加控制电压 Ug(
3、Uct)，分别读取对应的Ug、U TG、Ud、n 的数值若干组，即可描绘出特性曲线 Udf（Ug）及 UTGf （n） ，由 Udf（Ug ）或Udf（ Uct）曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线 Ksf(Ug)，求 Ks 可用公式 Ks 求得。Ugd六、数据记录与处理将数据记录于下表，并绘出 Udf （Ug） 、U TGf （n） 、Ksf(Ug)三条曲线；序号项目 1 2 3 4 5 6 7 8Ug(Uct)(V)Ud(V)n(rpm)UTG(v)七、注意事项1、给定单元的 RP1 从最小值处调起，每次停机前将 RP1 调回到最小值；2、由于电动机电枢回路、励磁回路未串接电阻，不要接短
4、路；3、因 UTG、Ug(Uct)的数值较小，用万用表的直流电压 10V 或 50V 档测量。4、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。八、思考题比较三条曲线，各曲线有什么特点，为什么？实验二 晶闸管直流调速系统主要单元的测试一、实验目的熟悉直流调速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，学会按要求调试各单元二、实验内容1、速度调节器的调试；2、电流调节器的调试；3、 “零电平检测”及“转矩极性鉴别”单元的调试；4 、反号器的调试；5、逻辑控制单元的调试；三、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” ， “
5、励磁电源” 、 “电感”等几个模块。2 DJK04 电机调速控制实验 该挂件包含“给定” 、速度调节器、电流3调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。3 数字存储示波器4 万用表四、实验原理及接线图在直流调速系统中，往往采用闭环控制，需要对电流、转速等信号进行反馈，以便稳速和限流，需要用到速度调节器和电流调节器，在可逆调速系统中，在电动机改变转向时，要对电枢电流、转矩极性进行鉴别，通过逻辑控制电路控制正、反桥电路的切换，以防止正、反桥同时工作，避免正、反桥之间出现环流，损坏电源，故要将“零电平检测” 、 “转矩极性鉴别” 、 “反号器” 、 “逻辑控制单元”状态调节好。各单元原理图如下
6、：速度调节器原理图4电流调节器原理图零电平检测单元原理图转矩极性鉴别单元原理图转矩极性鉴别输入输出特性 零电平检测输入输出特性5速度变换单元 反号器原理图电压给定原理图6电流反馈与过流保护原理图五、实验方法与步骤将 DJDK04 挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源，即可开始实验。1、速度调节器的调试；（1）调节器调零将 DJDK04 中的“速度调节器”单元的所有输入端（1、 2、3 脚）接地，用导线将“5” 、 “6”脚短接，使“速度调节器”成为 P（比例）调节器，调节面板上的调零电位器 RP1，用万用表的毫伏档（若无，用 0.25V 档）测量速度调节器 “6”端的输出，使调节器的输出电压
7、尽可能接近于零。（2）调整输出正、负限幅值把“5” 、 “6”短接线去掉，使调节器成为 PI（比例积分）调节器，然后将 DJDK04 的给定输出端 Ug 接到速度调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器 RP3，观察输出电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器 RP2，观察调节器输出正电压的变化；（3）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） ，使速度调节器成为 P（比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正、负电压测出相应的电压，直至输出达到限幅值，并画出曲线。（4）观察 PI 特性拆除“5” 、 “6”短接线，突加给定电压，用慢扫
8、描示波器观察输出电压的变化规律。2 电流调节器的调节（1）调节器调零将 DJDK04 中的“电流调节器”单元的所有输入端（1 7 脚）接地，用导线将“9” 、 “10”脚短接，使“电流调节器”成为 P（比例）调节器，调节面板上的调零电位器 RP4，用万用表的毫伏档（若无，用 0.25V 档）测量速度调节器 “10”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。（2）调整输出正、负限幅值把“9” 、 “10”短接线去掉，使调节器成为 PI（比例积分）调节器，然后将 DJDK04 的给定输出端Ug 接到电流调节器的“4”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器 RP2，观察输出电压的变化，当调节器输
9、入端加负给定时，调整正限幅电位器 RP1，观察调节器输出正电压的变化；（3）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） ，使速度调节器成为 P（比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正、负电压测出相应的电压，直至输出达到限幅值，并画出曲线。（4）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。3、 “零电平检测”单元的调试测定“零电平检测”单元的环宽，要求其环宽为 0.40.6V；调节 RP1，使回环沿纵坐标右侧偏离 0.2V，即环从 0.4 到70.6V。“零电平检测”单元的具体调试方法（1）调节给定 Ug
10、，使“零电平检测”单元的“1”脚约加 0.6V 电压，调节电位器 RP1，恰好使“2”端输出从“1”跃变为“0” 。（2）慢慢减小给定，当“零电平检测”的“2”端从“0”跃变为“1”时，检测“零电平检测”的“1”端应为 0.2V左右，否则应调整电位器。（3）根据测得的数据，画出“零电平检测”单元的输入输出特性（回环）4、 “转矩极性鉴别”单元的调试测定“转矩极性鉴别”单元的环宽，要求环宽为 0.40.6V，记录高电平值，调节单元中的 RP1 使特性满足要求。 “转矩极性鉴别”要求的环宽从0.25 到 0.25V。“转矩极性鉴别”单元的具体调试方法（1）调节给定 Ug，使“转矩极性鉴别”的“1”
11、脚得到约 0.25V 电压，调节电位器 RP1，恰好使“2”端从“高电平”跃变为“低电平” 。（2）调节负给定从 0V 调起，当转矩极性鉴别器的“2”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，否则应调整电位器，使“2”端电平变化时， “1”端的输入正、负电压的绝对值基本相等。5、反号器的调试测定输入输出比例，输入端加入5V 电压，调节 RP1 使输出端输出为5V。六、实验报告1、画出“速度调节器” 、 “电流调节器” 、 “零电平检测” 、 “转矩极性鉴别”的输入输出特性曲线。2、简述各控制单元的调试要点。实验三 转速单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验
12、目的1、了解单闭环直流调速系统的原理组成及个主要部件的原理；2、掌握晶闸管直流调速系统的基本特性；3、认识闭环反馈控制系统的基本特性。二、实验内容1、Uct 不变时直流电动机开环特性的测定；2、转速单闭环直流调速系统特性的测定。三、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” ， “励磁电源” 、“电感”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 该挂件包含“晶闸管” 、触发电路等几个模块。3 DJK04 电机调速控制实验 该挂件包含“给定” 、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。4 DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统
13、及数显转速表5 DJ131 直流发电机6 DJ15 直流电动机7 D42 可调电阻箱88 万用表9 数字存储示波器四、实验原理及接线图转速单闭环实验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“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，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。实验接线原理图五、实验方法与步骤1、Uct 不变时的直流电动机开环外特性的测定（1）按接线图分别接好主回路和控制回路，Ug 直接接 Uct，直流发电机接 D42 上的负载电阻
14、R，Ld200mH，将给定的输出调到零。（2）电动机加励磁、起动，Ug 从 0V 起逐渐增加，使 n1200rpm。（3）改变负载电阻 R，使 Id 从 Ied 到空载即可测出 Uct 不变时，nf（Id）的外特性。通过调节R 和 Ug，将电动机转速调为 1200rpm，电枢电流调为 1.2A（额定值） ，随后保持 Uct 不变，逐渐增大 R，电枢电流将下降，转速上升，每调节一次，记录 Id、n 于下表中n(rpm)Id(A)2、转速单闭环直流调速系统（1）转速反馈系数的整定Ug 接 Uct，Ld200mH，调节 Ug 为 0，加励磁、起动，Ug 从 0V 调起，使 n1500rpm，调“速度
15、变换”单元上的 RP1，使得该转速时，1、3 端电压 Ufn6V，则 2、3 端电压为 1.3V，。rpmVrpV/9.50/.（2）将给定输出 Ug 接速度调节器 3 端， “速度变换”输出接“速度调节器”2 端，速度调节器输出Usc 接 Uct，此时转速反馈应为正电压，发电机接 R，调 Ug 为零。（3）发电机先轻载，Ug 从 0V 调起，使 n1200rpm。（4）调节 R，使 Id 从小到大，直至 Ied，测出 Id、n，即可测出系统静态特性曲线 nf（Id） ，并记录数据于下表：9n(rpm)Id(A)六、实验报告根据所测数据分别作出 Uct、Ud 不变时，电动机开环外特性曲线及转速
16、闭环调速系统静态特性曲线七、注意事项1、Ug 接 Uct，给定为正电压。2、发电机所接电阻 R 应将 D42 上每组两个 900 电阻并联使用。3、调节 R 时，要慢慢旋转调节旋钮，特别是电动机电枢电流接近 Ied 时，这时，R 已很小，防止用力过大，将 R 调到 0 造成发电机电枢短路。4、注意电动机的转向，应使转速输出信号，红色插孔为正极，黑色插孔为负极，与“转速变换”上插孔连接时，应“红”接“红” 、 “黑”接“黑” 。八、思考题1、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？3、改变“速度调节器”的电阻、电
17、容参数，对系统有什么影响？实验四 电流单闭环不可逆直流调速系统一、实验目的1、了解电流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、实验内容1、电流反馈系数的整定；2、电流单闭环调速系统静态特性的测定；三、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” ， “励磁电源” 、“电感”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 该挂件包含“晶闸管” 、触发电路等几个模块。3 DJK04 电机调速控制实验 该挂件包含“给定” 、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护
18、、速度变换等几个模块。4 D42 可调电阻箱5 DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表6 DJ131 直流发电机7 DJ15 直流电动机8 万用表四、实验原理及接线图电流单闭环实验是将反映电流变化的电流互感器输出信号经整流在采样电阻上得到的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” ，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，这就构成了电流负反馈闭环系统。10实验接线原理图五、实验方法与步骤1、电流反馈系数的整定（1）直接将“给定”Ug 接 DJK02 上
19、的 Uct，整流桥输出端接电阻负载 R，负载电阻放在最大值，Ug 调到零。（2）启动，Ug 从 0V 调起，使 Ud 升高至 220V，减小 R 的值，调节“电流反馈与过流保护”单元上的电位器 RP1，使 Id1.3A 时，2 端 If 的电流反馈电压 Ufi6V，这时的电流反馈系数Ufi Id 4.615V/A。2、电流单闭环直流调速系统静态特性的测定；（1）按图接线，Ug 为负给定，电流反馈为正电压，将 “电流调节器”接成 PI 调节器，直流发电机接负载电阻 R，Ld 用 DJK02 的 200mH，将给定输出调到零。（2）直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压 Ug，使电动机转速
20、接近 1200rpm。（3）调节发电机负载电阻，使阻值从大到小，直至 n500rpm，即可测出系统静态特性，曲线nf（Id） 。数据记录n(rpm)Id(A)六、实验报告在试验报告上作出系统静态特性曲线。七、注意事项1、注意给电机加励磁；2、当可变电阻 R 阻值已调到较小时，要调的慢一些；3、电枢电流值不要超过额定值。八、思考题1、电流反馈信号缺失对系统有什么影响？2、电流反馈信号过大或过小会出现什么现象？实验五 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验一、实验目的1、了解双闭环不可逆直流调速系统的原理、组成；112、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。二、实验内容1、各控制单
21、元调试；2、整定电流反馈系数 ，转速反馈系数 ；3、测定高转速时系统闭环静态特性 nf（Id ） ；4、闭环控制特性 nf（Ug）的测定；三、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” ， “励磁电源” 、“电感”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 该挂件包含“晶闸管” 、触发电路等几个模块。3 DJK04 电机调速控制实验 该挂件包含“给定” 、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。4 D42 可调电阻箱5 DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表6 DJ131 直流发电机7 DJ15 直流电动机8 万
22、用表四、实验原理与接线图双闭环直流调速系统是由电流和转速两个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数为转速 ,故将转速环作为主环放在外面,电流环作为副环放在里面,这样可以抑制电网扰动对转速的影响，从而实现比较理想的调速效果。实验接线原理图五、实验方法与步骤1、速度调节器调试（1）速度调节器调零 将速度调节器所有输入端端接并接地，用万用表毫伏档测其输出，调节本单元的电位器 RP1，12将输出调为零。（2）在速度调节器 3 端输入5V，调节本单元电位器 RP3，将输出调为6V；2、电流调节器调试（1）电流调节器调零 将电流调节器所有输入端
23、短接接地，用万用表毫伏档测量其输出，调节电流调节器上的电位器RP4，将输出调为零。（2）在电流调节器 4 端输入6V，调节其上的电位器 RP1 将输出调为9V；3、调节电流反馈系数，晶闸管桥路输出电流为 1.3A 时，调节本单元的电位器 RP1 使“电流反馈与过流保护”单元 2端输出电压为6V；4、调节转速反馈系数，在 n1500rpm 时，调节转速变换单元上的 RP1，使 3 端输出 Ufn2V（2、3 端之间电压） ；5、特性测试（1）按图接线，Ug 为正给定，转速反馈信号为负电压，电流反馈信号 UIf 为正电压，将电机先轻载，调 Ug 使电机转速 n1200rpm，然后调节发电机负载电阻
24、 R，增大 Id 直至 Ied，记录 n、Id 记录于下表，根据所测数据作静态曲线 nf（Id）n1200rpmn(rpm)Id(A)（3）调节 Ug 及 R，使 Id Ied，n1200rpm，逐渐降低 Ug，记录 Ug 和 n，测出该调速系统的控制特性 nf （Ug）n(rpm)Id(A)六、实验报告1、在实验报告上根据所测数据作出调速系统在 n1200rpm 的静态曲线 nf（Id ） ；2、作出起始条件为 IdIed， N1200rpm 的控制特性曲线 nf（Ug ）七、注意事项1、转速反馈为负反馈，应将转速信号接成负电压信号；2、电流反馈为负反馈，应将电流反馈信号接为正电压信号；3、
25、电流调节器限幅值应根据不同实验台调节，若输出9V 过大，可降低输出；4、调节 R 时，要慢慢旋转，特别当 R 值较小时，跟要慢些。八、思考题1、为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为 PI 调节器？2、转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象？3、双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变？哪些参数的变化会引起电动机最大电流的变化？实验六 开环三相异步电动机调压调速系统实验一、实验目的1、了解并熟悉开环三相异步电动机调压调速系统的原理及组成；二、实验内容1、测定三相绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性；三、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
26、包含“三相电源输出” ， “励磁电源” 、“电感”等几个模块。132 DJK02 晶闸管主电路 该挂件包含“晶闸管” 、触发电路等几个模块。3 DJK04 电机调速控制实验 该挂件包含“给定” 、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。4 D42 可调电阻箱5 DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表6 DJ131 直流发电机7 DJ17 三相转子绕线式异步电动机8 DJ172 三相绕线式转子转用电阻箱9 万用表10 数字存储示波器四、实验原理与接线图对于三相转子绕线式异步电动机，在转子中串入适当电阻后可使机械特性变软其调速范围有所扩大，但在负载或电网电压波动
27、的情况下，其转速波动严重，所以在异步电动机调压调速电路中采用双闭环调速系统。双闭环三相异步电机调压调速系统的主电路有三相晶闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机组成。控制部分有“电流调节器” 、 “速度变换” 、 “触发电路” 、 “正桥功放”等组成。整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。实验接线原理图五、实验方法与步骤1、机械特性的测定（1）给定 Ug 直接接 Uct。（2）电机先轻载，调 Ug 使电动机定子相电压为 Ue220V，然后调节 R，记录 UG、I G、n，计算，记录数据于下表：npRIUTaG/)(5.902n(rpm)14IG(A)UG（V）T（ NM）六、实验报告1、画
28、出调速系统的开环机械特性曲线；七、注意事项1、发电机电枢电阻 ，机组空载损耗 W；21aR50p2、电动机转子引出线与转子附加电阻箱引出线要对应相接。八、思考题1、若电动机反转如何解决？2、如果有一路触发脉冲不正常，电动机能正常运行吗？实验七 双闭环三相异步电动机调压调速系统实验一、实验目的1、了解转子串电阻三相绕线式电动机在调节定子电压时的机械特性；二、实验内容1、测定双闭环交流调压调速系统的静态特性；三、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” ， “励磁电源” 、“电感”等几个模块。2 DJK02 晶闸管主电路 该挂件包含“晶闸管” 、触
29、发电路等几个模块。3 DJK04 电机调速控制实验 该挂件包含“给定” 、速度调节器、电流调节器、电流反馈与过流保护、速度变换等几个模块。4 D42 可调电阻箱5 DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表6 DJ131 直流发电机7 DJ17 三相转子绕线式异步电动机8 DJ172 三相绕线式转子转用电阻箱9 万用表10 数字存储示波器四、实验原理与接线图对于三相转子绕线式异步电动机，在转子中串入适当电阻后可使机械特性变软其调速范围有所扩大，但在负载或电网电压波动的情况下，其转速波动严重，所以在异步电动机调压调速电路中采用双闭环调速系统。双闭环三相异步电机调压调速系统的主电路有三相晶
30、闸管交流调压器及三相绕线式异步电动机组成。控制部分有“电流调节器” 、 “速度变换” 、 “触发电路” 、 “正桥功放”等组成。整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。15实验接线原理图五、实验方法与步骤1、单元调试（1）速度调节器调零；调整正、负限幅值，要求输入 Ui5V ，输出 U06V。（2）电流调节器调零；调整正、负限幅值，要求输入 Ui6V ，输出 U09V。（3）电流反馈系数整定，要求电机定子相电流 Ie1A ，电流反馈信号 UIf6V。（4）转速反馈系数整定，要求电机转速 n1300rpm 时，转速变换 3 端输出 Ufn2V。2、系统调试 将系统接成闭环调速电路，加给定、减
31、给定；加、减负载，观察系统运行是否正常。3、系统闭环特性的测定（1）调节 Ug，是 n1200rpm ，I G 从轻载调到 IG1.1A ，记录 UG、I G、n，测静态特性 nf（T）数据记录n(rpm)IG(A)UG（V）T（ NM）六、实验报告1、画出闭环调速系统的静态特性曲线；七、注意事项1、转速反馈、电流反馈均为负反馈；2、发电机电枢电阻 ，机组空载损耗 W；21aR50p3、电动机转子引出线与转子附加电阻箱引出线要对应相接。八、思考题1、调节 Ug，能将电动机转速提高到 1500rpm 以上吗？为什么？16第四次作业 教材第 95 页 2-5 题、2-7 题 2-8 题。教材第 95 页 2-5 题、2-7 题 2-8 题。
