電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗指導書(2015.4)

1 實驗一 晶閘管直流調速系統(tǒng)參數和環(huán)節(jié)特性的測定實驗 一 實驗目的 1 熟悉晶閘管直流調速系統(tǒng)的組成及其基本結構 2 掌握晶閘管直流調速系統(tǒng)參數及反饋環(huán)節(jié)測定方法 二 實驗所需掛件及附件 三 實驗線路及原理 晶閘管直流調速系統(tǒng)由整流變壓器 晶閘管整流調速裝置 平波電抗器 電動機 發(fā)電機 組等組成 在本實驗中 整流裝置的主電路為三相橋式電路 控制電路可直接由給定電壓Ug作為 觸發(fā)器的移相控制電壓Uct 改變Ug的大小即可改變控制角 從而獲得可調的直流電壓 以滿足實驗要求 實驗系統(tǒng)的組成原理圖如圖5 1所示 四 實驗內容 序號型 號備注 該控制屏包含 三相電源輸出 等幾個模塊 1 2 3 DJK01 電源控制屏 DJK02 晶閘管主電路 DJK02 1三相晶閘管觸發(fā)電路 該掛件包含 觸發(fā)電路 正反橋功放 等幾個模塊 該掛件包含 給定 電流調節(jié)器 速度變換 電 DJK04 電機調速控制實驗 I4 流反饋與過流保護 等幾個模塊 5 6 DJK10 變壓器實驗 DD03 3電機導軌 光碼盤測速 系統(tǒng)及數顯轉速表 DJ13 1 直流發(fā)電機 DJ15 直流并勵電動機 D42 三相可調電阻 該掛件包含 三相不控整流 和 心式變壓器 等模塊 7 8 9 10 數字存儲示波 器 自備 自備 11 萬用 表 2 1 測定晶閘管直流調速系統(tǒng)主電路電感值L 2 測定直流電動機電勢常數Ce和轉矩常數CM 3 測定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud f Uct 4 測定測速發(fā)電機特性UTG f n 五 預習要求 學習教材中有關晶閘管直流調速系統(tǒng)各參數的測定方法 圖5 1 實驗系統(tǒng)原理圖 電感的數值可用交流伏安法測定 實驗時應給電動機加額定勵磁 并使電機堵轉 實驗線路 如圖5 2所示 六 實驗方法 具體方法如下 1 電樞回路電感L的測定 電樞回路總電感包括電機的電樞電感La 平波電抗器電感Ld和整流變壓器漏感LB 由于LB數值很小 可以忽略 故電樞回路的等效總電感為 L La Ld 電感的數值可用交流伏安法測定 實驗時應給電動機加額定勵 磁 并使電機堵轉 實驗線 路如圖5 2所示 3 圖5 2 測量電樞回路電感的實驗線路圖 實驗時交流電壓由DJK01電源輸出 接DJK10的高壓端 從低壓端輸出接電機的電樞 用交流 電壓表和電流表分別測出電樞兩端和電抗器上的電壓值U a和UL及電流I 從而可得到交流 阻抗Za和ZL 計算出電感值La和Ld 計算公式如下 Za Ua I Za Ua I La 2 22 fRZ aa 2 22 fRZLd LL 2 電動機電勢常數 Ce 和轉矩常數 CM 的測定 按圖 5 1 接線 將電動機加額定勵磁 使其空載運行 改變電樞電壓 Ud 測得相應的 n 即可由 下式算出 Ce Ce Ke Ud 2 Ud1 n2 n1 式中 Ce 的單位為 V rpm 轉矩常數 額定磁通 CM 的單位為 N m A CM 可由 Ce 求出 CM 9 55 C 4 3 晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud f Ug 和測速發(fā)電機特性UTG f n 的測定 實驗線路如圖5 3所示 可不接示波器 電動機加額定勵磁 逐漸增加觸發(fā)電路的 控制電壓Ug 分別讀取對應的Ug UTG Ud n的數值若干組 并將數據填入下表中 即 可描繪出特性曲線Ud f Ug 和UTG f n 由Ud f Ug 曲線可求得晶閘管整流裝置的放大倍數曲線Ks f Ug Ks Ud Ug Ug UTG Ud n 計算Ks 七 實驗報告 1 作出實驗所得的各種曲線 計算有關參數 2 由Ks f Ug 特性 分析晶閘管裝置的非線性現(xiàn)象 八 注意事項 1 由于實驗時裝置于開環(huán)狀態(tài) 電流和電壓可能有波動 可取平均讀數 2 由于DJK04上的過流保護整定值的限制 在完成機電時間常數測定的實驗中 其電樞電壓不能加得太高 3 當電機堵轉時 會出現(xiàn)大電流 因此測量的時間要短 以防電機過熱 4 在測試Ud f Ug 時 DJK02上的偏移電壓要先調到 120 具體方法見 單閉環(huán)直流調速 5 實驗二 晶閘管直流調速系統(tǒng)主要單元的調試 一 實驗目的 1 熟悉直流調整系統(tǒng)主要單元部件的工作原理及調速系統(tǒng)對其提出的要求 2 掌握直流調速系統(tǒng)主要單元部件的調試步驟和方法 二 實驗所需掛件及附件 序號 型 號備 注 1 DJK01 電源控制屏該控制屏包含 三相電源輸出 等幾個模塊 2 DJK04 電機調速控制實 驗 I 該掛件包含 給定 調節(jié)器I 調節(jié)器 II 電流反饋與過流保護 等幾個模塊 3 DJK04 1 電機調速控制 實驗II 該掛件包含 轉矩極性鑒別 零電平鑒別 邏輯變換控制 等幾個模塊 完成選做實驗項 目時需要 4 DJK06 給定及實驗器件 該掛件包含 給定 等幾個模塊 5 DJK08可調電阻 電容箱 6 慢掃描示波器 7 萬用表 自備 三 實驗內容及方法 將DJK04掛件上的十芯電源線 DJK04 1和DJK06掛件上的藍色三芯電源線與控制屏 相應電源插座連接 打開掛件上的電源開關 就可以開始實驗 調節(jié)器I 一般作為速度調節(jié)器使用 的調試 1 調節(jié)器調零 將DJK04中 調節(jié)器I 所有輸入端接地 再將DJK08中的可調電阻120K接到 調節(jié)器I 的 4 5 兩端 用導線將 5 6 端短接 使 調節(jié) 器I 成為P 比例 調節(jié)器 用萬用表的毫伏檔測量 調節(jié)器I 的 7 端的 6 輸出 調節(jié)面板上的調零電位器RP3 使之輸出電壓盡可能接近于零 2 調整輸出正 負限幅值 將 5 6 短接線去掉 將DJK08中的可調電容0 47uF接入 5 6 兩端 使調節(jié)器成為PI 比例積分 調節(jié)器 將 調節(jié)器I 的所有輸入端上的接地線去掉 將DJK04的給定輸出端接到 調節(jié)器I 的 3 端 當加 5V的正給定電壓時 調整負 限幅電位器RP2 觀察調節(jié)器負電壓輸出的變化規(guī)律 當調節(jié)器輸入端加 5V的負給定 電壓時 調整正限幅電位器RP1 觀察調節(jié)器正電壓輸出的變化規(guī)律 并將數據記入 下表中 Ug U0 Ug Uo 3 測定輸入輸出特性 再將反饋網絡中的電容短接 將 5 6 端短接 使 調節(jié)器I 為P 比例 調節(jié)器 同時將正 負限幅電位器RP1和RP2均順時針旋到底 在調節(jié)器的 輸入端分別逐漸加入正負電壓 測出相應的輸出電壓變化 直至輸出限幅值 并 畫出對應的曲線 并將數據記入下表中 Ug 7 U0 Ug Uo 4 觀察PI特性 拆除 5 6 短接線 給調節(jié)器輸入端突加給定電壓 用慢掃描示波器 觀察輸出電壓的變化規(guī)律 改變調節(jié)器的外接電阻和電容值 改變放大倍數和 積分時間 觀察輸出電壓的變化 四 實驗報告 1 畫各控制單元的調試連線圖 2 簡述各控制單元的調試要點 8 實驗三 單閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)實驗 一 實驗目的 1 了解單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的原理 組成及各主要單元部件的原理 2 掌握晶閘管直流調速系統(tǒng)的一般調試過程 3 認識閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性 二 實驗所需掛件及附件 序號 型 號備 注 1 DJK01 電源控制屏該控制屏包含 三相電源輸出 等幾個模 塊 2 DJK02 晶閘管主電路 3 DJK02 1 三相晶閘管觸發(fā)電路 該掛件包含 觸發(fā)電路 正反橋功放 等幾個模塊 4DJK06 給定及實驗器件 該掛件包含 給定 調節(jié)器 I 調節(jié)器 II 轉速變 電 流反饋與過流保護 電壓隔離器 等幾個模塊 5 DJK08可調電阻 電容箱 6 DD03 3 電機導軌 光碼盤測速 系統(tǒng)及數顯轉速表 7 DJ13 1 直流發(fā)電機 8 DJ15 直流并勵電動機 9 D42 三相可調電阻 10慢掃描示波器 自備 11萬用表 自備 三 實驗線路及原理 在本裝置中 轉速單閉環(huán)實驗是將反映轉速變化的電壓信號作為反饋信號 經 9 轉速變換 后接到 速度調節(jié)器 的輸入端 與 給定 的電壓相比較經放大后 得到移相控制電壓Uct 用作控制整流橋的 觸發(fā)電路 觸發(fā)脈沖經功放后加到晶閘 管的門極和陰極之間 以改變 三相全控整流 的輸出電壓 這就構成了速度負反饋閉 環(huán)系統(tǒng) 電機的轉速隨給定電壓變化 電機最高轉速由速度調節(jié)器的輸出限幅所決定 速度調節(jié)器采用P 比例 調節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差 要想消除上述誤差 則需將 調節(jié)器換成PI 比例積分 調節(jié) 這時當 給定 恒定時 閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了 抑制作用 當電機負載或電源電壓波動時 電機的轉速能穩(wěn)定在一定的范圍內變化 圖5 3 轉速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖 在本實驗中DJK04上的 調節(jié)器I 做為 速度調節(jié)器 和 電壓調節(jié)器 使用 四 實驗內容 1 DJK04上的基本單元的調試 2 Uct不變時直流電動機開環(huán)特性的測定 3 Ud不變時直流電動機開環(huán)特性的測定 10 4 轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng) 五 預習要求 1 復習自動控制系統(tǒng) 直流調速系統(tǒng) 教材中有關晶閘管直流調速系統(tǒng) 閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的內容 2 掌握調節(jié)器的基本工作原理 3 實驗原理圖 能畫出實驗系統(tǒng)的詳細接線圖 并理解各控制單元在 調速系統(tǒng)中的作用 4 實驗時 如何能使電動機的負載從空載 接近空載 連續(xù)地調至額定負載 六 實驗方法 1 DJK02和DJK02 1上的 觸發(fā)電路 調試 1 打開DJK01總電源開關 操作 電源控制屏 上的 三相電網電壓指示 開關 觀察輸入的三相電網電壓是否平衡 2 將DJK01 電源控制屏 上 調速電源選擇開關 撥至 直流調速 側 3 用10芯的扁平電纜 將DJK02的 三相同步信號輸出 端和DJK02 1 三相同步信號輸入 端相連 打開DJK02 1電源開關 撥動 觸發(fā)脈沖 指示 鈕子開關 使 窄 的發(fā)光管亮 4 觀察A B C三相的鋸齒波 并調節(jié)A B C三相鋸齒波斜率調節(jié)電位器 在各觀測孔左側 使三相鋸齒波斜率盡可能一致 5 將DJK04上的 給定 輸出Ug直接與DJK02 1上的移相控制電壓Uct相接 將給定開關S2撥到接地位置 即Uct 0 調節(jié)DJK02 1上的偏移電壓電位器 用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號和 雙脈沖觀察孔 VT1的輸出波形 6 適當增加給定Ug的正電壓輸出 觀測DJK02 1上 脈沖觀察孔 的波形 此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖 7 用8芯的扁平電纜 將DJK02 1面板上 觸發(fā)脈沖輸出 和 觸發(fā)脈沖輸入 相連 使得觸發(fā)脈沖加到正反橋功放的輸入端 8 將DJK02 1面板上的Ulf端接地 用20芯的扁平電纜 將DJK02 1的 正 11 橋觸發(fā)脈沖輸出 端和DJK02 正橋觸發(fā)脈沖輸入 端相連 并將DJK02 正橋觸發(fā)脈沖 的六個開關撥至 通 觀察正橋VT1 VT6晶閘管門極 和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常 2 Uct不變時的直流電機開環(huán)外特性的測定 1 按圖5 1的接線圖接線 DJK02 1上的移相控制電壓U ct由DJK04上的 給定 輸出Ug直接接入 直流發(fā)電機接負載電阻R Ld用DJK02上200mH 將給定的輸出調到零 2 先閉合勵磁電源開關 按下DJK01 電源控制屏 啟動按鈕 使主電路 輸出三相交流電源 然后從零開始逐漸增加 給定 電壓Ug 使電動機慢慢 啟動并使轉速 n 達到1200rpm 3 改變負載電阻R的阻值 使電動機的電樞電流從空載直至Ied 即可測出 在Uct不變時的直流電動機開環(huán)外特性n f Id 測量并記錄數據于下表 n rpm Id A 3 Ud不變時直流電機開環(huán)外特性的測定 1 控制電壓Uct由DJK04的 給定 Ug直接接入 直流發(fā)電機接負載電阻R Ld用DJK02上200mH 將給定的輸出調到零 2 按下DJK01 電源控制屏 啟動按鈕 然后從零開始逐漸增加給定電壓U g 使電動機啟動并達到1200rpm 3 改變負載電阻R 使電動機的電樞電流從空載直至Ied 用電壓表監(jiān)視三相 全控整流輸出的直流電壓Ud 在實驗中始終保持Ud不變 通過不斷的調節(jié) DJK04上 給定 電壓Ug來實現(xiàn) 測出在Ud不變時直流電動機的開環(huán)外特 性n f Id 并記錄于下表中 12 n rpm Id A 4 基本單元部件調試 1 移相控制電壓Uct調節(jié)范圍的確定 直接將DJK04 給定 電壓Ug接入DJK02 1移相控制電壓Uct的輸入端 三相 全控整流 輸出接電阻負載R 用示波器觀察Ud的波形 當給定電壓Ug由零調 大時 Ud將隨給定電壓的增大而增大 當Ug超過某一數值時 此時Ud接近為 輸出最高電壓值Ud 一般可確定 三相全控整流 輸出允許范圍的最大值為 Udmax 0 9Ud 調節(jié)Ug使得 三相全控整流 輸出等于Udmax 此時將對應的 Ug 的電壓值記錄下來 Uctmax Ug 即Ug的允許調節(jié)范圍為0 Uctmax 如果我們把輸出限幅定為Uctmax的話 則 三相全控整流 輸出范圍就被限定 不會工作到極限值狀態(tài) 保證六個晶閘管可靠工作 記錄Ug 于下表中 Ud Udmax 0 9U d Uctmax U g 將給定退到零 再按 停止 按鈕 結束步驟 2 調節(jié)器的調整 A 調節(jié)器的調零 將DJK04中 調節(jié)器I 所有輸入端接地 再將DJK08中的可調電阻40K接 到 調節(jié)器I 的 4 5 兩端 用導線將 5 6 短接 使 調節(jié)器I 成為P 比例 調節(jié)器 用萬用表的毫伏檔測量 調節(jié)器I 的 7 端的輸出 調節(jié)面板上的調零電位器RP3 使之輸出電壓盡可能 13 接近于零 B 正負限幅值的調整 把 調節(jié)器I 的 5 6 短接線去掉 將DJK08中的可調電容0 47uF接入 5 6 兩端 使調節(jié)器I成為PI 比例積分 調節(jié)器 將 調節(jié)器I 的所有 輸入端的接地線去掉 將DJK04的給定輸出端接到調節(jié)器I的 3 端 當加 5V 的正給定電壓時 調整負限幅電位器RP2 使之輸出電壓盡可能接近于零 當 調節(jié)器輸入端加 5V的負給定電壓時 調整正限幅電位器RP1 使調節(jié)器I的輸 出正限幅為Uctmax c 轉速反饋系數的整定 直接將 給定 電壓Ug接DJK02 1上的移相控制電壓Uct的輸入端 三相 全控整流 電路接直流電動機負載 Ld用DJK02上的200mH 輸出給定調到零 按下啟動按鈕 接通勵磁電源 從零逐漸增加給定 使電機提速到n 150Orpm時 調節(jié) 轉速變換 上轉速反饋電位器RP1 使得該轉速時反饋電壓U fn 6V 這時 的轉速反饋系數 U fn n 0 004V rpm 5 轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng) 1 按圖5 7接線 在本實驗中 DJK04的 給定 電壓Ug為負給定 轉速反饋 為正電壓 將 調節(jié)器I 接成P 比例 調節(jié)器或PI 比例積分 調節(jié)器 直流發(fā)電機接負載電阻R L d用DJK02上200mH 給定輸出調到零 2 直流發(fā)電機先輕載 從零開始逐漸調大 給定 電壓Ug 使電動機的轉速 接近n l200rpm 3 由小到大調節(jié)直流發(fā)電機負載R 測出電動機的電樞電流Id 和電機的轉速n 直至Id Ied 即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n f Id n rpm 14 Id A 七 實驗報告 1 根據實驗數據 畫出Uct不變時直流電動機開環(huán)機械特性 2 根據實驗數據 畫出Ud不變時直流電動機開環(huán)機械特性 3 根據實驗數據 畫出轉速單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的機械特性 八 思考題 1 P調節(jié)器和PI調節(jié)器在直流調速系統(tǒng)中的作用有