實(shí)驗(yàn)三單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、信息工程學(xué)院 11級應(yīng)用電子技術(shù)（4）班 吳曉強(qiáng) 31 1 1002716實(shí)驗(yàn)三單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解單閉環(huán)直流調(diào)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(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程。（3）認(rèn)識閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號型號備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個模塊。2DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”，“正橋功放”等幾個模塊。4DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)1該掛件包含“給定”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”， “電流反饋與過流保護(hù)”等幾個模塊。5DJK08可調(diào)電阻、

2、電容箱6DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌、測速發(fā)電機(jī) 及轉(zhuǎn)速表7DJ13-1直流發(fā)電機(jī)8DJ15直流并勵電動機(jī)9D42三相可調(diào)電阻10慢掃描示波器|自備111萬用表自備、實(shí)驗(yàn)線路及原理為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)（包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng)）。對調(diào)速指標(biāo)要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調(diào)速指標(biāo)較高的則采用 多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng) 中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。在本裝置中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗(yàn)是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號作為反饋信號，經(jīng)“速度 變換”后接到“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，得到移相控 制電壓UC

3、t，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)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(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn) 速隨給定電壓變化，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)節(jié)器采用P （比例）調(diào)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(diào)節(jié)器換成PI（比例積分）調(diào)節(jié)。這時當(dāng)“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電 壓波動時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。在電流單閉環(huán)中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號作為反饋信號加到“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCt，控制

4、整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電流負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也由電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，電流調(diào)節(jié)器若采用P （比例）調(diào)節(jié)，對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成PI（比例積分）調(diào)節(jié)。當(dāng)“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電流變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動時，電機(jī) 的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。湘電源輸出TISI f觸發(fā) 電路!1T橋 功放hifX.調(diào)1器全控恥IlS圖3-1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖圖3-2電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容DJK04上的基本單元的調(diào)試。（2）U ct不變時直流電動機(jī)開環(huán)特性的測定。(3) U d不

5、變時直流電動機(jī)開環(huán)特性的測定。(4) 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。(5) 電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。五、實(shí)驗(yàn)方法(1) DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試 打開DJK01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示” 開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。 將DJK01 “電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直流調(diào)速”側(cè)。 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(guān)，撥動“觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。 觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié) A B C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器(

6、在各觀測孔 左側(cè))，使三相鋸齒波斜率盡可能一致。 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(guān)S 撥到接地位置(即Ut=0)，調(diào)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，使a =120。U ct不變時的直流電機(jī)開環(huán)外特性的測定 按接線圖分別將主回路和控制回路接好線。DJK02-1上的移相控制電壓UCt由DJK04上的“給定”輸出Ug直接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻 R, Ld用DJK02上 200mH將給定的輸出調(diào)到零。 先閉合勵磁電源開關(guān)，按下DJK01 “電源控制屏”啟動按鈕，使

7、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(jī)慢慢啟動并使轉(zhuǎn)速 n達(dá)到1200rpm。 改變負(fù)載電阻R的阻值，使電機(jī)的電樞電流從led直至空載。即可測出在UCt不變時的直流 電動機(jī)開環(huán)外特性n = f(I d)，測量并記錄數(shù)據(jù)于下表：n(rpm)12001063983845*755655505Id(A)0.140.300.430.600.720.871.11Ud不變時直流電機(jī)開環(huán)外特性的測定 控制電壓Uct由DJK04的給定” U直接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R，Ld用DJK02上200mH,將給定的輸岀調(diào)到零。 按下DJK01 電源控制屏啟動按鈕，然后從零開始逐漸

8、增加給定電壓Ug，使電動機(jī)啟動并達(dá)到 1200rpm 改變負(fù)載電阻R,使電動機(jī)的電樞電流從空載直至Ied。用電壓表監(jiān)視三相全控整流輸岀的直流電壓Ud，在實(shí)驗(yàn)中始終保持 Ud不變(通過不斷的調(diào)節(jié) DJK04上給定”電壓Ug來實(shí)現(xiàn))，測岀在Ud不變時直流電動機(jī)的開環(huán)外 特性n =f(Id),并記錄于下表中：n(rpm)130312821260123712231206Id(A)0.450.600.750.901.051.18(4) 基本單兀部件調(diào)試 移相控制電壓UCt調(diào)節(jié)范圍的確定直接將DJK04“給定”電壓U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(fù)載R,用示波器

9、觀察Ud的波形。當(dāng)給定電壓U由零調(diào)大時，Ud將隨給定電壓的 增大而增大，當(dāng)Ug超過某一數(shù)值U/時，U的波形會出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，這時 Ud反而隨Ug的增 大而減少。一般可確定移相控制電壓的最大允許值為UCtmax=0.9Ug/，即Ug的允許調(diào)節(jié)范圍為0UCtmaxo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U/于下表中：U/288VUdmsX=0.9UdZ259.2VUCtmax= Ug /7.90 V將給定退到零，再按“停止”按鈕，結(jié)束步驟。 調(diào)節(jié)器的調(diào)整A、調(diào)節(jié)器的調(diào)零將DJK04中“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接

10、地，再將 DJK08中的可調(diào)電阻40K接到“速 度調(diào)節(jié)器”的“ 4”、“5”兩端，用導(dǎo)線將“ 5”、“6”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為P （比 例）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器 RP3用萬用表的毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器“ 7”端的輸 出，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。將DJK04中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將 DJK08中的可調(diào)電阻13K接到“速 度調(diào)節(jié)器”的“ 8”、“9”兩端，用導(dǎo)線將“ 9”、“10”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為 P （比例）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器 RP3用萬用表的毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器的“ 11” 端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。B 正負(fù)限幅值的調(diào)整把“

11、速度調(diào)節(jié)器”的“ 5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47uF接入 “5”、“ 6”兩端，使調(diào)節(jié)器成為PI （比例積分）調(diào)節(jié)器，然后將DJK04的給定輸出端接到 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的“ 3”端，當(dāng)加一定的正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2使之輸出電壓為最小值即可，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時，調(diào)整正限幅電位器RP1,使速度調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為Utmax。把“電流調(diào)節(jié)器”的“ 8”、“9”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47uF接入 “8”、“9”兩端，使調(diào)節(jié)器成為PI （比例積分）調(diào)節(jié)器，然后將 DJK04的給定輸出端接 到電流調(diào)節(jié)器的“ 4”端，當(dāng)加正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器 RP

12、2使之輸出電壓為最小值 即可，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時，調(diào)整正限幅電位器 RP1使電流調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為 UCt maxoC電流反饋系數(shù)的整定直接將“給定”電壓ug接入DJK02-1移相控制電壓UCt的輸入端，整流橋輸出接電阻負(fù) 載R,負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當(dāng) Ud=220V時，減小負(fù)載的阻值，調(diào) 節(jié)“電流反饋與過流保護(hù)”上的電流反饋電位器 RP1,使得負(fù)載電流ld=l.3A時，“2”端 I f的的電流反饋電壓Ui =6V,這時的電流反饋系數(shù) B = Ufi /I d= 4.615V/A。D轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定直接將“給定”電壓U接DJ

13、K02-1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(jī)負(fù)載，Ld用DJK02上的200mH輸出給定調(diào)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(jī)提速到n =150Orpm時，調(diào)節(jié)“速度變換”上轉(zhuǎn)速反饋電位器 RP1,使得該轉(zhuǎn)速時反饋電壓 Un=-6V，這時的轉(zhuǎn)速反饋 系數(shù) a =Ufn/n =0.004V/（rpm）。（5）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 按圖3-1接線，在本實(shí)驗(yàn)中，DJK04的“給定”電壓Ug為負(fù)給定，轉(zhuǎn)速反饋為正電壓， 將“速度調(diào)節(jié)器”接成P （比例）調(diào)節(jié)器或PI （比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電 阻R, Ld用DJK02上 200mH給定

14、輸出調(diào)到零。 直流發(fā)電機(jī)先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓Ug,使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm。 由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載 R,測出電動機(jī)的電樞電流Id,和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n,直至ld=led，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線 n =f(l d)n(rpm)1200119911981200120212001199I d(A)0.1：0.20.40.60.81.0P 1.2(6)電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 按圖5-8接線，在本實(shí)驗(yàn)中，給定Ug為負(fù)給定，電流反饋為正電壓，將“電流調(diào)節(jié)器”接成比例(P)調(diào)節(jié)器或PI (比例積分)調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R, Ld用DJK02上200mH將給定輸出調(diào)到零。

15、 直流發(fā)電機(jī)先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓Ug,使電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm。 由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載 R,測定相應(yīng)的I d和n,直至最大允許電流(該電流值由給定電壓決定)，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(I d)。n(rpm)120011001000900800500300Id(A)0.330.330.330.330.330.330.33六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1) 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可畫出Ut不變時直流電動機(jī)開環(huán)機(jī)械特性：(2) 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可畫出轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性：(3) 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可畫出電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性：(4) 比較以上各種機(jī)械特性，并做出解釋。答：在

16、開環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載電流增大時，電樞壓降也增大，故轉(zhuǎn)速也降下來；閉環(huán)系 統(tǒng)裝有反饋裝置，轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就會降低，通過比較和放大，提高電力電子裝 置的輸出電壓Ud,轉(zhuǎn)速有所回升。當(dāng)“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電流變化起到了抑 制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動時，電機(jī)的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。可 見，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性。七、思考題(1) P調(diào)節(jié)器和PI調(diào)節(jié)器在直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用有什么不同 ？答：P調(diào)節(jié)器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，采用PI調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)則是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。(2) 實(shí)驗(yàn)中，如何確定轉(zhuǎn)速反饋的極性并把轉(zhuǎn)速反饋正確地接入系統(tǒng)中？調(diào)節(jié)什么元件能改變轉(zhuǎn)速反饋的強(qiáng)度？答：通過測量轉(zhuǎn)速反饋電