雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理。(2) 掌握雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法及參數(shù)的整定。(3) 研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)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”、“正反橋功放”等幾個(gè)模塊。4DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)1該掛件包含“給定”、“調(diào)節(jié)器1”、“調(diào)節(jié)器II ”、“轉(zhuǎn)速 變換”、“電流反饋與過流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-3電

2、機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速 系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表7DJ13-1直流發(fā)電機(jī)8DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)9D42三相可調(diào)電阻10慢掃描示波器自備11萬(wàn)用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理許多生產(chǎn)機(jī)械，由于加工和運(yùn)行的要求，使電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)的過渡過程中，因此起動(dòng)和制動(dòng)過程的時(shí)間在很大程度上決定了生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)效率。為縮短這一部分時(shí)間，僅采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其性能還不很令人滿意。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是由速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，可獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能(兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器)，由于調(diào)整系統(tǒng)的主要參量為轉(zhuǎn)速，故將轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面，電流環(huán)作為副環(huán)放在里面，這樣可以抑制電網(wǎng)電

3、壓擾動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理框圖組成如下：?jiǎn)?dòng)時(shí)，加入給定電壓 Ug, “速度調(diào)節(jié)器”和“電流調(diào)節(jié)器”即以飽和限幅值輸出，使電動(dòng)機(jī)以限定的最大 啟動(dòng)電流加速啟動(dòng)，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定轉(zhuǎn)速(即Ug=Ufn)，并在出現(xiàn)超調(diào)后，“速度調(diào)節(jié)器”和“電流調(diào)節(jié)器”退出飽和，最后穩(wěn)定在略低于給定轉(zhuǎn)速值下運(yùn)行。系統(tǒng)工作時(shí)，要先給電動(dòng)機(jī)加勵(lì)磁，改變給定電壓U的大小即可方便地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?！八俣日{(diào)節(jié)器”、“電流調(diào)節(jié)器”均設(shè)有限幅環(huán)節(jié)，“速度調(diào)節(jié)器”的輸出作為“電流調(diào)節(jié)器”的給定，利用“速度調(diào)節(jié)器”的輸出限幅可達(dá)到限制啟動(dòng)電流的目的?！半娏髡{(diào)節(jié)器”的輸出作為“觸發(fā)電路”的控制電壓UCt，利用“電流調(diào)節(jié)器”

4、的輸出限幅可達(dá)到限制 a ma的目的。在本實(shí)驗(yàn)中DJK04h的“調(diào)節(jié)器I ”作為“速度調(diào)節(jié)器”使用，“調(diào)節(jié)器II ”作為“電流調(diào)節(jié)器”使用；若使用DD03-4不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、渦流測(cè)功機(jī)及光碼盤測(cè)速系統(tǒng)和D55-4智能電機(jī)特性測(cè)試及控制系統(tǒng)兩者來完成電機(jī)加載請(qǐng)?jiān)斠姼戒浵嚓P(guān)內(nèi)容。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1) 各控制單元調(diào)試。(2) 測(cè)定電流反饋系數(shù)3、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。(3) 測(cè)定開環(huán)機(jī)械特性及高、低轉(zhuǎn)速時(shí)系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)特性n=f(l d)。(4) 閉環(huán)控制特性n=f(U g)的測(cè)定。(5) 觀察、記錄系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形。=-*11電源輸出調(diào)節(jié)器1?II10L«=H 卜Ri.3 Cl轉(zhuǎn)速I變換2U112II

5、三和全控整流4)-777532甜In圖5-10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖五、實(shí)驗(yàn)方法（1）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則 先單元、后系統(tǒng)，即先將單元的參數(shù)調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。 先開環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)運(yùn)行在開環(huán)狀態(tài)，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋后，才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。 先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)，即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)試轉(zhuǎn)速外環(huán)。 先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)整動(dòng)態(tài)指標(biāo)。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

6、電纜，將 DJK02的“三相同步信號(hào)輸出”端和DJK02-1 “三相同步信號(hào)輸入”端相連 ，打開DJK02-1電源開關(guān)，撥動(dòng)“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（在各觀測(cè)孔左側(cè)），使三相鋸齒 波斜率盡可能一致。 將DJK04h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UCt=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(hào)和“雙脈沖觀察孔”VT1的輸出波形，使a =150 ° （注意此處的a表示三相晶閘管電路中的移相角，它的

7、0。是從自然換流點(diǎn)開始計(jì)算，而單相晶閘管電路的0 °移相角表示從同步信號(hào)過零點(diǎn)開始計(jì)算，兩者存在相位差，前者比后者滯后30° ）。 適當(dāng)增加給定Uh的正電壓輸出，觀測(cè) DJK02-1 上 “脈沖觀察孔”的波形，此時(shí)應(yīng)觀測(cè)到單窄脈沖和雙窄脈 沖。 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。 將DJK02-1面板上的Uf端接地，用20芯的扁平電纜，將 DJK02-1的“正橋觸發(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(gè)開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1V

8、T6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。（3）控制單元調(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(fù)載R,用示波器觀察Ud的波形。當(dāng)給定電壓Ug由零調(diào)大時(shí)，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)U超過某一數(shù)值時(shí)，此時(shí) Ud接近為輸出最高電壓值 U/ , 一般可確定“三相全控整流”輸出允許范圍的最大值為 Uma=0.9U/ ,調(diào)節(jié)Ug使得“三相全控整流”輸出等于Umax,此時(shí)將對(duì)應(yīng)的Ug/的電壓值記錄下來，UCtmax= UgZ，即Ug的允許調(diào)節(jié)范圍為0Utmax如果我們把輸出限幅定為Utmax的話，

9、則“三相全控整流”輸出范圍就被限定，不會(huì)工作到極限值狀態(tài)，保證六個(gè)晶閘管可靠工作。記錄U/于下表中：Udz280Udmax=0.9 U dZ251.8Utmax =Uj /5.01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)零將DJK04中“調(diào)節(jié)器I”所有輸入端接地，再將 DJK08中的可調(diào)電阻120K接到“調(diào)節(jié)器I”的“ 4”、“ 5”兩端， 用導(dǎo)線將“ 5”、“ 6”短接，使“調(diào)節(jié)器I”成為P （比例）調(diào)節(jié)器。用萬(wàn)用表的毫伏檔測(cè)量調(diào)節(jié)器 I的“7”端的 輸出，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器 RP3,使之電壓盡可能接近于零。將DJK04中“調(diào)節(jié)器II ”所有輸入端接地，再將 DJK08中的

10、可調(diào)電阻13K接到“調(diào)節(jié)器II ”的“ 8”、“ 9”兩 端,用導(dǎo)線將“9”、“ 10”短接，使“調(diào)節(jié)器II ”成為P （比例）調(diào)節(jié)器。用萬(wàn)用表的毫伏檔測(cè)量調(diào)節(jié)器 II的“11” 端，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器 RP3,使之輸出電壓盡可能接近于零。 調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整把“調(diào)節(jié)器I”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，將“調(diào)節(jié)器I”所有輸入端的接地線去掉，將DJK04的給定輸出端接到調(diào)節(jié)器I的“ 3”端，當(dāng)加+5V勺正給定電壓時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2使之輸出電壓為-6V，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加-

11、5V的負(fù)給定電壓時(shí)，調(diào)整正限幅電位器 RP1,使之輸出電壓盡可能接近于零。把“調(diào)節(jié)器II ”的“ 9”、“10”短接線去掉，將 DJK08中的可調(diào)電容0.47UF接入“ 9”、“ 10”兩端，使調(diào) 節(jié)器成為PI （比例積分）調(diào)節(jié)器，將“調(diào)節(jié)器II ”的所有輸入端的接地線去掉，將DJK04勺給定輸出端接到調(diào)節(jié)器II的“ 4”端。當(dāng)加+5V的正給定電壓時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2使之輸出電壓盡可能接近于零；當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加-5V的負(fù)給定電壓時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1,使調(diào)節(jié)器I的輸出正限幅為Utmax。 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Ut的輸入端，整流橋輸出接

12、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(dòng)按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當(dāng)U=220V時(shí)，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(shí)，“ 2”端If的的電流反饋電壓 U=6V,這時(shí)的電流反饋系數(shù) 3 = Ufi/I d= 4.615V/A。 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定“三相全控整流”電路接直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，n =150Orpm時(shí)，調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)速變換”上轉(zhuǎn)速a =Un/n =0.004V/（rpm）。直接將“給定”電壓Ug接DJK02-1上的移相控制電壓UCt的輸入端， Ld用DJK02上的200mH輸出給定調(diào)到零。按下啟動(dòng)按鈕，接通

13、勵(lì)磁電源，從零逐漸增加給定，使電機(jī)提速到 反饋電位器RP1,使得該轉(zhuǎn)速時(shí)反饋電壓 Un=-6V，這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（4）開環(huán)外特性的測(cè)定 DJK02-1控制電壓UCt由DJK04h的給定輸出Ug直接接入，“三相全控整流”電路接電動(dòng)機(jī)，Ld用DJK02上的200mH直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻 R,負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。 按下啟動(dòng)按鈕，先接通勵(lì)磁電源，然后從零開始逐漸增加“給定”電壓Ug,使電機(jī)啟動(dòng)升速，轉(zhuǎn)速到達(dá) 1200rpm。 增大負(fù)載（即減小負(fù)載電阻R阻值），使得電動(dòng)機(jī)電流ld=|ed，可測(cè)出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性n =f （Id）,記錄于下表中：n (rpm)1200119811891

14、187116911581148Id (A)0.3450.4020.4140.4810.4900.7220.766將給定退到零，斷開勵(lì)磁電源，按下停止按鈕，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。（5）系統(tǒng)靜特性測(cè)試 按圖5-10接線，DJK04的給定電壓Ug輸出為正給定，轉(zhuǎn)速反饋電壓為負(fù)電壓，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R,Ld用DJK02上的200mH負(fù)載電阻放在最大值，給定的輸出調(diào)到零。將“調(diào)節(jié)器I”、“調(diào)節(jié)器II ”都接成P （比例）調(diào)節(jié)器后，接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)，按下啟動(dòng)按鈕，接通勵(lì)磁電源，增加給定，觀察系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)的接線正確無誤后，將“調(diào)節(jié)器I”，“調(diào)節(jié)器II ”均恢復(fù)成PI （比例積分）調(diào)節(jié)

15、器，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 機(jī)械特性n =f（I d）的測(cè)定A、發(fā)電機(jī)先空載，從零開始逐漸調(diào)大給定電壓Ug，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm，然后接入發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻R，逐漸改變負(fù)載電阻，直至ld=led，即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f（I d），并記錄于下表中：n (rpm)1199119711951193119211901188Id（A）0.3020.5100.6390.8100.9001.0201.200B、降低Uh，再測(cè)試n=800rpm時(shí)的靜態(tài)特性曲線，并記錄于下表中:n (rpm)800.0797.8795.3793.8792.5791.1776.2Id（A）0.2610.4290.64

16、70.7770.8791.0181.189C、閉環(huán)控制系統(tǒng)n=f（U g）的測(cè)定調(diào)節(jié)Ug及R,使ld=led、n= l200rpm，逐漸降低Ug，記錄Ug和n，即可測(cè)出閉環(huán)控制特性n = f（U g）。n (rpm)1200961.9807.1658.9557.5428.0310.7Ug (V)4.463.562.992.422.041.571.16（6）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的觀察用慢掃描示波器觀察動(dòng)態(tài)波形。在不同的系統(tǒng)參數(shù)下（“調(diào)節(jié)器I”的增益和積分電容、“調(diào)節(jié)器II ”的增益和積分電容、“轉(zhuǎn)速變換”的濾波電容），用示波器觀察、記錄下列動(dòng)態(tài)波形：突加給定Ug，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電樞電流ld（ “電流反饋與過流保護(hù)”的“2”端）波形和轉(zhuǎn)速n（ “轉(zhuǎn)速變換”的“3”端）波形。1）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電樞電流ld（ “電流反饋與過流保護(hù)”的“2”端）波形2）轉(zhuǎn)速n（ “轉(zhuǎn)速變換”的“ 3”端）波形。突加額定負(fù)載(20%l e=.100%led)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。1)突加額定負(fù)載(20%le=.100%led)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞電流波形2)突加額定負(fù)載(20%led ： 100%led)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波形 突降負(fù)載(100%led