電力拖動自控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、學(xué) 號： 2010133337電力拖動自控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書專業(yè)班級 11自動化三班 學(xué)生姓名 胡思奇 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 報(bào)告日期 電力拖動自控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)班級：11自動化三班 姓名：胡思奇 學(xué)號：2010133337摘要：本實(shí)驗(yàn)以雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為例進(jìn)行拖動控制綜合實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)需掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定、各單元部件及系統(tǒng)的調(diào)試方法；對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，將得到的數(shù)據(jù)用于調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)物設(shè)計(jì)與連接。得到系統(tǒng)后，觀察系統(tǒng)的靜特性和動態(tài)特性從而驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，并從中學(xué)習(xí)到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)直流調(diào)速 特性測定 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 靜特性 動特性第一章

2、概述1.1實(shí)驗(yàn)性質(zhì) 本實(shí)驗(yàn)課程以雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為例進(jìn)行拖動控制綜合實(shí)驗(yàn)，通過本實(shí)驗(yàn)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定、各單元部件及系統(tǒng)的調(diào)試方法；能綜合動用所學(xué)的理論知識，分析和解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題；通過對系統(tǒng)物理現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析，牢固掌握自動控制系統(tǒng)的有關(guān)理論知識。1.2實(shí)驗(yàn)裝置（1）DJDK-1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置（2）DJK01電源控制屏（3）DJK02晶閘管主電路（4）DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路（5）DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)I（6）萬用表、示波器等 1.3實(shí)驗(yàn)情況簡介基于前面對過程控制及自動控制原理的了解掌握，我們在大三下學(xué)期學(xué)習(xí)電力拖動自控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程。在

3、吳詩賢老師的帶領(lǐng)下，自由分組后，每次試驗(yàn)基本上能夠按照實(shí)驗(yàn)要求按時(shí)完成試驗(yàn)。我們小組實(shí)驗(yàn)過程中，每個(gè)人相互配最終順利完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們嚴(yán)格遵守以下幾條：1、建立小組，合理分工每次實(shí)驗(yàn)都以小組為單位進(jìn)行,小組由3人組成，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中的接線、調(diào)節(jié)負(fù)載、保持電壓或電流、記錄數(shù)據(jù)等工作每人都有明確的分工，以保證實(shí)驗(yàn)操作協(xié)調(diào)，記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。 2、選擇組件和儀表 實(shí)驗(yàn)前跟著老師認(rèn)真熟悉該次實(shí)驗(yàn)所用的組件，記錄電機(jī)銘牌和選擇儀表量程，然后依次排列組件和儀表便于測取數(shù)據(jù)。 3、按圖接線 根據(jù)實(shí)驗(yàn)線路圖及所選組件、儀表、按圖接線，線路力求簡單明了，按接線原則是先接串聯(lián)主回路，再接并聯(lián)支路。為查找線路

4、方便，每路可用相同顏色的導(dǎo)線或插頭。 4、起動電機(jī)，觀察儀表 在正式實(shí)驗(yàn)開始之前，先熟悉儀表刻度，并記下倍率，然后按一定規(guī)范起動電機(jī)，觀察所有儀表是否正常(如指針正、反向是否超滿量程等)。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，并排除故障；如果一切正常，即可正式開始實(shí)驗(yàn)。 5、測取數(shù)據(jù) 預(yù)習(xí)時(shí)對電機(jī)的試驗(yàn)方法及所測數(shù)據(jù)的大小作到心中有數(shù)。正式實(shí)驗(yàn)時(shí),根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟逐次測取數(shù)據(jù)。 6、認(rèn)真負(fù)責(zé)，實(shí)驗(yàn)有始有終 實(shí)驗(yàn)完畢，將數(shù)據(jù)交吳老師審閱。經(jīng)老師認(rèn)可后，才允許拆線并把實(shí)驗(yàn)所用的組件、導(dǎo)線及儀器等物品整理好。第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)固有參數(shù)和環(huán)節(jié)特性測定2.1主電路總電阻測量（1） 電路圖及測量原理 電樞回路

5、的總電阻包括電機(jī)的電樞電阻、平波電抗器的直流電阻及整流裝置的內(nèi)阻，即R=Ra+Rl+Rn。由于阻值較小，不宜用歐姆表或電橋測量，因是小電流檢測，接觸電阻影響很大，故常用直流伏安法。為測出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻須測量整流裝置的理想空載電壓Udo，而晶閘管整流電源是無法測量的，為此應(yīng)用伏安比較法，實(shí)驗(yàn)線路如圖所示。（2） 測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄計(jì)算電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2）數(shù)據(jù)記錄給定：3.31U1I1U2I2R=34.48650.2351.07U1I1U2I2R=33.33460.73620.25U1I1U2I2R=31.03420.84600.16平均R=32.95 將

6、變阻器R1、R2接入被測系統(tǒng)的主電路，測試時(shí)電動機(jī)不加勵(lì)磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。合上S1、S2，調(diào)節(jié)給定使輸出直流電壓在30%Ued70%Ued范圍內(nèi)，然后調(diào)整R2使電樞電流在80%Ied90%Ied范圍內(nèi)，讀取電流表A和電壓表V2的數(shù)值為I1、U1，則此時(shí)整流裝置的理想空載電壓為Udo=I1R+U1。 調(diào)節(jié)R1使之與R2的電阻值相近，拉開開關(guān)S2，在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數(shù)值I2、U2，則Udo=I2R+U2。 可得電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)。（3） 數(shù)據(jù)處理 由上述處理可得平均R=32.952.2電磁時(shí)間常數(shù)測量（1） 電路圖及測量原理 電路圖：圖2-2 電流上升

7、曲線 圖2-3 測定Td的實(shí)驗(yàn)線路圖測量原理：采用電流波形法測定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時(shí)，電流id按指數(shù)規(guī)律上升: 其電流變化曲線如圖2-2所示。當(dāng)t=Td時(shí)，有 實(shí)驗(yàn)線路如圖2-3所示。電機(jī)不加勵(lì)磁，調(diào)節(jié)給定使電機(jī)電樞電流在50%Ied90%Ied范圍內(nèi)。然后保持Ug不變，將給定的S2撥到接地位置，然后撥動給定S2從接地到正電壓躍階信號，用數(shù)字存儲示波器記錄id=f（t）的波形，在波形圖上測量出當(dāng)電流上升至穩(wěn)定值的63.2%時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td。 （2） 測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄 電機(jī)不加勵(lì)磁，調(diào)節(jié)給定使電機(jī)電樞電流在50%Ied90%Ied范圍內(nèi)。

8、然后保持不變，將給定的S2撥到接地位置，然后撥動給定S2從接地到正電壓躍階信號，用數(shù)字存儲示波器記錄（Id）的波形，在波形圖上測量出當(dāng)電流上升至穩(wěn)定值的時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)。（3） 數(shù)據(jù)處理由示波器顯示的波形可知Td13ms2.3機(jī)電時(shí)間常數(shù)測量（1） 電路圖及測量原理 系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)算,當(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)值的時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間即為拖動系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。（2） 測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄測試時(shí)電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除，突然給電樞加電壓，用數(shù)字存儲示波器記錄過渡過程曲線，即可由此確定機(jī)電時(shí)間常數(shù)。（3） 數(shù)據(jù)處理由示波器顯示可知Tm

9、160ms2.4電勢常數(shù)測量（1） 測量原理將電動機(jī)加額定勵(lì)磁，使其空載運(yùn)行，改變電樞電壓，測得相應(yīng)的n即可由下式算出Ce.（2） 原始數(shù)據(jù)記錄U1U2N1N2Ce171161107900.14534962306540.146973554980.144平均Ce=0.145（3） 數(shù)據(jù)處理由上述處理可得平均Ce=0.1452.5晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性和測速發(fā)電機(jī)特性的測定（1） 電路圖及測量原理電路圖：測量原理：電動機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug，分別讀取對應(yīng)的Ug、Utg、Ud、n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線Ud=f(Ug)和Utg=f(n)。由曲線可求得晶閘管整流裝置的放

10、大倍數(shù)曲線Ks=Ud/Ug（2）測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄測量過程：給電動機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加，測得數(shù)據(jù)如下：uguduTGn01000.27100.30630.55240.77157.30.82391.282641.04441.452981.30551.803741.56802.565512.031244.238562.211384.739552.501595.4610992.621675.7611582.751766.071220（2） 數(shù)據(jù)處理將測得的數(shù)據(jù)畫成曲線，Ud為橫坐標(biāo)，Ug為縱坐標(biāo)，Ks為曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的斜率。Ks=67.57第三章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)的整定與調(diào)試3.1移相

11、控制電壓調(diào)節(jié)范圍的確定（1） 移相控制電壓調(diào)節(jié)范圍的含義在電流單閉環(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，控制整流橋的“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)。（2） 確定過程及原始數(shù)據(jù)記錄 直接將“給定”電壓接入移相控制電壓的輸入端，“三相全控整流”輸出接電阻負(fù)載，用示波器觀察Ud的波形。當(dāng)給定電壓由零調(diào)大時(shí)，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)Ug超過某一數(shù)值Ug時(shí)，的波形會出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，這時(shí)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0.9Ug

12、，即的允許調(diào)節(jié)范圍為00.9Ug。(3) 數(shù)據(jù)處理由實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)可知當(dāng)Ug=1.42時(shí)Ud=-6.07，并且當(dāng)Ug繼續(xù)增大時(shí)，輸出減小，從而得到轉(zhuǎn)折點(diǎn)/V6.18=0.95.5623.2調(diào)節(jié)器調(diào)試（1） 調(diào)節(jié)器調(diào)零 將DJK04中“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻120K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”

13、的“10”、“9”兩端，用導(dǎo)線將“9”、“10”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為（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。（2） 調(diào)節(jié)器限幅 把“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(shí)，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(shí)，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Uctmax。把“電流調(diào)節(jié)器”的“10”、“9”短

14、接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47uF接入“10”、“9”兩端，使調(diào)節(jié)器成為（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(shí)，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(shí)，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Uctmax。（3) 限幅后的數(shù)據(jù)和圖形記錄給定輸出0.00-0.020.02-0.100.06-0.320.09-0.530.20-1.160.28-1.590.35-2.020.45-2.580.66-3.750.85-4.891.00-5.701.42-6.072.05-5.99輸入輸出0-0.

15、030.06-0.380.09-0.570.16-0.990.22-1.370.31-1.90.44-2.690.73-4.470.85-5.180.89-5.410.97-5.881.13-5.921.41-5.923.3電流反饋系數(shù)整定直接將“給定”電壓Ug接入移相控制電壓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(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I=1.3A時(shí)，“2”端的的電流反饋電壓6V，這時(shí)的電流反饋系數(shù)=Uri/Id=4.5V/A。數(shù)據(jù)記錄

16、電流Id=0.8AUI=3.60V=4.5(V/A)數(shù)據(jù)處理=Ui/Id=4.5V/A。3.4轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)整定直接將“給定”電壓Ug接上的移相控制電壓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(lì)磁電源，從零逐漸增加給定，使電機(jī)提速到n=1500時(shí)，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(shí)反饋電壓-6V，這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=Un/n=0.004。數(shù)據(jù)記錄給定=2.13轉(zhuǎn)速=285Un=3.15=0.004（v/rpm）數(shù)據(jù)處理=Un/n=0.004第四章 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)4.1已知條件已有電力電子綜合實(shí)驗(yàn)臺及所需

17、掛件、電機(jī)機(jī)組（直流電動機(jī)測速發(fā)電機(jī)）、示波器、萬用表、可變電阻器和開關(guān)導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)設(shè)備。直流電動機(jī)數(shù)據(jù)如下：額定轉(zhuǎn)速=1600r/min 額定電壓=220V 額定電流=1.2A 額定功率=185w 允許過載倍數(shù)=1.5。 電壓反饋系數(shù)=4.5V/A 電流反饋系數(shù)=0.004 V/rmp =20.7 K =0.145V*min/r晶閘管裝置放大系數(shù)=67.57 電樞回路總電阻R=32.95時(shí)間常數(shù)=0.013S =0.16s4.2 設(shè)計(jì)要求（1）要求系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作（2）系統(tǒng)靜特性良好，靜差小、電流超調(diào)量5%（3）動態(tài)性能指標(biāo)：空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量n

18、20%。4.3 設(shè)計(jì)過程4.3.1 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路的平均失控時(shí)間=0.0017s電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）=3.3ms，因此取=2ms=o.02s.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)只和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取=+=0.0037s（2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器檢查對電源電壓的抗擾性能：5.41。查表該典型型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。（3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器

19、超前時(shí)間常數(shù)：=0.013s。電流開環(huán)增益：要求5%，應(yīng)取=0.5，因此=于是ACR的比例系數(shù)(4)驗(yàn)證近似條件電流環(huán)截止頻率： 1）校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 滿足近似條件 2）校驗(yàn)忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 滿足近似條件 3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似條件（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電容和電阻按所用運(yùn)算放大器所取,各電阻和電容計(jì)算如下： 取4 取4.3 4.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)A.電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 因?yàn)?0.5，則B.轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) 根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)的電機(jī)紋波情況，取。C.轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 按小時(shí)間常數(shù)近似處理，?。?）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選型按照

20、設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器（3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能要求都較好的原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速開環(huán)增益ASR的比例系數(shù)為（4）驗(yàn)證近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足簡化條件 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似條件（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻電容（?。?取565k 取0.3 第五章 系統(tǒng)調(diào)試與動靜態(tài)性能分析5.1系統(tǒng)靜特性測定（1） 電路圖 圖5.1 系統(tǒng)靜特性實(shí)驗(yàn)電路（2） 調(diào)試、測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄按圖5-1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。將速度調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器都接成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)，按下啟動按鈕，接通勵(lì)磁電源