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

1、雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告雙閉環(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 1 DJK01 電控制屏 該控制屏包含“三相電輸出”等幾個(gè)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(gè)模塊。4 DJK04 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn) I 該掛件包含“給定”、“調(diào)節(jié)器I”、“調(diào)節(jié)器II”、“轉(zhuǎn)速變換”、“電流反饋與過流保護(hù)

2、”等幾個(gè)模塊。5 DJK08可調(diào)電阻、電容箱 6 DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 7 DJ13-1 直流發(fā)電機(jī) 8 DJ15 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 9 D42三相可調(diào)電阻 10 慢掃描示波器 自備 11 萬用表 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)

3、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：啟動(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Ug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

4、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”的輸出限幅可達(dá)到限制ma_的目的。在本實(shí)驗(yàn)中DJK04上的“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、渦流測功機(jī)及光碼盤測速系統(tǒng)和D55-4智能電機(jī)特性測試及控制系統(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)測定電流反饋系數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。(3)測定開環(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(Id)。(4)閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測定。(5)觀察、記錄系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形。圖5-10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系

5、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)。(2)DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試 打開DJK01總電開關(guān)，操作“電控制屏”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“電控制屏”上“調(diào)速電選擇開關(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(hào)輸出”端和DJK02-1“三相同步信號(hào)輸入

6、”端相連,打開DJK02-1電開關(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)S2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=150(注意此處的表示三相晶閘管電路中的移相角，它的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

7、滯后30)。適當(dāng)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(shí)應(yīng)觀測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Ulf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VT1VT6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U

8、ct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)Ug超過某一數(shù)值時(shí)，此時(shí)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Udma_=0.9Ud，調(diào)節(jié)Ug使得“三相全控整流”輸出等于Udma_，此時(shí)將對(duì)應(yīng)的Ug的電壓值記錄下來，Uctma_= Ug，即Ug的允許調(diào)節(jié)范圍為0Uctma_。如果我們把輸出限幅定為Uctma_的話，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Ug于下表中：Ud 280 Udma_=0.9 Ud 251.8 Uctma

9、_=Ug 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。用萬用表的毫伏檔測量調(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。用萬用表的毫伏檔測量調(diào)節(jié)器II的“11”端，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零

10、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，使之輸出電壓為-6V，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，

11、將“調(diào)節(jié)器II”的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Uctma_。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(dòng)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Id=l.3A時(shí)，“2”端If的的電流

12、反饋電壓Ufi=6V，這時(shí)的電流反饋系數(shù)= Ufi/Id= 4.615V/A。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)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(dòng)機(jī)負(fù)載，Ld用DJK02上的20_mH，輸出給定調(diào)到零。按下啟動(dòng)按鈕，接通勵(lì)磁電，從零逐漸增加給定，使電機(jī)提速到n =150Orpm時(shí)，調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)速變換”上轉(zhuǎn)速反饋電位器RP1，使得該轉(zhuǎn)速時(shí)反饋電壓Ufn=-6V，這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=Ufn/n =0.004V/(rpm)。(4)開環(huán)外特性的測定 DJK02-1控制電壓Uct由DJK04上的給定輸出Ug直接接入，“三相全控整流”電路接電動(dòng)機(jī)，Ld用DJ

13、K02上的20_mH，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，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)120_rpm。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Id=Ied，可測出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性n =f（Id），記錄于下表中：n（rpm）120_1198 1189 1187 1169 1158 1148 Id（A）0.345 0.402 0.414 0.481 0.490 0.722 0.766 將給定退到零，斷開勵(lì)磁電，按下停止按鈕，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。(5)系統(tǒng)靜特性測試 按圖5-10接線， DJK04的給定電壓Ug輸出

14、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20_mH，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，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)器，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。機(jī)械特性n =f(Id)的測定 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=l20_rpm，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Id=Ied，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n =f(Id)，并

15、記錄于下表中：n（rpm）1199 1197 1195 1193 1192 1190 1188 Id（A）0.302 0.510 0.639 0.810 0.900 1.020 1.20_B、降低Ug，再測試n=800rpm時(shí)的靜態(tài)特性曲線，并記錄于下表中：n（rpm）800.0 797.8 795.3 793.8 792.5 791.1 776.2 Id（A）0.261 0.429 0.647 0.777 0.879 1.018 1.189 C、閉環(huán)控制系統(tǒng)n=f(Ug)的測定 調(diào)節(jié)Ug及R，使Id=Ied、n= l20_rpm，逐漸降低Ug，記錄Ug和n，即可測出閉環(huán)控制特性n = f(U

16、g)。n（rpm）120_961.9 807.1 658.9 557.5 428.0 310.7 Ug（V）4.46 3.56 2.99 2.42 2.04 1.57 1.16 (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Id(“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Id(“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(20Ied100Ied)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(20Ied100Ied)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞電流波形 2）突加額定負(fù)載(20Ied100Ied)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波形 突降負(fù)載(100Ied20Ied)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。1）突降負(fù)載(100Ied20Ied)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電