濟(jì)南大學(xué)機(jī)電傳動與控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、 機(jī)電傳動與控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書目 錄實(shí)驗(yàn)一 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)2實(shí)驗(yàn)二 雙閉環(huán)三相異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)6實(shí)驗(yàn)三 交流伺服電機(jī)傳動系統(tǒng)調(diào)速實(shí)驗(yàn)9實(shí)驗(yàn)一 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成、原理及各主要單元部件的工作原理。2熟悉直流PWM專用集成電路SG3525的組成、功能與工作原理。3熟悉H型PWM變換器的控制方式的原理與特點(diǎn)。4掌握雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法及參數(shù)的整定。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1PWM控制器SG3525性能測試。2控制單元調(diào)試。3系統(tǒng)開環(huán)調(diào)試。4系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試。5系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性測試。三實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成和工作原理在中小容量的直流傳

2、動系統(tǒng)中，采用自關(guān)斷器件的脈寬調(diào)速系統(tǒng)比相控系統(tǒng)具有更多的優(yōu)越性，因而日益得到廣泛應(yīng)用。雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖11所示，圖中可逆PWM變換器主電路系采用IGBT所構(gòu)成的H型結(jié)構(gòu)形式，UPW為脈寬調(diào)制器，DLD為邏輯延時環(huán)節(jié)，GD為MOS管的柵極驅(qū)動電路，F(xiàn)A為瞬時動作的過流保護(hù)。脈寬調(diào)制器UPW采用美國硅通用公司（Silicon General）的第二代產(chǎn)品SG3525，這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。實(shí)驗(yàn)見圖11。1) 電源控制屏位于NMCL-322) Rd可調(diào)電阻位于NMEL-03 3) G給定（Ug）位于NMCL-314) UPW，F(xiàn)BA位于NMCL-

3、10A中5) TG指光電編碼器，與電機(jī)導(dǎo)軌同軸，用于測速6) 轉(zhuǎn)速顯示及輸出位于電機(jī)導(dǎo)軌上7) 直流電機(jī)勵磁電源位于NMCL-32中8) 負(fù)載用M01發(fā)電機(jī)圖1-1 系統(tǒng)接線圖四實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺主控制屏 2現(xiàn)代電力電子及直流脈寬調(diào)速組件3負(fù)載組件 4直流調(diào)速控制單元組件5電機(jī)導(dǎo)軌、光電編碼器、直流發(fā)電機(jī)、直流電動機(jī) 6雙蹤示波器 7萬用表五注意事項(xiàng)1直流電動機(jī)工作前，必須先加上直流激磁。2接入ASR構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋時，為了防止振蕩，應(yīng)預(yù)先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底，使調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)最小，同時，ASR的“5”、“6”端接入可調(diào)電容（預(yù)置7F）。3測取靜特性時，須注意主電路（電動機(jī)

4、電樞電路）電流不許超過電機(jī)的額定值（1A）。4系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機(jī)（確保Ug的正負(fù)給定旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到底）。5改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關(guān)的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零（Ug的正負(fù)給定旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到底）。6雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可，紅色探頭接測量信號，黑色探頭接地），以免造成短路事故。六實(shí)驗(yàn)方法1控制屏上除Ug給定旋鈕、Rd電阻旋鈕外，其余所有旋鈕勿動，參數(shù)已調(diào)好。2開環(huán)系統(tǒng)調(diào)試主回路按圖11接線，但閉環(huán)調(diào)節(jié)器不接（即ASR，ACR單元不接入）。用導(dǎo)線將低壓單元的G給定U

5、g與UPW的“3”相連，同時Ug的地（黑色插孔）與UPW掛箱中的“8”腳相連接，并將UPW“2”端和DLD“1”端相連。（1）將正、負(fù)給定均調(diào)到零，采用M01電機(jī)做為發(fā)電機(jī)當(dāng)負(fù)載，先將發(fā)電機(jī)勵磁與電動機(jī)勵磁并連，發(fā)電機(jī)電樞輸出接負(fù)載電阻Rd。Rd阻值可調(diào)，啟動電機(jī)前，應(yīng)將Rd旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到底，即使阻值最大。（2）合上主控制屏電源開關(guān)（按下綠色按鈕），接通位于NMCL-32或NMEL-18/2中直流電機(jī)勵磁電源。（3）直流發(fā)電機(jī)串接上直流電流表。（4）調(diào)節(jié)正給定Ug，電機(jī)開始起動直至達(dá)1000r/min。再調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載可調(diào)電阻RD，RD旋鈕順時針緩慢轉(zhuǎn)動，使電阻變小，直至電動機(jī)的電樞電

6、流為1A。（5）調(diào)節(jié)“FBA”的電流反饋電位器，用萬用表測量“9”端電壓達(dá)2.5V左右。（6）再次調(diào)節(jié)正給定Ug，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)1000r/min，調(diào)節(jié)調(diào)速控制單元的“FBS”電位器，使速度反饋電壓為5V左右。3系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性測定調(diào)速控制單元的S2開關(guān)打向“給定”，S1開關(guān)扳向上，逆時針調(diào)整調(diào)速控制單元Ug的RP1電位器到底。在前面調(diào)試的基礎(chǔ)上，順時針緩慢調(diào)節(jié)Ug給定旋鈕，使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)1000r/min，改變直流發(fā)電機(jī)負(fù)載（注意一定不要快速旋轉(zhuǎn)），在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)測取7個點(diǎn)，記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n和直流電動機(jī)電流Id。觀察電機(jī)在開環(huán)高速時的機(jī)械特性。 (電阻Rd最大時，直流電動機(jī)為空載，逐漸

7、下調(diào)電阻過程中，電動機(jī)電樞電流id達(dá)到1A時，為額定負(fù)載) n=1000r/minn(r/min)Id (A)調(diào)節(jié)給定Ug給定旋鈕， 使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)500r/min，作同樣的記錄，觀察電機(jī)在開環(huán)低速時的機(jī)械特性。n=500r/minn(r/min)Id (A)4系統(tǒng)閉環(huán)機(jī)械特性測定控制回路可按圖11接線，將ASR，ACR均接成PI調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。合上空氣開關(guān)。（1）速度調(diào)節(jié)器的調(diào)試（a）反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最??；（b）“5”、“6”端接入可調(diào)電容器，預(yù)置7F；（c）將給定G輸出Ug接到ASR調(diào)節(jié)器的輸入端“1”端，輸入1V電壓。調(diào)整正、負(fù)限幅電位器RP1

8、、RP2，使輸出“3”端正負(fù)值等于±5V。（2）電流調(diào)節(jié)器的調(diào)試（a）反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最??；（b）“5”、“6”端接入可調(diào)電容器，預(yù)置7F；（c）將給定G輸出Ug接到調(diào)節(jié)器ACR的輸入端3端，調(diào)節(jié)輸入Ug=1V，調(diào)整ACR正、負(fù)限幅電位器RP1、RP2，使輸出“7”端正負(fù)值等于±5V。（3）機(jī)械特性n=f（Id）的測定調(diào)速控制單元的S2開關(guān)打向“給定”，S1開關(guān)扳向上，逆時針調(diào)整調(diào)速控制單元Ug的RP1電位器到底。合上主電路電源，逐漸增加給定電壓Ug，使電機(jī)起動、升速，調(diào)節(jié)Ug使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速n0=1000r/min，再調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻RD，在

9、直流電機(jī)空載至額定負(fù)載范圍，測取7點(diǎn)，讀取電機(jī)轉(zhuǎn)速n，電機(jī)電樞電流Id，測出系統(tǒng)在閉環(huán)高速時的靜特性曲線n=f（Id）。n=1000r/minn(r/min)Id (A)調(diào)節(jié)Ug使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速n0=500r/min，再從大到小逐漸調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻RD，在直流電機(jī)空載至額定負(fù)載范圍，測取7點(diǎn)，讀取電機(jī)轉(zhuǎn)速n，電機(jī)電樞電流Id，測出系統(tǒng)在閉環(huán)低速時的靜特性曲線n=f（Id）。n=500r/minn(r/min)Id (A)七實(shí)驗(yàn)報告1列出開環(huán)機(jī)械特性數(shù)據(jù)，畫出對應(yīng)的曲線。2列出閉環(huán)機(jī)械特性數(shù)據(jù)，畫出對應(yīng)的曲線，并與開環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍相比較。3對實(shí)驗(yàn)中感興趣現(xiàn)象的分析、討論。4實(shí)驗(yàn)的收獲、體會

10、與改進(jìn)意見。實(shí)驗(yàn)二 雙閉環(huán)三相異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉相位控制交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作。2了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成。 3通過測定系統(tǒng)的靜特性和動態(tài)特性進(jìn)一步理解交流調(diào)壓系統(tǒng)中電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的作用。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。2測定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性。三實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理雙閉環(huán)三相異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主電路為三相晶閘管交流調(diào)壓器及三相繞線式異步電動機(jī)（轉(zhuǎn)子回路串電阻）?？刂葡到y(tǒng)由電流調(diào)節(jié)器(ACR)，速度調(diào)節(jié)器(ASR)，電流變換器(FBC)，速度變換器(FBS)，觸發(fā)器(GT)，一組橋脈沖放大器等組成。其

11、系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。整個調(diào)速系統(tǒng)采用了速度，電流兩個反饋控制環(huán)。這里的速度環(huán)作用基本上與直流調(diào)速系統(tǒng)相同而電流環(huán)的作用則有所不同。在穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電流環(huán)對電網(wǎng)振動仍有較大的抗擾作用，但在起動過程中電流環(huán)僅起限制最大電流的作用，不會出現(xiàn)最佳起動的恒流特性，也不可能是恒轉(zhuǎn)矩起動。異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用雙閉環(huán)系統(tǒng)時靜差率較小，且比較容易實(shí)現(xiàn)正，反轉(zhuǎn)，反接和能耗制動。但在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下不能長時間低速運(yùn)行，因低速運(yùn)行時轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，使轉(zhuǎn)子過熱。實(shí)驗(yàn)連線圖21。1) 電源控制屏位于NMCL-32 2) 交流電機(jī)采用M043) Rd可調(diào)電阻位于NMEL-03 4) G給定（

12、Ug）位于NMCL-315) Uct位NMCL-33F中6) 晶閘管位于NMCL-33F中7) ACR，ASR位于NMCL-18F中8) TG指光電編碼器，與電機(jī)導(dǎo)軌同軸9) 轉(zhuǎn)速顯示及輸出位于電機(jī)導(dǎo)軌上10) 直流電機(jī)勵磁電源位于NMCL-32中11) 負(fù)載用M03電機(jī)圖2-1 接線原理圖四實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺主控制屏。 2觸發(fā)電路及晶閘管主回路組件3負(fù)載組件 4交流調(diào)速控制單元組件5電機(jī)導(dǎo)軌及測速器件 7雙蹤示波器 8萬用表 五注意事項(xiàng)1接入ASR構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋時，為了防止振蕩，可預(yù)先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底，使調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)最小，同時，ASR的“5”、“6”端接入可調(diào)電容

13、（預(yù)置7F）。2測取靜特性時，須注意電流不許超過電機(jī)的額定值（0.55A）。3三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。4系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機(jī)，開啟主電源前確保給定Ug逆時針旋轉(zhuǎn)到底。5改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關(guān)的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。6雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可，紅色探頭接測量信號，黑色探頭接地），以免造成短路事故。7低速實(shí)驗(yàn)時，實(shí)驗(yàn)時間應(yīng)盡量短，以免電阻器過熱引起串接電阻數(shù)值的變化。六實(shí)驗(yàn)方法1開環(huán)外特性的測定（1）控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，將Ublr接地

14、，采用二組晶閘管，不接入ASR和ACR單元，其余電機(jī)及負(fù)載電路按照圖2-1接線。（2）直流電動機(jī)負(fù)載電阻Rd逆時針旋轉(zhuǎn)到底，電阻為最大值，給定Ug=0，逆時針旋轉(zhuǎn)到底。（3）電源控制屏的“三相交流電源”開關(guān)撥向“直流調(diào)速”。合上空氣開關(guān)，然后合上主電源（即按下控制屏綠色按鈕），這時候主控制屏U、V、W端有220V電壓輸出。（4）逐漸增加給定電壓Ug，使電機(jī)起動、升速，調(diào)節(jié)Ug，使電機(jī)空載運(yùn)行到轉(zhuǎn)速n=1000r/m。再逐漸下調(diào)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載Rd。在空載至額定負(fù)載的范圍內(nèi)測取7點(diǎn)。即可測出系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f (Id)。（5）測試完畢后關(guān)閉控制屏主電源，即按下紅色按鈕。n=1000r/min

15、n(r/min)Id (A)2閉環(huán)特性測定將ASR，ACR均接成PI調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。ASR“5”、“6”端接入可調(diào)電容，預(yù)置1.5F；ACR電容取7F。其余接線參照圖2-1。（1）接線完畢，檢查無誤后，啟動控制屏主電源，即按下綠色按鈕。（2）緩慢調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug，使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速至1000 r/min，再調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻Rd，順時針緩慢調(diào)節(jié)，直至相電流達(dá)到額定，及0.48A。在空載至額定負(fù)載的范圍內(nèi)測取7點(diǎn)，輸出電流id以及被測電動機(jī)轉(zhuǎn)速n。，可測出系統(tǒng)靜特性曲線n=f（Id）（3）測試完畢后關(guān)閉控制屏主電源，即按下紅色按鈕，并撥下空氣開關(guān)。n=1000r/mi

16、nn(r/min)Id (A)七實(shí)驗(yàn)報告1根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出開環(huán)時，電機(jī)的機(jī)械特性。2根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出閉環(huán)系統(tǒng)靜特性，并與開環(huán)特性進(jìn)行比較。3根據(jù)記錄下的動態(tài)波形分析系統(tǒng)的動態(tài)過程。實(shí)驗(yàn)三 交流伺服電機(jī)傳動系統(tǒng)調(diào)速實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉伺服電機(jī)傳動系統(tǒng)的組成與工作。2了解并熟悉伺服電機(jī)調(diào)速的原理及組成。 3通過測定系統(tǒng)的調(diào)速數(shù)據(jù)，了解其控制特性。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測定不同轉(zhuǎn)速時的系統(tǒng)特性。2測定不同負(fù)載時的系統(tǒng)特性。三實(shí)驗(yàn)方法1打開桌面上的調(diào)試軟件MotorControlBench.exe，然后點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)一，進(jìn)入伺服電機(jī)調(diào)速界面。界面中左側(cè)顯示捕捉到的波形，右側(cè)為參數(shù)設(shè)置界面。2速度設(shè)定方式采用直接輸入數(shù)字方式。分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為800 r/min和1500 r/min，測定相應(yīng)數(shù)據(jù)。負(fù)載設(shè)定為0.5 N.m。（注：輸入交流伺服電機(jī)速度值不能大于3000r/min，輸入交流伺服電機(jī)負(fù)載值不能大于0.6N.m）。3測定負(fù)載分別為0.6和0.3 N.m時的特性，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，此時轉(zhuǎn)速