雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗報告

./雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗一、實驗目的<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)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗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"、"正反橋功放"等幾個模塊。4DJK04電機調(diào)速控制實驗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"等幾個模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-3電機導軌、光碼盤測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表7DJ13-1直流發(fā)電機8DJ15直流并勵電動機9D42三相可調(diào)電阻10慢掃描示波器自備11萬用表自備三、實驗線路及原理許多生產(chǎn)機械,由于加工和運行的要求,使電動機經(jīng)常處于起動、制動、反轉(zhuǎn)的過渡過程中,因此起動和制動過程的時間在很大程度上決定了生產(chǎn)機械的生產(chǎn)效率。為縮短這一部分時間,僅采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(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)器進行綜合調(diào)節(jié),可獲得良好的靜、動態(tài)性能〔兩個調(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)電壓擾動對轉(zhuǎn)速的影響。實驗系統(tǒng)的原理框圖組成如下：啟動時,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,使電動機以限定的最大啟動電流加速啟動,直到電機轉(zhuǎn)速達到給定轉(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)速值下運行。系統(tǒng)工作時,要先給電動機加勵磁,改變給定電壓Ug的大小即可方便地改變電動機的轉(zhuǎn)速。"速度調(diào)節(jié)器"、"電流調(diào)節(jié)器"均設有限幅環(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"的輸出限幅可達到限制啟動電流的目的。"電流調(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"的輸出限幅可達到限制αmax的目的。在本實驗中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不銹鋼電機導軌、渦流測功機及光碼盤測速系統(tǒng)和D55-4智能電機特性測試及控制系統(tǒng)兩者來完成電機加載請詳見附錄相關(guān)內(nèi)容。四、實驗內(nèi)容<1>各控制單元調(diào)試。<2>測定電流反饋系數(shù)β、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α。<3>測定開環(huán)機械特性及高、低轉(zhuǎn)速時系統(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)動態(tài)波形。圖5-10雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖五、實驗方法<1>雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則①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)。②先開環(huán)、后閉環(huán),即先使系統(tǒng)運行在開環(huán)狀態(tài),然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負反饋后,才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。③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)。④先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度,后調(diào)整動態(tài)指標。<2>DJK02和DJK02-1上的"觸發(fā)電路"調(diào)試①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。②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)。③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。④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。⑤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相同步電壓信號和"雙脈沖觀察孔"VT1的輸出波形,使α=150°<注意此處的α表示三相晶閘管電路中的移相角,它的0°是從自然換流點開始計算,而單相晶閘管電路的0°移相角表示從同步信號過零點開始計算,兩者存在相位差,前者比后者滯后30°>。⑥適當增加給定Ug的正電壓輸出,觀測DJK02-1上"脈沖觀察孔"的波形,此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。⑦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。⑧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"的六個開關(guān)撥至"通",觀察正橋VT1～VT6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①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"輸出接電阻負載R,用示波器觀察Ud的波形。當給定電壓Ug由零調(diào)大時,Ud將隨給定電壓的增大而增大,當Ug超過某一數(shù)值時,此時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Udmax=0.9Ud＇,調(diào)節(jié)Ug使得"三相全控整流"輸出等于Udmax,此時將對應的Ug＇的電壓值記錄下來,Uctmax=Ug＇,即Ug的允許調(diào)節(jié)范圍為0～Uctmax。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Ug＇于下表中：Ud＇280Udmax=0.9Ud＇251.8Uctmax=Ug＇5.01將給定退到零,再按"停止"按鈕,結(jié)束步驟。②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)零電位器RP3,使之輸出電壓盡可能接近于零。③調(diào)節(jié)器正、負限幅值的調(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,當加+5V的正給定電壓時,調(diào)整負限幅電位器RP2,使之輸出電壓為-6V,當調(diào)節(jié)器輸入端加-5V的負給定電壓時,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的給定輸出端接到調(diào)節(jié)器II的"4"端。當加+5V的正給定電壓時,調(diào)整負限幅電位器RP2,使之輸出電壓盡可能接近于零；當調(diào)節(jié)器輸入端加-5V的負給定電壓時,調(diào)整正限幅電位器RP1,使調(diào)節(jié)器I的輸出正限幅為Uctmax。④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載R,負載電阻放在最大值,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Ud=220V時,減小負載的阻值,調(diào)節(jié)"電流反饋與過流保護"上的電流反饋電位器RP1,使得負載電流Id=l.3A時,"2"端If的的電流反饋電壓Ufi=6V,這時的電流反饋系數(shù)β=Ufi/Id=4.615V/A⑤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"電路接直流電動機負載,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,使電機提速到n=150Orpm時,調(diào)節(jié)"轉(zhuǎn)速變換"上轉(zhuǎn)速反饋電位器RP1,使得該轉(zhuǎn)速時反饋電壓Ufn=-6V,這時的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=Ufn/n=0.004V/<rpm>。<4>開環(huán)外特性的測定①DJK02-1控制電壓Uct由DJK04上的給定輸出Ug直接接入,"三相全控整流"電路接電動機,Ld用DJK02上的200mH,直流發(fā)電機接負載電阻R,負載電阻放在最大值,輸出給定調(diào)到零。②按下啟動按鈕,先接通勵磁電源,然后從零開始逐漸增加"給定"電壓Ug,使電機啟動升速,轉(zhuǎn)速到達1200rpm。③增大負載<即減小負載電阻R阻值>,使得電動機電流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〔rpm1200119811891187116911581148Id〔A0.3450.4020.4140.4810.4900.7220.766將給定退到零,斷開勵磁電源,按下停止按鈕,結(jié)束實驗。<5>系統(tǒng)靜特性測試①按圖5-10接線,DJK04的給定電壓Ug輸出為正給定,轉(zhuǎn)速反饋電壓為負電壓,直流發(fā)電機接負載電阻R,Ld用DJK02上的200mH,負載電阻放在最大值,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),按下啟動按鈕,接通勵磁電源,增加給定,觀察系統(tǒng)能否正常運行,確認整個系統(tǒng)的接線正確無誤后,將"調(diào)節(jié)器I","調(diào)節(jié)器II"均恢復成PI〔比例積分調(diào)節(jié)器,構(gòu)成實驗系統(tǒng)。②機械特性n=f<Id>的測定A、發(fā)電機先空載,從零開始逐漸調(diào)大給定電壓Ug,使電動機轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm,然后接入發(fā)電機負載電阻R,逐漸改變負載電阻,直至Id=Ied,即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n=f<Id>,并記錄于下表中：n〔rpm1199119711951193119211901188Id〔A0.3020.5100.6390.8100.9001.0201.200B、降低Ug,再測試n=800rpm時的靜態(tài)特性曲線,并記錄于下表中：n〔rpm800.0797.8795.3793.8792.5791.1776.2Id〔A0.2610.4290.6470.7770.8791.0181.189C、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=l200rpm,逐漸降低Ug,記錄Ug和n,即可測出閉環(huán)控制特性n=f<Ug>。n〔rpm1200961.9807.1658.9557.5428.0310.7Ug〔V4.463.562.992.422.041.571.16<6>系統(tǒng)動態(tài)特性的觀察用慢掃描示波器觀察動態(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、記錄下列動態(tài)波形:①突加給定Ug,電動機啟動時的電樞電流Id<"電流反饋與過流保護"的"2"端>波形和轉(zhuǎn)速n<"轉(zhuǎn)速變換"的"3"端>波形。電動機啟動時的電樞電流Id<"電流反饋與過流保護"的"2"端>波形轉(zhuǎn)速n<"轉(zhuǎn)速變換"的"3"端>波形。②突加額定負載<20%Ied100%Ied>時電動機電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。突加額定負載<20%Ied100%Ied>時電動機電樞電流波形突加額定負載<20%Ied100%Ied>時電動機轉(zhuǎn)速波形③突降負載<100%Ied20%Ied>時電動機的