实验三双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验 实验目的 了解闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。 (2)掌握双闭环不可逆直流调速系统调试步骤、方法及参数的整定。 ()研究调节器参数对系统动态性能的影响。 、实验所需挂件及附件 序号 型 注 DKO1电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”，“励 陵电源”等几个模块 DK02三相变流桥路 该挂件包含“触发电路”，“正桥功 放”，“三相全控制整流”等几个模 DK04电机调速控制 该挂件包含“给定”，“电流调节器” 速度变换”，“电流反馈与过流停 护”等几个模块 A DKO8可调电容 DD03-2电机导轨、测速发 或者“DD03-3电机导轨、光码盘测 电机及转速表 速系统及数显转换表” D13直流复励发电机 7 DJ05直流并励电动机 8 DK04滑线变阻器 串联形式：0.65A,2张Q 并联形式：1.3A,500Q 教字存储示波器 自各 10万用表 自备 三、实验线路及原理 许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过度过 程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部 分时间，仅采用叫调节器的转速负反馈单闭环调谏系统，其性能还不很今人满意。双闭环 直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能，由于 调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这 样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验原理图如下： 启动时，加入给定电压g,“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅输出，使电 动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电动机转速达到给定转速（即Ug=),并在出 现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运
实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验 一、实验目的 ⑴ 了解闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。 ⑵ 掌握双闭环不可逆直流调速系统调试步骤、方法及参数的整定。 ⑶ 研究调节器参数对系统动态性能的影响。 二、实验所需挂件及附件 序号 型 号 备 注 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”，“励 磁电源”等几个模块 2 DJK02 三相变流桥路 该挂件包含“触发电路”，“正桥功 放”，“三相全控制整流”等几个模 块 3 DJK04 电机调速控制 该挂件包含“给定”，“电流调节器”， “速度变换”，“电流反馈与过流保 护”等几个模块 4 DJK08 可调电容 5 DD03-2 电机导轨、测速发 电机及转速表 或者“DD03-3 电机导轨、光码盘测 速系统及数显转换表” 6 DJ13 直流复励发电机 7 DJ05 直流并励电动机 8 DK04 滑线变阻器 串联形式：0.65A , 2kΩ 并联形式：1.3A , 500Ω 9 数字存储示波器 自备 10 万用表 自备 三、实验线路及原理 许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过度过 程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部 分时间，仅采用 PI 调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。双闭环 直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能，由于 调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这 样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验原理图如下： 启动时，加入给定电压 Ug，“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅输出，使电 动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电动机转速达到给定转速（即 Ug=Ufn），并在出 现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运 行
三相电源输出 2 FBC+FA 图3-1双闭环直流调速系统原理框图 系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电动机的转速。“速 度调节器”和“电流调节器”均没有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器 的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。“电流调节器”的输 出作为“触发电路”的控制电压ct,利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制a照x的 日的 四、实验内容 ()各控制单元调试。 (②)测定电流反馈系数B、转速反馈系数a。 (③)测定开环机械特性及高、低转速闭环静态特性n=f(I)。 (④)闭环控制特性n=f(Ug)的测定。 (⑤)观察记录系统动态波形。 五、实验方法 ()DK02上“触发电路”调试 打开DKO1总电源开关，观察输入的三相电源电压是否平衡。再将“电源控制屏”上 “速度电源选择开关”拨至“直流速度”侧。 打开DK02电源开关，拨动“触发脉冲指示”开关，使“窄”发光管亮。 观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相的锯齿波斜率调节电位器，使三 相的锯齿波斜率尽可能一致。 将DK04上的“给定”输出Ug直接接到上的移相控制电压t处，将给定的开关S2 拨到接地位置(Uc:=O),调节DKO2上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相锯齿波 和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形，使a=120° 适当增加给定g的正电压输出，观测“触发脉冲观察孔”的波形，此时应观测到双窄 脉冲 将DK02面板上的U端接地，将“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥 VT1~VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。 (2)双闭环调速系统调试原则
系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电动机的转速。“速 度调节器”和“电流调节器”均没有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器” 的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。“电流调节器” 的输 出作为“触发电路”的控制电压 Uct，利用“电流调节器” 的输出限幅可达到限制αmax 的 目的。 四、实验内容 ⑴ 各控制单元调试。 ⑵ 测定电流反馈系数β、转速反馈系数α。 ⑶ 测定开环机械特性及高、低转速闭环静态特性 n=f(Id)。 ⑷ 闭环控制特性 n=f（Ug）的测定。 ⑸ 观察记录系统动态波形。 五、实验方法 ⑴ DJK02 上“触发电路”调试 打开 DJK01 总电源开关，观察输入的三相电源电压是否平衡。再将“电源控制屏”上 “速度电源选择开关”拨至“直流速度”侧。 打开 DJK02 电源开关，拨动“触发脉冲指示”开关，使“窄”发光管亮。 观察 A、B、C 三相的锯齿波，并调节 A、B、C 三相的锯齿波斜率调节电位器，使三 相的锯齿波斜率尽可能一致。 将 DJK04 上的“给定”输出 Ug 直接接到上的移相控制电压 Uc t 处，将给定的开关 S2 拨到接地位置（Uct=0），调节 DJK02 上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察 A 相锯齿波 和“双脉冲观察孔”VT1 的输出波形，使α=120°。 适当增加给定 Ug 的正电压输出，观测“触发脉冲观察孔”的波形，此时应观测到双窄 脉冲。 将 DJK02 面板上的 Ulf 端接地，将“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥 VT1～VT6 晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。 ⑵ 双闭环调速系统调试原则 三相电源输出 L d V U 1 I 1 A 图3-1 双闭环直流调速系统原理框图 励磁 电源 G V A R U 2 I 2 M + - Ulf 正桥 功放 TG 1 2 FBC Uct G 1 ASR 3 2 3 1 0 FBC+FA ACR 6 4 2 2 3 3
先单元，后系统，即先将单元的参数调好，然后调试转速外环。 先开环，后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后， 才可组成闭环系统 先内环 后外环， 即先调试电流内环，然后调试转速外环 先调试稳态精度，后调试动态指标。 (3)控制单元调试 ①移相控制申压节范用的确定 直接将DKO4给定电压Ug接入DKO2移相控制电压et的输入端，“正桥三相全控松 流”输出接电阻负载R。 负载电阻放在最大值，输出给定调到零 按下起动按钮，给定电压Ug由零调大，将随给定电压的增大而增大，当Ug超过某 数值Ug时，U的波形会出现缺相的现象，这时U阳反而随Ug的增大而减小。一般可确定 移相控制电压的最大允许值Jctmax=O.9Ug·,即Ug的允许调节范围为O~Jctmax。如果我 们把输出限幅定为 x的话，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限 值状 ,保证六个品闸管可靠工作。记录Ug 于下表 Ug" Uctmax=0.9Ug' 将给定退到零，再按停止按钮切断电源，结束步骤。 ② 调节器的调零 将DK04中电流调节器所有输入端接地，将串联反馈网络中的电容短接（将电流调节 器的“8”，“9”短接)，使电流调节器成为P(比例)调节器，并将电流调节放大倍数的电 位器RP3顺时针转到底（放大倍数为零）。调节面板上的调零电位器RP4,用万用表的直流 毫伏档测量电流调节器的“10”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 将DK4中速度调节器所有输入端接地，将串联反馈网络中的电容短接（将电流调节 器 短接)，使速度调节器成为P(比例 调节器 将速度调节 大倍数的电 器RP4顺时针转到底（放大倍数为零）。调节面板上的调零电位器RP1,用万用表的直流毫 伏档测量电流调节器的“6”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 ③调节器正、负限幅值的调整 将电流调节器输入端接地和反馈电路电容短接线去掉，使调节器成为P(比例积分》 调节器，然后将 D水K04的给定输出端接到速度调节 器的 当加正给定时 调整 幅电位器RP2,使之输出电压为-6V,当调节器输入端加负给定时，调整负限幅电位器RP1, 使电流调节器输出正限幅为Uct脂x。 将速度调节器的输入端接地和反馈电路电容短接线去掉，使调节器为PI调节器，然后 将DK04的“给定”输出端接到“电流调节器”的“4”端，当加一定的正给定时，调整负 限幅电位器即2，使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电 位器P1,使之输出电压为最小值即可。 ④电流反馈系数的整定 直接将“给定”电压Ug接入移相控制电压Ut的输入端，整流桥输出接电阻负载R, 负载电阻放在最大值，输出给定调到零 按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当阳=220V时，减小负载的阻值， 调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器P1,使得负载电流I日=1.3A时，“2 端If的电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数B=Ufi/Id=4.615V/A。 ⑤转速反馈系数的整定 直接将“给定”电压Ug接DKO2上的移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整流”电 路接直流申动机负载，Ld用DK02上的2O0m,输出给定调到零
先单元，后系统，即先将单元的参数调好，然后调试转速外环。 先开环，后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后， 才可组成闭环系统。 先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调试转速外环。 先调试稳态精度，后调试动态指标。 ⑶ 控制单元调试。 ① 移相控制电压 Uct 调节范围的确定。 直接将 DJK04 给定电压 Ug 接入 DJK02 移相控制电压 Uct 的输入端，“正桥三相全控整 流”输出接电阻负载 R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。 按下起动按钮，给定电压 Ug 由零调大，Ud 将随给定电压的增大而增大，当 Ug 超过某一 数值 Ugˊ时，Ud 的波形会出现缺相的现象，这时 Ud 反而随 Ug 的增大而减小。一般可确定 移相控制电压的最大允许值 Uctmax=0.9 Ugˊ，即 Ug 的允许调节范围为 0～Uctmax。如果我 们把输出限幅定为 Uctmax 的话，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限 值状态，保证六个晶闸管可靠工作。记录 Ugˊ于下表： Ug′ Uctmax=0.9Ug′ 将给定退到零，再按停止按钮切断电源，结束步骤。 ② 调节器的调零 将 DJK04 中电流调节器所有输入端接地，将串联反馈网络中的电容短接（将电流调节 器的“8”，“9”短接），使电流调节器成为 P（比例）调节器，并将电流调节放大倍数的电 位器 RP3 顺时针转到底（放大倍数为零）。调节面板上的调零电位器 RP4，用万用表的直流 毫伏档测量电流调节器的“10”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 将 DJK04 中速度调节器所有输入端接地，将串联反馈网络中的电容短接（将电流调节 器的“4”，“5”短接），使速度调节器成为 P（比例）调节器，将速度调节放大倍数的电位 器 RP4 顺时针转到底（放大倍数为零）。调节面板上的调零电位器 RP1，用万用表的直流毫 伏档测量电流调节器的“6”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 ③ 调节器正、负限幅值的调整 将电流调节器输入端接地和反馈电路电容短接线去掉，使调节器成为 PI（比例积分） 调节器，然后将 DJK04 的给定输出端接到速度调节器的“4”端，当加正给定时，调整负限 幅电位器 RP2，使之输出电压为-6V，当调节器输入端加负给定时，调整负限幅电位器 RP1， 使电流调节器输出正限幅为 Uctmax。 将速度调节器的输入端接地和反馈电路电容短接线去掉，使调节器为 PI 调节器，然后 将 DJK04 的“给定”输出端接到“电流调节器”的“4”端，当加一定的正给定时，调整负 限幅电位器 RP2，使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电 位器 RP1，使之输出电压为最小值即可。 ④ 电流反馈系数的整定 直接将“给定”电压 Ug 接入移相控制电压 Uct 的输入端，整流桥输出接电阻负载 R， 负载电阻放在最大值，输出给定调到零。 按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当 Ud = 220V 时，减小负载的阻值， 调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器 RP1，使得负载电流 Id = 1.3A 时，“2” 端 If 的电流反馈电压 Ufi=6V，这时的电流反馈系数β= Ufi/Id = 4.615 V/A。 ⑤ 转速反馈系数的整定 直接将“给定”电压 Ug 接 DJK02 上的移相控制电压 Uct 的输入端，“三相全控整流”电 路接直流电动机负载，Ld 用 DJK02 上的 200mH，输出给定调到零
按下启动按纽，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n=1500rpm时，调节 “速度变换”上转速反馈电位器RP1,使得该转速反馈电压U=6Y,这时的转速反馈系数 a=Ufn/n (4)开环外特性的测量 DKO2控制电压UCt由DIKO4上的给定输出Ug直接接入，“三相全控整流”电路接电动 机，1a用DJKO2上的200H,直流发电机接负载电阻R,负载电阻放在最大值，输出给定调 到金 按下启动按钮，接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug,使电机启动 升速，调节g和R使电动机电流IIcd,转速达到1200rpm。 增大负载电阻R阻值（即减小负载），可测出该系统的开环外特性n=f(I),并记录于 下表中： n(rpm) Id (A) 将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。 (⑤系统静特性测试 按实验图接线，DKO4的给定电压g输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发 电机接负载电阻R,La用DK02上的200m,负载电阻R放在最大值，输出给定调到零。将 速度调节器，电流调节器都接成P(比例)调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统 按下启动按钮，接通励磁电源，始逐渐增加“给定”，观察系统能否正常运行，确认整个系 统的接线正确无误后，将速度调节器，电流调节器均恢复成P肛（比例积分）调节器，构成 实验系统 机械特性 n=f(Id)的测定 发电机先空载运行，从零开始逐渐增加“给定"电压Ug,使电动机转速接近n=1200rpm, 然后接入发电机负载电阻R,逐渐改变负载电阻，直至Id=cd,即可测出系统静态特性曲线 n=f(Id),并记录于下表中： n (rpm) Ia (A) 降低Ug,再测试n=8 00rpm时的静态特性曲线，并记录于下表中， n(pm) Id (A) 闭环控制系统=f(Ug)的测定 调节Ug及R,使Id=Icd、n=12O0rpm逐渐降低g,记录Ug和n,即可测出闭环控制特 性n=fUg) n (rpm) Id (A) (⑥)系统动态特性的测定 用慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下(“速度调节器”的增益和积分电 容、“电流调节器 的增益和积分电容、“速度变换器”的增益和积分电容)，用示波器观 察、记录下列动态波形： 突加给定Ug,电动机启动时的电枢电流I(“电流反馈和过流保护”的“2”端)波形
按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到 n=1500rpm 时，调节 “速度变换”上转速反馈电位器 RP1，使得该转速反馈电压 Ufn=6V，这时的转速反馈系数 α= Ufn/n = 0.004V/(rpm)。 ⑷ 开环外特性的测量 DJK02 控制电压 Uct 由 DJK04 上的给定输出 Ug 直接接入，“三相全控整流”电路接电动 机，Ld 用 DJK02 上的 200mH，直流发电机接负载电阻 R，负载电阻放在最大值，输出给定调 到零。 按下启动按钮，接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定” 电压 Ug，使电机启动 升速，调节 Ug 和 R 使电动机电流 Id=Icd，转速达到 1200rpm。 增大负载电阻 R 阻值（即减小负载），可测出该系统的开环外特性 n=f(Id)，并记录于 下表中： n（rpm） Id（A） 将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。 ⑸ 系统静特性测试 按实验图接线，DJK04 的给定电压 Ug 输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发 电机接负载电阻 R，Ld 用 DJK02 上的 200mH，负载电阻 R 放在最大值，输出给定调到零。将 速度调节器，电流调节器都接成 P（比例）调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统， 按下启动按钮，接通励磁电源，始逐渐增加“给定”，观察系统能否正常运行，确认整个系 统的接线正确无误后，将速度调节器，电流调节器均恢复成 PI（比例积分）调节器，构成 实验系统。 机械特性 n=f(Id)的测定： 发电机先空载运行，从零开始逐渐增加“给定”电压 Ug，使电动机转速接近 n = 1200rpm， 然后接入发电机负载电阻 R，逐渐改变负载电阻，直至 Id=Icd，即可测出系统静态特性曲线 n = f(Id)，并记录于下表中： n（rpm） Id（A） 降低 Ug，再测试 n=800rpm 时的静态特性曲线，并记录于下表中： n（rpm） Id（A） 闭环控制系统 n=f(Ug)的测定 调节 Ug 及 R，使 Id=Icd、n=1200rpm 逐渐降低 Ug，记录 Ug 和 n，即可测出闭环控制特 性 n=f(Ug)。 n（rpm） Id（A） ⑹ 系统动态特性的测定 用慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下（“速度调节器”的增益和积分电 容、“电流调节器” 的增益和积分电容、“速度变换器” 的增益和积分电容），用示波器观 察、记录下列动态波形： 突加给定 Ug，电动机启动时的电枢电流 Id（“电流反馈和过流保护”的“2”端）波形
和转速n(“速度变换”的“3”端)波形。 突加领定负载(20%Icd,100%1cd)时申动机由板由流波形转速波形 突降额定负载(100%1cd一20%Icd)时电动机电枢电流波形转速波形。 六、实验报告要求 根据实验数据，画出闭环控制特性曲线n=f(Ug)。 根据实验数据，画出两种转速的闭环机械特性曲线n=f(Ia)。 根据实验数据，画出系统开环机械特性曲线n=f(1),计算静差率，并与闭环机械特性 进行比较 分析系统动态波形，讨论系统参数的变化对系统动、静态性能的影响 七、思考题 ()为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为PI调节器。 (②)转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象。 (③)双闭环直流调速系统中那些参数的变化会引起电动机转速的改变？那些参数的变化会 引起电动机最大电流的变化？
和转速 n（“速度变换”的“3”端）波形。 突加额定负载（20％Icd → 100％Icd）时电动机电枢电流波形转速波形。 突降额定负载（100％Icd → 20％Icd）时电动机电枢电流波形转速波形。 六、实验报告要求 根据实验数据，画出闭环控制特性曲线 n=f(Ug)。 根据实验数据，画出两种转速的闭环机械特性曲线 n=f(Id)。 根据实验数据，画出系统开环机械特性曲线 n=f(Id)，计算静差率，并与闭环机械特性 进行比较。 分析系统动态波形，讨论系统参数的变化对系统动、静态性能的影响。 七、思考题 ⑴ 为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为 PI 调节器。 ⑵ 转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象。 ⑶ 双闭环直流调速系统中那些参数的变化会引起电动机转速的改变？那些参数的变化会 引起电动机最大电流的变化？