目录 实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 .3 实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 .10 实验三双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 14 实验四逻辑无环流可逆直流调速系统 19 实验五双闭环可逆直流脉宽调速系统 25 实验六双闭环三相异步电动机调压调速系统 32 实验七双闭环三相异步电动机串级调速系统 38
目 录 实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定.3 实验二 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究. 10 实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统. 14 实验四 逻辑无环流可逆直流调速系统.19 实验五 双闭环可逆直流脉宽调速系统.25 实验六 双闭环三相异步电动机调压调速系统.32 实验七 双闭环三相异步电动机串级调速系统.38
运动控制系统实验指导书 张厚升 实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 一.实验目的 1.了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。 2.熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 3.掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 二.实验内容 1.测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R 2.测定晶闸管直流调速系统主电路电感L 3.测定直流电动机一直流发电机一测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD 4.测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td 5.测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM 6.测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM 7.测定晶闸管触发及整流装置特性U。=f(U) 8.测定测速发电机特性UrG=f 三.实验系统组成和工作原理 晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机一 发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作 为触发器的移相控制电压，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压 和转速，以满足实验要求。 四.实验设备及仪器 1.教学实验台主控制屏。 2.触发电路及晶闸管主回路组件 3.负载组件 4.电机导轨及测速发电机) 5.直流电动机 6.双踪示波器 7.万用表 五.注意事项
运动控制系统 实验指导书 张厚升 3 实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 一．实验目的 1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。 2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 二．实验内容 1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻 R 2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感 L 3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量 GD2 4．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数 Td 5．测定直流电动机电势常数 Ce 和转矩常数 CM 6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数 TM 7．测定晶闸管触发及整流装置特性 Ud=f (Uct) 8．测定测速发电机特性 UTG=f (n) 三．实验系统组成和工作原理 晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机—— 发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压 Ug 作 为触发器的移相控制电压，改变 Ug 的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压 和转速，以满足实验要求。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏。 2．触发电路及晶闸管主回路组件 3．负载组件 4．电机导轨及测速发电机） 5．直流电动机 6．双踪示波器 7．万用表 五．注意事项
运动控制系统实验指导书 张厚升 1.由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。 2.为防止电枢过大电流冲击，每次增加Ug须缓慢，且每次起动电动机前给定电位 器应调回零位，以防过流。 3.电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。 六.实验方法 1.电枢回路电阻R的测定 1)电源控制屏位于NMCL-32MEL-002T 2)L平波电抗器位于NMCL-331 3)Rd可调电阻位于NMEL-03/4或NMCL-03 4)G给定(Ug)低压控制单元，位于NMCL-31或NMCL-31A或SMCL-01调速 系统控制单中 5)Uct位于NMCL-33或NMCL-33F 6)晶闸管位于NMCL-33或NMCL-33F 7)二极管位于NMCL-33或NMCL-33F 8)TG指光电编码器与电机导轨同轴连接 9)转速显示及输出位于电机导轨上或NMEL-13AWF/C 1O)直流电机励磁电源位于NMCL-32或NMEL-182, 11)M电机采用M03电机
运动控制系统 实验指导书 张厚升 4 1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。 2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加 Ug 须缓慢，且每次起动电动机前给定电位 器应调回零位，以防过流。 3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。 六．实验方法 1．电枢回路电阻 R 的测定 1) 电源控制屏位于 NMCL-32/MEL-002T 2) L 平波电抗器位于 NMCL-331 3) Rd 可调电阻位于 NMEL-03/4 或 NMCL-03 4) G 给定（Ug）低压控制单元，位于 NMCL-31 或 NMCL-31A 或 SMCL-01 调速 系统控制单中 5) Uct 位于 NMCL-33 或 NMCL-33F 6) 晶闸管位于 NMCL-33 或 NMCL-33F 7) 二极管位于 NMCL-33 或 NMCL-33F 8) TG 指光电编码器与电机导轨同轴连接 9) 转速显示及输出位于电机导轨上或 NMEL-13A/F/C 10) 直流电机励磁电源位于 NMCL-32 或 NMEL-18/2， 11) M 电机采用 M03 电机 M A V Ug Uct 主电路 控制开关 电阻R的测定 Rd
运动控制系统实验指导书 张厚升 发申路及品 主回响 流电流 贵 T T 平波电 控制 屏 T 三波电 人炎人 调速系统控制单元 触发电路和品管主回 代本单元 脉冲移相控制 G给定 Ug 脉冲放大电路 电阻R测定 电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra,平波电抗器的直流电阻RL和整流装 置的内阻Rn,即R=Ra+RL+R。可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如上图所示 将变阻器R。接入被测系统的主电路(Rd可采用两只电阻并联)，并调节电阻负载 至最大（大于400Q)。注意：测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。 低压单元的G给定电位器RP1逆时针调到底，使U=0。调节触发电路挂箱“脉冲 偏移”电压电位器Ub,使a=150°。 电源控制屏的三相交流电源"开关拨向“直流调速”（部分型号实验台不带此开关，可 直接上电使用)转速计TG的电源置于"ON”。按图接线完成后，注意检查电机及各部件， 以防发生事故。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U V、W端有电压输出（输出220V交流电）， 调节G给定，逐渐增加给定申压U。使整流转置输出由压U=(30-70)%Ued(Ued 为M03电机的额定电压220V,Ud可调整到110V),然后调整Rd使电枢电流为(80-90 %led,(Ied调整到0.8A)。读取电流表A和电压表V的数值为Ih和Uh,则此时整流 装置的理想空载电压为 o=I1R+U1 调节Rd,使电流表A的读数为40%led.(1ed调整到0.4A)在Ua不变的条件下读 取A,V表数值，则 Udo=I2R+U2 求解两式，可得电枢回路总电阻 R=(U2-U)/I-2)
运动控制系统 实验指导书 张厚升 5 U V W V A 直流电流表 直流电压表 M 电阻R测定 G给定 Ug 脉冲移相控制 Uct C 脉冲放大电路 触发电路及晶 闸管主回响 电 源 控 制 屏 平波电抗 器 平波电抗器 电阻负 载 调速系统控制单元 低压单元 触发电路和晶闸管主回路 电枢回路的总电阻 R 包括电机的电枢电阻 Ra，平波电抗器的直流电阻 RL 和整流装 置的内阻 Rn，即 R=Ra+RL+Rn。可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如上图所示。 将变阻器 Rd接入被测系统的主电路（Rd 可采用两只电阻并联），并调节电阻负载 至最大（大于 400Ω）。注意：测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。 低压单元的 G 给定电位器 RP1逆时针调到底，使 Uct=0。调节触发电路挂箱“脉冲 偏移”电压电位器 Ub，使α=150°。 电源控制屏的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”（部分型号实验台不带此开关，可 直接上电使用）转速计 TG 的电源置于”ON”。按图接线完成后，注意检查电机及各部件， 以防发生事故。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏 U、 V、W 端有电压输出（输出 220V 交流电）， 调节 G 给定，逐渐增加给定电压 Ug，使整流装置输出电压 Ud=（30~70）%Ued（Ued 为 M03 电机的额定电压 220V，Ud 可调整到 110V），然后调整 Rd 使电枢电流为（80~90） %Ied，（Ied 调整到 0.8A）。读取电流表 A 和电压表 V 的数值为 I1 和 U1，则此时整流 装置的理想空载电压为 Udo=I1R+U1 调节 Rd，使电流表 A 的读数为 40% Ied。（Ied 调整到 0.4A）在 Ud 不变的条件下读 取 A，V 表数值，则 Udo=I2R+U2 求解两式，可得电枢回路总电阻 R=(U2-U1)/(I1-I2)
运动控制系统实验指导书 张厚升 如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得 RL+Rn=(U2-U'n)/W'-'2) 则电机的电枢电阻为 Ra=R-(RL+Rn 同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻R 2.电枢回路电感L的测定 电枢电路总电感包括电机的电枢电感La,平波电抗器电感L和整流变压器漏感LB, 由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为 1=l+ 人人人 A 电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁（常规电机励磁为80mA), 并使电机堵转，实验线路如上图所示。 合上主控屏主电路电源开关，用交流电压表和电流表分别测出通入交流电压后电枢 两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流1，从而可得到交流阻抗Z和Z,计算出电感 值La和L。 实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值， Za=Ua/l ZL=Uul 3.直流电机转子的飞轮惯量GD的测定
运动控制系统 实验指导书 张厚升 6 如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得 RL+Rn=(U’2-U’1)/(I’1-I’2) 则电机的电枢电阻为 Ra=R−（RL+Rn） 同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻 RL 2．电枢回路电感 L 的测定 电枢电路总电感包括电机的电枢电感 La，平波电抗器电感 LL 和整流变压器漏感 LB， 由于 LB 数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为 L=La+LL V A M 220VAC 直流额 定励磁 电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁（常规电机励磁为 80mA）， 并使电机堵转，实验线路如上图所示。 合上主控屏主电路电源开关，用交流电压表和电流表分别测出通入交流电压后电枢 两端和电抗器上的电压值 Ua 和 UL 及电流 I，从而可得到交流阻抗 Za 和 ZL，计算出电感 值 La 和 LL。 实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值， Za=Ua/I ZL=UL/I 3．直流电机转子的飞轮惯量GD2 的测定
运动控制系统实验指导书 张厚升 触发电路及晶 闸管主回响 流电流表 电源控制屏 T 电压 直流电机 励磁申泥 V 转速显示 飞轮惯量G2的测定 及输用 TG 调速系统控制单 触发电路和品管主回 脉冲移相控制 G给定 UR 张冲放大电路 电力拖动系统的运动方程式为 M-M=(GD2/375)×dm1d 式中 M-电动机的电磁转矩，单位为N.m M一负载转矩，空载时即为空载转矩MK,单位为N.m n一电机转速，单位为r/min: 突然断电，电机空载自由停车时，运动方程式为 MK=(-GD2 /375)xdnldt 故 GD2 =375Mk/dnl dr 式中GD2的单位为N.m2. MK可由空载功率Pk(单位为W)求出 MK=9.55PK/n Px Ualk-1R dn做可由自由停车时所得曲线n=f(心求得，其实验线路如上图所示。 电动机M加额定励磁。 >
运动控制系统 实验指导书 张厚升 7 U V W V A 直流电流表 直流电压表 M TG 飞轮惯量GD2的测定 转速显示 及输出 直流电机 励磁电源 电源控制屏 G给定 Ug 调速系统控制单元 低压单元 脉冲移相控制 Uct 脉冲放大电路 触发电路和晶闸管主回路 触发电路及晶 闸管主回响 平波电抗 器 平波电抗 器 电力拖动系统的运动方程式为 M ML (GD / 375) dn / dt 2 − = × 式中 M—电动机的电磁转矩，单位为 N.m; ML 负载转矩，空载时即为空载转矩 MK，单位为 N.m; n 电机转速，单位为 r/min; 突然断电，电机空载自由停车时，运动方程式为 MK ( GD / 375) dn / dt 2 = − × 故 GD 375MK / dn / dt 2 = 式中 GD2 的单位为 N.m2 . MK 可由空载功率 Pk（单位为 W）求出。 MK = 9.55PK / n PK UaIK I K R2 = − dn/dt 可由自由停车时所得曲线 n= f (t)求得，其实验线路如上图所示。 电动机 M 加额定励磁
运动控制系统实验指导书 张厚升 低压单元的给定电位器RP,逆时针调到底，使Ut=O。 合上主电路电源开关，转速计TG的转速输出与示波器相连，TG置于”ON”。调 节U,将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ua和电流K,然后突然新开U, 用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的Mk和dn。由于空载转矩不是常数， 可以转速n为基准选择若千个点（如1500rmin,1000rmin),测出相应的Mk和dn/t, 以求取GD的平均值。 电机为1500rmin。 Ud (v)Ik (A) dn/dt Pk Mk GD 电机为1000rmin。 Ud (v)Ik (A) dn/dt GD2 4.主电路电磁时间常数Td的测定 根据己经测出的回路电阻和电感可计算出电磁时间常数： Td=L/R 5.电动机电势常数C。和转矩常数CM的测定 按上图连线，将电动机加额定励磁，调节给定，使Uc=0,闭合主电路电源，调节给 定Ug,使电机空载运行（如1000rm)记录Ud。调节给定Ug,改变相应的n(如1400rm 记录相应的数值。刚可由下式算出Ce。实验结束后断开主电源。 C。=K:d=(Ud2-Ua1)/nznl Ce的单位为V(r/min) 转矩常数（额定磁通时）CM的单位为N.mlA,可由Ce求出 Cw=9.55C。 6.系统机电时间常数TM的测定 系统的机电时间常数可由下式计算 Tm=(GD2x R)/375CeLM 由于Tm>Td,也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 n=K/(1+TmS)xUd 当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2%稳态值时， 所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。 按上图接线，使U=0,按下主电源控制开关，调节给定，使Uct增加，使电机空 载运行1000rm。然后保持Uct不变，突然切断Uct,待电机完全停止后，突然合上Uct 用数字示波器记录转速N过渡过程曲线，即可由此曲线确定系统机电时间常数。 7.测速发电机特性Urc=f)的测定 8
运动控制系统 实验指导书 张厚升 8 低压单元的给定电位器 RP1 逆时针调到底，使 Uct=0。 合上主电路电源开关，转速计 TG 的转速输出与示波器相连，TG 置于”ON”。调 节 Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压 Ud 和电流 IK，然后突然断开 Uct， 用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的 MK 和 dn/dt。由于空载转矩不是常数， 可以转速 n 为基准选择若干个点（如 1500r/min，1000r/min），测出相应的 MK 和 dn/dt， 以求取 GD2的平均值。 电机为 1500r/min。 Ud（v） IK（A） dn/dt PK MK GD2 电机为 1000r/min。 Ud（v） IK（A） dn/dt PK MK GD2 4．主电路电磁时间常数 Td 的测定 根据已经测出的回路电阻和电感可计算出电磁时间常数。 Td＝L/R 5．电动机电势常数 Ce和转矩常数 CM的测定 按上图连线，将电动机加额定励磁，调节给定，使 Uct=0,闭合主电路电源，调节给 定 Ug，使电机空载运行（如 1000r/m）记录 Ud。调节给定 Ug，改变相应的 n（如 1400r/m） 记录相应的数值。刚可由下式算出 Ce。实验结束后断开主电源。 Ce=KeΦ=(Ud2-Ud1)/(n2-n1) Ce 的单位为 V/(r/min) 转矩常数(额定磁通时)CM 的单位为 N.m/A，可由 Ce 求出 CM=9.55Ce 6．系统机电时间常数 TM的测定 系统的机电时间常数可由下式计算 Tm (GD R)/ 375CeLM 2 = × 由于 Tm>>Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 n = K /(1+TmS)×Ud 当电枢突加给定电压时，转速 n 将按指数规律上升，当 n 到达 63.2%稳态值时， 所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。 按上图接线，使 Uct=0，按下主电源控制开关，调节给定，使 Uct 增加，使电机空 载运行 1000r/m。然后保持 Uct 不变，突然切断 Uct，待电机完全停止后，突然合上 Uct 用数字示波器记录转速 Nr 过渡过程曲线，即可由此曲线确定系统机电时间常数。 7．测速发电机特性 UTG=f(n)的测定
运动控制系统实验指导书 张厚升 实验线路如上图所示。 电动机加额定励磁，闭合主电源，逐渐增加触发电路的控制电压U,分别读取对应 的UTG,n的数值若干组，即可描绘出特性曲线Ue=f)。 n (r/min) UTG (V) 七.实验报告 1。作出实验所得各种曲线，计算有关参数。 2.由Ks=fU特性，分析品闸管装置的非线性现象
运动控制系统 实验指导书 张厚升 9 实验线路如上图所示。 电动机加额定励磁，闭合主电源，逐渐增加触发电路的控制电压 Uct，分别读取对应 的 UTG ,n 的数值若干组，即可描绘出特性曲线 UTG=f(n)。 n（r/min） UTG（V） 七． 实验报告 1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数。 2．由 Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象
运动控制系统实验指导书 张厚升 实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一.实验目的 1.研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2.研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3.学习反馈控制系统的调试技术。 二.预习要求 1.了解速度调节器在比例工作与比例一积分工作时的输入一输出特性。 2.弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。 三.实验线路及原理 见图2-1. 1)电源控制屏位于NMCL-32MEL-002T等 2)L平波电抗器位于NMCL-331 3)Rd可调电阻位于NMEL-03/4或NMCL-03等 4)G给定(Ug)位于NMCL-31或NMCL-31A或SMCL-01调速系统控制单中 5)Uct位于NMCL-33或NMCL-33F中 6)触发电路及晶闸管主电路位于NMCL33或NMCL-33F中 7)ACR,ASR位于NMCL-18中 8)TG指光电编码器与电机导轨同轴连接 9)转速显示及输出位于电机导轨上或NMEL-13AWF/C中 10)直流电机励磁电源位于NMCL-32或NMEL-18/2中 11)负载用M01电机或测功机(NMEL-13A) 12)M电机采用M03电机 10
运动控制系统 实验指导书 张厚升 10 实验二 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一．实验目的 1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2．研究直流调速系统中速度调节器 ASR 的工作及其对系统静特性的影响。 3．学习反馈控制系统的调试技术。 二．预习要求 1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。 三．实验线路及原理 见图 2－1。 1) 电源控制屏位于 NMCL-32/MEL-002T 等 2) L 平波电抗器位于 NMCL-331 3) Rd 可调电阻位于 NMEL-03/4 或 NMCL-03 等 4) G 给定（Ug）位于 NMCL-31 或 NMCL-31A 或 SMCL-01 调速系统控制单中 5) Uct 位于 NMCL-33 或 NMCL-33F 中 6) 触发电路及晶闸管主电路位于 NMCL-33 或 NMCL-33F 中 7) ACR，ASR 位于 NMCL-18 中 8) TG 指光电编码器与电机导轨同轴连接 9) 转速显示及输出位于电机导轨上或 NMEL-13A/F/C 中 10) 直流电机励磁电源位于 NMCL-32 或 NMEL-18/2 中 11) 负载用 M01 电机或测功机（NMEL-13A） 12) M 电机采用 M03 电机
运动控制系统实验指导书 张厚升 调速系统控制单元 界电及品 AS求（转速满节器） 厂脉冲移相控制 给定 199“8 脉冲故大控制电路 DzS零速封领器 B5速度变换器 触发电路及品 电源控制屏 本m 7不 电门 图2-1 四.实验设备及仪表 1.教学实验台主控制屏。 2.触发电路及晶闸管主回路组件 3.负载组件 4.电机导轨及测速发电机) 5.直流电动机 6.双踪示波器 7.万用表 五.注意事项 1.直流电动机工作前，必须先加上直流励磁。 2.接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆 时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的5”、“6"端接入可调电容（预置7μF)。 3.测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值(1A)。 4.三相主电源连线时需注意，不可换错相序。 5.系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机
运动控制系统 实验指导书 张厚升 11 U V W V A 直流电流表 直流电压 表 M 直流电机 励磁电源 触发电路及晶 闸管主回路 电源控制屏 平波电抗 器 G给定 Ug ASR(转速调节器） FBS速度变换器 1 2 3 4 1 2 DZS零速封锁器 3 1 2 9 7 4 脉冲移相控制 Uct 脉冲放大控制电路 Ublf FBA+FA(电流反馈 If 及过流保护） 5 6 CA 调速系统控制单元 低压单元 调速系统控制单元 触发电路及晶 闸管主回响 直流电机 励磁电源 转速计 TG 负载 M 图 2－1 四．实验设备及仪表 1．教学实验台主控制屏。 2．触发电路及晶闸管主回路组件 3．负载组件 4．电机导轨及测速发电机） 5．直流电动机 6．双踪示波器 7．万用表 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流励磁。 2．接入 ASR 构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把 ASR 的 RP3 电位器逆 时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR 的“5”、“6”端接入可调电容（预置 7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。 4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。 5．系统开环连接时，不允许突加给定信号 Ug起动电机