实验3 转速、电流双闭环直流调速系统 实验目的 1.了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。 2.掌握双闭环直流调速系统的调试步骤,方法及参数的整定。 3.测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。 4.了解调节器参数对系统动态性能的影响。 实验系统组成及工作原理 双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制,由于调速系统调节 的主要参量是转速,故转速环作为主环放在外面,而电流环作为副环放在里面,可以及时抑 制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图3-1所示 实验图3-1转速、电流双闭环直流调速系统 主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时,首先给电动机加上额定励磁,改 变转速给定电压U可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR、电流调节器ACR均设有 限幅电路,ASR的输出U作为ACR的给定,利用ASR的输出限幅U起限制起动电流的作 用;ACR的输出U作为触发器TG的移相控制电压,利用ACR的输出限幅U。起限制a。n的 作用 当突加给定电压U时,ASR立即达到饱和输出U,使电动机以限定的最大电流lm加 速起动,直到电动机转速达到给定转速(即L=l”)并出现超调,使ASR退出饱和,最后稳定 运行在给定转速(或略低于给定转速)上 三、实验设备及仪器 1.主控制屏MO1 2.直流电动机一负载直流发电机-测速发电机组 3.M02、MC03、MCO7挂箱 4.滑线变阻器 5.双踪示波器 6.数字示波器(慢扫描示波器或记录示波器) 7.万用表 四、实验内容 1.调整触发单元并确定其起始移相控制角,检查和调整ASR、ACR,整定其输出正负限 幅值。 2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数a,整定过电流保护动作值。 3.研究电流环和转速环的动态特性,将系统调整到可能的最佳状态,画出l=f()和
实验 3 转速、电流双闭环直流调速系统 一、实验目的 1．了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。 2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。 4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。 二、实验系统组成及工作原理 双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节 的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑 制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图 3-1 所示。 实验图 3-1 转速、电流双闭环直流调速系统 主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改 变转速给定电压 * Un 可方便地调节电动机的转速。速度调节器 ASR、电流调节器 ACR 均设有 限幅电路，ASR 的输出 * Ui 作为 ACR 的给定，利用 ASR 的输出限幅 * Uim 起限制起动电流的作 用；ACR 的输出 Uc 作为触发器 TG 的移相控制电压，利用 ACR 的输出限幅 Ucm 起限制αmin的 作用。 当突加给定电压 * Un 时，ASR 立即达到饱和输出 * Uim ，使电动机以限定的最大电流 Idm 加 速起动，直到电动机转速达到给定转速(即 Un=Un * )并出现超调，使 ASR 退出饱和，最后稳定 运行在给定转速（或略低于给定转速）上。 三、实验设备及仪器 1．主控制屏 MC01 2．直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组 3．MC02、MC03、MC07 挂箱 4．滑线变阻器 5．双踪示波器 6．数字示波器(慢扫描示波器或记录示波器) 7．万用表 四、实验内容 1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整 ASR、ACR，整定其输出正负限 幅值。 2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。 3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出 I f (t) d = 和
n=f(1)的波形,并估算系统的动态性能指标(包括跟随性能和抗扰性能) 4测定高低速时系统完整的静特性n=f(14)(包括下垂段特性),并计算在一定调速 范围内系统能满足的静态精度。 五、实验步骤及方法 1.多环调速系统调试的基本原则 (1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好,然后才能组成系统。 (2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行,然后在确定电流和转速均为负反馈后 组成闭环系统。 (3)先内环,后外环。即闭环调试时,先调电流内环,然后再调转速外环。 2.单元部件参数整定和调试 (1)主控制屏开关按实验内容需要设置 (2)触发器整定 将面板上的Ur端接地,调整锯齿波触发器的方法同实验2。 (3)调节器调零 断开主回路电源开关SW,给定电压l接到零速封锁器DZS输入端,并将DZS的输出接 到ASR和AR的封锁端。控制系统按开环接线,ASR、ACR的反馈回路电容短接,形成低放大 系数的比例调节器 a)ASR调零 将调节器ASR的给定及反馈输入端接地,调节ASR的调零电位器,使ASR的输出为零。 b)ACR调零 将调节器ACR的给定及反馈输入端接地,调节ACR的调零电位器,使ACR的输出为零 4)调节器输出限幅值整定 a)ASR输出限幅值整定 ASR按比例积分调节器接线,将l接到ASR的输入端,当输入l为正而且增加时,调节 ASR负限幅电位器,使ASR输出为限幅值U,其值一般取为-6~-8V。 b)ACR输出限幅值整定 整定ACR限幅值需要考虑负载的情况,留有一定整流电压的余量。ACR按比例积分调节 器接线,将以接到ACR的输入端,用ACR的输出L去控制触发移相,当输入为负且增加 时,通过示波器观察到触发移相角a移至a=15°~30°时的电压即为ACR限幅值L,可 通过ACR正限幅电位器锁定。 3.电流环调试(电动机不加励磁) (1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定 整定时ASR、ACR均不接入系统,系统处于开环状态。直接用给定电压l作为l接到移 相触发器GT以调节控制角a,此时应将电动机主回路中串联的变阻器RM放在最大值处, 以限制电枢电流 缓慢增加l,使a≥30°,然后逐步减小主回路中串联的变阻器R的阻值,直至电流 l=(1.1~1.2),再调整电流变送器FBC中的电流反馈电位器,使电流反馈电压V近似等
n = f (t) 的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能）。 4.测定高低速时系统完整的静特性 ( ) d n = f I （包括下垂段特性），并计算在一定调速 范围内系统能满足的静态精度。 五、实验步骤及方法 1.多环调速系统调试的基本原则 (1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。 (2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈后 组成闭环系统。 (3)先内环,后外环。即闭环调试时，先调电流内环，然后再调转速外环。 2.单元部件参数整定和调试 (1)主控制屏开关按实验内容需要设置 (2)触发器整定 将面板上的 Ublf 端接地，调整锯齿波触发器的方法同实验 2。 (3)调节器调零 断开主回路电源开关 SW，给定电压 Ug 接到零速封锁器 DZS 输入端，并将 DZS 的输出接 到 ASR 和 ACR 的封锁端。控制系统按开环接线,ASR、ACR 的反馈回路电容短接，形成低放大 系数的比例调节器。 a)ASR 调零 将调节器 ASR 的给定及反馈输入端接地，调节 ASR 的调零电位器，使 ASR 的输出为零。 b)ACR 调零 将调节器 ACR 的给定及反馈输入端接地，调节 ACR 的调零电位器，使 ACR 的输出为零。 (4)调节器输出限幅值整定 a)ASR 输出限幅值整定 ASR 按比例积分调节器接线，将 Ug 接到 ASR 的输入端，当输入 Ug 为正而且增加时，调节 ASR 负限幅电位器，使 ASR 输出为限幅值 * Uim ，其值一般取为− 6 ~ −8 V。 b)ACR 输出限幅值整定 整定 ACR 限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR 按比例积分调节 器接线，将 Ug 接到 ACR 的输入端，用 ACR 的输出 Uc 去控制触发移相，当输入 Ug 为负且增加 时，通过示波器观察到触发移相角α移至 min =15 ~ 30 时的电压即为 ACR 限幅值 Ucm，可 通过 ACR 正限幅电位器锁定。 3.电流环调试(电动机不加励磁) (1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。 整定时 ASR、ACR 均不接入系统，系统处于开环状态。直接用给定电压 Ug 作为 Uc 接到移 相触发器 GT 以调节控制角α，此时应将电动机主回路中串联的变阻器 RM 放在最大值处， 以限制电枢电流。 缓慢增加 Ug，使α≥30°，然后逐步减小主回路中串联的变阻器 RM 的阻值，直至电流 Id=(1.1～1.2)IN，再调整电流变送器 FBC 中的电流反馈电位器，使电流反馈电压 Ui近似等
于已经整定好的ASR输出限幅值l,并由此判断磊的极性 继续减小主回路中串联变阻器Rn的阻值,使电流I=1.5厶,调整FBC中的过电流保护 电位器,使过电流保护动作,并加以锁定。 (2)系统限流性能的检查和电流反馈系数β的测定 将电流调节器ACR接成PI调节器,其参数参考值为R3=20~40k2,C;=0.47~4AF, 然后接入控制回路。将电流负反馈信号U接入ACR组成电流闭环,通过给定器G直接给ACR 加上给定电压,并使∥=U。观察主回路电流厶是否≤(1.1~1.2)l,若出现>(1.1~ 1.2),则说明原先整定的电流反馈电压l偏小。导致偏小的原因是ACR给定回路及反馈 回路的输入电阻有差值。必须重新调整电流变送器FBC中的电流反馈电位器,使U增加, 直至满足要求为止。若当l=Ⅷ时,主回路电流≤(1.1~1.2)l,则可继续减小串联变阻 器Ru的阻值,直至全部切除,L应增加有限,小于过流保护值,这说明系统已经具有限流 保护效果。在此基础上测定U值,并计算出电流反馈系数尸。 (3)电流环动态特性的研究 在电流环的给定电压l=(50%~70%)U情况下,改变主回路串联变阻器Rx的阻值,使 l=(50%~70%),然后突减或突加给定电压U,观察并用数字示波器记录电流波形L=f(t)。 在下列情况下再突加给定,观察电流波形,研究给定值和调节器参数对电流环动态特性的影 响 a)减小电流给定值 b)改变ACR反馈回路电容(相当于改变调节器的时间常数r;) c)改变ACR的比例放大系数(调节器的时间常数r;不变) 4.转速环调试(电动机加额定励磁) (1)转速反馈极性及转速反馈系数a的测定。 测试时电动机应该加额定励磁,先不接入ASR(或将ASR接成1:1的比例调节器),转速 开环,给定电压直接送入触发器GT的L处,逐渐增加V,使n=nN(主回路串联电阻切 除),同时调整转速反馈环节FBS的输出电压Un,使其为6~8V。判别Un的极性并计算转速 反馈系数a值。 (2)转速环动态特性的研究 将ASR接成PI调节器,其参数参考值为Rn=20~200k2,Cn=2~4uF,然后组成 转速、电流双闭环系统。用示波器观察并记录下列情况下的r=f(t)波形 a)突加给定 b)突加负载(同轴发电机作为负载,使电流I=l) c)突减负载 改变下列参数,重复上述试验 a)改变给定电压大小 b)改变ASR反馈电容C c)改变ASR比例放大系数 根据上述结果分析并选择出ASR的最佳参数和动态性能指标。 5.系统静特性测定
于已经整定好的 ASR 输出限幅值 Uim *，并由此判断 Ui 的极性。 继续减小主回路中串联变阻器 RM 的阻值，使电流 Id=1.5IN，调整 FBC 中的过电流保护 电位器，使过电流保护动作，并加以锁定。 (2)系统限流性能的检查和电流反馈系数β的测定。 将电流调节器 ACR 接成 PI 调节器,其参数参考值为 Ri = 20 ~ 40k ，Ci = 0.47 ~ 4F ， 然后接入控制回路。将电流负反馈信号 Ui接入 ACR 组成电流闭环，通过给定器 G 直接给 ACR 加上给定电压，并使 Ug=Uim *。观察主回路电流 Id 是否≤(1.1～1.2)IN，若出现 Id＞(1.1～ 1.2)IN，则说明原先整定的电流反馈电压 Ui 偏小。导致 Ui偏小的原因是 ACR 给定回路及反馈 回路的输入电阻有差值。必须重新调整电流变送器 FBC 中的电流反馈电位器，使 Ui 增加， 直至满足要求为止。若当 Ug=Uim *时，主回路电流 Id≤(1.1～1.2)IN，则可继续减小串联变阻 器 RM 的阻值，直至全部切除，Id应增加有限，小于过流保护值，这说明系统已经具有限流 保护效果。在此基础上测定 Ui值，并计算出电流反馈系数β。 (3)电流环动态特性的研究。 在电流环的给定电压 Ug=(50%～70%)Uim *情况下,改变主回路串联变阻器 RM 的阻值，使 Id=(50%～70%)IN，然后突减或突加给定电压 Ug，观察并用数字示波器记录电流波形 Id=f(t)。 在下列情况下再突加给定，观察电流波形，研究给定值和调节器参数对电流环动态特性的影 响。 a)减小电流给定值; b)改变 ACR 反馈回路电容(相当于改变调节器的时间常数 i ); c)改变 ACR 的比例放大系数(调节器的时间常数 i 不变)。 4．转速环调试(电动机加额定励磁) (1)转速反馈极性及转速反馈系数α的测定。 测试时电动机应该加额定励磁，先不接入 ASR(或将 ASR 接成 1:1 的比例调节器)，转速 开环，给定电压 Ug直接送入触发器 GT 的 Uc处，逐渐增加 Ug，使 n = nN (主回路串联电阻切 除)，同时调整转速反馈环节 FBS 的输出电压 Un ,使其为 6 ~ 8 V。判别 Un 的极性并计算转速 反馈系数α值。 (2)转速环动态特性的研究。 将 ASR 接成 PI 调节器，其参数参考值为 Rn = 20 ~ 200k ，Cn = 2 ~ 4F ，然后组成 转速、电流双闭环系统。用示波器观察并记录下列情况下的 n=f(t)波形。 a)突加给定 b)突加负载（同轴发电机作为负载，使电流 Id=IN） c)突减负载 改变下列参数，重复上述试验。 a)改变给定电压大小 b)改变 ASR 反馈电容 Cn c)改变 ASR 比例放大系数 根据上述结果分析并选择出 ASR 的最佳参数和动态性能指标。 5.系统静特性测定
(1)调节转速给定电压C及发电机负载电阻R,使l=lx,n=nNx,改变发电机负载电阻 R,即可测出系统静特性曲线=f(l) (2)降低给定电压C,分别测出r1000r/min,m500r/min时的静特性曲线(或根据教 师给出的D,s指标进行测定)。 六、实验注意事项 1.双踪示波器两个探头的地线是通过示波器外壳短路的,故在使用时必须使两个探头 的地线同电位(只用一根地线即可),以免造成短路事故。 2.系统开环运行时,不能采用突加给定电压的方法起动电动机,必须逐渐增加给定电 压,以免产生过大的电流冲击。 3.调试电流环时,不要让电动机在大电流下堵转时间太长,以免电动机因过度发热而损 坏 七、实验思考题 1.过电流保护环节的工作原理是什么?怎样整定? 2.如何估计ASR、ACR参数变化对动态过程的影响? 3.要改变转速应调节什么参数?要改变最大电流应调节什么参数? 4.电流负反馈线未接好或极性接错,会产生什么后果? 5.转速反馈线接错极性会产生什么现象?
(1)调节转速给定电压 Un *及发电机负载电阻 Rg，使 d N n nN I = I , = ,改变发电机负载电阻 Rg，即可测出系统静特性曲线 n=f(Id)。 (2)降低给定电压 Un *，分别测出 n=1000r/min，n=500r/min 时的静特性曲线(或根据教 师给出的 D， s 指标进行测定)。 六、实验注意事项 1．双踪示波器两个探头的地线是通过示波器外壳短路的，故在使用时必须使两个探头 的地线同电位(只用一根地线即可)，以免造成短路事故。 2．系统开环运行时，不能采用突加给定电压的方法起动电动机，必须逐渐增加给定电 压，以免产生过大的电流冲击。 3．调试电流环时,不要让电动机在大电流下堵转时间太长,以免电动机因过度发热而损 坏。 七、实验思考题 1．过电流保护环节的工作原理是什么？怎样整定？ 2．如何估计 ASR、ACR 参数变化对动态过程的影响？ 3．要改变转速应调节什么参数？要改变最大电流应调节什么参数？ 4．电流负反馈线未接好或极性接错，会产生什么后果？ 5．转速反馈线接错极性会产生什么现象？