雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)ACR設(shè)計(jì)匯總

1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)AC戲計(jì)(西門(mén)子最佳整定法)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)計(jì)信學(xué)院06自動(dòng)化2班張學(xué)鋒2006003948摘要：本次課程設(shè)計(jì)主要研究的是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。采用的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)，即先設(shè)計(jì)好電流環(huán)后將其等效成速度環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再對(duì)速度環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的方案進(jìn)行選擇，再進(jìn)行觸發(fā)電路的選擇和控制電路的設(shè)計(jì)，以及雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。根據(jù)技術(shù)要求，采用西門(mén)子最佳整定法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，并確定ACR調(diào)節(jié)器的機(jī)構(gòu)型式以及參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，搭建雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定工作，并滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。關(guān)鍵詞：參數(shù)測(cè)定ACR的

2、設(shè)計(jì)西門(mén)子整定系統(tǒng)調(diào)試一、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測(cè)定1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉品閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)。(2)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測(cè)定方法。2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)型號(hào)備注1HJK01電源控制屏包含“三相電源輸出”，“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。2HJK02品閘管主電路3HJK02-1路三相晶閘管觸發(fā)電包含“觸發(fā)電路”，“正橋功放”，“反橋功放”等幾個(gè)模塊。4HJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)I包含“給定”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電流反饋與過(guò)流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。5DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表“DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌，光碼盤(pán)測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表”。6DJ13-

3、1直流發(fā)電機(jī)7DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)8D42三相可調(diào)電阻9示波器10萬(wàn)用表表1實(shí)驗(yàn)設(shè)備3、實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路及其原理品閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成。在本實(shí)驗(yàn)中，要求系統(tǒng)的整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓Uej來(lái)改變Ug的大小，這樣就可改變控制角a的大小，以獲得可調(diào)的直流電壓，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成原理圖如圖1所示。三相電源輸出VT4 VT6 VI?給定觸發(fā)電路正橋.功放i_UIF勵(lì)磁電源第2頁(yè)（共24頁(yè)）圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)品閘管直流調(diào)速0系統(tǒng)主電路總電阻值R的測(cè)定。(2)晶閘管直流調(diào)帶系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間

4、常數(shù)Td的測(cè)定。(3)直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm的測(cè)定。(4)晶閘管觸發(fā)直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的測(cè)定。(5)晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(Uct)和測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測(cè)定。5、實(shí)驗(yàn)方法及其步驟為了對(duì)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行研究，應(yīng)首先了解電樞回路的總電阻R總電感L,以及系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)Td與機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm,這些數(shù)據(jù)都需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定，具體方法如下：(1)電樞回路總電阻R的測(cè)定電樞回路的總電阻R包括電機(jī)的電樞電阻Ra、平波電抗器的直流電阻R及整流裝置的內(nèi)阻Rn,即RnRa+R+Rn(1-1)由于電阻值較小，這里不宜采用歐姆表和電橋進(jìn)行測(cè)量，又因?yàn)槭切‰娏鳈z測(cè)

5、，接觸電阻影響很大，故用直流伏安法。為測(cè)出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻，須測(cè)量整流裝置的理想空載電壓Ud0,而晶閘管整流電源是無(wú)法測(cè)量的，為此應(yīng)用伏安比較法，實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路如圖2所示。圖2伏安比較法實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路圖將變阻器R、R接入被測(cè)系統(tǒng)的主電路，測(cè)試時(shí)電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)合上§、S2,調(diào)節(jié)給定使輸出直流電壓Ud在30%-70%Ued范圍內(nèi)，然后調(diào)整R2使電樞電流在80%-90%范圍內(nèi)，讀取電流表A和電壓表V2的數(shù)值為小Ui,則此時(shí)整流裝置的理想空載電壓為：Udo=IiR+Ui(1-2)調(diào)節(jié)R使之與R2的電阻值相近，拉開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,在的Ud條件下讀取電流表、電壓表的數(shù)值I2、U2,則：Ud0

6、=IzR+U2(1-3)結(jié)合式(12)、(13),可求出電樞回路總電阻：R=(U2-Ui)/(Ii-12)(1-4)實(shí)驗(yàn)測(cè)得結(jié)果：U1=80VI1=0.85AU2=85VI2=0.70A由式(14)有：R=(U2-U1)/(I1-I2)=(85_80)/(0.85_0.70)=33.33(2)主電路電磁時(shí)間常數(shù)Td的測(cè)定采用電流波形測(cè)定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Td,電樞回路突加給定電壓時(shí)，電流1d按指數(shù)規(guī)律上升：id=Id(1-e,/Td)其電流變化曲線(xiàn)如圖3所示。當(dāng)t=Td時(shí)，有:id <d(1-eJ) =0.632IdLd©-l=j±l IRd圖3電流上升曲線(xiàn)圖4測(cè)定

7、Td的實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路圖實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路如上圖4所示。電機(jī)不加勵(lì)磁，調(diào)節(jié)給定使電機(jī)電樞電流在50%-90%ed的范圍內(nèi)。然后保持Ug不變，將給定的S2置接地位置，然后撥動(dòng)給定S2從接地到正電壓階躍信號(hào)，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄id=f的波形，在波形圖上測(cè)量出當(dāng)電流上升到穩(wěn)定值的63.2%寸間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果如圖5所示：lUJikS第10頁(yè)(共24頁(yè))圖5id=f(t)波形圖由上圖5,可以讀出電磁時(shí)間常數(shù)Td=10ms。(3)直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce將電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，使其空載運(yùn)行，再改變電樞電壓Ud,測(cè)得相應(yīng)的n即可由以下式子算出Ce:Ce =Ke =(Ud2 -Udi)/(n2 f)

8、式中，Ce的單位為V/ (rpm)。轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm的單位為N-m/A。實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)為：Ud1 =15CVn1 = 1000r / mUd2 -220Vn2 =1500r/m由公式Ce=Ke©=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)可以求得:Ce=(220-150)/(1500-1000)-70/500V/(rmp)=0.14V/rmp(4)晶閘管觸發(fā)直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的測(cè)定。系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm的測(cè)定系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)算：Tm=(GD2R)/(3.75CeCm2)由于Tm>>Td也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即n=KUd/(1TmS)當(dāng)電樞突加給定

9、電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)穩(wěn)定值時(shí)的63.2%,所經(jīng)過(guò)的時(shí)間即為拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。測(cè)試時(shí)電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除，突然給電樞加電壓，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)n=f(t),即可由此確定機(jī)電時(shí)間常數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果，如下圖6所示：圖6n=f(t)波形圖由上圖可以看出，系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)%為：Tm=35ms。(5)晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(UQ實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路如圖7所示，可不接示波器。電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug,分別讀取對(duì)應(yīng)的Ug、Utg、Ud、n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線(xiàn)Ud=f(Uct諄DUTG=f(n)。圖7實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路圖由Ud=f(Uct

10、)曲線(xiàn)可求得晶閘管整流裝置的放大倍數(shù)曲線(xiàn)Ks=f(Ug):Ks=U/Ug實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下表2所示:Ud(V)102030405060708090100110Ug(V)0.340.580.800.981.131.281.441.581.741.902.07Ud(V)120130140150160170180190200210220Ug(V)2.252.432.622.843.063.303.593.854.174.555.09表2Ud、Ug為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果，如下圖圖8所示：由以上數(shù)據(jù)，可以算得Ks=/,Ud/；：Ug=60sg二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1、電流調(diào)節(jié)器的作用(1

11、)電流調(diào)節(jié)器是內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，他的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓變化。(2)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)干擾作用。(3)在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。(4)當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一且故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)回復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。2、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)思想rZTL m f圖9雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(1)電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化在上圖9中點(diǎn)畫(huà)線(xiàn)框內(nèi)的電流環(huán)中，反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉反饋，它代表轉(zhuǎn)速輸出量對(duì)電流環(huán)的影響。由于轉(zhuǎn)速環(huán)尚未設(shè)計(jì)，要考慮它的影響是比較困難的

12、。但是，在實(shí)際系統(tǒng)中，電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Ti比電力拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm要小得多，因此電流的調(diào)節(jié)過(guò)程往往比轉(zhuǎn)速的變化快得多，也就是比電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)E的變化快得多，反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)只是一個(gè)緩慢變化的擾動(dòng)作用，在電流的瞬時(shí)變化過(guò)程中可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即EEoQ0這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)只有很小的變化，故可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，也就是說(shuō)，可暫且把反電動(dòng)勢(shì)的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，如圖10(a)所示。可以證明，忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)作用的近似條件是(2-1)式中飛電流環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截至頻率。(a)忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響46)(b)等效成單位負(fù)反

13、饋系統(tǒng)膽或生尹IX工工+1)(c)小慣性環(huán)節(jié)近似處理圖10電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成U(s),則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖10(b)所示，從這里可以看出兩個(gè)濾波時(shí)間常數(shù)取值相同的方便之處。最后，由于Ts和Toi一般都比Tl小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看成是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為T(mén)s+Toi(2-2)則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡(jiǎn)化成圖10(c)o簡(jiǎn)化的近似條件為0cW/(2-3)3TsToi(2)電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇為了選擇電流調(diào)節(jié)器，首先面臨的問(wèn)題是應(yīng)把電流環(huán)校正成哪一類(lèi)典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求看，希望電流無(wú)靜差，以得

14、到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖10(c)可以看出，采用I型系統(tǒng)就夠了。再?gòu)膭?dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。圖10(c)表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成WACR(s):K/iS+1)(2-4)iS式中K-電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；G-電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大事件常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇- i =T(2-5)則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖10(a

15、)所示的典型形式，其中KiKi4iR(2-6)圖11(b)繪出了校正后的電流環(huán)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。(a)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框第14頁(yè)(共24頁(yè))（b）開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性圖11校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)上述結(jié)果是在一系列假定條件下得到的，現(xiàn)將用過(guò)的假定條件歸納如下，一邊具體設(shè)計(jì)時(shí)校驗(yàn)。電力電子變換器純滯后的近似處理oci<1;3Ts 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)影響電流環(huán)小慣性群的近似處理oci<13TsToi（3）電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算由式（2-4）可以看出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)是Ki和*,其中Ti已選定，見(jiàn)式（2-5）,待定的只有比例系數(shù)Ki,可根據(jù)所需要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，希望電

16、流超調(diào)量qW5%,可選8=0.707,8=0.5,貝U1ki=%（2-7）2n再利用式（2-5）和式（2-6）得到KiT1RR ,T1:二-（一2Ks：K2Ks： Ti（2-8）如果實(shí)際系統(tǒng)要求的跟隨性能指標(biāo)不同，式（2-7）和式（2-8）當(dāng)然應(yīng)作為相應(yīng)的改變。止匕外，如果對(duì)電流環(huán)的抗干擾性能也有具體的要求，還得再校驗(yàn)一下抗擾性能指標(biāo)是否滿(mǎn)足。(4)電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型調(diào)節(jié)器原理圖如圖12所示。圖中Ui電壓，-P1為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓為電流給定5。£Gt寺 寺 m Q1 I I JIH圖12含給定濾波與反饋濾波的PI

17、型電流調(diào)節(jié)器根據(jù)運(yùn)算放大器的電路原理，可以容易地導(dǎo)出Ki=8(2-9)RoEi=RG(2-10)_1一Toi=-RoCoi(2-11)4以上3式可用于計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的具體電路參數(shù)。3、ACR勺設(shè)計(jì)以及參數(shù)計(jì)算直流電動(dòng)機(jī)：220V,1.2A,1600r/min,九=1.5,We=185w品閘管裝置放大系數(shù)KS=60S電樞回路總阻R=33.33'?時(shí)間常數(shù)T=Td=0.01s,Tm=0.035s電流反饋系數(shù)-5.56V/A解：(1)確定時(shí)間常數(shù)a.整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts。三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017sb.電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi0三相橋式電路的平均失控時(shí)間是3.3ms,為了

18、基本濾平波頭，應(yīng)有(1口2)兀=3.33ms,因此取T=2ms=0.002s0c.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和Tvo按小時(shí)間常數(shù)近似處理，應(yīng)取丁工=Ts+Toi=0.0037s。(2)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求ai<5%,并要保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電流無(wú)誤差，可按最佳二階系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性的，因此可以用PI型電流調(diào)節(jié)器。檢查對(duì)電源電壓的抗干擾性能：三=0.01s=2.7,經(jīng)檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接Tz0.0037s受的。(3)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=T=0.01s電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求。<5%時(shí)，根據(jù)要求，應(yīng)取K1Tli=0.5,故Ki0.5T

19、70.50.0037s-1-135.1s故有，ACR勺比例系數(shù)為KiKIiR135.10.0133.33I-=0.133Ks:605.56(4)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：WCi=KI=135.1s4a.晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件3Ts 3 0.0017s= 196.1s，Wci ci滿(mǎn)足近似條件。b.忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件3.；-1=311=160.35s,WCi，TmT0.035sM0.01s說(shuō)明：這里可能是由于Tm的測(cè)量存在一定的誤差，數(shù)值偏小，基本上滿(mǎn)足條件c.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件113 0.0017s 0.002s=180.8sWici滿(mǎn)足近似條件。(5

20、)計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容按照所用的運(yùn)算放大器，取R=20kQ,得到各電阻和電容值為R=KiR=0.133父20=2.660,取3kCCi=，=3F=3.3310F=3.33uF,取4uFCoi4Toi4 0.02Ro20 103F =0.4uF ,取 0.4uFR3M103按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為叼=4.3%M5%,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。三、雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備在舁廳P型號(hào)備

21、注1DJK01電源控制屏包含“三相電源輸出”，“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。2DJK02晶閘管主電路3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路包含“觸發(fā)電路”，“正橋功放”，“反橋功放”等幾個(gè)模塊。4DJK04電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)I包含“給定”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電流反饋與過(guò)流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DJ13-1直流發(fā)電機(jī)7DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤(pán)測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表8DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)9D42三相可調(diào)電阻10示波器11萬(wàn)用表3、實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路及原理現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的很多生產(chǎn)機(jī)械，由于加工和運(yùn)行的要求，使電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)的過(guò)

22、渡過(guò)程中，因此起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間在很大程度上決定了生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)效率。為了縮短這一部分時(shí)間，僅采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求的。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是由電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，可獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，由于調(diào)整系統(tǒng)的主要參量為轉(zhuǎn)速，故可將轉(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(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理框圖組成如下：三相也源輸出電流反饋與過(guò)流保護(hù)給定J-J速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器UctTT=觸發(fā)電路橋放W 一 正功工速度 變換勵(lì)磁 電源相控流 三全整1213雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖啟動(dòng)時(shí)，加給定電壓Ug,“速度調(diào)節(jié)器”

23、和“電流調(diào)節(jié)器”即以飽和限幅值輸出，使電動(dòng)機(jī)以限定的最大啟動(dòng)電流加速啟動(dòng)，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)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(yùn)行。系統(tǒng)工作時(shí)，要先給電動(dòng)機(jī)加勵(lì)磁，改變給定電壓Ug的大小即可方便地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?！半娏髡{(diào)節(jié)器”和“速度調(diào)節(jié)器”均設(shè)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(dá)到限制啟動(dòng)電流的目的?！半娏髡{(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(dá)到限制amax的目的。4、實(shí)驗(yàn)調(diào)試(1)各控制單元調(diào)試。(2)電流反饋系數(shù)B、

24、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a的整定。(3) 測(cè)定開(kāi)環(huán)機(jī)械特性及高、低轉(zhuǎn)速時(shí)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(cè)定。(5) 觀(guān)察、記錄、分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形。5、實(shí)驗(yàn)方法及步驟(1) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則先單元、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)。先開(kāi)環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)運(yùn)行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋后，才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。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)。先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)整動(dòng)態(tài)指標(biāo)。(2) 控制單元調(diào)試移相控制電壓Uct調(diào)節(jié)范圍的確定第16頁(yè)(共24頁(yè))直接將DJK04合定電壓U接入DJK02-1移相控制電壓UCt的輸入端，“

25、正橋三相全控整流”輸出接電阻負(fù)載R,負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零（對(duì)DZSZ-1,將輸出電壓調(diào)至最小位置，當(dāng)啟動(dòng)后，再將輸出線(xiàn)電壓調(diào)到200功。按下啟動(dòng)按鈕，給定電壓U由零調(diào)大，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)Ug超過(guò)某一數(shù)值U/時(shí)，Ud的波形會(huì)出現(xiàn)缺相的現(xiàn)象，這時(shí)Ud反而隨U的增大而減少。一般可確定移相控制電壓的最大允許值Utmax=0.9Ug/,即U的允許調(diào)節(jié)范圍為0UCtmax。如果我們把輸出限幅定為Umax的話(huà)，則“三相全控整流”輸出范圍就被限定，不會(huì)工作到極限值狀態(tài)，保證六個(gè)晶閘管可靠工作。記錄U/于下表中：Ug/6.4vUtmax=0.9Ug/5.76v將給定退到零，再按停止

26、按鈕切斷電源，結(jié)束步驟。調(diào)節(jié)器的調(diào)零將DJK0”“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08t的可調(diào)電阻120儂至U”速度調(diào)節(jié)器”的“4”、“5”兩端，用導(dǎo)線(xiàn)將“5”、“6”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為P（比例）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3用萬(wàn)用表的毫伏檔測(cè)量電流調(diào)節(jié)器“7”端的輸出，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。將DJK0奸”電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK0即的可調(diào)電阻13儂至U”速度調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”兩端，用導(dǎo)線(xiàn)將“9”、“10”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為P（比例）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近零。調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整把“5”、

27、“6”短接線(xiàn)去掉，將DJK08H勺可調(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，然后將DJK04勺給定輸出端接到“3”端，當(dāng)加一定的正給定時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2,使之輸出電壓為-6V,當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1,使之輸出電壓為最小值即可。把“8”、“9”短接線(xiàn)去掉，將DJK0即的可調(diào)電容0.47uF接入“8”、“9”兩端,使調(diào)節(jié)器成為PI（比例積分）調(diào)節(jié)器，然后將DJK04勺給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“4”端，當(dāng)加正給定時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RPZ使之輸出電壓為最小值即可，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1,使電流調(diào)節(jié)器白

28、輸出正限幅為UCtmaxo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U的輸入端，整流橋輸出接電阻負(fù)載R,負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。按下啟動(dòng)按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當(dāng)U=220V寸，減小負(fù)載的阻值，調(diào)節(jié)”電流反饋與過(guò)流保護(hù)”上的電流反饋電位器RP1,前面已經(jīng)求出，電流反饋系數(shù)B=5.56V/A。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定直接將“給定”電壓U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(dòng)機(jī)負(fù)載，Ld用DJK021的200mH輸出給定調(diào)到零。按下啟動(dòng)按鈕，接通勵(lì)磁電源，從零逐漸增加給定，使電機(jī)提速到n=150Orpm時(shí),調(diào)節(jié)“

29、速度變換”上轉(zhuǎn)速反饋電位器RP1,使得該轉(zhuǎn)速時(shí)反饋電壓Ufn=-6V,這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a=Ufn/n=0.004V/(rpm)。(3)開(kāi)環(huán)外特性的測(cè)定DJK02-1控制電壓UCt由DJK041的給定輸出Ug直接接入，“三相全控整流”電路接電動(dòng)機(jī)，Ld用DJK02E的200mH直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R,負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。按下啟動(dòng)按鈕，先接通勵(lì)磁電源，然后從零開(kāi)始逐漸增加“給定”電壓Ug,使電機(jī)啟動(dòng)升速，調(diào)節(jié)Ug和R®電動(dòng)機(jī)電流Id=Ied,轉(zhuǎn)速到達(dá)1200rpm=增大負(fù)載電阻Rffi值(即減小負(fù)載)，可測(cè)出該系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)外特性n=f(Id),記錄于下表中：n(r/m)1

30、199124012601280130013201340Id(A)0.860.800.760.740.710.680.63第19頁(yè)(共24頁(yè))分析：由上圖14的系統(tǒng)開(kāi)環(huán)特性曲線(xiàn)可以看出，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)特性呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。將給定退到零，斷開(kāi)勵(lì)磁電源，按下停止按鈕，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。(4)系統(tǒng)靜特性測(cè)試按圖10-1接線(xiàn)，DJK04的給定電壓Ug輸出為正給定，轉(zhuǎn)速反饋電壓為負(fù)電壓，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R,Ld用DJK02k的200mH負(fù)載電阻放在最大值，給定的輸出調(diào)到零。將速度調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器都接成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(dòng)按鈕，接通勵(lì)磁電源，增加給定，觀(guān)察系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，

31、確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)的接線(xiàn)正確無(wú)誤后，將“速度調(diào)節(jié)器”，“電流調(diào)節(jié)器”均恢復(fù)成PI(比例積分)調(diào)節(jié)器，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。機(jī)械特性n=f(Id)的測(cè)定A、發(fā)電機(jī)先空載，從零開(kāi)始逐漸調(diào)大給定電壓Ug,使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm,然后接入發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻R,逐漸改變負(fù)載電阻，直至Id=Ied,即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線(xiàn)n=f(Id),并記錄于下表中：n(r/m)1200120012001200120012001200Id(A)0.570.580.590.600.610.620.63分析：由上圖圖15可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1200r/m時(shí)，改變系統(tǒng)的負(fù)載電阻，轉(zhuǎn)速基本上無(wú)變化，電流有微小的變化，呈線(xiàn)性關(guān)系，表明

32、系統(tǒng)的靜態(tài)性能良好。B、降低Ug,再測(cè)試n=800rpm寸的靜態(tài)特性曲線(xiàn)，并記錄于下表中：n(r/m)800800800800800800800Id(A)0.410.420.430.440.450.460.47分析：由上圖圖16可以看出，當(dāng)n=800r/m時(shí)，轉(zhuǎn)速基本上無(wú)變化，電流有微小的變化，呈線(xiàn)性關(guān)系，表明系統(tǒng)的靜態(tài)性能良好。第21頁(yè)（共24頁(yè)）G閉環(huán)控制系統(tǒng)n=f（Ug）的測(cè)定調(diào)節(jié)Ug及R,使Id=Ied、n=1200rpm,逐漸降低Ug,記錄Ug和n,即可測(cè)出閉環(huán)控制特性n=f（Ug）0n(r/m)120011001000900800700600Ug(V)3.783.483.182.8

33、72.552.291.99分析：由上圖圖17可以看出，調(diào)節(jié)電阻R,系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n遞減時(shí)，電壓Ug也相應(yīng)地遞減，呈線(xiàn)性關(guān)系?；緷M(mǎn)足了輸入跟隨輸出變化的穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明系統(tǒng)的閉環(huán)特性良好。（6）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的觀(guān)察用慢掃描示波器觀(guān)察動(dòng)態(tài)波形。在不同的系統(tǒng)參數(shù)下（“速度調(diào)節(jié)器”的增益和積分電容、“電流調(diào)節(jié)器”的增益和積分電容、“速度變換”的濾波電容），用示波器觀(guān)察、記錄下列動(dòng)態(tài)波形：突加給定Ug,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電樞電流Id（“電流反饋與過(guò)流保護(hù)”的“2”端）波形和轉(zhuǎn)速n（“速度變換”的“3”端）波形。分析：由上圖圖18,圖19可以看出，系統(tǒng)具有良好快速性和跟隨性能，符合設(shè)計(jì)的要求。突加額定負(fù)載(20%Ieq100%Ld)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。分析：由上圖圖20,圖21可以看出，系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間較短，說(shuō)明系統(tǒng)具有良好的抗干擾性，穩(wěn)定性好。突降負(fù)載(100%IeU20%Ld)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。分析：由上圖可以看出，系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間很短，具有很好的快速性，在一定時(shí)間后能夠達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，說(shuō)明系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。第22頁(yè)(共24頁(yè))四、設(shè)計(jì)心得體會(huì)這次電力