電力電子與電力傳動綜合實驗指導(dǎo)書正文

PAGE41-第一部分緒論本指導(dǎo)書是根據(jù)《電力電子與電力傳動》課程實驗教學(xué)大綱編寫的，適用于電氣工程及其自動化專業(yè)。本課程實驗的作用與任務(wù)電力電子與電力傳動實驗是《電力電子技術(shù)》、《電力拖動控制系統(tǒng)》課程中重要的實踐環(huán)節(jié)，通過實驗，使學(xué)生加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生使用某些設(shè)備的能力和運用實驗方法研究電力電子技術(shù)、電力拖動自動控制的初步能力。對于進一步加強理論和實踐相結(jié)合，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力有重要意義。本課程實驗的主要任務(wù)是提高學(xué)生動手能力，在試驗過程中遇到問題，能夠分析思考和解決。對于實驗結(jié)果能夠按照理論知識進行解釋，從而可以深化所學(xué)理論知識，把理論和實踐統(tǒng)一起來。本課程實驗的基礎(chǔ)知識電力電子與電力傳動實驗的內(nèi)容主要包括單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)、邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)控制可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（H橋）、三相異步電機變頻調(diào)速、半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究、反激式電流控制開關(guān)穩(wěn)壓電源實驗、直流斬波電路的性能研究等內(nèi)容。三、本課程實驗教學(xué)項目及其教學(xué)要求序號實驗項目名稱學(xué)時教學(xué)目標(biāo)、要求1單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)2主電路、控制電路的接線。對于實驗過程中的問題能夠解決，解釋、記錄實驗數(shù)據(jù)。2雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)2主電路、控制電路的接線。對于實驗過程中的問題能夠解決，解釋、記錄實驗數(shù)據(jù)。3邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)2主電路、控制電路的接線。對于實驗過程中的問題能夠解決，解釋、記錄實驗數(shù)據(jù)。4雙閉環(huán)控制可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（H橋）2主電路、控制電路的接線。對于實驗過程中的問題能夠解決，解釋、記錄實驗數(shù)據(jù)。5三相異步電機變頻調(diào)速實驗2主電路、控制電路的接線。對于實驗過程中的問題能夠解決，解釋、記錄實驗數(shù)據(jù)。熟練掌握數(shù)字示波器的使用。6半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究2主電路、控制電路的接線。對于實驗過程中的問題能夠解決，解釋、記錄實驗數(shù)據(jù)。熟練掌握數(shù)字示波器的使用。7反激式電流控制開關(guān)穩(wěn)壓電源實驗2主電路、控制電路的接線。對于實驗過程中的問題能夠解決，解釋、記錄實驗數(shù)據(jù)。熟練掌握數(shù)字示波器的使用。8直流斬波電路的性能研究2主電路、控制電路的接線。對于實驗過程中的問題能夠解決，解釋、記錄實驗數(shù)據(jù)。熟練掌握數(shù)字示波器的使用。合計16第二部分基本實驗指導(dǎo)實驗一單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗實驗?zāi)康模?）了解單閉環(huán)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）掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程。（3）認(rèn)識閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。實驗原理為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。對調(diào)速指標(biāo)要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調(diào)速指標(biāo)較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。在本裝置中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實驗是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號作為反饋信號，經(jīng)“速度變換”后接到“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，得到移相控制電壓Uct，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化，電機最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)節(jié)器采用P（比例）調(diào)節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成PI(比例積分)調(diào)節(jié)。這時當(dāng)“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機負(fù)載或電源電壓波動時，電機的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。 圖1-1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖 圖1-2電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖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”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電流反饋與過流保護”等幾個模塊5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-2電機導(dǎo)軌﹑測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表或者“DD03-3電機導(dǎo)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示波器TDS21011萬用表MF47實驗內(nèi)容與步驟(1)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=120°。⑥適當(dāng)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(yīng)觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。⑦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。(2)Uct不變時的直流電機開環(huán)外特性的測定①按接線圖分別將主回路和控制回路接好線。DJK02-1上的移相控制電壓Uct由DJK04上的“給定”輸出Ug直接接入，直流發(fā)電機接負(fù)載電阻R，Ld用DJK02上200mH，將給定的輸出調(diào)到零。②先閉合勵磁電源開關(guān)，按下DJK01“電源控制屏”啟動按鈕，使主電路輸出三相交流電源，然后從零開始逐漸增加“給定”電壓Ug，使電動機慢慢啟動并使轉(zhuǎn)速n達到1200rpm。③改變負(fù)載電阻R的阻值，使電機的電樞電流從Ied直至空載。即可測出在Uct不變時的直流電動機開環(huán)外特性n=f(Id)，測量并記錄數(shù)據(jù)下表：n（rpm）Id（A）(3)Ud不變時直流電機開環(huán)外特性的測定①控制電壓Uct由DJK04的“給定”Ug直接接入，直流發(fā)電機接負(fù)載電阻R，Ld用DJK02上200mH,將給定的輸出調(diào)到零。②按下DJK01“電源控制屏”啟動按鈕，然后從零開始逐漸增加給定電壓Ug，使電動機啟動并達到1200rpm。③改變負(fù)載電阻R，使電機的電樞電流從Ied直至空載。用電壓表監(jiān)視三相全控整流輸出的直流電壓Ud,保持Ud不變(通過不斷的調(diào)節(jié)DJK04上“給定”電壓Ug來實現(xiàn))，測出在Ud不變時直流電動機的開環(huán)外特性n=f(Id)，并記錄于下表：n（rpm）Id（A）(4)基本單元部件調(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(fù)載R，用示波器觀察Ud的波形。當(dāng)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(dāng)Ug超過某一數(shù)值Ug＇時，Ud的波形會出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，這時Ud反而隨Ug的增大而減少。一般可確定移相控制電壓最大允許值為Uctmax=0.9Ug＇，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：Ug＇Uctmax=0.9Ug＇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)整A、調(diào)節(jié)器的調(diào)零將DJK04中“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻40K接到“速度調(diào)節(jié)器”的“4”、“5”兩端，用導(dǎo)線將“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，用萬用表的毫伏檔測量電流調(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DJK04中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻13K接到“速度調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”兩端，用導(dǎo)線將“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，用萬用表的毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器的“11”端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。B、正負(fù)限幅值的調(diào)整把“速度調(diào)節(jié)器”的“5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47μF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的給定輸出端接到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的“3”端，當(dāng)加一定的正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2，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，調(diào)整正限幅電位器RP1，使速度調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。把“電流調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47μF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的給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“4”端，當(dāng)加正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2，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，調(diào)整正限幅電位器RP1，使電流調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。C、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(fù)載R，負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當(dāng)Ud=220V時，減小負(fù)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(fù)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/AD、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(fù)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)“速度變換”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)。(5)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)①按圖1-1接線，在本實驗中，DJK04的“給定”電壓Ug為負(fù)給定，轉(zhuǎn)速反饋為正電壓，將“速度調(diào)節(jié)器”接成P（比例）調(diào)節(jié)器或PI（比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機接負(fù)載電阻R，Ld用DJK02上200mH，給定輸出調(diào)到零。②直流發(fā)電機先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓Ug，使電動機的轉(zhuǎn)速接近n=l200rpm。③由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機負(fù)載R，測出電動機的電樞電流Id，和電機的轉(zhuǎn)速n，直至Id=Ied，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n=f(Id)。n（rpm）Id（A）(6)電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)①按圖1-2接線，在本實驗中，給定Ug為負(fù)給定，電流反饋為正電壓，將“電流調(diào)節(jié)器”接成比例（P）調(diào)節(jié)器或PI（比例積分）調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機接負(fù)載電阻R，Ld用DJK02上200mH，將給定輸出調(diào)到零。②直流發(fā)電機先輕載，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。③由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機負(fù)載R，測定相應(yīng)的Id和n，直至電動機Id=Ied，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n=f(Id)。n（rpm）Id（A）實驗報告(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出Uct不變時直流電動機開環(huán)機械特性。(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出Ud不變時直流電動機開環(huán)機械特性。(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性。(4)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性。(5)比較以上各種機械特性，并做出解釋。實驗注意事項(1)雙蹤示波器有兩個探頭，可同時觀測兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的地線不能同時接在同一電路的不同電位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測量的順利進行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，這樣從根本上解決了這個問題。當(dāng)需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測信號，只有這樣才能在示波器上同時觀察到兩個信號，而不發(fā)生意外。(2)電機啟動前，應(yīng)先加上電動機的勵磁，才能使電機啟動。在啟動前必須將移相控制電壓調(diào)到零，使整流輸出電壓為零，這時才可以逐漸加大給定電壓，不能在開環(huán)或速度閉環(huán)時突加給定，否則會引起過大的啟動電流，使過流保護動作，告警，跳閘。(3)通電實驗時，可先用電阻作為整流橋的負(fù)載，待確定電路能正常工作后，再換成電動機作為負(fù)載。(4)在連接反饋信號時，給定信號的極性必須與反饋信號的極性相反，確保為負(fù)反饋，否則會造成失控。(5)直流電動機的電樞電流不要超過額定值使用，轉(zhuǎn)速也不要超過1.2倍的額定值。以免影響電機的使用壽命，或發(fā)生意外。(6)DJK04與DJK02-1不共地，所以實驗時須短接DJK04與DJK02-1的地。思考題(l)P調(diào)節(jié)器和PI調(diào)節(jié)器在直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用有什么不同?(2)實驗中，如何確定轉(zhuǎn)速反饋的極性并把轉(zhuǎn)速反饋正確地接入系統(tǒng)中?調(diào)節(jié)什么元件能改變轉(zhuǎn)速反饋的強度?(3)改變“電流調(diào)節(jié)器”及“速度調(diào)節(jié)器”的電阻、電容參數(shù)，對系統(tǒng)有什么影響？實驗二雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗一、實驗?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)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗原理許多生產(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(fù)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)是由電流和轉(zhuǎn)速兩個調(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?！半娏髡{(diào)節(jié)器”、“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”的輸出限幅可達到限制啟動電流的目的?！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”的輸出限幅可達到限制αmax的目的。圖2-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖實驗所需掛件序號型號備注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”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電流反饋與過流保護”等幾個模塊5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-2電機導(dǎo)軌﹑測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表或者“DD03-3電機導(dǎo)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示波器TDS21011萬用表MF47四、實驗內(nèi)容與步驟(1)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=120°。⑥適當(dāng)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(yīng)觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。⑦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。(2)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(fù)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(biāo)。(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，“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DZSZ-1，將輸出電壓調(diào)至最小位置，當(dāng)啟動后，再將輸出線電壓調(diào)到200V）。按下啟動按鈕，給定電壓Ug由零調(diào)大，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)Ug超過某一數(shù)值Ug＇時，Ud的波形會出現(xiàn)缺相的現(xiàn)象，這時Ud反而隨Ug的增大而減少。一般可確定移相控制電壓的最大允許值Uctmax=0.9Ug＇，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：Ug＇Uctmax=0.9Ug＇將給定退到零，再按停止按鈕切斷電源，結(jié)束步驟。②調(diào)節(jié)器的調(diào)零將DJK04中“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻120K接到“速度調(diào)節(jié)器”的“4”、“5”兩端，用導(dǎo)線將“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將DJK04中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻13K接到“速度調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”兩端，用導(dǎo)線將“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RP3③調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整把“速度調(diào)節(jié)器”的“5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47μF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的給定輸出端接到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的“3”端，當(dāng)加一定的正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2把“電流調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47μF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的給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“4”端，當(dāng)加正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2④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(fù)載R，負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當(dāng)Ud=220V時，減小負(fù)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(fù)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(fù)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)“速度變換”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，d用DJK02上的200mH，L直流發(fā)電機接負(fù)載電阻R，負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。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，調(diào)節(jié)Ug和R使電動機電流Id=Ied，轉(zhuǎn)速到達1200rpm。③增大負(fù)載電阻R阻值（即減小負(fù)載），可測出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f（Id），記錄于下表中：n（rpm）Id（A）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2-1接線，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)電機接負(fù)載電阻R，Ld用DJK02上的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(rèn)整個系統(tǒng)的接線正確無誤后，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(fù)載電阻R，逐漸改變負(fù)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（rpm）Id（A）B、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（rpm）Id（A）C、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（rpm）Ug（V）(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(“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(“速度變換”的“3”端②突加額定負(fù)載(20%Ied～100%Ied)時電動機電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。③突降負(fù)載(100%Ied～20%Ied)時電動機的電樞電流波形和轉(zhuǎn)速波形。五、實驗報告(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出閉環(huán)控制特性曲線n=f(Ug)。(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出兩種轉(zhuǎn)速時的閉環(huán)機械特性n=f(Id)。(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出系統(tǒng)開環(huán)機械特性n=f(Id)，計算靜差率，并與閉環(huán)機械特性進行比較。(4)分析系統(tǒng)動態(tài)波形，討論系統(tǒng)參數(shù)的變化對系統(tǒng)動、靜態(tài)性能的影響。六、注意事項(1)參見本教材實驗三的注意事項。(2)在記錄動態(tài)波形時，可先用雙蹤慢掃描示波器觀察波形，以便找出系統(tǒng)動態(tài)特性較為理想的調(diào)節(jié)器參數(shù)，再用數(shù)字存儲示波器或記憶示波器記錄動態(tài)波形。七、思考題(1)為什么雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中使用的調(diào)節(jié)器均為PI調(diào)節(jié)器?(2)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的極性如果接反會產(chǎn)生什么現(xiàn)象?(3)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中哪些參數(shù)的變化會引起電動機轉(zhuǎn)速的改變?哪些參數(shù)的變化會引起電動機最大電流的變化?實驗三邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗一、實驗?zāi)康?1)了解、熟悉邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理和組成。(2)掌握各控制單元的原理、作用及調(diào)試方法。(3)掌握邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法。(4)了解邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。二、實驗線路及原理在此之前的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)實驗，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，用一組晶閘管對電動機供電，只適用于不可逆運行。而在某些場合中，既要求電動機能正轉(zhuǎn)，同時也能反轉(zhuǎn)，并要求在減速時產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，加快制動時間。要改變電動機的轉(zhuǎn)向有以下方法，一是改變電動機電樞電流的方向，二是改變勵磁電流的方向。由于電樞回路的電感量比勵磁回路的要小，使得電樞回路有較小的時間常數(shù)?？蓾M足某些設(shè)備對頻繁起動，快速制動的要求。本實驗的主回路由正橋及反橋反向并聯(lián)組成，并通過邏輯控制來控制正橋和反橋的工作與關(guān)閉，并保證在同一時刻只有一組橋路工作,另一組橋路不工作，這樣就沒有環(huán)流產(chǎn)生。由于沒有環(huán)流,主回路不需要再設(shè)置平衡電抗器，但為了限制整流電壓幅值的脈動和盡量使整流電流連續(xù)，仍然保留了平波電抗器。該控制系統(tǒng)主要由“速度調(diào)節(jié)器”、“電流調(diào)節(jié)器”、“反號器”、“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”、“零電平檢測”、“邏輯控制”、“速度變換”等環(huán)節(jié)組成。其系統(tǒng)原理框圖如圖5-10所示。正向啟動時，給定電壓Ug為正電壓，“邏輯控制”的輸出端Ulf為“0”態(tài)，Ulr為“1”態(tài)，即正橋觸發(fā)脈沖開通，反橋觸發(fā)脈沖封鎖，主回路“正橋三相全控整流當(dāng)Ug反向，整流裝置進入本橋逆變狀態(tài)，而Ulf、Ulr不變，當(dāng)主回路電流減小并過零后，Ulf、Ulr輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換，Ulf為“1”態(tài)，Ulr為“0”態(tài)，即進入它橋制動狀態(tài)，使電機降速至設(shè)定的轉(zhuǎn)速后再切換成反向電動運行；當(dāng)反向運行時，Ulf為“1”態(tài)，Ulr為“0”態(tài)，主電路“反橋三相全控整流“邏輯控制”的輸出取決于電機的運行狀態(tài)，正向運轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)制動本橋逆變及反轉(zhuǎn)制動它橋逆變狀態(tài)，Ulf為“0”態(tài)，Ulr為“1”態(tài)，保證了正橋工作，反橋封鎖；反向運轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)制動本橋逆變，正轉(zhuǎn)制動它橋逆變階段，則Ulf為“1”態(tài)，Ulr為“0”態(tài)，正橋被封鎖，反橋觸發(fā)工作。由于“邏輯控制”的作用，在邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)中保證了任何情況下兩整流橋不會同時觸發(fā)，一組觸發(fā)工作時，另一組被封鎖，因此系統(tǒng)工作過程中既無直流環(huán)流也無脈動環(huán)流。圖3-1邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖三、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”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電流反饋與過流保護”等幾個模塊5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-2電機導(dǎo)軌﹑測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表或者“DD03-3電機導(dǎo)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示波器TDS21011萬用表MF47四、實驗內(nèi)容與步驟(1)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=170°。⑥適當(dāng)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(yīng)觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。⑦將DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK02-1的“正、反橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DJK02“正、反橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，分別將DJK02正橋和反橋觸發(fā)脈沖的六個開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1～VT6和反橋VT1'～VT6'的晶閘管的門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。(2)邏輯無環(huán)流調(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(fù)反饋后才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。③先雙閉環(huán)、后邏輯無環(huán)流，即先使正反橋的雙閉環(huán)正常工作，然后再組成邏輯無環(huán)流。④先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)動態(tài)指標(biāo)。(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，“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。按下啟動按鈕，給定電壓Ug由零調(diào)大，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)Ug超過某一數(shù)值Ug＇時，Ud的波形會出現(xiàn)缺相的現(xiàn)象，這時Ud反而隨Ug的增大而減少。一般可確定移相控制電壓的最大允許值Uctmax=0.9Ug＇，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：Ug＇Uctmax=0.9Ug＇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“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻120K接到“速度調(diào)節(jié)器”的“4”、“5”兩端，用導(dǎo)線將“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，用萬用表的毫伏檔測量電流調(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DJK04中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻13K接到“速度調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”兩端，用導(dǎo)線將“9”、“10”短接，使“電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器的“11”③調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整把“速度調(diào)節(jié)器”的“5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47μF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的給定輸出端接到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的“3”端，當(dāng)加一定的正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2，使之輸出電壓為-6V把“電流調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47μF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的給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“4”端，當(dāng)加正給定時，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2④“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的調(diào)試“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸出有下列要求:電機正轉(zhuǎn)，輸出UM為“1”電機反轉(zhuǎn)，輸出UM為“0”將給定輸出端接至“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸入端，同時在輸入端接上萬用表以監(jiān)視輸入電壓的大小，示波器探頭接至“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸出端，觀察其輸出高、低電平的變化?！稗D(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸入輸出特性應(yīng)滿足圖3-2a所示要求，其中Usr1=-0.25V(a)轉(zhuǎn)矩極性檢測(b)零電平檢測圖3-2轉(zhuǎn)矩極性鑒別及零電平檢測輸入輸出特性⑤“零電平檢測”的調(diào)試其輸出應(yīng)有下列要求:主回路電流接近零，輸出UI為“1”態(tài)。主回路有電流，輸出UI為“0”態(tài)。其調(diào)整方法與“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的調(diào)整方法相同，輸入輸出特性應(yīng)滿足圖3-11b所示要求，其中Usr1=0.2V，Usr2=0.6V。⑥“反號器”的調(diào)試A、調(diào)零（在出廠前反號器已調(diào)零，如果零漂比較大的話，用戶可自行將掛件打開調(diào)零），將反號器輸入端“1”接地，用萬用表的毫伏檔測量“2”端，觀察輸出是否為零，如果不為零，則調(diào)節(jié)線路板上的電位器使之為最小值。B、測定輸入輸出的比例，將反號器輸入端“1”接“給定”，調(diào)節(jié)“給定”輸出為5V電壓，用萬用表測量“2”端，輸出是否等于-5V電壓，如果兩者不等，則通過調(diào)節(jié)RP1使輸出等于負(fù)的輸入。再調(diào)節(jié)“給定”電壓使輸出為-5V電壓，觀測反號器輸出是否為5V。⑦“邏輯控制”的調(diào)試測試邏輯功能，列出真值表，真值表應(yīng)符合下表：輸入UM110001UI100100輸出UZ（Uｌｆ）000111UF（Uｌｒ）111000調(diào)試方法：A、首先將“零電平檢測”、“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”調(diào)節(jié)到位，符合其特性曲線。給定接“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的輸入端，輸出端接“邏輯控制”的Um?！傲汶娖綑z測”的輸出端接“邏輯控制”的UI,輸入端接地。B、將給定的RP1、RP2電位器順時針轉(zhuǎn)到底，將S2打到運行側(cè)。C、將S1打到正給定側(cè)，用萬用表測量“邏輯控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端，“3”、“6”端輸出應(yīng)為高電平，“4”、“7”端輸出應(yīng)為低電平，此時將DJK04中給定部分S1開關(guān)從正給定打到負(fù)給定側(cè)，則“3”、“6”D、將“零電平檢測”的輸入端接高電平，此時將DJK04中給定部分S1開關(guān)來回扳動，“邏輯控制”的輸出應(yīng)無變化。⑧轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α和電流反饋系數(shù)β的整定直接將給定電壓Ug接入DJK02-1上的移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋接電阻負(fù)載，測量負(fù)載電流和電流反饋電壓，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(fù)載電流Id=l.3A時，“電流反饋與過流保護”的“2”端電流反饋電壓Ufi=6V，這時的電流反饋系數(shù)β=Ufi/Id=4.615V/A直接將“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”電路接直流電動機作負(fù)載，測量直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速反饋電壓值，調(diào)節(jié)“速度變換”上的轉(zhuǎn)速反饋電位器RP1，使得n=150Orpm時，轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn=-6V，這時的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=Ufn/n=0.004V/(rpm)。(3)系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)圖3-1接線，組成邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速實驗系統(tǒng)，首先將控制電路接成開環(huán)（即DJK02-1的移相控制電壓Uct由DJK04的“給定”直接提供），要注意的是Ulf,Ulr不可同時接地，由于正橋和反橋是首尾相連，當(dāng)加上給定電壓時會使正橋和反橋的整流電路同時開始工作，后果是兩個整流電路直接發(fā)生短路，電流迅速增大，要么DJK04上的過流保護報警跳閘，要么燒毀保護晶閘管的保險絲，甚至還有可能會燒壞晶閘管。所以較好的方法是正橋和反橋分別進行測試。先將DJK02-1的Ulf接地，Ulr懸空，慢慢增加DJK04的“給定”值，使電機開始提速，觀測“三相全控整流”的輸出電壓是否能達到250V左右（這段時間一定要短，以防止電機轉(zhuǎn)速過高）。然后DJK02-1的Ulr接地，Ulf懸空，同樣慢慢增加DJK04的給定電壓值，使電機開始提速，觀測整流橋的輸出電壓是否能達到250V左右。開環(huán)測試好后，開始測試雙閉環(huán)（與前面的原因一樣，Ulf,Ulr不可同時接地）。DJK02-1的移相控制電壓Uct由DJK04“電流調(diào)節(jié)器”的“10”端提供，先將DJK02-1的Ulf接地，Ulr懸空，慢慢增加DJK04的給定電壓值，觀測電機是否受控制（速度隨給定的電壓變化而變化）。正橋測試好，再測試反橋，DJK02-1的Ulr接地，Ulf(4)機械特性n=f(Id)的測定當(dāng)系統(tǒng)正常運行后，改變給定電壓，測出并記錄當(dāng)n分別為1200rpm、800rpm時的正、反轉(zhuǎn)機械特性n=f(Id)，方法與雙閉環(huán)實驗相同。實驗時，將發(fā)電機的負(fù)載R逐漸增加（減小電阻R的阻值），使電動機負(fù)載從輕載增加到直流并勵電動機的額定負(fù)載Id=1.1A。記錄實驗數(shù)據(jù)：正轉(zhuǎn)：n（rpm）1200Id（A）n（rpm）800Id（A）反轉(zhuǎn)：n（rpm）1200Id（A）n（rpm）800Id（A）(5)閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測定從正轉(zhuǎn)開始逐步增加正給定電壓，記錄實驗數(shù)據(jù)n（rpm）Ug（V）從反轉(zhuǎn)開始逐步增加負(fù)給定電壓，記錄實驗數(shù)據(jù)n（rpm）Ug（V）(6)系統(tǒng)動態(tài)波形的觀察用雙蹤慢掃描示波器觀察電動機電樞電流Id和轉(zhuǎn)速n的動態(tài)波形，兩個探頭分別接至“電流反饋與過流保護”的“2”端和“速度變換”的“3”端。①給定值階躍變化(正向啟動→正向停車→反向啟動→反向切換到正向→正向切換到反向→反向停車)時的Id、n的動態(tài)波形。②改變電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)，觀察動態(tài)波形的變化。五、實驗報告(1)根據(jù)實驗結(jié)果，畫出正、反轉(zhuǎn)閉環(huán)控制特性曲線n=f(Ug)。(2)根據(jù)實驗結(jié)果，畫出兩種轉(zhuǎn)速時的正、反轉(zhuǎn)閉環(huán)機械特性n=f(Id)，并計算靜差率。(3)分析速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響。(4)分析電機從正轉(zhuǎn)切換到反轉(zhuǎn)過程中，電機經(jīng)歷的工作狀態(tài)，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換情況。六、注意事項(1)參見本教材實驗二～五的注意事項。(2)在記錄動態(tài)波形時，可先用雙蹤慢掃描示波器觀察波形，以便找出系統(tǒng)動態(tài)特性較為理想的調(diào)節(jié)器參數(shù)，再用數(shù)字儲存式示波器記錄動態(tài)波形。(3)實驗時，應(yīng)保證“邏輯控制”工作邏輯正確后才能使系統(tǒng)正反向切換運行。七、思考題(1)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)對邏輯控制有何要求?(2)思考邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中“推β”環(huán)節(jié)的組成原理和作用如何?實驗四雙閉環(huán)控制可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（H橋）一、實驗?zāi)康?1)了解轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的組成、工作原理及各單元的工作原理。(2)掌握雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法及參數(shù)的整定。(3)測定雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。二、實驗原理圖4-1雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖速度給定信號G，速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，控制PWM信號產(chǎn)生裝置UPM，DLD單元把一組PWM波形分成兩組相差180°的PWM波，并產(chǎn)生一定的死區(qū)，用于控制兩組臂；GD的作用是形成四組隔離的PWM驅(qū)動脈沖；PWM為功率放大電路，直接給電動機M供電；DZS是零速封鎖單元；FA限制主電路瞬時電流，過流時封鎖DLD單元輸出；電流反饋調(diào)節(jié)單元CFR；速度反饋調(diào)節(jié)SFR。三、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2DJK08可調(diào)電阻電容箱3DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載提供直流電源4DJK17雙閉環(huán)H橋DC/DC變換直流調(diào)速系統(tǒng)5DD03-2電機導(dǎo)軌﹑測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表或者“DD03-3電機導(dǎo)軌﹑光碼盤測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表”6DJ13-1直流發(fā)電機7DJ15直流并勵電動機8D42可調(diào)電阻9示波器TDS21010萬用表MF47四、實驗內(nèi)容與步驟(1)系統(tǒng)單元調(diào)試①速度調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR)的調(diào)零把調(diào)節(jié)器的輸入端1、2、3全部接地，4、5之間接50K電阻，調(diào)節(jié)電位器RP3，使輸出端7絕對值小于1mv。②速度調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR)的輸出限幅值的整定在調(diào)節(jié)器的3個輸入中的其中任一個輸入接給定，在4、5之間接50K電阻、1uF電容，調(diào)節(jié)給定電位器，使調(diào)節(jié)器的輸入為-1V，調(diào)節(jié)電位器RP1，使調(diào)節(jié)器的輸出7為+4V（輸出正限幅值）；同樣把給定調(diào)節(jié)為+1V，調(diào)節(jié)RP2，把負(fù)限幅值調(diào)節(jié)為-4V。③零速度封鎖器（DZS）觀測首先把零速封鎖器的輸入懸空，開關(guān)S1撥至“封鎖”狀態(tài)，輸出接速度或者電流調(diào)節(jié)器的零速封鎖端6，無論調(diào)節(jié)器的輸入如何調(diào)節(jié)，輸出7始終為零。把面板上的給定輸出接至零速封鎖單元其中一路，另一路懸空，增大給定，測量零速封鎖單元輸出端3：給定的絕對值大于0.26V左右時，封鎖端3輸出-15V；減小給定，給定的絕對值小于0.17V左右時，封鎖端3輸出+15V。把給定加到另一路進行同樣的操作。(2)脈寬發(fā)生單元的整定和觀測把電機、直流電源等接入系統(tǒng)，系統(tǒng)接成開環(huán)，脈寬發(fā)生單元的輸入懸空或者接地，調(diào)節(jié)偏移電壓電位器，使電機處于停止?fàn)顟B(tài)（若要達到更好的閉環(huán)效果，調(diào)節(jié)偏移電壓電位器使通過電樞的直流電流低于0.02mA）用雙蹤示波器觀測脈寬發(fā)生單元的測試點1、2和3、4的波形，此時的1、2（3、4）的占空比接近相同（占空比為50%左右）。觀測同一組橋臂（1、2或者3、4）之間的死區(qū)。(3)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器（SFR）、電流反饋調(diào)節(jié)器（CFR）的整定：把電機、220V直流電源接入系統(tǒng)，系統(tǒng)接成開環(huán)。把正給定接入脈寬發(fā)生單元，調(diào)節(jié)給定，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1600rpm，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器中的RP1，使輸出3的電壓為-4V。加大負(fù)載，使電機的電樞電流穩(wěn)定在1.2A，調(diào)節(jié)電流反饋調(diào)節(jié)器，使電流反饋調(diào)節(jié)器輸出3的電壓為+4V。(4)開環(huán)機械特性測試：把電機、直流電源，接入系統(tǒng)，電動機、發(fā)電機加額定勵磁。緩慢增加給定電壓Ug,使電機升速,調(diào)節(jié)給定電壓Ug和負(fù)載Rg使電動機(DJ15)的電樞電流Id=1.1A,轉(zhuǎn)速達到1200rpm。在測試過程中逐步增大負(fù)載電阻Rg的阻值（即減小負(fù)載）就可測出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f（Id），將其記入下表：n（rpm）Id（A）然后將電機反轉(zhuǎn)，增加給定Ug（負(fù)給定）使電機反向升速，調(diào)節(jié)給定電壓Ug和負(fù)載Rg使電動機(DJ15)的電樞電流Id=1.1A,轉(zhuǎn)速分別達到-1200rpm。在測試過程中逐步增大負(fù)載電阻Rg的阻值（即減小負(fù)載）就可測出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f（Id），將其記入下表：n（rpm）Id（A）(5)閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試及閉環(huán)靜特性測定①機械特性n=f（Id）的測定直流電壓輸入為300V的情況下，發(fā)電機輸出首先空載，從零開始逐漸調(diào)大給定電壓Ug，使電動機轉(zhuǎn)速接近1200rpm，然后在發(fā)電機的電樞繞組接入負(fù)載電阻Rg，逐漸增大電動機負(fù)載（即減小負(fù)載的電阻值），直至電動機的電樞電流Id=1.1A，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性，測定n=f（Id）并記錄于下表中：n（rpm）Id（A）改變電機的轉(zhuǎn)向，重復(fù)上述的步驟：n（rpm）Id（A）再降低給定電壓Ug，再測試800rpm的靜態(tài)特性曲線，記錄于表3-36中：n（rpm）Id（A）改變電機的轉(zhuǎn)向，重復(fù)上述的步驟：n（rpm）Id（A）②閉環(huán)控制系統(tǒng)n=f（Ug）的測定調(diào)節(jié)Ug及R，使I=Ied，n=1200rpm，逐漸降低Ug，直至Ug=0V，在變換的過程中記錄Ug和n，即可測出控制特性n=f（Ug）n（rpm）Ug（V）將電機反轉(zhuǎn)，I=Ied，n=1200rpmn（rpm）Ug（V）調(diào)節(jié)Ug及R，使Id=0.5Ied，n=1200rpm，逐漸降低Ug，直至Ug=0V，在變換過程中記錄Ug和n，即可測出閉環(huán)控制特性n=f(Ug)n（rpm）Ug（V）將電機反轉(zhuǎn)，Id=0.5Ied，n=1200rpmn（rpm）Ug（V）④動態(tài)波形觀察：給定值階躍變化：正向啟動—正向停車，反向啟動—反向停車，正轉(zhuǎn)直接切換到反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)直接切換到正轉(zhuǎn)。用示波器觀測n=f(t)，Id=f(t)的波形。電動機分別穩(wěn)定運行于正、負(fù)n=1200rpm，突加、突減負(fù)載（20%IN和100%IN）時n=f(t)，Id=f(t)的波形。五、實驗報告(1)按照實驗方法記錄的波形描述導(dǎo)通臂與關(guān)斷臂切斷狀態(tài)時的控制邏輯原則。(2)畫出上述實驗中記錄的各工作特性曲線n=f（Id），并比較它們的靜差率。(3)畫出閉環(huán)控制特性曲線n=f（Ug）。六、注意事項(1)要注意先后順序，通電時的先打開實驗箱的電源，再加高壓直流電源；斷電的時候先切斷高壓直流電源，再關(guān)斷實驗箱電源。(2)在送高壓電源之前，先把給定調(diào)至最低。(3)實驗時候需要注意電機的額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，不能超過以免出現(xiàn)電機損壞。七、思考題(1)正反轉(zhuǎn)有什么不同？(2)脈寬調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管移相控制的調(diào)速系統(tǒng)相比，調(diào)試過程有什么異同？(3)脈寬調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管移相控制的調(diào)速系統(tǒng)相比有什么優(yōu)點？實驗五三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)實驗一、實驗?zāi)康?1)掌握SPWM的調(diào)速基本原理和實現(xiàn)方法。(2)掌握馬鞍波變頻的調(diào)速基本原理和實現(xiàn)方法。(3)掌握SVPWM的調(diào)速基本原理和實現(xiàn)方法。二、實驗原理異步電機轉(zhuǎn)速基本公式為：其中n為電機轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，p為電機極對數(shù)，s為電機的轉(zhuǎn)差率。當(dāng)轉(zhuǎn)差率固定在最佳值時，改變f即可改變轉(zhuǎn)速n。為使電機在不同轉(zhuǎn)速下運行在額定磁通，改變頻率的同時必須成比例地改變輸出電壓的基波幅值。這就是所謂的VVVF（變壓變頻）控制。工頻50Hz的交流電源經(jīng)整流后可以得到一個直流電壓源。對直流電壓進行PWM逆變控制，使變頻器輸出PWM波形中的基波為預(yù)先設(shè)定的電壓/頻率比曲線所規(guī)定的電壓頻率數(shù)值。因此，這個PWM的調(diào)制方法是其中的關(guān)鍵技術(shù)。目前常用的變頻器調(diào)制方法有SPWM，馬鞍波PWM，和空間電壓矢量PWM等方式。（1）SPWM變頻調(diào)速方式：正弦波脈寬調(diào)制法（SPWM）是最常用的一種調(diào)制方法，SPWM信號是通過用三角載波信號和正弦信號相比較的方法產(chǎn)生，當(dāng)改變正弦參考信號的幅值時，脈寬隨之改變，從而改變了主回路輸出電壓的大小。當(dāng)改變正弦參考信號的頻率時，輸出電壓的頻率即隨之改變。在變頻器中，輸出電壓的調(diào)整和輸出頻率的改變是同步協(xié)調(diào)完成的，這稱為VVVF（變壓變頻）控制。SPWM調(diào)制方式的特點是半個周期內(nèi)脈沖中心線等距、脈沖等幅，調(diào)節(jié)脈沖的寬度，使各脈沖面積之和與正弦波下的面積成正比例，因此，其調(diào)制波形接近于正弦波。在實際運用中對于三相逆變器，是由一個三相正弦波發(fā)生器產(chǎn)生三相參考信號，與一個公用的三角載波信號相比較，而產(chǎn)生三相調(diào)制波。如圖4-1所示。圖5-1正弦波脈寬調(diào)制法（2）馬鞍波PWM變頻調(diào)速方式前面已經(jīng)說過，SPWM信號是由正弦波與三角載波信號相比較而產(chǎn)生的，正弦波幅值與三角波幅值之比為m，稱為調(diào)制比。正弦波脈寬調(diào)制的主要優(yōu)點是：逆變器輸出線電壓與調(diào)制比m成線性關(guān)系，有利于精確控制，諧波含量小。但是在一般情況下，要求調(diào)制比m<1。當(dāng)m>1時，正弦波脈寬調(diào)制波中出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，不但輸出電壓與頻率失去所要求的配合關(guān)系，而且輸出電壓中諧波分量增大，特別是較低次諧波分量較大，對電機運行不利。另外可以證明，如果m<1，逆變器輸出的線電壓中基波分量的幅值，只有逆變輸入的電網(wǎng)電壓幅值的0.866倍，這就使得采用SPWM逆變器不能充分利用直流母線電壓。為解決這個問題，可以在正弦參考信號上疊加適當(dāng)?shù)娜沃C波分量，如圖5-2所示。圖中：ｕ＝ｕｒ1＋ｕｒ3＝sinωt＋1/6sin3ωt圖5-2馬鞍波的形成合成后的波形似馬鞍形，所以稱為馬鞍波PWM。采用馬鞍波調(diào)制，使參考信號的最大值減小，但參考波形的基波分量的幅值可以進一步提高。即可使m>1，從而可以在高次諧波信號分量不增加的條件下，增加其基波分量的值，克服SPWM的不足。目前這種變頻方式在家用電器上應(yīng)用廣泛，如變頻空調(diào)等。（3）空間電壓矢量PWM變頻調(diào)速方式對三相逆變器，根據(jù)三路開關(guān)的狀態(tài)可以生成六個互差60°的非零電壓矢量V1—V6，以及零矢量V0，V7，矢量分布如圖5-3所示。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為（000）或（111）時，即生成零矢量，這時逆變器上半橋或下半橋功率器件全部導(dǎo)通，因此輸出線電壓為零。圖5-3空間電壓矢量的分布由于電機磁鏈?zhǔn)噶渴强臻g電壓矢量的時間積分，因此控制電壓矢量就可以控制磁鏈的軌跡和速率。在電壓矢量的作用下，磁鏈軌跡越是接近圓，電機脈動轉(zhuǎn)矩越小，運行性能越好。為了比較方便地演示空間電壓矢量PWM控制方式的本質(zhì)，我們采用了最簡單的六邊形磁鏈軌跡。盡管如此，其效果仍優(yōu)于SPWM方法。三、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2DJK13三相異步電動機變頻調(diào)速控制3DJ24三相鼠籠式異步電動機4雙蹤示波器TDS210四、實驗內(nèi)容與步驟(1)正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速實驗(2)馬鞍波變頻調(diào)速實驗(3)空間電壓矢量（SVPWM）變頻調(diào)速實驗(4)不同的變頻模式下磁通軌跡觀測實驗(5)接通掛件電源，關(guān)閉電機開關(guān)，調(diào)制方式設(shè)定在SPWM方式下（將控制部分S、V、P的三個端子都懸空），然后開啟電源開關(guān)。(6)點動“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz，在SPWM部分觀測三相正弦波信號（在測試點“2、3、4”），觀測三角載波信號（在測試點“5”），三相SPWM調(diào)制信號（在測試點“6、7、8”）；再點動“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)動方向，觀測上述各信號的相位關(guān)系變化。(7)逐步升高頻率，直至到達50Hz處，重復(fù)以上的步驟。(8)將頻率設(shè)置為0.5HZ～60HZ的范圍內(nèi)改變，在測試點“2、3、4”中觀測正弦波信號的頻率和幅值的關(guān)系。(9)接通掛件電源，關(guān)閉電機開關(guān)，并將調(diào)制方式設(shè)定在馬鞍波方式下（將控制部分V、P兩端用導(dǎo)線短接，S端懸空），然后打開電源開關(guān)。(10)點動“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz。用示波器觀測SPWM部分的三相正弦波信號（在測試點“2、3、4”），三角載波信號（在測試點“5”），三相SPWM調(diào)制信號（在測試點“6、7、8”）；再點動“(11)逐步升高頻率，直至50Hz處，重復(fù)以上的步驟。(12)將頻率設(shè)置為0.5Hz～60Hz的范圍內(nèi)改變，在測試點“2、3、4”(13)接通掛件電源，關(guān)閉電機開關(guān)，并將調(diào)制方式設(shè)定在空間電壓矢量方式下（將控制部分S、V兩端用導(dǎo)線短接，P端懸空），然后打開電源開關(guān)。(14)點動“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz，用示波器觀測SVPWM部分的三相矢量信號（在測試點“10、11、12”），三角載波信號（在測試點“14”），PWM信號（在測試點“13”），三相SVPWM調(diào)制信號（在測試點“15、16、17”）；再點動(15)逐步升高頻率，直至50Hz處，重復(fù)以上的步驟。(16)將頻率設(shè)置為0.5Hz～60Hz的范圍內(nèi)改變，在測試點“13”中觀測占空比與頻率的關(guān)系（在V/F(17)接通掛件電源，關(guān)閉電機開關(guān)，并將設(shè)定在SPWM方式下（將S、V、P三端子懸空），然后打開電源開關(guān)，將示波器的X、Y輸入端分別接磁通軌跡觀測的X、Y測試孔，并將示波器置于X-Y方式。點動“增速”鍵將頻率設(shè)定在0.5Hz，觀察示波器中顯示的磁通形狀，再點動“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)向，觀察磁通軌跡的變化，再逐漸升高頻率，觀察磁通軌跡的變化。(18)設(shè)定在馬鞍波PWM方式（用導(dǎo)線短接V、P兩端子，S端懸空），重復(fù)上述的實驗。(19)設(shè)定在電壓空間矢量控制方式（用導(dǎo)線短接S、V兩端子，P端懸空），重復(fù)上述的實驗。五、實驗報告畫出在SPWM控制方式、馬鞍波控制方式、空間矢量控制方式下旋轉(zhuǎn)磁通的軌跡。六、注意事項(1)在頻率不等于零的時候，不允許打開電機開關(guān)，以免發(fā)生危險。(2)切莫在電機運行中堵轉(zhuǎn)，否則會導(dǎo)致無法修復(fù)的后果！七、思考題觀察在不同的模式下電機運行狀況，并分析原因。實驗六半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能研究一、實驗?zāi)康?1)熟悉典型開關(guān)電源主電路的結(jié)構(gòu)，元器件和工作原理。(2)了解PWM控制與驅(qū)動電路的原理和常用的集成電路。(3)了解反饋控制對電源穩(wěn)壓性能的影響。二、實驗原理(1)半橋型開關(guān)直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)原理和各元器件均已畫在DJK19掛箱的面板上，并有相應(yīng)的輸入與輸出接口和必要的測試點。主電路的結(jié)構(gòu)框圖如6-1所示，原理線路如圖6-2所示：圖6-1線路結(jié)構(gòu)框圖圖6-2線路原理圖(2)逆變電路采用的電力電子器件為美國IR公司生產(chǎn)的全控型電力MOSFET管，其型號為IRFP450,主要參數(shù)為：額定電流16A,額定耐壓500V，通態(tài)電阻0.4Ω。兩只MOSFET管與兩只電容C1、C2組成一個逆變橋，在兩路PWM信號的控制下實現(xiàn)了逆變，將直流電壓變換為脈寬可調(diào)的交流電壓，并在橋臂兩端輸出開關(guān)頻率約為26KHz、占空比可調(diào)的矩形脈沖電壓。然后通過降壓、整流、濾波后獲得可調(diào)的直流電源電壓輸出。該電源在開環(huán)時，它的負(fù)載特性較差，只有加入反饋，構(gòu)成閉環(huán)控制后，當(dāng)外加電源電壓或負(fù)載變化時，均能自動控制PWM輸出信號的占空比，以維持電源的輸出直流電壓在一定的范圍內(nèi)保持不變，達到了穩(wěn)壓的效果。(3)控制與驅(qū)動電路：控制電路以SG3525為核心構(gòu)成，SG3525為美國SiliconGeneral公司生產(chǎn)的專用PWM控制集成電路，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能如圖6-3所示，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，其內(nèi)部包含有精密基準(zhǔn)源、鋸齒波振蕩器、誤差放大器、比較器、分頻器和保護電路等。調(diào)節(jié)Ur的大小，在A、B兩端可輸出兩個幅度相等、頻率相等、相位相互錯開180度、占空比可調(diào)的矩形波（即PWM信號）。它適用于各開關(guān)電源、斬波器的控制。詳細的工作原理與性能指標(biāo)可參閱相關(guān)的資料。圖6-3SG3525芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所需的外部元件三、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2DJK09單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載3DJK19半橋型開關(guān)電源4示波器TDS2105萬用表MF47四、實驗內(nèi)容與步驟(1)控制與驅(qū)動電路的測試①開啟DJK19控制電路電源開關(guān)；②將SG3525的第一腳與第九腳短接（接通開關(guān)K）使系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，，并將10腳接地(將10腳與12腳相接)；③SG3525各引出腳信號的觀測：調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器，用示波器觀測各測試點信號的變化規(guī)律，然后調(diào)定在一個較典型的位置上，記錄各測試點的波形參數(shù)（包括波形類型、幅度A、頻率f和脈寬t）,并填入下表。SG3525引腳4511(A)14(B)1316波形類型幅值A(chǔ)(V)頻率f(Hz)占空比(%)脈寬t(ms)④用雙蹤示波器的兩個探頭同時觀測11腳和14腳的輸出波形，調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)節(jié)電位器，觀測兩路輸出的PWM信號，找出占空比隨Ur的變化規(guī)律，并測量兩路PWM信號之間的“死區(qū)”時間tdead=⑤用雙蹤示波器觀測加到兩只MOSFET管柵源之間的波形，記錄之，并與A、B兩端的波形作比較；同時判斷加到兩MOSFET管柵源之間的控制信號極性（即變壓器同名端的接法）是否正確。⑦先斷開10腳與12腳的連線,然后用導(dǎo)線連接16腳與10腳，觀測A、B兩端的輸出信號的變化，該有何結(jié)論？(2)主電路開環(huán)特性的測試①按面板上主電路的要求在逆變輸出端裝入220V15W的白熾燈，在直流輸出兩端接入負(fù)載電阻，并將主電路接至實驗裝置50Hz某一相交流可調(diào)電壓（0－250V）的輸出端。②逐漸將輸入電壓Ui從0調(diào)到約50V左右，使白熾燈有一定的亮度。調(diào)節(jié)占空比，用示波器的一個探頭分別觀測兩只MOSFET管的柵源電壓和直流輸出電壓的波形。用雙蹤示波器的兩個探頭同時觀測變壓器副邊及兩個二極管兩端的波形，改變脈寬，觀察這些波形的變化規(guī)律，并記錄：Ur(V)1.02.03.2占空比(%)UT2(V)UO(V)③將輸入交流電壓Ui調(diào)到200V，用示波器的一個探頭分別觀測逆變橋的輸出變壓器副邊和直流輸出的波形，記錄波形參數(shù)及直流輸出電壓U0中的紋波；Ur(V)1.02.03.2占空比(%)UT2(V)UO(V)紋波(V)④在直流電壓輸出側(cè)接入直流電壓表和電流表。在Ui=200V時,在一定的脈寬下,作電源的負(fù)載特性測試，即調(diào)節(jié)可變電阻負(fù)載R，測定直流電源輸出端的伏安特性：Uo=f(I)；V(參考值為2.2V)令Ur=R(Ω)占空比(%)Uo(V)IO(A)⑤在一定的脈寬下，保持負(fù)載不變，使輸入電壓Ui在200V左右調(diào)節(jié)，測量直流輸出電壓Uo測定電源電壓變化對輸出的影響。Ui(V)100120140160180200220240250占空比(%)Uo(V)IO(A)⑥上述各實驗步驟完畢后，將輸入電壓Ui調(diào)回零位。(3)主電路閉環(huán)特性測試①準(zhǔn)備工作：A、斷開控制與驅(qū)動電路中的開關(guān)K；B、將主電路的反饋信號Uf接至控制電路的Uf端，使系統(tǒng)處于閉環(huán)控制狀態(tài)。②重復(fù)主電路開環(huán)特性測試的各實驗步驟。五、實驗報告(1)整理實驗數(shù)據(jù)和記錄的波形；(2)分析開環(huán)與閉環(huán)時負(fù)載變化對直流電源輸出電壓的影響；(3)分析開環(huán)與閉環(huán)時電源電壓變化對直流電源輸出電壓的影響；(4)對半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源性能研究的總結(jié)與體會。六、注意事項雙蹤示波器有兩個探頭，可同時測量兩路信號，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個探頭的地線不能同時接在同一電路不同電位的兩個點上，否則這兩點會通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。當(dāng)需要同時觀察兩個信號時，必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點，將示波器兩個探頭的地線接于此處，兩個探頭的信號端接兩個被測信號。七、思考題(1)開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理是什么？有哪些電路結(jié)構(gòu)形式及主要元器件？(2)利用閉環(huán)控制達到穩(wěn)壓的原理是什么？(3)半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源與常用的由三端穩(wěn)壓塊構(gòu)成的穩(wěn)壓電源相比，有那些特點？(4)全橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)又該如何？與半橋型相比將有哪些特點？(5)為什么在主電路工作時，不能用示波器的雙蹤探頭同時對兩只管子?xùn)旁粗g的波形進行觀測？實驗七反激式電流控制開關(guān)穩(wěn)壓電源實驗一、實驗?zāi)康?1)了解單管反激式開關(guān)電源的主電路結(jié)構(gòu)、工作原理(2)測試工作波形，了解電流控制原理二、實驗原理單管反激式開關(guān)電源原理電路如圖7-1所示圖7-1單管反激式開關(guān)電源原理圖交流輸入經(jīng)二極管整流后的直流電壓Udc經(jīng)變壓器初級繞加到功率三極管Q1之C極，同時經(jīng)電阻R9、R10加到Q1之b極使Q1開通。Udc電壓加到變壓器初級使磁通逐漸上升，初級電流也線性增大，變壓器反饋繞組3－4上的感應(yīng)電勢的極性使Q1的b-e之間正向偏置增大，使Q1完全飽和導(dǎo)通，這是一個正反饋自激過程。Q1飽和導(dǎo)通之后變壓器初級承受Udc電壓，變壓器磁路中的磁通Φ正比于Udc*t中的伏秒積分，t是Q1開通的時間長度。在變壓器磁通達到飽和值之前，Φ是線性增長，Q1中的電流是線性增長。為了保證Q1中的電流不超過其元件最大值，因此必須將此電流在適當(dāng)?shù)臅r候進行切斷，這個電流峰值的控制由三極管Q2實現(xiàn)。當(dāng)R7中的電流大到一定允許值Q2導(dǎo)通，強迫將Q1之b極變?yōu)榱汶娖?，使Q1關(guān)斷，而Q2的通斷受三極管Q4的通斷來控制；而Q4的通斷由三極管Q3和4N35中的三極管的導(dǎo)通情況來決定。Q3的通斷由來自電流反饋采樣電阻R7上的電壓來控制。當(dāng)R7上的電流大到一定值，使Q3的b-e極正偏加大，使Q3導(dǎo)通。本線路對5V直流輸出電壓有自動穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能，當(dāng)負(fù)載減小5V輸出電壓增大時，輸出電壓的采樣電阻分壓后加到TL431的R端的電壓增大。由TL431的作用原理可知其C端電壓會自動下降，結(jié)果造成4N35的二極管中電流增大，從而使4N35的三極管的等效內(nèi)阻減小，結(jié)果使Q4提前導(dǎo)通最終使Q1提前關(guān)斷，即負(fù)載減小時Q1的開通/關(guān)斷占空比減小，這從Q1-e極的波形可以明顯看到。當(dāng)輸入交流電壓減小，Udc下降時，Q1導(dǎo)通后變壓器中的磁通上升速率減小，結(jié)果Q1的開斷周期延長。開關(guān)頻率下降，例如從180VAC輸入時的62KHz下降到100V AC輸入時的44.8KHz。當(dāng)Q1中的電流被切斷之后，變壓器電感貯能釋放，磁通下降，變壓器副邊繞組的感應(yīng)電勢經(jīng)整流濾波后輸出。這就是一般反激式（Flyback）的原理。TL431的原理框圖如下：圖7-2TL431的原理圖C3R5D1R8為緩沖電路，減小Q1關(guān)斷時Q1管c-e極的電壓。三、實驗所需掛件序號型號備注1DJK01電源控制屏控制屏包含“三相電源輸出”“勵磁電源”等幾個模塊。2DJK02晶閘管主電路該掛件包含“晶閘管”，以及“電感”等幾個模塊。3DJK03-1晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“單結(jié)晶體管觸發(fā)電路”模塊。4DJK06給定及實驗器件該掛件包含“二極管”以及“開關(guān)”等幾個模塊。5D42三相可調(diào)電阻6雙蹤示波器TDS2107萬用表MF47四、實驗內(nèi)容與步驟(1)系統(tǒng)接線：①將DJK09的交流調(diào)壓輸出接至DJK23的交流輸入端。②將DJK09上的兩個電阻并接成可調(diào)負(fù)載電阻。(2)波形觀察①接入DJK09單相自藕調(diào)壓器的220V交流電源，并開啟DJK01控制屏的電源開關(guān)。②調(diào)節(jié)DJK09的交流輸出為180V，并調(diào)節(jié)DJK09上的負(fù)載電阻，使DJK23上5V直流輸出的電流為2A。③用示波器觀測電路相應(yīng)各點的波形。Q1的e極（即電流采樣電阻R7兩端）的波形三極管Q1的b級波形變壓器反饋繞組3－4端的電壓波形三極管Q2的b級波形三極管Q3的b級波形三極管Q3的C級波形開關(guān)頻率與占空比的測定并記錄數(shù)據(jù)④改變交流輸入電壓為100V，負(fù)載不變，重復(fù)步驟③。⑤令5V直流輸出負(fù)載電流為0.3A，交流輸入為180V，重復(fù)步驟③。(3)開關(guān)電源穩(wěn)壓特性的測試①保持負(fù)載不變（5V、2A；±12V，0.5A），改變DJK23的交流輸入電壓，從70V~250V，測定5V和12V直流輸出電壓的變化及紋波系數(shù)。②保持DJK23交流輸入電壓不變，改變負(fù)載從(5V,0.15A~2.6A；±12V，0.15~0.5A)，測定5V和12V直流輸出電壓的變化及紋波系數(shù)。五、注意事項(1)交流輸入電壓必須大于60V，小于250V。(2)用示波器觀察電路波形時，必須要注意共地問題。(3)＋5V的最大負(fù)載電流為5A，±12V的最大負(fù)載電流為1A。六、思考題(1) 什么叫反激式開關(guān)電源，它與正激式有何區(qū)別？(2)什么叫自激式與他激式開關(guān)電源？(3)變壓器的磁路在制作時為什么必須留有氣隙？(4)開關(guān)管的選擇原則是什么？實驗八直流斬波電路的性能研究一、實驗?zāi)康?1)熟悉直流斬波電路的工作原理。(2)熟悉各種直流斬波電路的組成及其工作特點。(3)了解PWM控制與驅(qū)動電路的原理及其常用的集成芯片。二、實驗原理1、主電路(1)降壓斬波電路(BuckChopper)降壓斬波電路(BuckChopper)的原理圖及工作波形如圖5-4所示。圖中V為全控型器件，選用IGBT。D為續(xù)流二極管。由圖8-1b中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時，電源Ui向負(fù)載供電，UD=Ui。當(dāng)V處于斷態(tài)時，負(fù)載電流經(jīng)二極管D續(xù)流，電壓UD近似為零，至一個周期T結(jié)束，再驅(qū)動V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。負(fù)載電壓的平均值為：式中ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時間，T為開關(guān)周期，α為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?α=ton/T)。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值UO最大為Ui，若減小占空比α，則UO隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。(a)電路圖(b)波形圖圖8-1降壓斬波電路的原理圖及波形(2)升壓斬波電路(BoostChopper)升壓斬波電路(BoostChopper)的原理圖及工作波形如圖8-2所示。電路也使用一個全控型器件V。由圖8-2b中V的柵極電壓波形UGE可知，當(dāng)V處于通態(tài)時，電源Ui向電感L1充電，充電電流基本恒定為I1,同時電容C1上的電壓向負(fù)載供電，因C1值很大，基本保持輸出電壓UO為恒值。設(shè)V處于通態(tài)的時間為ton，此階段電感L1上積蓄的能量為UiI1ton。當(dāng)V處于斷態(tài)時Ui和L1共同向電容C1充電，并向負(fù)載提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時間為toff，則在此期間電感L1釋放的能量為(UO-Ui)I1ton。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L1積蓄的能量與釋放的能量相等，即：UiI1ton=(UO-Ui)I1toff上式中的T/toff≥1,輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。(a)電路圖