電機(jī)與電力拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)講義

電機(jī)與電力拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)

第一章直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)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)定實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)熟悉晶閘管直流調(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)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測(cè)定方法。

實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序號(hào)型號(hào)備注

該控制屏包含“三相電

1DJK01電源控制屏

源輸出”，“勵(lì)磁電源”

等幾個(gè)模塊。

2DJK02晶閘管主電路

該掛件包含“觸發(fā)電

3DJK02-1三相晶閘管路”，“正橋功放”，

觸發(fā)電路“反橋功放”等幾個(gè)模

塊。

該擔(dān)件包含“給定”「電

4DJK04電機(jī)調(diào)速控制流調(diào)節(jié)器”，“速度變

實(shí)驗(yàn)I換”，“電流反饋與過流

保護(hù)”等幾個(gè)模塊。

該擔(dān)件包含“三相不控

5DJK10變壓器實(shí)驗(yàn)

整流”和“三相心式變

壓器”等模塊。

6“DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌

、光碼盤測(cè)速系統(tǒng)及

數(shù)顯轉(zhuǎn)速表”

7DJ13-1直流發(fā)電機(jī)

8DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)

機(jī)

9D42三相可調(diào)電阻

10數(shù)字存儲(chǔ)示波器

11萬用表

實(shí)驗(yàn)線路及原理

晶閘管直流調(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，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可

直接由給定電壓也作為觸發(fā)器的移相控制電壓心，改變區(qū)的

大小即可改變控制角明從而獲得可調(diào)的直流電壓，以滿足實(shí)

驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成原理圖如圖1-1所示。

Ld

.

.■一

和

電

源

輸

出

勵(lì)磁

電源

觸發(fā)

2電路

圖1-1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

⑴測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路總電阻值R。

⑵測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電感值L。

⑶測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量

GD%

⑷測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù)Td。

(5)測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)以和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CMO

⑹測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM。

⑺測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性UFfOJcJ。

⑻測(cè)定測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)o

實(shí)驗(yàn)方法

為研究晶閘管一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，須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)T”，這

些參數(shù)均需通過實(shí)驗(yàn)手段來測(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R、平波電抗器的直

流電阻R及整流裝置的內(nèi)阻R”，即

R=Ra+RL+Rn(1-1)

由于限值較小，不宜用歐姆表或電橋測(cè)量，因是小電流檢測(cè),

Is1---------供

///

7GT10國(guó)&

------

(2)電樞回路電感L的測(cè)定

電樞回路總電感包括電機(jī)的電樞電感La、平波電抗器電感Ld

和整流變壓器漏感LB,

由于LB數(shù)值很小，可以忽略，故電樞回路的等效總電感為

L=L“+Ld(1-7)

電感的數(shù)值可用交流伏安法測(cè)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)

磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)線路如圖1-3所示。

三

心

相

式

電

變

源

壓

輸電源

器

出

圖1-3測(cè)量電樞回路電感的實(shí)驗(yàn)線路圖

實(shí)驗(yàn)時(shí)交流電壓由DJK01電源輸出，接DJK10的高壓端，從低

壓端輸出接電機(jī)的電樞，用交流電壓表和電流表分別測(cè)出電樞

兩端和電抗器上的電壓值IL和UL及電流I,從而可得到交流阻

抗Za和ZL,計(jì)算H電感值La和Ld,計(jì)算公式如下：

(1-8)ZLWI

(1-9)乙

La=7—/(2七/(1-10)

(「ID⑶直流建詢m更電朝尹測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量GD2

的測(cè)定

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為

T-L=(GD2/375)dn/dt(1-12)

式中，T為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N?m；T,為負(fù)載轉(zhuǎn)矩,

空載時(shí)即為空載轉(zhuǎn)矩Tk,單位為N?叫n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為

rpmo

電機(jī)空載自由停車時(shí)，>0,Tz=Tk,則運(yùn)動(dòng)方程式為：

(1T3%=-(GD2/37S)dn/dt

從而有

(]_]4yI)？=315TK/\dn/d\

式中GD?的單位為N?m2；Tk可由空載功率R(單位為W)求出:

(1-15)2

PK=UBLO-I&O

(1-16)7>=9.55氣/々

dn/dt可以從自由停車時(shí)所得的曲線n=f(t)求得，其實(shí)險(xiǎn)線

路如圖1-4

圖1-4測(cè)定GDz時(shí)的實(shí)臉線路圖

電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，將電機(jī)空載啟動(dòng)至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，測(cè)量電樞

電壓Ua和電流L。，然后斷開給定，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄

n=f(t)曲線，即可求取某一轉(zhuǎn)速時(shí)的Tk和dn/dt。由于空載轉(zhuǎn)

矩不是常數(shù)，可以以轉(zhuǎn)速n為基準(zhǔn)選擇若干個(gè)點(diǎn)，測(cè)出相應(yīng)的

Tk和dn/dt,以求得GD?的平均值。由于本實(shí)驗(yàn)裝置的電磯容

量比較小，應(yīng)用此法測(cè)GDz時(shí)會(huì)有一定的誤差。

(4)主電路電磁時(shí)間常數(shù)Td的測(cè)定

采用電流波形法測(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id按指數(shù)規(guī)律上升：

id=Id(l-e-^)

其電流變化曲線如圖1-5所示。當(dāng)t二Td時(shí)，有

圖1-5電流上升曲線圖1-6測(cè)定Td的實(shí)驗(yàn)線路圖

實(shí)驗(yàn)線路如圖廠6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%1?90%%范圍內(nèi)。然后保持小不變，將給定的S2

撥到接地位置，然后撥動(dòng)給定S2從接地到正電壓躍階信號(hào)，

用數(shù)字存儲(chǔ)示波器記錄id=f(t)的波形，在波形圖上測(cè)量出

當(dāng)電流上升至穩(wěn)定值的63.2%時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁

時(shí)間常數(shù)Td。

(5)電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)C和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測(cè)定

將電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，使其空載運(yùn)行，改變電樞電壓測(cè)得

相應(yīng)的n即可由下式算出&：

Ce=KR>=(Ud2_Udi)/52fl)

式中，C的單位為V/(rpm)。轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通)G的單金為

N?m/AoCM可由C求出：

CM=9.55Ce

(6)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tv的測(cè)定

系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)算

22

TM=(GDR)/(375QCMO)

由于T”》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/(l+TMS)

當(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)

穩(wěn)態(tài)值的63.2%時(shí),所經(jīng)過的時(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)示波器記錄過渡過程曲線n=f(t),即可由此確定

機(jī)電時(shí)間常數(shù)。

⑺晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(U)和測(cè)速發(fā)電機(jī)特性

UTG=f(n)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)線路如圖1-4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)的上、UTG、山、

n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線IW(4)和3f(n)。

由Ud=f(U)曲線可求得晶閘管整流裝置的放大倍數(shù)由線

Ks=f(UJ：

(二AUd/AUg

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

⑴作出實(shí)驗(yàn)所得的各種曲線，計(jì)算有關(guān)參數(shù)。

(2)由Ks=f(Ug)特性,分析晶閘管裝置的非線性現(xiàn)象。

注意事項(xiàng)

(1)由于實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置處于開環(huán)狀態(tài)，電流和電壓可能有波動(dòng)，

可取平均讀數(shù)。

(2)由于D.TK04上的過流保護(hù)整定值的限制，在完成機(jī)電時(shí)間

常數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中，其電

樞電壓不能加的太高。

(3)當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大電流，因此測(cè)量的時(shí)間要短，以

防電機(jī)過熱。

(4)在測(cè)試Ud=f(2)時(shí),DJK02上的偏移電壓要先調(diào)到OF120。,

具體方法見單閉環(huán)直

流調(diào)速。

實(shí)驗(yàn)二晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元的測(cè)試

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

熟悉直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元部件的工作原理及調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其

提出的要求。

掌握直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元部件的調(diào)減步驟和方法。

實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號(hào)備注

號(hào)

1DJK01電源控制該控制屏包含“三相電源輸出”，

屏“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。

2DJK04電機(jī)調(diào)速該掛件包含“給定”，“電流調(diào)節(jié)

控制器”，“速度變換”，“電流反饋及

過載保護(hù)”等幾個(gè)模塊。

3慢掃描示波器

4萬用表

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

速度調(diào)節(jié)器的調(diào)試

電流調(diào)節(jié)器的調(diào)試

“零電平檢測(cè)”及“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的調(diào)試

反號(hào)器的調(diào)試

邏輯控制器的調(diào)試

實(shí)驗(yàn)方法

將DJK04掛件的十芯電源線與控制屏連接，打開電源開關(guān)，即

可以開始實(shí)驗(yàn)。

速度調(diào)節(jié)器的調(diào)試

a.調(diào)節(jié)器調(diào)零

將DJK04中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器所有輸入端接地，將串連反饋網(wǎng)絡(luò)中的

電容短接（即將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的“5”，“6”兩端用導(dǎo)線短接），

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(cè)量速度調(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。

b.調(diào)整輸出正、負(fù)限幅值

將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入端和反饋電路電容短接線去掉，使調(diào)節(jié)器

成為P1（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(shí)，調(diào)整負(fù)限幅

電位器RP2,觀察輸出負(fù)電壓的變化，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,觀察調(diào)節(jié)器輸出正電壓的變化。

c.測(cè)定輸入輸出特性

將反饋網(wǎng)絡(luò)中的電容短接（將"5”、"6”端短接），使速度調(diào)

節(jié)器為P（比例）調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器的輸入端分別逐漸加入正

負(fù)電壓，測(cè)出相應(yīng)的輸出電壓，直至輸出限幅，并畫出曲線。

d.觀察PI特性

拆除“5”、“6”短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察

輸出電壓的變化規(guī)律。改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及反饋電容，觀

察輸出電壓的變化。

電流調(diào)節(jié)器的調(diào)試

a.調(diào)節(jié)器調(diào)零

將DJK04中電流調(diào)節(jié)器所有輸入端接地，將串連反饋網(wǎng)絡(luò)中的

電容短接（即把電流調(diào)節(jié)器的“9”、“10”兩端用導(dǎo)線直接短

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(cè)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.調(diào)整輸出正、負(fù)、限幅值

將電流調(diào)節(jié)器的輸入端和反饋電路電容短接線去掉，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“3”端，當(dāng)加正給定時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅值電

位器RP2,觀察輸出負(fù)電壓的變化，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,觀察輸H電壓的變化。

c.測(cè)定輸入輸出特性

將反饋網(wǎng)絡(luò)中的電容短接（將“9”、“10”端短接），使速度調(diào)

節(jié)器為P(比例)調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器的輸入端分別逐漸加入正

負(fù)電壓，測(cè)出相應(yīng)的輸出電壓，直至輸出限幅，并畫出曲線。

d.觀察PI特性

拆除“9”、“10”短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀

察輸出電壓的變化規(guī)律。改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及反饋電容,

觀察輸出電壓的變化。

(3)“零電平檢測(cè)”及“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的調(diào)試

a.測(cè)定“零電平檢測(cè)”及“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的環(huán)寬，要求環(huán)

寬為0.4?0.6伏，記

錄高電平值，調(diào)節(jié)各單元的RP1使特性滿足其要求。“零電平

檢測(cè)”要求的環(huán)寬從0.2~0.6伏。“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”要求的環(huán)

寬從一。25?+025伏。

轉(zhuǎn)矩極性鑒別具體調(diào)試方法：

調(diào)節(jié)給定Ug,使“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”的“1”腳得到約0.3V電

壓，調(diào)節(jié)電位器RP1

使"2”端輸出從高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

調(diào)節(jié)負(fù)給定從0V起調(diào)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的“2”端從“低電

平”變?yōu)椤案唠娖健?/p>

時(shí)，檢測(cè)轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的“1”端因?yàn)?0.3V左右，否則應(yīng)

調(diào)整電位器，使“2”端電平變化時(shí)，“1”端電壓大小基本相

等。

測(cè)定“零電平檢測(cè)”的環(huán)寬，要求環(huán)寬也為0.4V?0.6V,調(diào)節(jié)

電位器RP1,使回環(huán)

沿縱坐標(biāo)右側(cè)偏離0.2VO

零電平檢測(cè)具體調(diào)試方法：

調(diào)節(jié)給定Ug,使“零電平檢測(cè)”的“1”腳約0.7V電壓，調(diào)

節(jié)電位器RP1,使“2”

端輸出從“1”變?yōu)?0”。

減小給定，當(dāng)“零電平檢測(cè)”的“2”端從“0”變?yōu)椤?”時(shí)，

檢測(cè)“零電平檢測(cè)”

的“1”端應(yīng)為0.2V左右，否則應(yīng)調(diào)整電位器。

b.測(cè)得數(shù)據(jù)，畫出兩個(gè)電平檢測(cè)器的回環(huán)。

⑷反號(hào)器的調(diào)試

測(cè)定輸入輸出比例，輸入端加入+5V可壓，調(diào)節(jié)RP1,使輸出

端為-5V。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

記錄并分析調(diào)試過程當(dāng)中各輸出結(jié)果。

簡(jiǎn)述各控制單元的調(diào)試要點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)三單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)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。

⑶認(rèn)識(shí)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。

實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號(hào)備注

號(hào)

該控制屏包含“三相電源

1DJK01電源控制屏

輸出“，“勵(lì)磁電源”等幾

個(gè)模塊。

2DJK02晶閘管主電

路

該掛件包含“觸發(fā)電

3DJK02-1三相晶閘

路”，“正橋功放”，“反

管觸發(fā)電路

橋功放”等幾個(gè)模塊。

該掛件包含“給定”，"電

4DJK04電機(jī)調(diào)速控流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，

制實(shí)驗(yàn)I“電流反饋與過流保護(hù)”

等幾個(gè)模塊。

5DJK08可調(diào)電阻、電

容箱

6或者“DD03-3電機(jī)

導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速

系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表”

7DJ13-1直流發(fā)電機(jī)

8DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)

機(jī)

9D42三相可調(diào)電阻

10慢掃描示波器

11萬用表

實(shí)驗(yàn)線路及原理

為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)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(duì)調(diào)速指標(biāo)要求不高的

場(chǎng)合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對(duì)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(shí)驗(yàn)是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號(hào)作

為反饋信號(hào)，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Ug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(jī)的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化,

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限嗝所決定，速度調(diào)節(jié)器采

用P（比例）調(diào)節(jié)左階躍輸入有穩(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(shí)當(dāng)“給定”恒定時(shí)，

閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓

波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。

在電流單閉環(huán)中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號(hào)

作為反饋信號(hào)加到“電流調(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,控制整流橋的“觸

發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電

流負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也由電流調(diào)節(jié)器的輸出限

幅所決定。同樣，電流調(diào)節(jié)器若采用P（比例）調(diào)節(jié)，對(duì)階躍

輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成PI（比例積分）

調(diào)節(jié)。當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)電樞電流變化起到了抑

制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電樞電流能穩(wěn)

定在一定的范圍內(nèi)變化。

圖3—1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖

圖3—2電流單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)學(xué)習(xí)DJK01"電源控制屏”的使用方法。

(2)DJK04上的基本單元的調(diào)試。

(3)I不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)特性的測(cè)定。

(4)“不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)特性的測(cè)定。

(5)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。

(6)電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。

預(yù)習(xí)要求

(1)復(fù)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)(直流調(diào)速系統(tǒng))教材中有關(guān)晶閘管直流

調(diào)速系統(tǒng)、閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的內(nèi)容。

(2)掌握調(diào)節(jié)器的工作原理。

⑶根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，能畫出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的詳細(xì)接線圖，并理解

各控制單元在調(diào)速系統(tǒng)中的作用。

(4)實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何能使電動(dòng)機(jī)的負(fù)載從空載(接近空載)連續(xù)地

調(diào)至額定負(fù)載？

實(shí)驗(yàn)方法

(DDJK02和DJK02T上的“觸發(fā)電路”調(diào)試

a.打開DJK01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三用電

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。

b.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)。

c.用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號(hào)輸出“端和

DJK02-1"三相同步

信號(hào)輸入“端相連，打開DJK02T電源開關(guān)，撥動(dòng)“觸發(fā)脈沖指

示”鈕子開關(guān)，使

“窄”的發(fā)光管亮。

d.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(cè)孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。

e.將DJK04上的“給定”輸出也直接與DJK02-1上的移相控制電

壓L相接，將給定

開關(guān)S2撥到接地位置（即Uct=O）,調(diào)節(jié)DJK02T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(hào)和“雙脈沖觀察孔”VT1的輸出波形,

使a=120°o

f.適當(dāng)增加給定區(qū)的正電壓輸出，觀測(cè)DJK02-1上“脈沖觀察

孔”的波形，此時(shí)應(yīng)

觀測(cè)到單窄脈沖和雙窄脈沖。

g.將DJK02-1面板上的U"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(gè)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

堂甲O

⑵Us不變時(shí)的直流電機(jī)開環(huán)外特性的測(cè)定

a.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U“由

DJK04上的“給定”輸出Ug直接接入，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R,

Ld用DJK02上200mH,

將給定的輸出調(diào)到零。

b.先閉合勵(lì)磁電源開關(guān)，按下DJK01“電源控制屏”啟動(dòng)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(dòng)機(jī)

慢慢啟動(dòng)并使轉(zhuǎn)速n

達(dá)到1200rpmo

C.改變負(fù)載電阻R的阻值，使電機(jī)的電樞電流從led直至空載。

即可測(cè)出在L不變

時(shí)的直流電動(dòng)機(jī)于環(huán)外特性n=f(Id),測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)于下表:

n(rpm)

Id(A)

(3)IL不變時(shí)直流電機(jī)開環(huán)外特性的測(cè)定

a.控制電壓Us由DJK04的“給定”上直接接入，直流發(fā)電機(jī)接

負(fù)載電阻R,Ld用DJK02

上200mH，將給定的輸出調(diào)到零。

b.按下DJK01"電源控制屏”啟動(dòng)按鈕，然后從零開始逐漸增

加給定電壓上，使電

動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并達(dá)到1200rpm。

c.改變負(fù)載電阻R,使電機(jī)的電樞電流從L直至空載。用電壓

表監(jiān)視三相全控整流輸出的直流電壓山,保持必不變(通過不斷

的調(diào)節(jié)DJK04上“給定”電壓上來實(shí)現(xiàn))，測(cè)出在口不變時(shí)直流

電動(dòng)機(jī)的開環(huán)外特性n=f(L),并記錄于下表中：

n(rpm)

Id(A)

⑷基本單元部件調(diào)試

a.移相控制電壓L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Ik的輸

入端，“三相全控整流”輸出接電阻負(fù)載R,用示波器觀察必

的波形。當(dāng)給定電壓Ug由零調(diào)大時(shí)，Ud將隨給定電壓的增大而

增大，當(dāng)Ug超過某一數(shù)值UJ時(shí)，Ud的波形會(huì)出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，

這時(shí)Ud反而隨Ug的增大而減少。一般可確定移相控制電壓的最

大允許值為Umax=O.9Ug1,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lUax的話，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Ug'于下表中：

*

Uctmax=0.9Ug'

將給定退到零，再按“停止”按鈕，結(jié)束步驟。

b.調(diào)節(jié)器的調(diào)整

a）調(diào)節(jié)器的調(diào)零

將DJK04中“速度-凋節(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(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DJK04中“電流-凋節(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(cè)量電

流調(diào)節(jié)器的端，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O47uF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(shí)，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(shí)，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3皿。

把“電流調(diào)節(jié)器”的“9”、“10”短接線去掉，將DJK08中的

可調(diào)電容O47uF接入“9”、“10”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)加正給定葉，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(shí)，調(diào)整正限幅

電位器RP1,使電流調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為加喇。

c）電流反饋系數(shù)的整定

直接將“給定”電壓?接入DJK02-1移相控制電壓Ue,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)UF220V

時(shí)，減小負(fù)載的阻值，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護(hù)”上的電流

反饋電位器RP1,使得負(fù)載電流1產(chǎn)1.3A時(shí)，“2”端L的的電流

反饋電壓Ufi=6V,這時(shí)的電流反饋系數(shù)B二Ufi/L=4.615V/A。

c）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定

直接將“給定”電壓Ug接DJK02-1上的移相控制電壓心的輸入

端，“三相全控整流“電路接直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，Ld用DJK02上

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，使電磯提

速到n=1500rpm時(shí)，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(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）。

（5）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

a.按圖5-7接線，在本實(shí)驗(yàn)中，DJK04的“給定”電壓比為負(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(jī)接負(fù)載電阻R,L

用DJK02上2001TiH,給定輸出調(diào)到零。

b.直流發(fā)電機(jī)先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓Ug,使

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近"12001沏。

c.由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載R,測(cè)出電動(dòng)機(jī)的電樞電流L,

和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n,直至IFU,即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線

n=f(L)o

n(rpm)

L(A)

(6)電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

a.按圖5-8接線，在本實(shí)驗(yàn)中，給定口為負(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P1(比例

積分)調(diào)節(jié)器。直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R,Ld用DJK02上200mH,

將給定輸出調(diào)到零。

b.直流發(fā)電機(jī)先輕載，從零開始逐漸調(diào)大“給定”電壓幾，使

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近n=1200rpm。

c.由小到大調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)負(fù)載R,測(cè)定相應(yīng)的1和n,直至電

動(dòng)機(jī)LFL,即可測(cè)出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線n二f(L)。

n(rpm)

la(A)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出U。不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)機(jī)械特性。

⑵根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出U不變時(shí)直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)機(jī)械特性。

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性。

(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出電流單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性。

(5)比較以上各種機(jī)械特性，并做出解釋。

思考題

(DP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(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(duì)系統(tǒng)有什么影響？

注意事項(xiàng)

⑴雙蹤示波器有兩個(gè)探頭，可同時(shí)觀測(cè)兩路信號(hào)，但這兩探

頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個(gè)探頭的地線不能同

時(shí)接在同一電路的不同電位的兩個(gè)點(diǎn)上，否則這兩點(diǎn)會(huì)通過示

波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測(cè)量的順利進(jìn)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(gè)問題。當(dāng)需要同時(shí)觀察兩個(gè)信號(hào)

時(shí)，必須在被測(cè)電路上找到這兩個(gè)信號(hào)的公共點(diǎn)，將探頭的地

線接于此處，探頭各接至被測(cè)信號(hào)，只有這樣才能在示波器上

同時(shí)觀察到兩個(gè)信號(hào)，而不發(fā)生意外。

(2)電機(jī)啟動(dòng)前，應(yīng)先加上電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁，才能使電機(jī)啟動(dòng)。

在啟動(dòng)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(shí)才可以逐漸加大給定電壓，不能在開環(huán)或速度閉環(huán)時(shí)突加

給定，否則會(huì)引起過大的啟動(dòng)電流，使過流保護(hù)動(dòng)作，告警,

跳閘。

(3)通電實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(dòng)機(jī)作為負(fù)載。

⑷在連接反饋信號(hào)時(shí)，給定信號(hào)的極性必須與反饋信號(hào)的極

性相反，確保為負(fù)反饋，否則會(huì)造成失控。

(5)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流不要超過額定值使用，轉(zhuǎn)速也不要

超過L2倍的額定值。以免影響電機(jī)的使用壽命，或發(fā)生意外。

(6)DJK04與DJK02-1不共地，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)須短接DJK04與

DJK02-1的地。

實(shí)驗(yàn)四雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

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。

掌握雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)減步驟、方法及參數(shù)的整

定。

研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。

實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號(hào)備注

號(hào)

1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸

出”，“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模

塊。

2DJK02三相變流橋該掛件包含“觸發(fā)電路”，“正

路橋功放”，“三相全控整流”

等幾個(gè)模塊。

3DJK04電機(jī)調(diào)速控該掛件包含“給定”，“電流

制調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電

流反饋與過流保護(hù)”等幾個(gè)

模塊。

4DJK08可調(diào)電容

5DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、

光碼盤測(cè)速系統(tǒng)及

數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

6DJ14直流復(fù)勵(lì)發(fā)電

機(jī)

7DJ15直流并勵(lì)發(fā)電

家

8DK04滑線變阻器串聯(lián)形式0.65A/2KQ

并聯(lián)形式1.3A/8500Q

9慢掃描示波器

10萬用表

實(shí)驗(yàn)線路及原理

許多生產(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)的過渡過程中，因此起動(dòng)和制動(dòng)過程的時(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)，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(gè)調(diào)節(jié)器

進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，可獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能（兩個(gè)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圖:

三相電源輸出

電流反饋

與過流保護(hù)

給定

勵(lì)磁

電源

r

i2

圖4-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖

啟動(dòng)時(shí)，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(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=Urn）,并在出現(xiàn)超調(diào)

后，“速度調(diào)節(jié)器”和“電流調(diào)節(jié)器”推出飽和，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。“電流調(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(dá)到限制電流的目

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)到限制的目的。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

各控制單元調(diào)試。

測(cè)定電流反饋系數(shù)夕，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。O

測(cè)定開還機(jī)械特性及高、低轉(zhuǎn)速時(shí)的系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)特性

閉環(huán)控制特性〃=f（Ug）的測(cè)定。

觀察、記錄系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形。

實(shí)驗(yàn)方法

DJK02±“觸發(fā)電路”的調(diào)試

a.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”尹關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。

b.將DJK01“電源控制屏”>“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“直

流調(diào)速”側(cè)。

c.打開DJK02電源開關(guān)，撥動(dòng)“觸發(fā)脈沖指示”處的紐子開

關(guān)，使“窄”發(fā)光管亮。

d.觀察A、B、C三相鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜

率調(diào)節(jié)電位器（在各觀察孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能

一致。

e.將DJK04上的“給定”輸出Ug直接接到DJK02上的移相控

制電壓Uct處，將給定的開關(guān)S2撥到接地位置（即Uct=0）,

調(diào)節(jié)DJK02上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相鋸齒

波和“雙脈沖觀察孔”,VT1的輸出波形，使&=12幾

f.適當(dāng)增加給定Ug的正電壓輸出，觀察DJK02上“觸發(fā)脈沖

觀察孔”的波形，此時(shí)應(yīng)觀察到雙窄脈沖。

g.將DJK02面板上的接地，將正橋觸發(fā)脈沖的六個(gè)開關(guān)撥

至“通”，觀察正橋VT1?VT6晶閘管的門極和陰極之間的觸發(fā)

脈沖是否正常。

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則

a.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)。

b.先開還、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)運(yùn)行在開還狀態(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)。

c.先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)，即先調(diào)試電流那還，然后調(diào)試轉(zhuǎn)速外環(huán)。

d.先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

控制單元調(diào)試

a.移相控制電壓L調(diào)節(jié)范圍的確定

直接將DJK04給定電壓力接入DJK02移相控制電壓上的輸入

端，“正橋三相全控整流”輸出接電阻負(fù)載R（用滑線變阻器

接成串連形式），負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定跳到零。

按下啟動(dòng)按鈕，給定電壓Ug由零調(diào)大，5將隨給定電壓的增

大而增大，當(dāng)u.超過某一數(shù)值u一時(shí)，J的波形會(huì)出現(xiàn)缺相的

現(xiàn)象，這時(shí)5反而隨Ug的增大而減小。一般可確定移相控制

電壓的最大允許值Ucg『0.9uJ,即u.的允許調(diào)節(jié)范圍為0?

U_o如果我們把輸出限幅定為u_，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：

C*

uctmax=0.9u/

給定退到零，再按“停止”按鈕，結(jié)束步驟。

b.調(diào)節(jié)器的調(diào)零

將DJK04電流調(diào)節(jié)器所有輸入端接地，將串連反饋網(wǎng)絡(luò)中的電

容短接（即將“電流調(diào)節(jié)器”的“9”，“10”兩端用導(dǎo)線直接

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,用萬用表的直流毫伏檔測(cè)量調(diào)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零。

將DJK04中速度調(diào)節(jié)器所有輸入端接地，將串連反饋網(wǎng)絡(luò)中的

電容短接（即將“速度調(diào)節(jié)器”的“5”，“6”兩端用導(dǎo)線直接

短接），使“速度調(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,用萬用表的直流毫伏檔測(cè)量“速度調(diào)節(jié)

器”的“7”端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近零。

c.調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整

將“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端接地線和反饋電路電容短接線去掉,

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(shí)，

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(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1,使“電流調(diào)節(jié)

器”輸出正限幅為Uca。

將“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端接地線，和反饋電路電容短接線去

掉，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“速度調(diào)節(jié)器”的“3”端，當(dāng)加正給定

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。

d.電流反饋系數(shù)的整定

直接將“給定”電壓［接入移相控制電壓u0輸入端，整流橋

輸出接電阻負(fù)載R（用滑線變阻器接成并聯(lián)形式），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)Ud=220V時(shí),

減小負(fù)載阻值，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護(hù)”上的電流反饋電

位器RP1,使得負(fù)載電流時(shí)，“2”端的電流反饋電壓

un=6V,這時(shí)的電流反饋系數(shù)%%=4.615%。

d.轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定

直接將“給定”電壓Ug接入移相控制電壓人輸入端，“三相全

控整流”電路接直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，Ld用DJK02上的200mH,輸

出給定跳到零。

按下啟動(dòng)按鈕后，接通勵(lì)磁電源，從零逐漸增加給定，使電機(jī)

提速到n=1500rpm時(shí)，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(shí)反饋電壓U.=6V,這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

a%"。。％.）。

開還外特性的測(cè)定

a.DJK02控制電壓人由DJK04上的給定輸出U&直接接入，“三

相全控整流”電路接電動(dòng)機(jī)，Ld用DJK02上的200mH,直流發(fā)

電機(jī)負(fù)載電阻R（將滑線變阻器接成串連形式），負(fù)載電阻放

在最大值，輸出給定調(diào)到零。

b.按下啟動(dòng)按鈕，先接通勵(lì)磁電源，然后從零開始逐漸增加

“給定”電壓使電機(jī)啟動(dòng)升速，調(diào)節(jié)上和R使電動(dòng)機(jī)電

流id=L，轉(zhuǎn)速打到120（kpm。

C.增大負(fù)載電阻R阻值，可測(cè)出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=fQ）,

記錄于下表中：

n(rpm)

Id(A)

將給定退到零，斷開勵(lì)磁電源，按下停止按鈕，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

系統(tǒng)靜特性測(cè)試

a.按圖2—1接線，DJK04的給定電壓工輸出為正給定，轉(zhuǎn)速

反饋電壓為負(fù)電壓，直流發(fā)電機(jī)接入負(fù)載電阻R（用滑線變阻

器接成串聯(lián)形式），Ld用DJK02上的200mH,負(fù)載電阻放在最

大值，給定的輸出跳到零。將速度調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器都按成

P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，觀察系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，確認(rèn)

整個(gè)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調(diào)節(jié)器，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

b.機(jī)械特性n=fQ）的測(cè)定

發(fā)電機(jī)空載，從零開始逐漸調(diào)大給定電壓U.,使電動(dòng)家轉(zhuǎn)速

O

接近n=1200rpm,然后接入發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻R（滑線變阻器接

成串連形式），逐漸改變負(fù)載電阻，直至ld=L，即可測(cè)出系統(tǒng)

靜態(tài)特性曲線n=f（",并記錄于下表中：

n(rpm)

Id(A)

降低再測(cè)試"800加川時(shí)的靜態(tài)特性曲線，并記錄于下表

中：

n(rpm)

Id(A)

閉環(huán)控制系統(tǒng)n=f（UJ的測(cè)定

C,

調(diào)節(jié)Ug及R,使Id=【cd，n=1200rpm,逐漸降低記錄［和n,

即可測(cè)出閉環(huán)控制特性n=f（U?）。

n(rpm)

Id(A)

系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的觀察

用慢掃描示波器觀察動(dòng)態(tài)波形，在不司的系統(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(dòng)態(tài)

波形:

a.突加給定Uj電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電樞電流)(“電流反饋與過

流保護(hù)”的“2”端)波形和轉(zhuǎn)速n(“速度變換”的“3”端)

波形。

b.突加額定負(fù)載(20%Q—>100%led)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞電流波形

和轉(zhuǎn)速波形。

c.突降負(fù)載(100%icd->20%icd)時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞電流波形和轉(zhuǎn)

速波形。

試瞼報(bào)告

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出閉環(huán)控制特性曲線n=f(Ug)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出兩種轉(zhuǎn)速時(shí)的閉環(huán)機(jī)械特性n=fQ)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出系統(tǒng)開還機(jī)械特性n=fQ),計(jì)算靜差率,

并與閉環(huán)機(jī)械特性進(jìn)行比較。

分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形，討論系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能的

影響。

思考題

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？

轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的極性如果接反會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？

第二章變頻原理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五三相正弦波脈寬調(diào)制SPWM變頻原理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握SPWM的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。

熟悉與SPWM控制有關(guān)的信號(hào)波形。

實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號(hào)備注

號(hào)

1DJK01電源控制該控制屏包含“三相電源輸出”，

屏“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。

2DJK13三相異步

電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

控制

3雙蹤示波器

實(shí)驗(yàn)方法

接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)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(gè)端子都懸空），然后開啟電源開

關(guān)。

點(diǎn)動(dòng)“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hz,在SPWM部分觀測(cè)

三相正弦波信號(hào)（在觀測(cè)點(diǎn)“2、3、4”），觀測(cè)三角載波信號(hào)

（在測(cè)試點(diǎn)"5”）,三相SPWM調(diào)制信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“6、7、8”）；

再點(diǎn)動(dòng)“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，觀測(cè)上述各信號(hào)的相位

關(guān)系變化。

逐步升高頻率，直至打到50Hz處，重復(fù)以上步驟。

將頻率設(shè)置為0.5Hz'60Hz的范圍內(nèi)改變，在測(cè)試點(diǎn)“2、3、4”

中觀測(cè)正弦波信號(hào)的頻率和幅值的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

畫出與SPWM調(diào)制有關(guān)信號(hào)波形,試說明SPWM變頻的基本原理。

分析在0.5Hz~50Hz范圍內(nèi)正弦波信號(hào)的幅值與頻率的關(guān)系。

分析在50Hz?60Hz范圍內(nèi)正弦波信號(hào)的幅值和頻率關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)六三相馬鞍波脈寬調(diào)制變頻原理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

⑴通過實(shí)驗(yàn)，掌握馬鞍波脈寬調(diào)制的原理及其實(shí)現(xiàn)方法。

(2)熟悉與馬鞍波脈沖寬度調(diào)制有關(guān)的信號(hào)波形。

實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號(hào)備注

號(hào)

該控制屏包含“三相

1DJK01電源控制屏

電源輸出”，“勵(lì)磁電

源”等幾個(gè)模塊。

2DJK13三相異步電

動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制

3雙蹤示波器

實(shí)驗(yàn)原理

馬鞍波PWM調(diào)制技術(shù)是VVVF變頻器中經(jīng)常采用的技術(shù)，這種

技術(shù)主要是通過對(duì)基波正弦信號(hào)注入三次諧波，形成馬鞍波。

采用馬鞍波做為參考波信號(hào)進(jìn)行PWM調(diào)制，與SPWM調(diào)制方式

相比，馬鞍波調(diào)制的主要特點(diǎn)是電壓較高，調(diào)制比可以大于1,

形成過調(diào)制。

實(shí)驗(yàn)方法

⑴接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)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)。

（2）點(diǎn)動(dòng)“增速”按鍵，將頻率設(shè)定在0.5Hzo用示波器觀測(cè)

SPWM部分的三相正弦波信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“2、3、4”），三角載

波信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)"5”），三相SPWM調(diào)制信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“6、

7、8”）；再點(diǎn)動(dòng)“轉(zhuǎn)向”按鍵，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再觀測(cè)上述各

信號(hào)的相位關(guān)系的變化。

⑶逐步升高頻率，直至50Hz處，重復(fù)以上的步驟。

⑷將頻率設(shè)置為0.5Hz?60Hz的范圍內(nèi)改變，在測(cè)試點(diǎn)“2、

3、4”觀測(cè)馬鞍波信號(hào)的頻率和幅值的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

（1）畫出與馬鞍波調(diào)制PWM有關(guān)的主要信號(hào)波形，說明馬鼓波

PWM調(diào)制的基本原理。

⑵為什么采用馬鞍波調(diào)制后的PWM輸出電壓比采用正弦波脈

寬調(diào)制的PWM輸出電壓有較高的基波電壓分量？

注意事項(xiàng)

由于馬鞍波PWM調(diào)制技術(shù)是在正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）的基礎(chǔ)

上發(fā)展而來，其調(diào)制的原理與正弦波脈寬調(diào)制完全一致。故與正

弦波脈寬調(diào)制共用其波形測(cè)試點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)七三相空間電壓矢量變頻原理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)通過實(shí)驗(yàn)，掌握空間電壓矢量控制方式的原理及其實(shí)現(xiàn)方法C

⑵熟悉與空間電壓矢量控制方式有關(guān)的信號(hào)波形。

實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序號(hào)型號(hào)備注

該控制屏包含“三相

1DJK01電源控制電源輸出“，“勵(lì)磁電

屏源”等幾個(gè)模塊。

2DJK13三相異步

電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

控制

3雙蹤示波器

實(shí)驗(yàn)方法

⑴接通掛件電源，關(guān)閉電機(jī)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)。

（2）點(diǎn)動(dòng)“增速”按鍵,將頻率設(shè)定在0.5Hz,用示波器觀測(cè)

SVPWM部分的三相矢量信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“10、11、12"），三角

載波信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“14”），PWM信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“13”），三相

SVPWM調(diào)制信號(hào)（在測(cè)試點(diǎn)“15、16、17”）；再點(diǎn)動(dòng)“轉(zhuǎn)向”

按鍵，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再觀測(cè)上述各信號(hào)的相位關(guān)系的變化。

⑶逐步升高頻率，直至50Hz處，重復(fù)以上的步驟。

⑷將頻率設(shè)置為0.5Hz?60Hz的范圍內(nèi)改變,在測(cè)試點(diǎn)“13”

中觀測(cè)占空比與頻率的關(guān)系（在V/F函數(shù)不變的情況下）。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

（1）簡(jiǎn)述空間電壓矢量控制變頻調(diào)速的原理。

⑵畫出在試驗(yàn)中觀測(cè)到的所有波形。

⑶簡(jiǎn)述注入“零矢量”的作用。

第三章交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)八雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成。

了解轉(zhuǎn)子串電阻的繞線式異步電機(jī)在調(diào)節(jié)定子電壓調(diào)速時(shí)的

機(jī)械特性。

通過測(cè)定系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)一步埋解交流調(diào)壓系

統(tǒng)中電流和轉(zhuǎn)速環(huán)的作用。

實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件

序型號(hào)備注

號(hào)

1DJK01電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸

出”，“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模

塊。

2DJK02三相變流橋該掛件包含“觸發(fā)電路”，“正

路橋功放”，“三相全控整流”

等幾個(gè)模塊。

3DJK04電機(jī)調(diào)速控該掛件包含“給定”，“電流

制調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電

流反饋與過流保護(hù)”等幾個(gè)

模塊。

4DJK08可調(diào)電容

5DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、

光碼盤測(cè)速系統(tǒng)及

數(shù)顯轉(zhuǎn)速表

6DJ13直流復(fù)勵(lì)發(fā)電

機(jī)

7DJ17三相繞線式異

步電動(dòng)機(jī)

8DK04滑線變阻器串聯(lián)形式0.65A/2KQ

并聯(lián)形式L3A/8500Q

9慢掃描示波器

10萬用表

實(shí)驗(yàn)線路及原理

異步電動(dòng)機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速時(shí)，由于同步轉(zhuǎn)速不變和機(jī)械特性較

硬，因此對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)來說其調(diào)速范圍很有限，無適用價(jià)

值，而對(duì)力矩電機(jī)或繞線式異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子中串入適當(dāng)電阻

后使機(jī)械特性變軟其調(diào)速范圍有所擴(kuò)大，但在負(fù)載或電網(wǎng)電壓

撥動(dòng)情況下，其轉(zhuǎn)速撥動(dòng)嚴(yán)重，為此常采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

雙閉環(huán)三相異步習(xí)動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相晶閘管

交流調(diào)壓器及三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)組成?？刂撇糠钟伞半娏?/p>

調(diào)節(jié)器”、“速度變換”、“觸發(fā)電路”、"正橋功放”等組成。其

系統(tǒng)原理圖如圖8—1所示：

三相電源輸出

給定13觸發(fā)轉(zhuǎn)子附

電路加電阻

圖8-1雙閉環(huán)三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)原理圖

整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)采用速度、電流兩個(gè)反饋控制環(huán)。這里的速度環(huán)

作用基本上與直流調(diào)速系統(tǒng)相同，而電流環(huán)的作用則有所不同。

在穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電流環(huán)對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)仍有較大的抗擾作用，

但在啟動(dòng)過程中電流環(huán)僅起限制最大電流的作用，不會(huì)出現(xiàn)最

佳啟動(dòng)的恒流特性，也不可能是恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)定三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)的機(jī)械特性。

測(cè)定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性。

測(cè)定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

試驗(yàn)方法

DJK02±“觸發(fā)電路”調(diào)試

a.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。

b.將DJK01"電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“交

流調(diào)速”側(cè)。

c.打開DJK02電源開關(guān)，撥動(dòng)“觸發(fā)脈沖指示”處的鈕子開

關(guān)，使得“寬”外的發(fā)光管亮。

d.掛擦A、B、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相的鋸齒

波斜率調(diào)節(jié)電位器（在各觀察孔的左側(cè)），使三相鋸齒波斜率

盡可能一致。

e.將DJK04上的“給定”輸出U,直接接到DJK02上的移相控

制電壓Us處，將給定的開關(guān),撥到接地位置（即u『o）,調(diào)節(jié)

DJK02上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相鋸齒波和

“雙脈沖觀察孔”的VT1輸出波形，使a=17九

f.適當(dāng)增加給定力的正電壓輸出，觀察DJK02上的“觸發(fā)脈

沖觀察孔”的波形，此時(shí)硬觀察到后沿固定，前沿可調(diào)的寬脈

沖。

g.將DJK02面板上的L端接地，將“正橋觸發(fā)脈沖”的六個(gè)

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。

控制單元測(cè)試

a.調(diào)節(jié)器的調(diào)零

將DJK04中電流調(diào)節(jié)器所有輸入端接地，將串聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)中的

電容短接（即將電流調(diào)節(jié)器的“9”、“10”兩端用導(dǎo)線直接短

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,用萬用表的直流毫伏檔測(cè)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零。

將DJK04中速度調(diào)節(jié)器所有輸入端接地，將串聯(lián)反饋網(wǎng)絡(luò)中的

電容短接（即將速度調(diào)節(jié)器的“5”、“6”兩端用導(dǎo)線直接短接），

使速度調(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,用萬用表的直流毫伏檔測(cè)量速度調(diào)節(jié)器的“7”端,

使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能為零。

b.調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整

直接將DJK04的給定電壓5接入DJK02移相控制電壓上的輸

入端，三相交流調(diào)壓輸出的任意兩路接一電阻負(fù)載（DJK04滑

線變阻器，接成并聯(lián)形式），放在阻值最大的位置，用示波器

觀察輸出的電壓波形。當(dāng)給定電壓力由零調(diào)大時(shí)，輸出電壓U

隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)U.超過某一數(shù)值u；時(shí)，U的波

形接近正弦波時(shí)，一般可確定移相受制電壓的最大允許值