电力拖动自控系统实验.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电力拖动自控系统实验2011133308电力拖动自控系统实验报告书专业班级 2011级自动化三班 学生姓名 实验地点 睿智楼10309 报告日期 电力拖动自控系统实验2011级自动化3班 摘要：本次实验课程以双环直流调速系统为例进行拖动控制综合实验。通过本次实验掌握晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、各单元部件及系统的调试方法；能综合动用所学的理论知识，分析和解决实验中出现的问题；通过对系统物理现象的实验分析，牢固掌握自动空盒子系统的有关理论知识。实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合。关键词：双闭环直流调速系统 速度调节器

2、 电流调节器 三相晶闸管第一章 概述1.1实验性质 本次实验课程以双环直流调速系统为例进行拖动控制综合实验。通过本次实验掌握晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、各单元部件及系统的调试方法；能综合动用所学的理论知识，分析和解决实验中出现的问题；通过对系统物理现象的实验分析，牢固掌握自动空盒子系统的有关理论知识；并要求学生初步具有设计、安装、调试拖动控制系统的能力。1.2实验装置 DJDK-1 型 电力电子技术及电机控制实验装置简介1.2.1 控制屏介绍及操作说明一、特点(1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好。(2)实验装置占地面

3、积小，节约实验室用地。(3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全。(4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观。(5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实有效保护操作者的人身安全，为开放性的实验室创造了前提条件。(6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。二、技术参数(1)输入电压 三相四线制 380V10% 50Hz(2)工作环境 环境温度范围为-540,相对湿度75%,海拔30O，防止出现逆变颠覆的情况。 2、触发脉冲指示在触发脉冲指示处设有钮子开关用以控制触发电路，开关拨到左边，绿色发光管亮，在触

4、发脉冲观察孔处可观测到后沿固定、前沿可调的宽脉冲链；开关拨到右边，红色发光管亮，触发电路产生双窄脉冲。图1-4 三相触发电路面板图 3三相同步信号输入端通过专用的十芯扁平线将DJK02上的“三相同步信号输出端”与DJK02-1“三相同步信号输入端”连接，为其内部的触发电路提供同步信号；同步信号也可以从其他地方提供，但要注意同步信号的幅度和相序问题。 4、控制电路其线路原理如图1-5所示。在由原KC04、KC41和KC42三相集成触发电路的基础上，又增加了4066、4069芯片，可产生三相六路互差60的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使用。 图1-5 触发电路原理图

5、6、正、反桥功放电路正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图1-6所示；由触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后由脉冲变压器T1输出。Ulf即为DJKO2面板上的Ulf ,接地才可使V3工作，脉冲变压器输出脉冲；正桥共有六路功放电路，其余的五路电路完全与这一路一致；反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是控制端不一样，将Ulf改为Ulr。图1-6 功放电路原理图7、正桥控制端 Ulf及反桥控制端 Ulr这两个端子用于控制正反桥功放电路的工作与否，当端子与地短接，表示功放电路工作，触发电路产生的脉冲经功放电路从正反桥脉冲输出端输出；悬空表示功放不工作；Ulf控制正桥功放电路，

6、Ulr控制反桥。 8、正、反桥脉冲输出端经功放电路放大的触发脉冲，通过专用的20芯扁平线将DJK02“正反桥脉冲输入端” 与DJK02-1上的“正反桥脉冲输出端”连接，为其晶闸管提供相应的触发脉冲；接口的详细情况详见附录相关内容。1.3实验情况简介 实验中我们五个人一组，我与另外一个同学负责接线，检查线路，保证实验的正常进行，另外三个同学则负责实验调试及实验数据的记录、处理。在遇到问题时我们先是小组讨论，还不能解决时则向老师求教，每次实验都保证实验数据的科学采集、实验原理的基本掌握，课后则认真处理数据。在老师的指导和小组成员的共同努力下我们完成了本科目的全部实验。第二章 双闭环直流调速系统固有

7、参数和环节特性测定2.1主电路总电阻测量1.测量原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。在本次实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压Ug作为触发器的偏移电压Uc1，改变Ug的大小即可改变控制角a，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理图如图图 2-1 所示。 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及整流装置的内阻Rn，即R = Ra十RL十Rn (2-1)由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源

8、内阻须测量整流装置的理想空载电压U0，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法。将变阻器R1、R2接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上S1、S2，调节给定使输出直流电压Ud在30%Ued70%Ued范围内，然后调整R2使电枢电流在80%Ied90%Ied范围内，读取电流表A和电压表V2的数值为I1、U1，则此时整流装置的理想空载电压为Udo=I1R+U1 （2-2）调节R1使之与R2的电阻值相近，拉开开关S2，在Ud的条件下读取电流表、电压表的数值I2、U2，则UdoI2R十U2 (2-3) 图 2-1 实验系统原理图 图 2-2 伏安比较法实验线路图 求解(

9、2-2)、(2-3)两式，可得电枢回路总电阻:R（U2-U1）/（I1-I2） (2-4)如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得RL十Rn=(U2-U1)/(I1-I2) (2-5)则电机的电枢电阻为Ra=R-(RL十Rn)。 (2-6)同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL。（1） 测量过程及原始数据记录 数据一44640.840.14数据二41600.970.21数据三51590.550.26（2） 数据处理R数据一28.627数据二25数据三27.6所以测量的主电路总电阻是27.2.2电磁时间常数测量1.电路图及测量原理 采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突

10、加给定电压时，电流id按指数规律上升：，其电流变化曲线如下图2-3所示，当t=Td时，有 图2-3 电流上升曲线 图2-4测定Td的实验线路图 实验线路如图2-4所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%Ied-90%Ied范围内。然后保持Ug不变，将给定的S2拨到接地位置，然后拨到给定S2从接地到正电压阶跃信号，用数字存储示波器记录id=f（t）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。（1） 测量过程及原始数据记录（2） 数据处理 因为在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数=10ms.

11、2.3机电时间常数测量1.测量原理 系统的机电时间常数可由下式计算 由于TMTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达稳态值的63.2%时,所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除，突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过渡过程曲线n=f(t)，即可由此确定机电时间常数。（1） 测量过程及原始数据记录（2） 数据处理 当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达稳态值的63.2%时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数=0.14s2.4电势常数测量1.测量原理 将电动机加额定励磁，使其空载

12、运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n即可由下式算出Ce：Ce=Ke=（Ud2-Ud1）/（n2-n1） 式中，Ce的单位为V/（rmp）。转矩常数（额定磁通）Cm的单位为Nm/A。Cm可由Ce求出：（1） 测量过程及原始数据记录 数据一4799322.8686.6数据二4084270.0584.5数据三50113344.4794.8（2） 数据处理数据一0.14290.141数据二0.1399数据三0.1398所以测量的电势常数=0.141V/（rpm）2.5晶闸管输入输出特性测量 1.电路图及测量原理 将 DJK04 挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源开关，即可以开始实验。 (1)速度调

13、节器的调试 调节器调零 将 DJK04 中“速度调节器”所有输入端接地，再将 DJK08 中的可调电阻 120K 接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节器”成为 P (比例)调节器。调节面板上的调零电位器 RP3，用万用表的毫伏档测量电流调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 调整输出正、负限幅值 把“5”、“6”短接线去掉，将 DJK08 中的可调电容 0.47uF 接入“5”、“6”两端，使调节器成为 PI (比例积分)调节器，然后将 DJK04 的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器 RP2，

14、观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器 RP1，观察调节器输出正电压的变化。 测定输入输出特性 再将反馈网络中的电容短接（将“5”、“6”端短接），使速度调节器为 P（比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。 观察 PI 特性 拆除“5”、“6”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。 (2)电流调节器的调试 调节器的调零 将 DJK04 中“电流调节器”所有输入端接地，再将 DJK08 中的可调电阻 13K 接“速度调节器”的“8”、“9

15、”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节器”成为 P（比例）调节器。调节面板上的调零电位器 RP3，用万用表的毫伏档测量电流调节器的“11”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 调整输出正、负限幅值 把“8”、“9”短接线去掉，将 DJK08 中的可调电容 0.47uF 接入“8”、“9”两端，使调节器成为 PI（比例积分）调节器，然后将 DJK04 的给定输出端接到电流调节器的“4”端，当加正给定时，调整负限幅电位器 RP2，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器 RP1，观察输出正电压的变化。 测定输入输出特性 再将反馈网络中的电容短接（将“9”、“1

16、0” 端短接），使电流调节器为 P 调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。 观察 PI 特性 拆除“9”、“10”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。 (3)“零电平检测”及“转矩极性鉴别”的调试 测定“ “转矩极性鉴别”的环宽，要求环宽为 0.40.6 伏，记录高电平值，调节单元中的 RP1 使特性满足其要求。“转矩极性鉴别”要求的环从-0.25V 到 0.25V。 转矩极性鉴别具体调试方法：A、调节给定 U，使“转矩极性鉴别”的“1”脚得到约 0.25V 电压，

17、调节电位器 RP1，恰好使“2”端输出从“高电平”跃变为“低电平”。B、调节负给定从 0V 起调，当转矩极性鉴别器的“2”端从“低电平” 跃变为“高电平”时，检测转矩极性鉴别器的“1”端应为0.25V 左右，否则应调整电位器，使“2”端电平变化时，“1”端电压大小基本相等。 测定“零电平检测”的环宽，要求环宽也为 0.40.6 伏，调节 RP1，使回环沿纵坐标右侧偏离 0.2V，即环从 0.2V 到 0.6V。 “零电平检测”具体调试方法： A、调节给定 U，使“零电平检测”的“1”脚约 0.6V 电压，调节电位器 RP1，恰好使“2”端输出从“1”跃变为“0”。 B、慢慢减小给定，当“零电平

18、检测”的“2”端从“0”跃变为“1”时，检测“零电平检测”的“1”端应为 0.2V 左右，否则应调整电位器。 根据测得数据，画出两个电平检测器的回环。 (4)反号器的调试测定输入输出比例，输入端加入5V 电压，调节 RP1，使输出端为5V。 (5)逻辑控制的调试测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：调试方法：首先将“零电平检测”、“转矩极性鉴别”调节到位，符合其特性曲线。给定接“转矩极性鉴别”的输入端，输出端接“逻辑控制”的 Um。“零电平检测”的输出端接“逻辑控制”的 UI,输入端接地。将给定的 RP1、RP2 电位器顺时针转到底，将 S2 打到运行侧。将 S1 打到正给定侧，用万用表

19、测量“逻辑控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端，“3”、“6”端输出应为高电平，“4”、“7”端输出应为低电平，此时将 DJK04 中给定部分 S1 开关从正给定打到负给定侧，则“3”、“6”端输出从高电平跳变为低电平，4”、“7”端输出也从低电平跳变为高电平。在跳变的过程中用示波器观测“5”端输出的脉冲信号。将“零电平检测”的输入端接高电平，此时将 DJK04 中给定部分的 S1 开关来回扳动，“逻辑控制”的输出应无变化。（1） 测量过程及原始数据记录 00.05002.280.970.034.56.981.150.234513.241.300.5310722.41.440.891822

20、8.51.531.1523436.91.661.5130641.41.741.68344（2） 数据处理 由图可得。 第三章 双闭环直流调速系统主要环节的整定与调试3.1移相控制电压调节范围的确定 1.移相控制电压调节范围的含义 直接将DJK04给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，“正桥三相全控整流”输出接电阻负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零（对DZSZ-1，将输出电压调至最小位置，当启动后，再将输出线电压调到200V）。按下启动按钮，给定电压Ug由零调大，Ud将随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值Ug时，Ud 的波形会出现缺相的现象，这时Ud反而随Ug的

21、增大而减少。一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax=0.9Ug，即Ug的允许调节范围为0Uctmax。如果我们把输出限幅定为Uctmax的话，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。记录Ug于下表中： 将给定退到零，再按停止按钮切断电源，结束步骤。（2） 确定过程及原始数据记录3.2调节器调试 1.电流调节器调零 将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到“速度调节器”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节器”成为P（比例）调节器。 调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测

22、量电流调节器的“11”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 2.电流调节器限幅 把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“8”、“9”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，然后将DJK04的给定输出端接到电流调节器的“4”端，当加正给定时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为最小值即可，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，使电流调节器的输出正限幅为Uctmax。 3.电流测定输入输出特性 再将反馈网络中的电容短接（将“5”、“6”端短接），使速度调节器为P（比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，

23、直至输出限幅，并画出曲线。正给定正电压输出电压负给定负电压输出电压0.14-0.08-0.770.500.69-0.44-1.571.020.82-0.52-2.432.211.26-0.81-4.312.792.82-1.01-5.203.374.90-3.17-7.304.88.30-5.37-8.825.7010.15-6.28-11.157.16 4.观察PI特性 拆除“5”、“6”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。 （1）速度调节器调零 将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻

24、120K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节器”成为P (比例)调节器。调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量电流调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 （2）速度调节器限幅 把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI (比例积分)调节器，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为-6V，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，使之输出电压为最小值即可。 （3）测定

25、速度输入输出特性再将反馈网络中的电容短接（将“9”、“10” 端短接），使电流调节器为P 调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。 正给定正电压输出电压负给定负电压输出电压0.14-0.76-0.392.180.22-1.02-0.563.140.47-2.58-0.693.840.65-3.55-0.844.650.82-4.48-1.075.891.05-5.74-1.206.631.24-6.76-1.356.951.49-7.01-1.526.95 （4）观察PI特性 拆除“9”、“10”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电

26、压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化3.3电流反馈系数整定 电流反馈系数的整定直接将“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，整流桥输出接电阻负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当Ud=220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1，使得负载电流Id=l.3A时，“2”端If的的电流反馈电压Ufi=6V，这时的电流反馈系数= Ufi/Id= 4.615V/A。3.4转速反馈系数整定 直接将“给定”电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整

27、流”电路接直流电动机负载，Ld用DJK02上的200mH，输出给定调到零。按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n =150Orpm时，调节“速度变换”上转速反馈电位器RP1，使得该转速时反馈电压Ufn=-6V，这时的转速反馈系数 =Ufn/n=0.004V/(rpm)。第四章 调节器设计4.1已知条件已有电力电子综合实验台及所需挂件、电机机组（直流电动机测速发电机）、示波器、万用表、可变电阻器和开关导线等实验设备。直流电动机数据如下：额定转速1600r/min、额定电压220V、额定电流1.2A、额定功率185w、允许过载倍数=1.5。4.2 设计要求（1）要求系统能进行

28、平滑的速度调节，系统在工作范围内能稳定工作（2）系统静特性良好，静差小、电流超调量5%（3）动态性能指标：空载启动到额定转速时转速超调量n20%。4.3 设计过程4.3.1 电流调节器设计（1）通过前面的实验我们得到的基本数据如下： =0.141Vmin/r，允许过载倍数; 晶闸管装置放大系数：; 电枢回路总电阻：; 时间常数：，； 电流反馈系数：.（2）确定时间常数 1）整流装置滞后时间常数。按表2-2，三相桥式电路的平均失控时间。 2）电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（12）=3.33ms，因此取。 3）电流环小时间常数之和。按小时间常数近似

29、处理，取（3）选择电流调节器结构根据设计要求，并保证稳态电流无差，可按典型型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器。检查对电源电压的抗扰性能，可知各项指标都是可以接受的。（4）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：；电流环开环增益：要求时，按表3-1，应取，因此于是，ACR的比例系数为 (5)校验近似条件电流环截止频率：1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件 满足近似条件2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 满足近似条件3）校验电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件 （6）计算调节器电阻和电容电流调节器原理图如图3-21所示，按所用运算放大

30、器取，各电阻和电容值计算如下： 取 取电流环可达到动态跟随性能指标，满足设计要求。4.3.2 转速调节器设计（1）确定时间常数1）电流环等效时间常数。由上面的式子可得，则2）转速滤波时间常数。根据所用测速发电机纹波情况，取。3）转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取（2）选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器。（3）计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为 转速环开环增益 ASR比例系数（3） 校验近似条件转速环截止频率为1) 电流环传递函数简化条件 满足简化条件 2）转速环小时间常数近似处理条件 满足简化条件（4） 计算调节器电阻和电容

31、转速调节器原理图如图3-23所示，取，则 取 取第五章 系统调试与动静态性能分析5.1系统静特性测定 1.电路图（1） 调试、测量过程及原始数据记录n I412.50.23412.30.28412.40.31412.50.36367.70.413060.47253.50.521830.62132.30.81（2） 数据处理5.2系统动态特性观察1.电路图2.调试、测量过程及原始数据记录3.数据处理（包括绘制动态特性曲线等） 突加给定，电动机启动时的电枢电流波形突加给定，电动机启动时的电枢电流n波形由于用计算出来的，出来的波形震荡幅度大，得到波形不符合我们的要求，所以我们把=370，=16.突降负载是电动机转速波形突加负载是电动机转速波形第六章 总结本次实验是对课堂知识的实践检验，因此实验结束后，让我们对课本知识有了更深刻的理解，同时加强了我们的动手实践能力。实验时我们是分组完成的，小组成员分工明确，大家都很积极，发挥了各自的特色，从接线到调试、记录并处理数据等大家总能做好自己的任务并相互交流共同完成实验任务；遇到问题时总能通过讨论或者向老师求教来解决，体现了团队的合作意识和团结思想。.精品文档.学 号：