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1、信息工程学院 11级应用电子技术（4）班 吴晓强 3111002716实验三 单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1) 了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。(2) 掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。 (3) 认识闭环反馈控制系统的基本特性。二、实验所需挂件及附件序号型 号备 注1DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。2DJK02 晶闸管主电路3DJK02-1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”等几个模块。4DJK04 电机调速控制实验I该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。5
2、DJK08可调电阻、电容箱6DD03-2电机导轨测速发电机及转速表7DJ13-1 直流发电机8DJ15 直流并励电动机9D42三相可调电阻10慢扫描示波器自备11万用表自备三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控
3、制电压Uct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压UCt，控
4、制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。图3-1 转速单闭环系统原理图图3-2 电流单闭环系统原理图四、实验内容(1) DJK04上的基本单元的调试。(2) Uct不变时直流电动机开环特性的测定。(3) Ud不变时直流电动机开环特性的测定。(4) 转速单闭环直流调速系统。(5)
5、 电流单闭环直流调速系统。五、实验方法(1) DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试 打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。将DJK04上的“给定”输出Ug直接
6、与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使=120。(2) Uct不变时的直流电机开环外特性的测定按接线图分别将主回路和控制回路接好线。DJK02-1上的移相控制电压Uct由DJK04上的“给定”输出Ug直接接入，直流发电机接负载电阻R，Ld用DJK02上200mH，将给定的输出调到零。先闭合励磁电源开关，按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，使主电路输出三相交流电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug，使电动机慢慢启动并使转速 n 达到
7、1200rpm。改变负载电阻R的阻值，使电机的电枢电流从Ied直至空载。即可测出在Uct不变时的直流电动机开环外特性n = f(Id)，测量并记录数据于下表：n(rpm)125755655505Id(A)0.140.300.430.600.720.871.11(3)Ud不变时直流电机开环外特性的测定控制电压Uct由DJK04的“给定”Ug直接接入，直流发电机接负载电阻R，Ld用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，然后从零开始逐渐增加给定电压Ug，使电动机启动并达到1200rpm。改变负载电阻R，使电动机的电枢电流从空载直至Ied。用电压表监视三相全
8、控整流输出的直流电压Ud，在实验中始终保持Ud不变(通过不断的调节DJK04上“给定”电压Ug来实现)，测出在Ud不变时直流电动机的开环外特性n =f(Id)，并记录于下表中：n(rpm)06Id(A)0.450.600.750.901.051.18(4)基本单元部件调试移相控制电压Uct调节范围的确定 直接将DJK04“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R，用示波器观察Ud的波形。当给定电压Ug由零调大时，Ud将随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值Ug时，Ud 的波形会出现缺相现象，这时Ud反而随Ug的增大而减少。一般可确定移相控
9、制电压的最大允许值为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：Ud288VUdmsx=0.9Ud259.2VUctmax= Ug7.90V将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。调节器的调整A、调节器的调零 将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻40K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
10、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。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。B、 正负限幅值的调整 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
11、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，使速度调节器的输出正限幅为Uctmax。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。C、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
12、，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。D、转速反馈系数的整定 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
13、，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)。(5) 转速单闭环直流调速系统按图3-1接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压Ug为负给定，转速反馈为正电压，将“速度调节器”接成P（比例）调节器或PI（比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R，Ld用DJK02上200mH，给定输出调到零。直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug，使电动机的转速接近n=l200rpm。由小到大调节直流发电机负载R，测出电动机的电枢电流Id，和电机的转速n，直至Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线n =f(Id)。n(rpm)122199Id(A
14、)0.10.20.40.60.81.01.2(6) 电流单闭环直流调速系统按图5-8接线，在本实验中，给定Ug为负给定，电流反馈为正电压，将“电流调节器”接成比例（P）调节器或PI（比例积分）调节器。直流发电机接负载电阻R，Ld用DJK02上200mH，将给定输出调到零。直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug，使电动机转速接近n=l200rpm。由小到大调节直流发电机负载R，测定相应的Id和n，直至最大允许电流（该电流值由给定电压决定），即可测出系统静态特性曲线n =f(Id)。n(rpm)12Id(A)0.330.330.330.330.330.330.33六、实验结果(1) 由
15、实验数据，可画出Uct不变时直流电动机开环机械特性：(2) 由实验数据，可画出转速单闭环直流调速系统的机械特性：(3) 由实验数据，可画出电流单闭环直流调速系统的机械特性：(4) 比较以上各种机械特性，并做出解释。答：在开环系统中，当负载电流增大时，电枢压降也增大，故转速也降下来；闭环系统装有反馈装置，转速稍有降落，反馈电压就会降低，通过比较和放大，提高电力电子装置的输出电压Ud，转速有所回升。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。可见，闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性。七、思考题(l) P
16、调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?答：P调节器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统，采用PI调节器的闭环调速系统则是无静差调速系统。(2) 实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中?调节什么元件能改变转速反馈的强度?答：通过测量转速反馈电压可以确定其极性，为确保正确接入系统形成负反馈，应保证给定与转速反馈电压极性相反。调节“转速变换”上转速反馈电位器RP1，能改变反馈的强度。(3) 改变“调节器I”及“调节器II”的电阻、电容参数，对系统有什么影响？答：通过改变“调节器I”及“调节器II”的电阻、电容参数，可改变PI的大小，从而改变系统的响应时间和稳态误差。八、实验心得 通过本次实验，理解了单闭环直流调速系统的组成及各主要单元部件的原理，掌握了晶闸管直流调速系统的一般调试过程，同时对闭环反馈系统的基本特征有了一定的认识和了解。第 11 页