实验一 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 1 2 3 4 型 号 DZ01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 DJK02-1三相晶闸管触发电路 DJK04 电机调速控制实验 I 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。 该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放” 等几个模块。 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。 自备 自备 Ld5 6 7 8 DJK08可调电阻、电容箱 DD03-3电机导轨﹑直流测功机、光电测速表 DJ15 直流并励电动机 D42 三相可调电阻 9 慢扫描示波器 10 万用表 三、实验线路及原理 三相电源输出VT1VT3VT5vVT4VT6VT2U1MAI1R7C5G1K1G2K2...G6K6励磁电源给定156342速度调节器触发电路正桥功放UlfR1G3速度变换12TG测速发电机 图1 转速单闭环系统原理图
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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。
转速单闭环不可逆直流调速系统采用光码盘作测速反馈，反馈电压经“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，这就实现了直流电动机在额定磁通下的调压调速。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。当“给定”恒定时，闭环系统对电机负载或电源电压波动引起的速度变化起到了抑制作用，电机的转速以一定的精度稳定在某一速度上。
四、实验内容
(1)学习DZ01“电源控制屏”的使用方法。DJK02-DJK02-1上的“触发电路”调试。 (2)Uct不变时直流电动机开环特性的测定。 (3)DJK04上的基本单元的调试。
(4)转速单闭环直流调速系统静特性测定。 五、预习要求
(1)复习电力传动自动控制系统教材中有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。 (2)掌握调节器P、PI的控制规律。
(3)根据实验原理图，定性分析电动机的跟随性能及抗扰动性能。
(4)实验时，如何能使电动机的负载从空载(接近空载)连续地调至额定负载?
六、实验方法
1、DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
①打开DZ01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“电压指示切换”置于“三相电网输入”，观察输入的三相电网电压是否平衡。然后置“三相电网输出”，启动，调U＝200V，停机。
②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。
③将DJK04上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将DJK04上的给定开关S2
拨到“停止”位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器RP，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α=120°。
④把DJK04板“(G)给定”模块上的开关S1置于“正给定”，S2置于“运行”，打开DJK04电源开关，调节给定电位器RP1，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，看触发脉冲的移动情况。最后，将RP1逆时针旋到底，使触发脉冲重新回到α=120°。
⑤用8芯的扁平电缆，将面板DJK02-1面板上的“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。
⑥关闭DJK02-1的电源，将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
2、Uct不变时的直流电机开环外特性的测定
①按图1连接回路，不接反馈。DJK02-1上的移相控制电压Uct由DJK04上的“给定”输出Ug直接接入。直流测功机接负载电阻R1用D42上的可调电阻450Ω(两个900Ω并联)，Ld用DJK02上200mH，将DJK04上的“(Ug)给定”的输出调到零。
②先闭合励磁电源开关，按下DZ01“电源控制屏”启动按钮，观察整流电压输出 。然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug，观察整流电压和转速的变化，电动机慢慢启动并使转速 n 达到1200rpm。 ③减小负载电阻R的阻值(即增加负载转矩)，使电机的电枢电流从空载直至Ied=1.0A。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） Id（A） 2 / 10
④停机，R1调最大。
3、DJK04上的基本单元部件调试 ①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，接成开环形式。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U1超过电动机额定电压220V时，记录Ug＇。一般可确定移相控制电压的最大允许值为Uctmax=0.9Ug＇，即Ug的允许调节范围为0～Uctmax。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：
Ug＇ Uctmax=0.9Ug＇ 将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。 ②(ASR)速度调节器的限幅调整
短接1、2、3端，调节DJK04中“ASR速度调节器”上的可调电位器RP3，使ASR输出为零。再将DJK08中的可调电阻R1=40K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“调节器”成为P (比例)调节器。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，将速度调节器的所有输入端的接地线去掉，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加Ug=+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为最小值即可；把“(G)给定”上的开关S1置于“负给定”，调节RP2使输入端加Ug=-5V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。
③转速反馈系数的整定 将“(G)给定”上的开关S2置于“正给定”。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，给定电位器RP1向左旋到底，输出给定调到零。
将光码测速反馈的“转速输出”按正负极分别接DJK04的“速度变换”的1、2端，按下启动按钮，接通励磁电源，调节RP1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α =Ufn/n =0.004V/(rpm)。
4、转速单闭环直流调速系统静特性测定 ①在本实验中，DJK04的“给定”电压Ug为负给定，S2置于“负给定”，给定输出调到零，1(Ug)接(ASR)速度调节器给定端3(Usr)。转速反馈为正电压，(FBS)速度变换器3端接(ASR)的2(Ufn)端。5、6端短接（P调节器）。
②直流并励测功机先轻载，即负载电阻最大(R1=450Ω)，从零开始逐渐调大“给定”电压Ug，使电动机的转速接近n=l200rpm。
③减小负载电阻R1即增加直流电动机的负载，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） Id（A） ④将DJK04上的“(ASR)速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容C1=0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI (比例积分)调节器，再调节负载电阻R1，测量静态特性曲线n =f(Id)。
n（rpm） Id（A） 七、实验报告 (1)根据实验数据，画出Uct不变时直流电动机开环机械特性。
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电力传动实验指导书
