电机与控制实验四

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1、电机与控制实验四实验报告课程名称_ 电机与控制实验_题目名称 _ 实验四 _学生学院信息工程_专业班级 12 级应用电子技术1 班学 号 3112002489 _学生姓名 _ 黄 鹏 _指导教师 _ 李优新 _2015年 5月 31日实验四双闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1) 了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理(2) 掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。(3) 研究调节器参数对系统动态性能的影响。二、实验所需挂件及附件序号型号备注该控制屏包含“三相电源输岀”，“励磁电源”等几个1DJK01 电源控制屏模块。DJK02 晶闸管主电路2该挂

2、件包含“触发电路”， “正桥功放”，“反桥功3 DJK02-1 三相晶闸管触发电路放”等几个模块。该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，4DJK04 电机调速控制实验1“电流反馈与过流保护”等几个模块。5 DJK08 可调电阻、电容箱DD03-2 电机导轨、测速发电机及转速或 DD03-3 电机导轨、光码盘测速系统及数显转速6表表7DJ13-1 直流发电机DJ15 直流并励电动机89 D42 三相可调电阻10慢扫描示波器自备11万用表自备、实验线路及原理许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机

3、械的生产效率。为缩短这一部分时间，仅采用PI 调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能( 两个调节器均采用PI 调节器 ) ，由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理框图组成如下 :三相电源输出:兰#/ 3触发正桥二相速度了; 电流血11亠 !- IJE-J L-调肖器 -t电路功放整流- 调节器0II8 TRu C7励磁电源速度1变换 2图 4-1双闭环直流调速系统原理框图启动时，加入给定电压Ug, “速

4、度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速( 即 ug=U fn) ，并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压ug 的大小即可方便地改变电动机的转速。“电流调节器”、“速度调节器”均设有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电 压 UCt ，利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制 a max 的目的。四、实验内容(1) 各控

5、制单元调试。(2) 测定电流反馈系数 B、转速反馈系数 a。(3)测定开环机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性n=f(I d )。闭环控制特性n=f(U g )的测定。(5)观察、记录系统动态波形。五、预习要求(1) 阅读电力拖动自动控制系统教材中有关双闭环直流调速系统的内容，掌握双闭环直流调速系统的工作原理。(2) 理解 PI ( 比例积分 ) 调节器在双闭环直流调速系统中的作用，掌握调节器参数的选择方法。(3) 了解调节器参数、反馈系数、滤波环节参数的变化对系统动、静态特性的影响。六、思考题(1) 为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为PI 调节器 ？答：当仅有比例控制时系统输出存在

6、稳态误差，为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。(2)转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象？答：转速负反馈的极性如果接反就会形成正反馈，使系统失去调节转速作用，甚至造成失控。(3)双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变？哪些参数的变化会引起电动机最大电流的变化？答：当改变给定或磁通及改变反馈通路的系数可以改变转速，负载扰动与电网电压波

7、动则可通过自动调节使转速回来原来的值。转速调节器输出限幅值决定电动机允许的最大电流，改变其幅值可以改变电机最大电流。七、实验方法 DJK02 和 DJK02-1 上的“触发电路”调试 打开 DJK0 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 勺“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

8、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 DJK04E 的“给定”输出Ug 直接与 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a。=120 适当增加给定 Ug 的正电压输出，观测DJK02-1上 “脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。 将 DJK02-1 面板上的 Uf 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

9、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）双闭环调速系统调试原则 先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。 先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后，才可组成闭环系统。 先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调试转速外环。 先调整稳态精度，后调整动态指标。（ 3） 控制单元调试 移相控制电压UCt 调节范围的确定直接将 DJK04 合定电压 Ug 接入 DJK02-1 移相控制电压Ut 的输入端，“正桥三相全控整流”输出接电阻负载R,负载

10、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U 由零调大， Ud 将随给定电压的增大而增大，当U 超过某一数值 U/时， Ud 的波形会出现缺相的现象，这时Ud 反而随 Ug 的增大而减少。一般可确定移相控制电压的最大允许值UCtmax = 0.9U g/, 即 Ug 的允许调节范围为0? Umax。如果我们把输出限幅定为Umax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U/ 于下表中 :U/UCtmax =0.9U g /将给定退到零，再按停止按钮切断

11、电源，结束步骤。 调节器的调零将 DJK04 中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK0 沖的可调电阻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。将 DJK0 仲“电流调节器”所有输入端接地，再将DJK0 沖的可调电阻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

12、“11 ”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 调节器正、负限幅值的调整把“速度调节器”的“5”、“ 6”短接线去掉，将DJK0 沖的可调电容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 勺 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。把“电流调节器”的“8”、“ 9”短接线去掉，将DJK0 沖的可调电容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DJK0

13、4 勺 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Umax 。 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U=220V 寸，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I d=l.3A 时，“ 2”端 If 的的电流反馈电压Ui =6V, 这时的电流反馈系数B =

14、 Ui/I d=4.615V/A 。转速反馈系数的整定直接将“给定”电压U 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 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=150Orpn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Un=-6V ，这时的转速反馈系数a=U fn/n =0.004V/gm)。开环外特性的测定 DJK02-1 控制电压 UCt 由 DJK04E 的给定输出 Ug 直接接入，“三相全控整流”电路接电动机， Ld 用 DJK021 的 2

15、00mH 直流发电机接负载电阻 R,负载电阻放在 最大值，输出给定调到零。按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug，使电机启动升速，调节U和R使电动机电流Id=Ied，转速到达1200rpm。增大负载电阻R 阻值 ( 即减小负载 ) ，可测出该系统的开环外特性n =f(I d),记录于下表中：n f rpm)1200119511901185117511601000Id fA)-0.18-0.25-0.28-0.3-0.35-0.45-1.48将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。(5)系统静特性测试 按图 4-1 接线， DJK04 的给定电压 Ug 输

16、出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发电机接负载电阻R, L d 用 DJK021 的 200mH 负载电阻放在最大值，给定的输出调到零。将速度调节器，电流调节器都接成P ( 比例 ) 调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统，按下启动按钮，接通励磁电源，增加给定，观察系统能否正常运行，确认整个系统的接线正确无误后，将“速度调节器”，“电流调节器”均恢复成PI ( 比例积分 ) 调节器，构成实验系统。 机械特性 n =f(l d)的测定A、发电机先空载，从零开始逐渐调大给定电压Ug，使电动机转速接近n=l200rpm ，然后接入发电机负载电阻R,逐渐改变负载电阻，直至ld=G ，即可测出系统

17、静态特性曲线n =f(l d)，并记录于下表中：n ( rpm )1200120012001200119211921187Id ( A)0.180.330.560.861.241.301.65B、降低 U，再测试 n=800rpmP 寸的静态特性曲线，并记录于下表中:n ( rpm )800800800800795789786Id ( A)0.120.210.430.680.700.781.06C、闭环控制系统 n=f(U g)的测定调节 U 及 R,使 I d =l ed 、 n= l200rpm ，逐渐降低 U，记录 U 和 n，即可测出闭环控制特性 n = f(U g)。n ( rpm

18、)120011481125110710811041956Ug ( V)4.224.043.963.893.803.663.35(6)系统动态特性的观察用慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下( “速度调节器”的增益和积分电容、“电流调节器”的增益和积分电容、“速度变换”的滤波电容) ， 用示波器观察、记录下列动态波形： 突加给定 U， 电动机启动时的电枢电流ld( “电流反馈与过流保护”的“2” 端 )波形和转速 n( “速度变换”的“3”端 )波形。 突加额定负载 ( 20% 心 =100% 吻时电动机电枢电流波形和转速波形。 突降负载 ( 100%l ed= 20%l ed )时电动

19、机的电枢电流波形和转速波形。八、实验报告根据实验数据，画出闭环控制特性曲线n =f(U g ) 根据实验数据，画出两种转速时的闭环机械特性n =f(I d)。120512001195119011851180(3)根据实验数据，画出系统开环机械特性n =f(l d)，计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。速降n = nO-n=1200rpm-1000rpm=200rpm静差率Sn= A n/n0=200rpm/1200rpm*100%=16.67%(4)分析系统动态波形，讨论系统参数的变化对系统动、静态性能的影响。答：从直流电机的开环外特性曲线可以看出，当UCt 不变时，转速n 随着 Id 的增大而增大；在转速单闭环直流调速系统中，电机在一定负载范围内可以保持一定的转速，这是因为有了调节器的调节而保持一定的转速，但当超过了最大负载值时，转速n 随着 Id 的增大而减小；但当初始转速不同时，初始转速小的下环直流调速系统中，转速降幅度比较明显。在电压单闭n 和 Id 成正比例关系。九、注意事项(1) 参见本教材实验二十五的注意事项。(2) 在记录动态波形时，可先用双踪慢扫描示波器观察波形，以便找出系统动态特性较为理想的调节器参数，再用数字存储示波器或记忆示波器记录动态波形。