实训二 有静差转速负反馈直流调速系统

实训二 转速负反馈直流调速系统

一、实验目的

1．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

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。

五、预习要求

(1)复习自动控制系统(直流调速系统) 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)掌握调节器的基本工作原理。

(3)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。

(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。

②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

③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。

④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。

⑤将DJK04上的“给定”输出U g 直接与DJK02-1上的移相控制电压U ct 相接，将给定开关S 2拨到接地位置（即U ct =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α=120°(注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，而单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°) 。

⑥适当增加给定U g 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。

⑦用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“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。

⑧将DJK02-1面板上的U lf 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5-1的接线图接线，DJK02-1上的移相控制电压U ct 由DJK04上的“给定”输出U g 直接接入，直流发电机接负载电阻R ，L d 用DJK02上200mH ，将给定的输出调到零。

②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U g ，使电动机慢慢启动并使转速 n 达到1200rpm 。

③改变负载电阻R 的阻值，使电动机的电枢电流从空载直至I ed 。即可测出在U ct 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：

(3)Ud 不变时直流电机开环外特性的测定

①控制电压U ct 由DJK04的“给定”U g 直接接入，直流发电机接负载电阻R ，L d 用DJK02上200mH, 将给定的输出调到零。

②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U g ，使电动机启动并达到1200rpm 。

③改变负载电阻R ，使电动机的电枢电流从空载直至I ed 。用电压表监视三相全控整流输出的直流电压U d ，在实验中始终保持U d 不变(通过不断的调节DJK04上“给定”电压U g 来实现) ，测出在U d 不变时直流电动机的开环外特性n =f(Id ) ，并记录于下表中：

(4)基本单元部件调试

①移相控制电压U ct 调节范围的确定

直接将DJK04“给定”电压U

g 接入DJK02-1移相控制电压U ct 的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R ，用示波器观察U d 的波形。当给定电压U g 由零调大时，U d 将随给定电压的增大而增大，当U g 超过某一数值U g ＇时，U d 的波形会出现缺相现象，这时U d 反而随U g 的增大而减少。一般可确定移相控制电压的最大允许值为U ctmax =0.9Ug ＇，即U g 的允许调节范围为0～U ctmax 。如果我们把输出限幅定为U ctmax 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 g ＇于下表中：

②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”成为将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

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U ctmax 。

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U ctmax 。

C 、电流反馈系数的整定

直接将“给定”电压U g 接入DJK02-1移相控制电压U ct 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 d =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I d =l.3A时，“2”端I f 的的电流反馈电压U fi =6V，这时的电流反馈系数β= Ufi /Id = 4.615V/A。

D 、转速反馈系数的整定

直接将“给定”电压U g 接DJK02-1上的移相控制电压U ct 的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，L d 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U fn =-6V，这时的转速反馈系数α =Ufn /n =0.004V/(rpm)。

(5)转速单闭环直流调速系统

①按图8-1接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压U g 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 ，L d 用DJK02上200mH ，给定输出调到零。

②直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U g ，使电动机的转速接近n=l200rpm。

③由小到大调节直流发电机负载R ，测出电动机的电枢电流I d ，和电机的转速n ，直至I d =Ied ，即可测出系统静态特性曲线n =f(Id ) 。

七、实验报告

(1)根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的机械特性。

(2)根据实验数据，画出电流单闭环直流调速系统的机械特性。

(5)根据实验数据，画出电压单闭环直流调速系统的机械特性。

(6)比较以上各种机械特性，并做出解释。

八、思考题

(l)P调节器和PI 调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?

(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?

(3)改变“调节器I ”和“调节器II ”上可变电阻、电容的参数，对系统有什么影响？

九、注意事项

(1)双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。

(2)电机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电机启动。在启动前必须将移相控制电压调到零，使整流输出电压为零，这时才可以逐渐加大给定电压，不能在开环或速度闭环时突加给定，否则会引起过大的启动电流，使过流保护动作，告警，跳闸。

(3)通电实验时，可先用电阻作为整流桥的负载，待确定电路能正常工作后，再换成电动机作为负载。

(4)在连接反馈信号时，给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反，确保为负反馈，否则会造成失控。

(5)在完成电压单闭环直流调速系统实验时，由于晶闸管整流输出的波形不仅有直流成分，同时还包含有大量的交流信号，所以在电压隔离器输出端必须要接电容进行滤波，否则系统必定会发生震荡。

(6)直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。

(7)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。