电力电子与电力传动综合实验指导书正文.doc

第一部分 绪论本指导书是根据电力电子与电力传动课程实验教学大纲编写的，适用于电气工程及其自动化专业。一、 本课程实验的作用与任务电力电子与电力传动实验是电力电子技术、电力拖动控制系统课程中重要的实践环节，通过实验，使学生加深对课堂教学内容的理解，培养学生使用某些设备的能力和运用实验方法研究电力电子技术、电力拖动自动控制的初步能力。对于进一步加强理论和实践相结合，提高学生分析问题、解决问题的能力有重要意义。 本课程实验的主要任务是提高学生动手能力，在试验过程中遇到问题，能够分析思考和解决。对于实验结果能够按照理论知识进行解释，从而可以深化所学理论知识，把理论和实践统一起来。二、 本课程实验的基础知识电力电子与电力传动实验的内容主要包括单闭环不可逆直流调速系统、双闭环不可逆直流调速系统、逻辑无环流可逆直流调速系统、双闭环控制可逆直流脉宽调速系统（H 桥）、三相异步电机变频调速、半桥型开关稳压电源的性能研究、反激式电流控制开关稳压电源实验、直流斩波电路的性能研究等内容。三、本课程实验教学项目及其教学要求序号实验项目名称学时教学目标、要求1单闭环不可逆直流调速系统2主电路、控制电路的接线。对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。2双闭环不可逆直流调速系统2主电路、控制电路的接线。对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。3逻辑无环流可逆直流调速系统2主电路、控制电路的接线。对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。4双闭环控制可逆直流脉宽调速系统（H 桥）2主电路、控制电路的接线。对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。5三相异步电机变频调速实验2主电路、控制电路的接线。对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。熟练掌握数字示波器的使用。6半桥型开关稳压电源的性能研究2主电路、控制电路的接线。对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。熟练掌握数字示波器的使用。7反激式电流控制开关稳压电源实验2主电路、控制电路的接线。对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。熟练掌握数字示波器的使用。8直流斩波电路的性能研究2主电路、控制电路的接线。对于实验过程中的问题能够解决，解释、记录实验数据。熟练掌握数字示波器的使用。合计16第二部分 基本实验指导实验一 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。图1-1 转速单闭环系统原理图图1-2 电流单闭环系统原理图三、 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”,“正反桥功放” 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5DJK08 可调电阻、电容箱6DD03-2 电机导轨测速发电机及转速表或者“DD03-3 电机导轨光码盘测速系统及数显转速表”7DJ13-1直流发电机8DJ15直流并励电动机9D42三相可调电阻10示波器TDS21011万用表MF47四、 实验内容与步骤(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。 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VT1VT6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 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)，测量并记录数据下表：n（rpm）Id（A）(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，使电机的电枢电流从Ied直至空载。用电压表监视三相全控整流输出的直流电压Ud,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：n（rpm）Id（A）(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。一般可确定移相控制电压最大允许值为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：UgUctmax=0.9Ug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0.47F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Uctmax。把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47F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，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，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1-1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）Id（A）(6)电流单闭环直流调速系统 按图1-2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，直至电动机Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线n =f(Id)。n（rpm）Id（A）五、 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。 (2)根据实验数据，画出Ud不变时直流电动机开环机械特性。 (3)根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的机械特性。 (4)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)比较以上各种机械特性，并做出解释。六、 实验注意事项(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)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。(6)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。七、 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“电流调节器”及“速度调节器”的电阻、电容参数，对系统有什么影响？实验二 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： 启动时，加入给定电压Ug，“速度调节器”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=Ufn)，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max的目的。图2-1 双闭环直流调速系统原理框图三、 实验所需挂件序号型号备注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”,“正反桥功放” 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5DJK08 可调电阻、电容箱6DD03-2 电机导轨测速发电机及转速表或者“DD03-3 电机导轨光码盘测速系统及数显转速表”7DJ13-1直流发电机8DJ15直流并励电动机9D42三相可调电阻10示波器TDS21011万用表MF47四、实验内容与步骤(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。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VT1VT6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：UgUctmax=0.9Ug将给定退到零，再按停止按钮切断电源，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。 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。 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DJK08中的可调电容0.47F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。 把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47F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。 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。 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，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)。 (4)开环外特性的测定 DJK02-1控制电压Uct由DJK04上的给定输出Ug直接接入，“三相全控整流”电路接电动机， d用DJK02上的200mH，L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Ug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（Id），记录于下表中：n（rpm）Id（A）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2-1接线，DJK04的给定电压Ug输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发电机接负载电阻R，Ld用DJK02上的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(Id)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Id=Ied，即可测出系统静态特性曲线n=f(Id)，并记录于下表中：n（rpm）Id（A）B、降低Ug，再测试n=800rpm时的静态特性曲线，并记录于下表中：n（rpm）Id（A）C、闭环控制系统n=f(Ug)的测定调节Ug及R，使Id=Ied、n= l200rpm，逐渐降低Ug，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。n（rpm）Ug（V）(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Ug，电动机启动时的电枢电流Id(“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%Ied100%Ied)时电动机电枢电流波形和转速波形。 突降负载(100%Ied20%Ied)时电动机的电枢电流波形和转速波形。五、实验报告(1)根据实验数据，画出闭环控制特性曲线n=f(Ug)。(2)根据实验数据，画出两种转速时的闭环机械特性n=f(Id)。(3)根据实验数据，画出系统开环机械特性n =f(Id)，计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。(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。六、注意事项(1) 参见本教材实验三的注意事项。(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。七、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?(2)转速负反馈的极性如果接反会产生什么现象?(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?实验三 逻辑无环流可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解、熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成。(2)掌握各控制单元的原理、作用及调试方法。(3)掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的调试步骤和方法。(4)了解逻辑无环流可逆直流调速系统的静态特性和动态特性。二、实验线路及原理 在此之前的晶闸管直流调速系统实验，由于晶闸管的单向导电性，用一组晶闸管对电动机供电，只适用于不可逆运行。而在某些场合中，既要求电动机能正转，同时也能反转，并要求在减速时产生制动转矩，加快制动时间。要改变电动机的转向有以下方法，一是改变电动机电枢电流的方向，二是改变励磁电流的方向。由于电枢回路的电感量比励磁回路的要小，使得电枢回路有较小的时间常数。可满足某些设备对频繁起动，快速制动的要求 。 本实验的主回路由正桥及反桥反向并联组成，并通过逻辑控制来控制正桥和反桥的工作与关闭，并保证在同一时刻只有一组桥路工作,另一组桥路不工作，这样就没有环流产生。由于没有环流,主回路不需要再设置平衡电抗器，但为了限制整流电压幅值的脉动和尽量使整流电流连续，仍然保留了平波电抗器。 该控制系统主要由“速度调节器”、“电流调节器”、“反号器”、“转矩极性鉴别”、“零电平检测”、“逻辑控制”、“速度变换”等环节组成。其系统原理框图如图5-10所示。 正向启动时，给定电压Ug为正电压，“逻辑控制”的输出端Ulf为“0”态，Ulr为“1”态，即正桥触发脉冲开通，反桥触发脉冲封锁，主回路“正桥三相全控整流”工作，电机正向运转。 当Ug反向，整流装置进入本桥逆变状态，而Ulf、Ulr不变，当主回路电流减小并过零后，Ulf、Ulr 输出状态转换，Ulf为“1”态， Ulr为“0”态，即进入它桥制动状态，使电机降速至设定的转速后再切换成反向电动运行；当Ug=0时，则电机停转。反向运行时，Ulf为“1”态，Ulr为“0”态，主电路“反桥三相全控整流”工作。“逻辑控制”的输出取决于电机的运行状态，正向运转，正转制动本桥逆变及反转制动它桥逆变状态，Ulf为“0”态，Ulr为“1”态，保证了正桥工作，反桥封锁；反向运转，反转制动本桥逆变，正转制动它桥逆变阶段，则Ulf为“1”态，Ulr为“0”态，正桥被封锁，反桥触发工作。由于“逻辑控制”的作用，在逻辑无环流可逆系统中保证了任何情况下两整流桥不会同时触发，一组触发工作时，另一组被封锁，因此系统工作过程中既无直流环流也无脉动环流。图3-1 逻辑无环流可逆直流调速系统原理图三、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”,“正反桥功放” 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5DJK08 可调电阻、电容箱6DD03-2 电机导轨测速发电机及转速表或者“DD03-3 电机导轨光码盘测速系统及数显转速表”7DJ13-1 直流发电机8DJ15 直流并励电动机9D42 三相可调电阻10示波器TDS21011万用表MF47四、实验内容与步骤(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=170。 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Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正、反桥触发脉冲输出”端和DJK02“正、反桥触发脉冲输入”端相连，分别将DJK02正桥和反桥触发脉冲的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1VT6和反桥VT1VT6的晶闸管的门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。 (2)逻辑无环流调速系统调试原则 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。 先双闭环、后逻辑无环流，即先使正反桥的双闭环正常工作，然后再组成逻辑无环流。 先调整稳态精度，后调动态指标。 (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。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：UgUctmax=0.9Ug给定退到零，再按“停止”按钮，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。 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。 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DJK08中的可调电容0.47F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+6V。 把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47F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。 “转矩极性鉴别”的调试 “转矩极性鉴别”的输出有下列要求: 电机正转，输出UM为“1”态。 电机反转，输出UM为“0”态。 将给定输出端接至“转矩极性鉴别”的输入端，同时在输入端接上万用表以监视输入电压的大小，示波器探头接至“转矩极性鉴别”的输出端，观察其输出高、低电平的变化。“转矩极性鉴别”的输入输出特性应满足图3-2a所示要求，其中Usr1=-0.25V，Usr2=+0.25V(a)转矩极性检测 (b)零电平检测 图3-2 转矩极性鉴别及零电平检测输入输出特性“零电平检测”的调试其输出应有下列要求:主回路电流接近零，输出UI为“1”态。主回路有电流，输出UI为“0”态。其调整方法与“转矩极性鉴别”的调整方法相同，输入输出特性应满足图3-11b所示要求，其中Usr1=0.2V，Usr2=0.6V。“反号器”的调试 A、调零