交流调速实验

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 型 号 备 注 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”，“励 磁电源”等几个模块。 2 DJK02 晶闸管主电路   3 DJK02-1 三相晶闸管触发电路 该挂件包含“触发电路”,“正桥功 放”，“反桥功放” 等几个模块。 4 DJK04 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 DJK08 可调电阻、电容箱   6 DD03-2 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” 7 DJ13-1 直流发电机   8 DJ15 直流并励电动机   9 D42 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5-7    转速单闭环系统原理图 四、实验内容 (1)学习DJK01“电源控制屏”的使用方法。 (2)DJK04上的基本单元的调试。 (3)Uct不变时直流电动机开环特性的测定。 (4)Ud不变时直流电动机开环特性的测定。 (5)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 α=120°。 ⑥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。 ⑦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。 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Ug，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）               Id（A）                               3:给定电压Ug不变时,单闭环调速系统的机械特性的测定 ①按接线图分别将主回路和控制回路接好线。 “给定”信号Ug接至ASR 的输入端;在ASR调节器中选择合适的比例电阻R和积分电容C.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。 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Ug，使电动机慢慢 启动并使转速  n 达到1200rpm。如转速振荡,调节R、C的值，使系统稳定。 ③系统稳定后，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Ug不变时的单闭环直流高速系统的机械特性n = f(Id)，测量 并记录数据于下表： n（rpm）               Id（A）                               七、实验 (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，画出转速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。 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  “速度调节器”的电阻、电容参数，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)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。 230 实验二    单相正弦波脉宽调制 SPWM 变频调速系统实验 一、实验目的 (1)掌握异步电动机变频调速的原理。 (2)了解异步电动机变频调速运行的基本参数，V/f 曲线。 二、实验所需挂件及附件 序号 编 号 备 注 1 DJK01 电源控制屏 该控制屏包含“三 相 电源输 出”，“励磁电源”等几个模块。 2 DJK11 单相异步电机 SPWM 变频 调速 或 DJK14 3 DJ21-1 单相电阻启动异步电动 机   4 双踪示波器 自备 5 万用表 自备       三、实验线路及原理 单相异步电动机的调速除了其起动需要另加附加绕组及相关电路之外， 其变频调速原理与三相异步电动机相同，下面仍然以三相异步电动机的调速 原理来说明，由电机学可知，电机的转速表达式为 60f1 n =    (1- s)= n (1- s) p    o 其中 f1 为定子供电频率；p 为电机的磁极对数；s 为转差率，由上式可 知改变定子供电频率 f1 可以改变电机的同步转速，从而实现了在转差率 s 保 持不变情况下的转速调节，为了保持电机的最大转矩不变，希望维持电机气 231 PDF 文件使用  "pdfFactory Pro" 试用版本创建  www.fineprint.com.cn 隙磁通恒定，因而要求定子供电电压也随频率作相应调整。即 E1 = 4.44f1ω K1φ φ = E1 (    1    ) f1  4.44ω K1 在忽略定子阻抗压降的情况下，E1≈U1 ? φ≈ U1 ? C,其中c =    1    为常数。为使气隙磁通恒定，在改变定子频 f1    4.44ω K1 率 1 的同时必须同时改变电压 U ，即保证φ = U1 = 常数 。 f1 单相正弦波脉宽调制逆变电路的输出电压与频率就是根据上述要求而设 计的，因此由该逆变器供电的单相电动机可以实现速度调节的要求，其原理 框图如图 7－3 所示。 232 PDF 文件使用  "pdfFactory Pro" 试用版本创建  www.fineprint.com.cn 图 7-3    单相正弦波脉宽调制变频调速原理框图 单相异步电机采用电阻分相启动式，启动绕组串接 PTC 保护器，当启动 完毕时在离心开关的作用下自动切除启动支路。 在微处理器的控制下，利用键盘可以改变电路输出的 V/f 比值，用键控 方式改变输出频率以达到调频调速的目的。 关于逆变电路的原理请参考相关书籍、其输出电压波形为脉冲宽度按正 弦规律变化的调制波，其中含有基波分量和各种高次谐波，以基波分量为主， 谐波分量较小，当基波频率与幅值按某种恒压/频的规律变化时，电机转速随 之改变。 四、实验内容 (1)V/f 曲线测定。 (2)观察低频补偿对于提高启动力矩的效果。 五、思考题 (1)单相异步电动机有哪几种启动方式？在变频调速时，为什么不采用电 容分相起动？