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1、 课 程 教 案 课程名称： 交直流调速系统实验 任课教师： 张振飞 所属院部： 电气与信息工程学院 教学班级：自动化1401-1404班、自动化卓越1401 教学时间： 20162017学年第二学期 湖 南 工 学 院课程基本信息课程名称交直流调速系统实验课程代码G0103244总计： 学时讲课： 学时实验： 8 学时上机： 学时课程设计： 周学 分类别必修课（ ） 选修课（ ） 理论课（ ） 实验课（ ）任课教师张振飞职称高级实验师授课对象专业班级： 自动化14011404班、自动化卓越1401 共 5 个班课程简介（不超过1000字）1、 课程性质、地位：本课程为实验课，是自动化专业的专
2、业课程实验。2、 课程目标、本课程目标是提高学生在本课程领域的实践动手能力，侧重培养学生对交直流调速系统的认知、分析、电气调试能力，并在此基础上加深对理论课程的理解。3、主要内容实验一、晶闸管直流调速系统主要单元的调试实验（验证性）实验二、单闭环不可逆直流调速系统实验（验证性）实验三、三相正弦波脉宽调制（SPWM）变频实验（综合性）实验四、三相空间电压矢量（SVPWM）变频原理实验（综合性）基本教材和主要参考资料1教材交直流调速系统实验指导书湖南工学院电气与信息工学院实验中心编2参考资料DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验指导书天煌教仪编写28P湖南工学院教案用纸实验一、 晶闸管直流调速系
3、统主要单元的调试一、本次课主要内容1、速度调节器的调试。 2、电流调节器的调试。二、教学目的与要求1、熟悉直流调整系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。2、掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法三、教学重点难点 1、重点是调试步骤和方法的掌握。 2、难点是对PI动态特性的理解。四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。五、作业与习题布置 撰写实验报告一、实验目的(1)熟悉直流调整系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。(2)掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二、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“
4、三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。2DJK04 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。3DJK08可调电阻、电容箱4慢扫描示波器5万用表三、实验内容(1)速度调节器的调试(2)电流调节器的调试四、实验方法将DJK04挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源开关，即可以开始实验。(1)速度调节器的调试调节器调零将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“速度调节器”成为P (比例)调节器。调节面板上的调零电位器RP3，用万
5、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。调整输出正、负限幅值把“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的给定输出端接到速度调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，观察调节器输出正电压的变化。测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接（将“5”、“6”端短接），使速度调节器为P（比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲
6、线。观察PI特性拆除“5”、“6”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。(2)电流调节器的调试调节器的调零 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“电流调节器”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。调整输出正、负限幅值把“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
7、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，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，观察输出正电压的变化。测定输入输出特性再将反馈网络中的电容短接（将“9”、“10” 端短接），使电流调节器为P调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。观察PI特性拆除“9”、“10”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。五、实验报告(1)画速度调节器和电流调节器的输入输出特性图，并分析其特点。
8、(2)贴出不同电阻电容下的PI特性波形，并分析其特征。实验后记：实验二、 单闭环不可逆直流调速系统实验一、本次课主要内容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。 5、电流单闭环直流调速系统。（选做）二、教学目的与要求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。三、教学重点难点 1、重点是开、闭环特性的测试和比较。 2、难点是对PI系数的调整。四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、讨论、演示、实
9、际操作等。五、作业与习题布置 撰写实验报告一、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1DJK01 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。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”,“正桥功放”，“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-
10、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慢扫描示波器11万用表三、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
11、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。在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”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U
12、Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。图2-1 转速单闭环系统原理图图2-2 电流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
13、开环特性的测定。 (5)转速单闭环直流调速系统。 (6)电流单闭环直流调速系统。（选做）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 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
