电力拖动自控系统实验

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1、学学 号：号： 2011133308电力拖动自控系统实验电力拖动自控系统实验报告书报告书专业班级 2011 级自动化三班 学生姓名 实验地点 睿智楼 10309 报告日期 电力拖动自控系统实验2011 级自动化 3 班 摘要：本次实验课程以双环直流调速系统为例进行拖动控制综合实验。通过本次实验掌握晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、各单元部件及系统的调试方法；能综合动用所学的理论知识，分析和解决实验中出现的问题；通过对系统物理现象的实验分析，牢固掌握自动空盒子系统的有关理论知识。实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合。关键词：双闭环直流调速系统 速度调节器 电流调节器 三相晶

2、闸管第一章概述1.1 实验性质本次实验课程以双环直流调速系统为例进行拖动控制综合实验。通过本次实验掌握晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、各单元部件及系统的调试方法；能综合动用所学的理论知识，分析和解决实验中出现的问题；通过对系统物理现象的实验分析，牢固掌握自动空盒子系统的有关理论知识；并要求学生初步具有设计、安装、调试拖动控制系统的能力。1.2 实验装置DJDK-1 型 电力电子技术及电机控制实验装置简介 1.2.1 控制屏介绍及操作说明 一、特点 (1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方 便、功能齐全、综合性能好。 (2)实验装置占地面积小，节约实

3、验室用地。 (3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全。 (4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观。 (5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护 装置，切实有效保护操作者的人身安全，为开放性的实验室创造了前提条件。 (6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互 插。 二、技术参数 (1)输入电压 三相四线制 380V10% 50Hz (2)工作环境 环境温度范围为-540,相对湿度30O，防止出现逆变颠覆的情况。2、触发脉冲指示 在触发脉冲指示处设有钮子开关用以控制触发电路，开关拨到左边，绿色发光管亮， 在触发脉

4、冲观察孔处可观测到后沿固定、前沿可调的宽脉冲链；开关拨到右边，红色发光 管亮，触发电路产生双窄脉冲。图 1-4 三相触发电路面板图3三相同步信号输入端 通过专用的十芯扁平线将 DJK02 上的“三相同步信号输出端”与 DJK02-1“三相同步信 号输入端”连接，为其内部的触发电路提供同步信号；同步信号也可以从其他地方提供， 但要注意同步信号的幅度和相序问题。4、控制电路 其线路原理如图 1-5 所示。在由原 KC04、KC41 和 KC42 三相集成触发电路的基础上， 又增加了 4066、4069 芯片，可产生三相六路互差 60的双窄脉冲或三相六路后沿固定、 前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使

5、用。图 1-5 触发电路原理图6、正、反桥功放电路正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图 1-6 所示；由触发电路输出的脉冲 信号经功放电路中的 V2、V3 三极管放大后由脉冲变压器 T1 输出。Ulf 即为 DJKO2 面板上 的 Ulf ,接地才可使 V3 工作，脉冲变压器输出脉冲；正桥共有六路功放电路，其余的五路电 路完全与这一路一致；反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是控制端不一样，将 Ulf 改 为 Ulr。图 1-6 功放电路原理图 7、正桥控制端 Ulf 及反桥控制端 Ulr 这两个端子用于控制正反桥功放电路的工作与否，当端子与地短接，表示功放电路工 作， 触发电路产生的脉

6、冲经功放电路从正反桥脉冲输出端输出；悬空表示功放不工作；Ulf 控制 正桥功放电路，Ulr 控制反桥。8、正、反桥脉冲输出端 经功放电路放大的触发脉冲，通过专用的 20 芯扁平线将 DJK02“正反桥脉冲输入端” 与 DJK02-1 上的“正反桥脉冲输出端”连接，为其晶闸管提供相应的触发脉冲；接口的详 细情况详见附录相关内容。1.3 实验情况简介实验中我们五个人一组，我与另外一个同学负责接线，检查线路，保证实验的正常进行，另外三个同学则负责实验调试及实验数据的记录、处理。在遇到问题时我们先是小组讨论，还不能解决时则向老师求教，每次实验都保证实验数据的科学采集、实验原理的基本掌握，课后则认真处理

7、数据。在老师的指导和小组成员的共同努力下我们完成了本科目的全部实验。第二章双闭环直流调速系统固有参数和环节特性测定2.1 主电路总电阻测量1.测量原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。在本次实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压 Ug 作为触发器的偏移电压 Uc1，改变 Ug 的大小即可改变控制角 a，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理图如图图 2-1 所示。电枢回路的总电阻 R 包括电机的电枢电阻 Ra、平波电抗器的直流电阻 RL 及整流装置的内阻 Rn，即 R = Ra 十 RL 十 R

8、n (2-1)由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压 U0，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法。将变阻器 R1、R2 接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上 S1、S2，调节给定使输出直流电压 Ud 在 30%Ued70%Ued 范围内，然后调整 R2 使电枢电流在 80%Ied90%Ied 范围内，读取电流表 A 和电压表 V2的数值为 I1、U1，则此时整流装置的理想空载电压为 Udo=I1R+U1 （2-2） 调节 R1 使之与 R2 的电阻

9、值相近，拉开开关 S2，在 Ud 的条件下读取电流表、 电压表的数值 I2、U2，则 UdoI2R 十 U2 (2-3)图 2-1 实验系统原理图图 2-2 伏安比较法实验线路图求解(2-2)、(2-3)两式，可得电枢回路总电阻:R（U2-U1）/（I1-I2） (2-4) 如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得 RL 十 Rn=(U2-U1)/(I1- I2) (2-5)则电机的电枢电阻为 Ra=R-(RL 十 Rn)。 (2-6)同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻 RL。（1） 测量过程及原始数据记录（2） 数据处理1U 2U 1I 2I数据一44640.840.14数据二41

10、600.970.21数据三51590.550.26RR所以测量的主电路总电阻是 27.2.2 电磁时间常数测量1.电路图及测量原理采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数 Td，电枢回路突加给定电压时，电流 id 按指数规律上升：，其电流变化曲线如下图 2-3 所示，当 t=Td 时，有 图 2-3 电流上升曲线 图 2-4 测定 Td 的实验线路图实验线路如图 2-4 所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在 50%Ied-90%Ied 范围内。然后保持 Ug 不变，将给定的 S2 拨到接地位置，然后拨到给定 S2 从接地到正电压阶跃信号，用数字存储示波器记录id=f（t）的波形，在波形图

11、上测量出当电流上升至稳定值的 63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数 Td。（1） 测量过程及原始数据记录（2） 数据处理因为在波形图上测量出当电流上升至稳定值的 63.2%时的时间，即为数据一28.6数据二25数据三27.627电枢回路的电磁时间常数=10ms.dT2.3 机电时间常数测量1.测量原理系统的机电时间常数可由下式计算由于 TMTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即当电枢突加给定电压时，转速 n 将按指数规律上升，当 n 到达稳态值的 63.2%时,所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除，突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过

12、渡过程曲线 n=f(t)，即可由此确定机电时间常数。（1） 测量过程及原始数据记录nt0.14s0.5s1.50.632n（2） 数据处理当电枢突加给定电压时，转速 n 将按指数规律上升，当 n 到达稳态值的63.2%时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数=0.14sTM2.4 电势常数测量1.测量原理将电动机加额定励磁，使其空载运行，改变电枢电压 Ud，测得相应的 n 即可由下式算出 Ce：Ce=Ke=（Ud2-Ud1）/（n2-n1） 式中，Ce 的单位为 V/（rmp） 。转矩常数（额定磁通）Cm 的单位为 Nm/A。Cm 可由 Ce求出：（1） 测量过程及原始数据记录 （2） 数据

13、处理所以测量的电势常数=0.141V/（rpm）eC2.5 晶闸管输入输出特性测量1.电路图及测量原理将 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 “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。调整输出正、负限幅值把“5” 、 “6”短接线去掉，将 DJK

14、08 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， 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1dU

15、 2dU 1n 2n数据一4799322.8686.6数据二4084270.0584.5数据三50113344.4794.8eCeC数据一0.1429数据二0.1399数据三0.13980.141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“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

16、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