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1、运动控制系统实验指导书运动控制系统实验指导书20132013 年年 3 3 月月1目目 录录第一部分 MCL11 型电机及控制教学实验台介绍 2第二部分 实验项目实验项目实验一 晶闸管直流调速系统电流-转速调节器调试8实验二 双闭环晶闸管不可逆单闭环直流调速系统测试 10实验三 异步电动机的变压变频调速演示实验152第一部分 MCLMCL1111 型电机及控制教学实验台介绍型电机及控制教学实验台介绍一、实验机组直流电动机：PN=185w，UN=220V，IN=1.1A，nN=1500r/pm。二、实验挂箱(1)MCL18 挂箱：G(给定)，(GT+MF)触发电路及功放，单双脉冲观察，(FBC+
2、FA)电流反馈及过流过压保护，零速封锁器（DZS），速度变换器(FBS)，速度调节器(ASR)，电流调节器(ACR)。(2)MCL33 挂箱：脉冲通断控制及显示，一组、二组可控硅，平波电抗器。(3)MEL11 挂箱：六组可调电容。三、选配挂箱(1)MEL03 挂箱：可调电阻器。(2)电机导轨及测速发电机，直流发电机 M01：PN100W，UN=200V。(3)电机导轨及测功机、测速发电机，MEL13 组件。 控制系统挂箱介绍和使用说明（一）、MCL18 挂箱MCL18 由 G(给定)，(GT+MF)触发电路及功放，双脉冲观察，(FBC+FA)电流反馈及过流过压保护，零速封锁器（DZS），速度变
3、换器(FBS)，速度调节器(ASR)，电流调节器(ACR)组成。 1.G(给定)原理图如图 1-1。它的作用是得到下列几个阶跃的给定信号：(1)0V 突跳到正电压，正电压突跳到 0V；(2)0V 突跳到负电压，负电压突跳到 OV；(3)正电压突跳到负电压。负电压突跳到正电压。3图 1-1 给定原理图正负电压可分别由 RP1、RP2 两多圈电位器调节大小(调节范围为 013V 左右)。数值由面板右边的数显窗读出。只要依次扳动 S1、S2 的不同位置即能达到上述要求。(1)若 S1 放在“正给定”位，扳动 S2 由“零”位到“给定”位即能获得 0V 突跳到正电压的信号，再由“给定”位扳到“零”位能
4、获得正电压到 0V 的突跳；(2)若 S1 放在“负给定”位，扳动 S2，能得到 0V 到负电压及负电压到 0V 的突跳；(3)S2 放在“给定”位，扳动 S1，能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。使用注意事项：给定输出有电压时，不能长时间短路，特别是输出电压较高时，否则容易烧坏限流电阻。2.脉冲控制及移相本实验台提供“双窄”脉冲。，每组“双窄”脉冲相位差为 60。，经过调制的“双窄”脉冲(调制频率大约为 310KHz)，作为三相调压的专用触发脉冲，触发脉冲分别由两路功放进行放大，分别由 Ublf和 Ublr进行控制。当 Ublf接地时，第一组脉冲放大电路进行放大，脉冲由 X1 插座输
5、出。当 Ublr接地时，第二组脉冲放大电路进行工作，脉冲由 X2 输出。脉冲移相由 Uct端的输入电压进行控制，当 Uct端输入正信号时，脉冲前移，Uct端输入负信号时，脉冲后移，移相范围为 l0。160。偏移电压调节电位器 RP 调节脉冲的初始相位，不同的实验初始相位要求不一样。3.FBC+FA+FT(电流变送器与过流过压保护)此单元有三种功能：一是检测电流反馈信号，二是发出过流信号。三是发出过压信号。电路图为 1-2。(1)电流变送器电流变送器适用于可控硅直流调速装置中，与电流互感器配合，检测可控硅交流器交流进线电流，以获得与交流器电流成正比的直流电压信号，零电流信号和过电流逻辑信号等。电
6、流互感器的输出接至输入 TA1，TA2，TA3，反映电流大小的信号经三相桥式整流电路整流后加至 9R1、9R2、VD7 及 RP1、9R3、9R20 组成的各支路上，其中：a9R2 与 VD7 并联后再与 9R1 串联，在其中点取零电流检测信号。b将 RP1 的可动触点输出作为电流反馈信号 Ii，反馈强度由 RP1 进行调节。c将可动触点 RP2 与过流保护电路相联，输出过流信号，可调节过流动作电流的大小。(2)过流保护(FA)当主电路电流超过某一数值后(2A 左右)，由 9R3，9R20 上取得的过流信号电压超过运算放大器的反向输入端，使 D 触发器的输出为高电平，使晶体三极管 V 由截止变
7、为导通，结果使继电器 K 的线圈得电，继电器 K 由释放变为吸引，它的常闭触点接在主回路接触器的4线圈回路中，使接触器释放，断开主电路。并使发光二极管亮，作为过流信号指示，告诉操作者已经过流跳闸。SA 为解除记忆的复位按钮，当过流动作后，如过流故障已经排除，则须按下以解除记忆，恢复正常工作。图 1-2 电流变送器与过流保护原理图 4.零速封锁器(DZS)零速封锁器的作用是当调速系统处于静车状态，即速度给定电压为零，同时转速也确为零时，封锁调节系统中的所有调节器，以避免静车时各放大器零漂引起可控硅整流电路有输出使电机爬行的不正常现象。原理电路如图 1-3 所示。图 1-3 零速封锁器原理图它的总
8、输入输出关系是：(1)当 l 端和 2 端的输入电压的绝对值都小于 0.07V 左右时，则 3 端的输出电压应为OV；(2)当 1 端和 2 端的输入电压绝对值或者其中之一或者二者都大于 0.2V 时，其 3 端的输出电压应为-15V；(3)当 3 端的输出电压已为-15V。后因 l 端和 2 端的电压绝对值都小于 0.07V，使 3 端电压由-15V 变为 0V 时，需要有 100 毫秒的延时。3 端为 0V 时输入到各调节器反馈网络中的场效应管，使其导通，调节器反馈网络短路而被封锁，3 端为-15V 时输入到上述场效应管使其夹断，而解除封锁。55.FBS(速度变换器)速度变换器 FBS 用
9、于转速反馈的调速系统中，将直流测速发电机的输出电压交换成适用于控制单元并与转速成正比的直流电压，作为速度反馈。其原理图如图 l-4 所示。使用时，将测速发电机的输出端接至速度变换器的输入端 1 和 2。分两路输出。(1)一路经电位器 RP2 至转速表，转速表(0-2000ns)已装在电机导轨上。(2)另一路经电阻 R1 及电位器 RP1，由电位器 RP1 中心抽头输出，作为转速反馈信号。反馈强度由电位器 RP1 的中心抽头进行调节，由电位器 RP1 输出的信号，同时作为零速封锁反映转速的电平信号。元件 RP1 装在面板上。图 1-4 速度变换器 FBS 原理图6.ASR(速度调节器)速度调节器
10、 ASR 的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法，减法，比例，积分和微分等运算，使其输出按某一规律变化。它由运算放大器，输入与反馈网络及二极管限幅环节组成其原理图如图 1-5 所示。图 1-5 速度调节器原理图速度调节器采用电路运算放大器，它具有两个输入端，同相输入端和倒相输入端，其输出电压与两个输入端电压之差成正比。电路运算放大器具有开环放大倍数大，零点漂移小，线性度好，输入电流极小，输出阻抗小等优点，可以构成理想的调节器。图 l-5 中，由二极管 VD4，VD5 和电位器 RP2，RP3 组成正负限幅可调的限幅电路。由 C2，R9 组成反馈微分校正网络，有助于抑制振荡，减少超调，Rl5，C
11、1 组成速度环串联校正网络。场效应管 V5 为零速封锁电路，当 4 端为 0V 时 VD3 导通，将调节器反馈网络短接而封锁，4 端为-13V 时，VD5 夹断，调节器投入工作。RP3 为放大系数调节电位器。元件 RP1，RP2，RP3 均安装在面板上。电容 C1 两端在面板上装有接线柱，电容 C2 两端也装有接线柱，可根据需要外接电容。7.ACR(电流调节器)6电流调节器适用于可控制传动系统中，对其输入信号(给定量和反馈量)时进行加法、减法、比例、积分、微分，延时等运算或者同时兼做上述几种运算。以使其输出量按某种预定规律变化。它是由下述几部分组成：运算放大器，两极管限幅，互补输出的电流放大级
12、、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等。图 1-6 电流调节器原理图电流调节器与速度调节器相比，增加了 4 个输入端，其中 2 端接过流 U信号，来自电流变换器的过流信号 U，当该点电位高于某值时，VST1 击穿，正信号输入，ACR 输出负电压使触发电路脉冲后移。Uz、UF端接逻辑控制器的相应输出端，当这二端为高电平时，三极管 V1、V2 导通将 Ugt和 Ugi信号对地短接，用于逻辑无环流可逆系统。晶体管 V3 和 V4 构成互补输出的电流放大级，当 V3、V4 基极电位为正时，V4 管(PNP型晶体管)截止，V3 管和负载构成射极跟随器。如 V3，V4 基极电位为负时，V3 管(NPN 型晶体管)
13、截止，V4 管和负载构成射极跟随器。接在运算放大器输入端前面的阻抗为输入阻抗网络。改变输入和反馈阻抗网络参数，就能得到各种运算特性。元件 RP1、RP2、RP3 装在面板上，C1、C2 的数值可根据需要，由外接电容来改变。8.电源输入输出端面板下部的 L1、L2、L3三接线柱表示三相电源的输入，U、V、W 表示电源输出端。在进行实验时，调压器的输出端接到 L1、L2、L3，U、V、W 接到可控硅或电机，在L1、U，L2、V，L3、W 间接有电流互感器，L1、L2间接有电压互感器，当电流过大或电压过高时，过流保护和过压保护动作。使用注意事项：接到可控硅的电压必须从 U、V、W 引出，否则过流保护
14、和过压保护不起作用。（二）、MCL-33 挂箱MCL-33 由脉冲控制及状态指示，一组可控硅，二组可控硅及二极管，RC 吸收回路，平波电抗器 L 组成。1脉冲控制及状态指示。面板上部的二组六档直键开关控制从插座 Xl、X2 接到可控硅的脉冲，7l、2、3、4、5、6 分别控制可控硅 VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6 的触发脉冲，l、2、3、4、5、6分别控制可控硅 VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发脉冲，当直键开关按下时，脉冲断开，弹出时脉冲接通，表示脉冲从 X1、X2 输出至可控硅，每只可控硅的阴极接有一熔断丝。2一桥可控硅由六只 5A800V 组成，内部线路
15、为图 1-7。图 1-7 可控硅内部线路3二桥可控硅由六只 5A800V 构成，另有六只 5A800V 二极管。二组可控硅的阴极、阳极均并有 RC 吸收回路，以防止过大的 dudt。4RC 吸收回路可消除整流引起的振荡。当做调速实验时需接在整流桥输出端。平波电抗器可作为电感性负载电感使用，电感分别为 50mH、lOOmH、200mH、700mH，在 1A 范围内基本保持线性。8第二部分第二部分 实验项目实验项目实验实验一一 晶闸管直流调速系统电流晶闸管直流调速系统电流- -转速调节器调试转速调节器调试一实验目的1熟悉直流调速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
16、主要单元部件的调试步骤和方法。二实验内容1调节器的调试三实验设备及仪器1教学实验台主控制屏。2MEL11 组件3MCL18 组件4双踪示波器5万用表四实验方法1速度调节器（ASR）的调试 按图 1-5 接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。 （1）调整输出正、负限幅值 “5”、“6”端 接可调电容，使 ASR 调节器为 PI 调节器，加入一定的输入电压（由 MCL18 的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器 RP1、RP2，使输出正负值等于 5V5V。846CAG给定123DZS(零速封锁器)S解除封锁NMCL-31A可调电容，位于 NMCL-18的下部图1-5 速度调节器和电流调节器的调试接线图3RP4CB9（2）测定输入输出特性 将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使 ASR 调节器为 P 调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应
