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1、目目 录录一、系统设计要求一、系统设计要求.1二、直流调速系统原理二、直流调速系统原理21、开环系统与闭环系统的选择 .22、单闭环系统与双闭环系统的选择 .33、可逆调速系统 .4三、基本参数测试三、基本参数测试51、电枢回路电阻 R 的测定.52、电枢回路电感 L 的测定.63、直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量的测定.72GD 4、主电路电磁时间常数的测定 .85、电动机电势常数和转矩常数的测定 .96、系统机电时间常数 TM 的测定 .97、晶闸管触发及整流装置特性的测定 .9()dctUf U8、测速发电机特性的测定10 TGUf n四、系统参数测试四、系统参数测试111、系
2、统参数设计 .112、系统单元调试 .16五、综合调试五、综合调试211、系统开环调试 .212、单闭环系统的调试 .223、双闭环系统的调试 .244、逻辑无环流可逆系统的调试 .26六、总结及分析六、总结及分析301、实验总结 .302、实验中出现的问题 .31七、参考文献七、参考文献34北京航空航天大学课程设计论文 1一、系统设计要求一、系统设计要求1、总体设计要求：、总体设计要求：以 335W 直流电动机组为调节对象，采用三项全控桥整流装置供电，组成速度、电流调速系统和逻辑无环流调速系统，对机组实行均匀无级调速。通过对系统的设计和试验，使系统的性能达到设计要求。2、给定参数：、给定参数
3、：。P = 335W, n = 1500r/min, I = 2.0A, U = 220V3、性能指标要求：、性能指标要求：调速范围：D = 10， 静差率：s 5%， 转速超调量：% = 10%， 动态速降：n 8%。北京航空航天大学课程设计论文 2二、直流调速系统原理二、直流调速系统原理1、开环系统与闭环系统的选择、开环系统与闭环系统的选择开环控制系统的组成最为简单，但是在系统的静差要求较高的话，开环系统就无法满足要求了，在这种情况下，就要采用闭环控制系统。图 1 所示是转速负反馈单环控制系统，其工作原理为：测速发动机测量电机转速 n 得到 Un，Un 与给定转速 Un*比较得到转速误差
4、U，U 放大后控制晶闸管触发装置的控制电压 Uct，Uct 通过触发脉冲控制晶闸管导通角 ，从而达到控制电机的电枢电压以控制电机转速的目的。图图 1 转速负反馈单环控制系统转速负反馈单环控制系统在此系统的调节下，当系统的负载增加时，各控制量的变化如下： 即通过提高，提高，使 n 下降很小，或者基本不下降，所以闭环系统dU0n0*0()()()LnndTnnnUUUUnn 不变测速不变晶闸管北京航空航天大学课程设计论文 3的稳态速度降落要比开环系统小得多。2、单闭环系统与双闭环系统的选择、单闭环系统与双闭环系统的选择采用转速负反馈和 PI 调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定性的条件下实现转
5、速无静差。如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速启动、突加负载动态速降小等，但闭环系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转速。如图 2 所示为转速、电流双闭环控制系统，为了实现速度控制，采用速度反馈，为了能够实现电流控制和快速的起动性能，采用了电流反馈。其中电流环为内环，速度环为外环，速度环接受测速发电机送来的速度信号，而速度环的对信号处理后的输出以及电流反馈信号作为电流环的输入，电流环的输出控制触发电路产生合适的触发脉冲以控制整流电路的输出电压，从而达到控制电机转速的目的。为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都采用 PI
6、 调节器。图图 2 转速、电流双闭环控制系统转速、电流双闭环控制系统双闭环调速系统的启动过程中，电流和转速波形是接近理想快速启动过程的波形的。按照转速调节器在起动过程中的饱和与不饱和状况，可将起动过程分为电流上升阶段、恒流升速阶段、转速调节阶段三个阶段，从起动时间上来北京航空航天大学课程设计论文 4看，第二阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本实现了在电流受限制下的快速启动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制” 。在双闭环系统中，转速调节器的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出值决定允许的最大电流。电流调节器的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压扰动。3、
7、可逆调速系统、可逆调速系统由直流电动机的转矩公式可知，改变转矩方向的方法有两种，一emTCI是改变电动机电枢电流的方向，二是改变励磁磁通的方向。但通过改变励磁磁通的方法改变转速一般动作时间较长，所以在转向较频繁，对快速性要求较高的系统里多采用改变电枢电流方向的方法。图 3 所示为逻辑控制的无环流可逆调速系统，它采用两组晶闸管装置反并联线路。图图 3 逻辑控制的无环流可逆调速系统逻辑控制的无环流可逆调速系统其中的 WLZ 模块对 GTF 和 GTR 两组触发器的脉冲释放进行控制，实现正反组的导通。其控制过程为正组(VF)工作时，封锁反组(VR)的触发脉冲；反组(VR)工作时封锁正组(VF)的触发
8、脉冲，从而实现了两组的无环流切换。北京航空航天大学课程设计论文 5 三、基本参数测试三、基本参数测试1、电枢回路电阻、电枢回路电阻 R 的测定的测定电枢回路的总电阻 R 包括电机电枢电阻，平波电抗器电阻和整流装aRLR置的内阻。nR图图 4 电枢回路电阻测量接线图电枢回路电阻测量接线图（一）如图 4 所示接线，使给定电压，调节触发电路的偏移电压电0gU 位器使，负载电阻 RP1 调至最大。调节使整流输出电压分别为150gU，调节 RP1 使电枢电流为。记录此时的电压30 70 %dedUU80 90 %edI表和电流表的读数为：。 1196.0 ,1.78UV IA调节 RP1，使电流表读数为
9、，读取此时两个电表的读数：40%edI。22111.0 ,0.91UV IA北京航空航天大学课程设计论文 6此时应有：，由这两个式子可得总电阻1122dodoUI RUUI RU。122196.0 111.017.240.91 1.78UURII（二）把电机电枢两端短接，可测得除去电枢电阻以外的总电阻，方法同上：测得：，。1197.0 ,1.78UV IA22105.0 ,0.91UV IA可求得，122197 1059.410.91 1.76LnUURRII那么电枢电阻为。17.249.417.83aLnRRRR（三）短接电抗器两端，同样方法可测得除去电抗器的总电阻，测得数据为：，。1181
10、.0 ,1.83UV IA2295.0 ,0.89UV IA可求得：，那么可得平波电抗器的直流122181.095.014.890.89 1.83anUURRII电阻：，()17.24 14.892.35LanRRRR17.247.832.357.06naLRRRR2、电枢回路电感的测定、电枢回路电感的测定电枢电路总电感包括电机的电枢电感，平波电抗器的电感和整流变压aLLL器的漏感，但是因为一般的数值很小，可以忽略。则电枢电路的总电感为BLBL。如图 5 所示接线，用交流伏安法测定。电机加额定励磁，使电机aLLLL堵转。用电压表和电流表分别测量通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值和及电流。
11、测得结果为：。aULUI25.7 ,207 ,1.32aLUV UV IA那么，则25.720719.47 ,156.81.321.32aL aLUUZZII北京航空航天大学课程设计论文 72222222219.477.830.056756.822 3.14 50156.82.350.49922 3.14 50aa aLL aZRLHmHfZRLHf图图 5 电枢回路电感测量接线图电枢回路电感测量接线图3、直流电动机、直流电动机-发电机发电机-测速发电机组的飞轮惯量测速发电机组的飞轮惯量的测定的测定2GD电力拖动系统的运动方程为，2375LGDdnMMdt电机空载自由停车时的运动方程为，237
12、5KGDdnMdt 那么，其中，。2375KMGDdn dt9.55K KPMn2 KaKKPU II R按照图 6 接线，分别用电流表和电压表测得在不同转速下的和的值，naUKI因条件关系，取经验值，测得试验数据和相关的计算值如表 1dn dt2160minr北京航空航天大学课程设计论文 8所示：图图 6 飞轮惯量飞轮惯量的测定接线图的测定接线图2GD表表 1 飞轮惯量飞轮惯量的测定的测定2GD( /min)n r( )aU V( )kIA2(min )dnrdt()KP W()KMNm22()GDNm15012040.1816036.160.230.5411961620.1616025.4
13、80.200.4510011360.1516020.010.190.44求得22=(0.540.450.44)/30.48GDn m平均4、主电路电磁时间常数的测定、主电路电磁时间常数的测定主电路的电磁时间常数可以近似的由下式计算： 。0.4990.05670.03217.24aL dLLTsR北京航空航天大学课程设计论文 95、电动机电势常数和转矩常数的测定、电动机电势常数和转矩常数的测定将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压测得相应的，可dUn以利用步骤 3 中的数据：。那么 1122204 ,1501 /min;162 ,1196 /minddUV nrUV nr2121204
14、1620.138/( /min),1501 11969.559.55 0.1381.318/dd eemeUUCKVrnnCCNm A 6、系统机电时间常数、系统机电时间常数 TM 的测定的测定系统的机电时间常数可有下式计算：。20.48 17.240.121375375 0.138 1.318m emGD RTsC C7、晶闸管触发及整流装置特性、晶闸管触发及整流装置特性的测定的测定()dctUf U按图 4 接线，逐步加大给定电压，用电压表测量给定电压和整流输ctUctU出电压，直到输出电压趋于饱和。数据记录如表 2：dU表表 2 晶闸管触发及整流装置特性晶闸管触发及整流装置特性 ( )c
15、tUV1.01.11.21.31.51.71.92.12.22.32.42.52.62.7( )dUV47647994119142161179187194200207213218 ( )ctUV2.82.93.03.13.23.33.43.53.63.73.83.94.04.1 ( )dUV223227232236240243247250253255258260262264图 7 是相应的曲线，做曲线线性段的切线，从上面取两点计算斜率：。1212179631162.0 1.0dd s ctctUUKUU图图 7北京航空航天大学课程设计论文 108、测速发电机特性、测速发电机特性的测定的测定 TGUf n按图 4 接线，电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压，分别ctU读取对应的，的数值若干组，记录如表 3：TGUn表表 3 测速发电机的特性测速发电机的特性 ( /min)n r32560290511991497 ( )TGUV1.963.565.327.038.75相应的曲线见图 8图图 8 测速发电机特性曲线测速发电机特性曲线北京航空航天大学课程设计论文 11四、系统参数测试四、系统参数测试1、系统参数设计、系统参数设计已知及已测得的相关参数如下：直流电动机：，NU220V2.2NIA1500
