K清风实验一转速负反馈直流调速系统.docx
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K清风实验一转速负反馈直流调速系统
实验一--转速负反馈直流调速系统
实验一转速负反应直流调速系统
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)认识闭环反应控制系统的根本特性。
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〞,“电流反应与过流保护〞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那么采用多闭环系统。
按反应的方式不同可分为转速反应,电流反应,电压反应等。
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应信号,经“速度变换〞后接到“速度调节器〞的输入端,与“给定〞的电压相比拟经放大后,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应闭环系统。
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,那么需将调节器换成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应信号加到“电流调节器〞的输入端,与“给定〞的电压相比拟,经放大后,得到移相控制电压UCt,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应闭环系统。
电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。
同样,电流调节器假设采用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5-7转速单闭环系统原理图
图5-8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上的根本单元的调试。
(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。
(6)电流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、闭环反应控制系统的内容。
(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翻开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,翻开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到达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)Ud不变时直流电机开环外特性的测定
①控制电压Uct由DJK04的“给定〞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按下DJK01“电源控制屏〞启动按钮,然后从零开始逐渐增加给定电压Ug,使电动机启动并到达1200rpm。
③改变负载电阻R,使电机的电枢电流从Ied直至空载。
用电压表监视三相全控整流输出的直流电压Ud,保持Ud不变(通过不断的调节DJK04上“给定〞电压Ug来实现),测出在Ud不变时直流电动机的开环外特性n=f(Id),并记录于下表中:
n〔rpm〕
Id〔A〕
(4)根本单元部件调试
①移相控制电压Uct调节范围确实定
直接将DJK04“给定〞电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,“三相全控整流〞输出接电阻负载R,用示波器观察Ud的波形。
当给定电压Ug由零调大时,Ud将随给定电压的增大而增大,当Ug超过某一数值Ug'时,Ud的波形会出现缺相现象,这时Ud反而随Ug的增大而减少。
一般可确定移相控制电压的最大允许值为Uctmax=0.9Ug',即Ug的允许调节范围为0~Uctmax。
如果我们把输出限幅定为Uctmax的话,那么“三相全控整流〞输出范围就被限定,不会工作到极限值状态,保证六个晶闸管可靠工作。
记录Ug'于下表中:
Ug'
Uctmax=0.9Ug'
将给定退到零,再按“停止〞按钮,结束步骤。
②调节器的调整
A、调节器的调零
将DJK04中“速度调节器〞所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻40K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。
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接到“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能接近于零。
B、正负限幅值的调整
把“速度调节器〞的“5〞、“6〞“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,使之输出电压为最小值即可,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,使速度调节器的输出正限幅为Uctmax。
把“电流调节器〞的“8〞、“9〞“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,使之输出电压为最小值即可,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,使电流调节器的输出正限幅为Uctmax。
C、电流反应系数的整定
直接将“给定〞电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,整流桥输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零。
按下启动按钮,从零增加给定,使输出电压升高,当Ud=220V时,减小负载的阻值,调节“电流反应与过流保护〞上的电流反应电位器RP1,使得负载电流Id=l.3A时,“2〞端If的的电流反应电压Ufi=6V,这时的电流反应系数β=Ufi/IdV/A。
D、转速反应系数的整定
直接将“给定〞电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压Uct的输入端,“三相全控整流〞电路接直流电动机负载,Ld用DJK02上的200mH,输出给定调到零。
按下启动按钮,接通励磁电源,从零逐渐增加给定,使电机提速到n=150Orpm时,调节“速度变换〞上转速反应电位器RP1,使得该转速时反应电压Ufn=-6V,这时的转速反应系数α=Ufn/n=0.004V/(rpm)。
(5)转速单闭环直流调速系统
①按图5-7接线,在本实验中,DJK04的“给定〞电压Ug为负给定,转速反应为正电压,将“速度调节器〞接成P〔比例〕调节器或PI〔比例积分〕调节器。
直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,给定输出调到零。
②直流发电机先轻载,从零开始逐渐调大“给定〞电压Ug,使电动机的转速接近n=l200rpm。
③由小到大调节直流发电机负载R,测出电动机的电枢电流Id,和电机的转速n,直至Id=Ied,即可测出系统静态特性曲线n=f(Id)。
n〔rpm〕
Id〔A〕
(6)电流单闭环直流调速系统
①按图5-8接线,在本实验中,给定Ug为负给定,电流反应为正电压,将“电流调节器〞接成比例〔P〕调节器或PI〔比例积分〕调节器。
直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,将给定输出调到零。
②直流发电机先轻载,从零开始逐渐调大“给定〞电压Ug,使电动机转速接近n=l200rpm。
③由小到大调节直流发电机负载R,测定相应的Id和n,直至电动机Id=Ied,即可测出系统静态特性曲线n=f(Id)。
n〔rpm〕
Id〔A〕
七、实验报告
(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Ud不变时直流电动机开环机械特性。
(3)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)根据实验数据,画出电流单闭环直流调速系统的机械特性。
(5)比拟以上各种机械特性,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
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- 关 键 词:
- 清风 实验 转速 负反馈 直流 调速 系统