直流调速系统实验指南.docx
- 文档编号:28220607
- 上传时间:2023-07-09
- 格式:DOCX
- 页数:92
- 大小:1.77MB
直流调速系统实验指南.docx
《直流调速系统实验指南.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《直流调速系统实验指南.docx(92页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
直流调速系统实验指南
EL-DS-Ⅲ型电气控制系统综合实验台
V3.1
北京精仪达盛科技有限公司
2005年5月
实验注意事项
(一)“综合实验台”及其挂箱初次使用或较长时间未用时,实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调试。
(二)实验前,务必设置“工作模式选择”开关(直流调速、交流调速、电力电子、高级应用),并按下表正确选择主变压器二次侧相电压,认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确,经教师审核、检查无误后方可开始实验。
主变压器二次侧抽头输出电压及其适用范围
转换开关SC位号
3
2
1
二次电压(线/相)
~380/220V
220/127V
90V/52V
适用范围
线电压380V鼠笼电机变频调速、调压调速及绕线电机的串级调速。
220V直流电动机可逆调速、线电压220V鼠笼电机变频调速与调压调速。
110V直流电
动机可逆调速
(三)出现任何异常,务必立即切除实验台总电源(或按急停按钮)。
(四)为防止调速系统的振荡,在接入调节器时必须同时接入RC阻容箱,先设定为1:
1的比例状态,实验中按需再行改变阻容值,直至满足要求。
(五)本实验台“过流”信号取自“三相电流检测(DD04)”单元。
因此,在所有交、直流实验电路中都已接入(DD04)单元,但应经常检查,确保过流保护的完好、可靠。
(六)实验过程中,注意监视主电路的过载电流,不超过系统的允许值,并尽可能缩短必要的过载和堵转状态的时间。
(七)无“电流闭环”又无“电流截止负反馈”的系统,务必采用“给定积分”输出,否则不可阶跃起动,应从0V缓慢起调。
(八)“闭环系统”主控开启前,务必确保负反馈接线正确、各个调节器性能良好、限幅值正确无误。
(九)实验前,先将负载给定调到“0”(若用发电机负载则将变阻器开路或置于阻值最大),实验中按需要,逐步增大负载,直至所要求的负载电流。
(十)“电流开环”的交流调速系统,给定应接积分输出(Un*2)给出。
(十一)双踪示波器”测试双线波形,严防因示波器“双表笔”已共地而引起系统短路。
(十二)本“实验注意事项”,适用于采用本实验台的所有实验。
任何改接线,首先断电源;一旦有异常,按急停开关。
前言
《直流调速系统实验指南》是本公司主要教学实验设备“EL-DS-
型电气控制系统综合实验台”关于直流调速系统实验的配套资料之一。
是根据国内不同层次、不同类型的大学本科、高等专科、中等专业类相应专业的有关教学大纲、教材资料和实验要求,结合本“综合实验台”的基本功能和技术特点,专门聘请“工业电气自动化”方面长期从事专业教学和实验研究的,有丰富教学经验和实验实践的教授、专家编写而成。
考虑到本“实验台”技术性能的综合性、灵活性、可塑性及其宽广的适应能力,《直流调速系统实验指南》提供了多个典型教学实验内容,基本函盖了“电力拖动自动控制”直流调速系统从单环到多环、单向到可逆以及脉宽调制(PWM)直流控制方面的有关实验内容。
用户单位可根据各自学校和专业的教学层次和专业特点,选择其中若干实验项目。
本实验指南不是有关专业的“实验教学大纲”,也非专业教学“教材”,只是相关专业的一种“实验教学”的参考资料,主要供使用本“综合实验台”时的参考,敬请注意。
《直流调速系统实验指南》除作为“实验教学”的参考资料外,还可供相关专业本科和专科学生的“课程设计”、“毕业设计”以及硕士研究生和专业教师课题研究的参考,也可供工矿企业有关技术设计和工业运行时的参考。
由于《直流调速系统实验指南》作为本“综合实验台”的一种配套资料,“指南”的编写具有一定的局限性和较强的针对性,作为参考资料必定存在众多不足,也由于编写者的水平所限、资料不足和时间紧迫等,诸多不尽人意,缺点、错误之处在所难免,敬请批评、指正。
并对参加本“实验指南”的编写、校阅、典型系统及其单元环节的调试人员顺致谢意。
北京精仪达盛科技有限公司教学设备资料编写组
2005年5月
实验要求与实验报告内容…………………………………………………………1
实验一、带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统………………………2
实验二、转速、电流双闭环直流调速系统………………………………………10
实验三、转速、电流、电流变化率三闭环直流调速系统………………………16
实验四、转速、电流、电压三闭环直流调速系统………………………………21
实验五、自然环流可逆直流调速系统……………………………………………25
实验六、给定和可控环流可逆直流调速系统…………………………………31
实验七、逻辑无环流可逆直流调速系统………………………………………39
实验八、错位无环流可逆直流调速系统………………………………………47
实验九、脉宽调制(PWM)直流调速系统的研究………………………………56
附录一:
电枢回路R、L参数及时间常数T、Tm的实验测定确良…………64
附录二:
直流调速系统典型实验电路图………………………………………66
附图1-1、带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统驶…………67
附图1-2、转速、电流双闭环直流调速系统………………………………68
附图1-3、转速、电流、电流变化率三闭环直流调速系统………………69
附图1-4、转速、电流、电压三闭环直流调速系统………………………70
附图1-5、自然环流可逆直流调速系统…………………………………71
附图1-6A、给定环流可逆直流调速系统…………………………………72
附图1-6B、可控环流可逆直流调速系统…………………………………73
附图1-7A、逻辑无环流可逆直流调速系统………………………………74
附图1-7B、逻辑选触无环流可逆直流调速系统…………………………75
附图1-8A、错位无环流可逆直流调速系统………………………………76
附图1-8B、错位选触无环流可逆直流调速系统…………………………77
附图1-9A、转速、电流双闭环控制的PWM直流调速系统……………78
附图1-9B、带电流截止负反馈的PWM直流调速系统…………………79
附图1-9C、转速、电流双闭环控制的PWM直流调速系统……………80
附图1-10、单相脉宽控制器(PWM)原理…………………………81
实验要求与实验报告内容
一、实验要求:
(一)实验前做好预习,熟悉相应直流调速系统及其组成单元的工作原理和应用特点,了解引入反馈和特定控制环节的意义和工作原理。
(二)实验前认真阅读“实验注意事项”、相应“实验指南”以及相关教材、资料等,完成有关实验参数的设计、计算(机组和综合实验台的有关参数,由实验室提供或实验前到实验室咨询、了解),认真准备好相应实验的思考题,以备正确回答实验指导老师的课前提问。
(三)按指定时间、指定地点准时进入实验室参加实验,不迟到、不早退、不无故缺席、不在实验室嬉笑打闹、不随意乱动与本实验无关的其它实验室设备、仪器。
实验完毕,认真整理、归还实验设备、仪器,清理好实验现场。
(四)熟悉实验内容,认真听取实验指导老师的讲解、指导;勤学多问、胆大心细、勇于探索、不放过任何实验现象;认真完成实验全过程,正确观察现象、记录实验数据、绘制实验曲线。
(五)实验后,根据指定实验报告格式,按要求内容,认真、及时完成实验报告,并于指定时间、指定地点及时送达实验室。
(六)严格遵守实验须知和实验室安全规范,如有异常及时切断实验电源,并立即报告实验老师。
二、实验报告内容:
(一)实验名称、目的和主要实验内容。
(二)实验电路组成框图,实验系统及其组成环节的作用原理。
(三)机组和实验台主要参数,完成系统及其环节有关参数的设计、计算。
(四)认真整理实验数据,绘制实验曲线。
(五)分析、讨论实验中出现的各类实验现象和故障的原因。
(六)实验的收获、体会及改进意见、建议等。
实验一带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统
一、实验目的
1.熟悉单闭环直流调速系统的组成及其主要组成单元的原理与作用。
2.学习调速系统单元及系统调试的基本方法及其注意事项。
3.分析、研究转速负反馈有静差和无静差直流调速系统的静特性及其特点。
4.熟悉“电流截止负反馈”的组成及其在“转速负反馈系统”中的作用。
5.分析、研究“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静、动态特性和电流反馈系数β、截止电压(稳压二极管Vs的稳压值)的整定及其对系统静、动特性的影响。
二、实验内容
1.调速系统的单元调试及系统静态参数的整定。
2.直流电动机开环与闭环系统的静态特性测试。
3.分析、研究转速负反馈有静差和无静差直流调速系统的静特性及其特点。
4.“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静特性测试。
5.“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”的静态精度和动态稳定性的实验与分析
6.分析研究电流截止负反馈环节的作用和参数变化对系统特性的影响。
三、实验设备与仪器
1.综合实验台主体(主控箱)及其主控电路、转速变换(DD02)、电流检测及变换电路变(DD06)、同步变压器(DD05)、负载控制器单元(DD07)等单元以及平波电抗器。
2.可控硅主电路挂箱(DSM01)
3.触发电路挂箱Ⅱ(DST02)——DT04。
4.给定单元挂箱(DSG01)——DG01单元
5.调节器挂箱Ⅰ(DSA01)——DA01、DA02单元。
6.直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组。
7.慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器。
8.微机及打印机(存储、演示、打印实验波形,可无,但相应内容省略)。
四、实验电路的组成
“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”是单闭环直流调速系统
图1-1带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统的组成
的典型实例,系统的组成框图如图1-1所示,接线电路见附图1-1。
主要由“DG01”、“DA01”、“DT04”、“DSM01”、“DD02”、“DD06”等基本环节组成。
该系统简单、实用,在要求不高的场合常见采用。
五、实验步骤与方法
(一)实验电路连接、检查及调试。
1.本实验系统所使用的单元环节,其中“触发器单元GT1(DT04)”和“可控硅主电路(DSM01)”的调试要点和方法见《触发电路挂箱(DST02)使用说明》和《可控硅主电路挂箱(DSM01)使用说明》。
“给定及给定积分器(DG01)”见《给定单元挂箱(DSG01)使用说明》,“转速调节器ASR(DA01)”和“零速封锁(DA02)”见《调节器挂箱Ⅰ(DSA01)使用说明》。
2.按附图1-1连接系统。
确保转速给定和转速、电流反馈极性正确合理,转速、电流反馈系数α、β调至最大(将转速和直流电流变换单元DD02、DD06的输出电位器顺时针调至最大);“工作模式选择”开关置“直流调速”档;给定单元(DG01)的极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方,并调整正、负给定电位器使输出为0。
3.将转速调节器ASR输入端子Un和Ui1的转速和电流负反馈输入改为接地输入,即先断开转速负反馈和电流截止负反馈;ASR接成1:
1的比例状态(取Rn=R0=40kΩ、);经实验指导教师检查认可后,打开钥匙开关(电源控制与故障指示(CTD)单元,检查各指示灯状态,确认无异常后开始以下步骤。
4.闭合控制回路(电源控制与故障指示(CTD)面板控制电路按钮ON),保持主电路分断。
并将励磁电源整定至额定励磁电流;负载控制器模式选择为“恒转矩”模式,负载给定为零;旋动正、负给定电位器,经极性开关切换,依次使给定U*n=±0.5、±2V,检查转速调节器ASR的比例特性;取给定U*n=±2V,电容Cn=2μF,用万用表测量ASR的输出,同时整定所要求的限幅值。
5.检查并调整“触发器单元GT1”和“直流调速系统主电路”,整定触发零位:
用双踪示波器检查“双路晶闸管移相触发器”是否工作正常及主电路接线的正确与否;触发电路和主电路正常后,微调“DT04”单元的偏置电位器,使U*n=0时,触发角α=90°(整定零位)。
6.控制电路状态正常后,将正、负给定电位器重新调至0,将阶跃开关拨向上方,极性开关拨向下方(为什么?
)。
(二)直流电动机的开环机械特性测试
1.负载给定为零,保持转速负反馈,使电流截止负反馈为断开状态,转速调节器ASR重新接成1:
1的比例状态,检查无误后,闭合主电路。
注意:
“开环系统”或“无电流截止负反馈”的“单闭环系统”,不得阶跃起动,实验中只能缓慢改变给定电压和电机转速(为什么?
)。
表1-1开环机械特性实验数据
U*n(V)
U*nnom=
1/2U*nnom=
Id(A)
0
Id1
Idnom
Id2
Idm
0
Id1
Idnom
Id2
Idm
I*d
n(r∕min)
n*
额定参数
Nnom=KW;Unom=V;Idnom=A;nnom=r∕min
2.缓慢增大给定电压U*n,使电动机转速逐渐上升,用双踪示波器观察整流装置输出电压Ud,看波形是否正常、连续可调。
当电动机电枢电压达到额定值Ud=Udnom,即n=no时,记录并保持此时的转速给定U*nnom不变,调节负载给定,使电动机电枢电流Id在0~Idm(Idm≤1.5Idnom)间分别读取五级负载电流Id和转速n录于表1-1;减小给定并恒定于1/2U*nnom,调节负载给定,在0~Idm(Idm≤1.5Idnom)之间分别读取电流Id和转速n等五组数据录于表1-1。
3.计算转速比n*=n/n0和电流比I*d=Id/Idnom,也录于表1-1。
4.依次(
、
)绘制高、低速两条机械特性曲线n=f(Id)于图1-2中。
(三)转速负反馈有静差直流调速系统
1.逐步减小给定电位器至0,侍电机停止后“分断”主电路;按附图1-1恢复转速负反馈(接线端子Un由接地改为转速负反馈输入,注意反馈极性,确保负反馈无误,但仍不接电流截止负反馈;RC阻容箱取Rn=kpR0(kp为转速调节器ASR的放大倍数,以系统稳定运行为限,尽量取大些,或实验前设计、计算得出)、短接电容Cn。
负载给定置0,检查无误后闭合主电路。
图1-2直流电动机的开环机械特性与转速负反馈系统的闭环静特性
开环机械特性:
①高速闭环静特性:
有静差系统②高速⑸低速
④低速无静差系统③高速⑥低速
2.缓慢增大给定U*n,使电机转速逐渐上升,当给定电压达到U*n=-8V时保持恒定(即取U*n=U*nm=-8V),调整(减小)转速反馈系数直至n=nnom,同时用万用表测量反馈电压Unnom以完成转速反馈系数的整定,并计算转速反馈系数α(α=Unm/nnom)录于表1-2。
3.调节负载给定,在0~Idm(Idm≤1.5Idnom)之间分别读取电枢电流Id和转速n等五组数据录于表1-2;置负载至最小,减小给定并恒定于1/2U*nm,调节负载给定,在0~Idm(Idm≤1.5Idnom)之间分别读取电流Id和转速n五组数据录于表1-2。
4.逐步减小给定至0,侍电机停止后“分断”主电路;将负载减小至0。
5.计算转速比n*=n/n0、电流比I*d=Id/Inom,也录于表1-2。
6.于图1-2中,依次(
、
)绘制高、低速两条静特性曲线n=f(Id)。
表1-2转速负反馈有静差系统静特性实验数据
U*n(V)
U*nm=
1/2U*nm=
Id(A)
0
Id1
Idnom
Id2
Idm
0
Id1
Idnom
Id2
Idm
I*d
n(r∕min)
n*
反馈系数
α=Unm/nnom=V·min/r
(四)转速负反馈无静差直流调速系统实验
1.将转速调节器ASR改接成PI调节器,取Cn=2μF,检查无误后闭合主电路。
2.缓慢增大给定电压U*n直至U*n=U*nnom=U*nm=-8V恒定,调整(减小)转速反馈直至n=nnom,从而完成转速反馈系数α的整定。
(为什么?
)
3.重复有静差实验步骤3、4、5、6相应数据录于表1-3。
4.依次绘制高、低速(
、
)两条静特性曲线n=f(Id)于图1-2中。
并分析、比较图1-2中高、低速各三组特性曲线,得出开环系统、有静差和无静差转速负反馈系统等三类简单直流调速系统的特点。
表1-3转速负反馈无静差系统静特性实验数据
U*n(V)
U*nm=
1/2U*nm=
Id(A)
0
Id1
Idnom
Id2
Idm
0
Id1
Idnom
Id2
Idm
I*d
n(r∕min)
n*
(五)带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统实验
1.连接并调试完成电流截止负反馈(接线端子Ui2由接地改为电流反馈输入,其比较电压为Ucom=UVS2注意反馈极性),检查无误后闭合主电路。
注:
电流截止负反馈环节参数按《调节器挂箱Ⅰ(DSA01)使用说明》中转速调节器的单元调试部分确定,此处不另重复。
2.逐步增大给定U*n直至U*n=U*nm=-8V、n=no恒定;系统稳定后,缓慢减小电流反馈强度和增大负载给定直至Id=Idnom(电流截止负反馈尚未起作用);用万用表测量此时的电流反馈电压Ui1(ASR输入端子Ui1处)和记录给定转矩,并令电流反馈系数β=β1=Ui1/Idnom、负载给定为额定转矩录于表1-4;最后恢复负载给定为0。
3.调节负载给定,在0~Idm之间分别读取电流Id和转速n等五组数据录于表1-4;保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载给定为0。
4.保持比较电压Ucom=UVS1不变,增大电流反馈系数使β=β2>β1(令β2=Ui2/Idnom,录于表1-4);调节负载给定,在0~Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据,录于表1-4;保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载给定为0。
5.保持β=β2>β1,改变比较电压使Ucom=UVS1>UVS2(将电流反馈由接线端子Ui2改为Ui1输入);调节负载给定,在0~Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据,录于表1-4;保持此时的转速反馈和电流反馈不变、负载给定为零。
表1-4带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统静特性实验数据
特性
β=β1=、Ucom=UVS1
β=β2=、Ucom=UVS1
Id(A)
0
Id1
Id2
Id3
Idm
0
Id1
Id2
Id3
Idm
I*d
n(r∕min)
n*
特性
β=β2>β1Ucom=UVS2>UVS1
β=β1、Ucom=UVS2>UVS1
Id(A)
I*d
n(r∕min)
n*
β1=Uci1/Idnom=β2=Uci2/Idnom=RGnom=
6.保持比较电压Ucom=UVS1>UVS2,恢复电流反馈系数β=β1(参照步骤2);调节负载给定,在0~Idm之间分别读取电流Id和转速n五组数据录于表1-4;逐步减小给定至0,侍电机停止后“分断”主电路;保持转速和电流反馈不变,负载给定为0,;恢复比较电压Ucom=UVS2(将电流反馈由接线端子Ui1恢复为Ui2输入)。
7.计算各转速比n*=n/n0和电流比I*d=Id/Inom,录于表1-4。
8.根据表1-4数据绘制以上四条系统静特性n=f(Id)于图1-4。
注意观察四条系统静特性的斜率、截止电流Idcr、堵转电流(负载较小,不能满足要求达不到堵转停机)Idbl之异同,并讨论、分析以得出正确结论。
9.将阶跃开关拨向下方,置给定U*n=-8V,设定负载在恒转矩模式下为额定转矩,模式选择在2档与恒转矩档之间切换可实现负载的突加和突卸,以完成空载和带载(额定负载)时的突加给定起动过渡过程实验,由双踪示波器观察电流Id和转速n的过渡过程。
变动RC的阻、容值,直至过渡过程曲线满意,并认真临模最满意的一组曲线于图1-5。
10.分析比较图1-5的两条曲线,讨论空载和带载起动过渡过程的异同。
11*.通过左下面板的微机接口电路(DD01),接好微机系统,演示、存储、打印相应过渡过程曲线,供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。
(未配置微机时可采用“存储示波器”,或将此项内容省略。
)
12.实验完毕,将阶跃开关拨向下方,待电机停转后,依次分断主电路、控制电路和总电源开关。
六、思考题
1.为什么“单闭环直流调速系统”,在未带电流截止负反馈前,不得阶跃起动,只能缓慢增加给定?
2.在转速负反馈系统中,引入“电流截止负反馈”的目的是什么?
3.有静差系统为什么要限制其开环放大倍数?
产生静差的原因是什么?
为什么说,理论上讲该系统是无法消除静差的,为什么?
4.无静差转速负反馈系统最终如何消除静差的?
实际上,真的能使系统的误差为零吗,为什么?
5.带电流截止负反馈的直流调速系统中,改变β和Ucom将引起系统的静、动态特性有何变化?
为什么?
实验二转速、电流双闭环直流调速系统
一、实验目的
1.熟悉“转速、电流双闭环直流调速系统”的组成及其工作原理。
2.熟悉“转速、电流双闭环直流调速系统”及其主要单元环节的调试。
3.分析、研究“转速、电流双闭环直流调速系统”的静特性及其特点。
4.分析、研究“转速、电流双闭环直流调速系统”在突加给定起动过渡过程曲线和系统在突加、突卸负载时的抗扰性以及参数对系统动态性能的影响。
二、实验内容
1.系统的单元调试及静态参数的整定。
2.“转速、电流双闭环直流调速系统”的静特性测试。
3.“转速、电流双闭环直流调速系统”突加给定起动过渡过程研究。
4.“转速、电流双闭环直流调速系统”突加、突卸负载时的抗扰性研究。
三、实验设备与仪器
1.综合实验台主体(主控箱)及其主控电路、转速变换电路(DD02)、电流检测及变换电路(DD06)、同步变压器(DD05)、负载控制器单元(DD07)等以及、平波电抗器(DD11)。
2.可控硅主电路挂箱(D
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 直流 调速 系统 实验 指南