实验三逻辑无环流可逆调速系统.docx
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实验三逻辑无环流可逆调速系统
实验三:
逻辑无环流可逆调速系统
一、实验目的
(1)了解、熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成。
(2)掌握各控制单元的原理、作用及调试方法。
(3)掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的调试步骤和方法。
(4)了解逻辑无环流可逆直流调速系统的静态特性和动态特性。
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”,“逻辑控制”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
在此之前的晶闸管直流调速系统实验,由于晶闸管的单向导电性,用一组晶闸管对电动机供电,只适用于不可逆运行。
而在某些场合中,既要求电动机能正转,同时也能反转,并要求在减速时产生制动转矩,加快制动时间。
要改变电动机的转向有以下方法,一是改变电动机电枢电流的方向,二是改变励磁电流的方向。
由于电枢回路的电感量比励磁回路的要小,使得电枢回路有较小的时间常数。
可满足某些设备对频繁起动,快速制动的要求。
本实验的主回路由正桥及反桥反向并联组成,并通过逻辑控制来控制正桥和反桥的工作与关闭,并保证在同一时刻只有一组桥路工作,另一组桥路不工作,这样就没有环流产生。
由于没有环流,主回路不需要再设置平衡电抗器,但为了限制整流电压幅值的脉动和尽量使整流电流连续,仍然保留了平波电抗器。
该控制系统主要由“速度调节器”、“电流调节器”、“反号器”、“转矩极性鉴别”、“零电平检测”、“逻辑控制”、“速度变换”等环节组成。
其系统原理框图如图5-10所示。
正向启动时,给定电压Ug为正电压,“逻辑控制”的输出端Ulf为“0”态,Ulr为“1”态,即正桥触发脉冲开通,反桥触发脉冲封锁,主回路“正桥三相全控整流”工作,电机正向运转。
当Ug反向,整流装置进入本桥逆变状态,而Ulf、Ulr不变,当主回路电流减小并过零后,Ulf、Ulr输出状态转换,Ulf为“1”态,Ulr为“0”态,即进入它桥制动状态,使电机降速至设定的转速后再切换成反向电动运行;当Ug=0时,则电机停转。
反向运行时,Ulf为“1”态,Ulr为“0”态,主电路“反桥三相全控整流”工作。
图5-10逻辑无环流可逆直流调速系统原理图
“逻辑控制”的输出取决于电机的运行状态,正向运转,正转制动本桥逆变及反转制动它桥逆变状态,Ulf为“0”态,Ulr为“1”态,保证了正桥工作,反桥封锁;反向运转,反转制动本桥逆变,正转制动它桥逆变阶段,则Ulf为“1”态,Ulr为“0”态,正桥被封锁,反桥触发工作。
由于“逻辑控制”的作用,在逻辑无环流可逆系统中保证了任何情况下两整流桥不会同时触发,一组触发工作时,另一组被封锁,因此系统工作过程中既无直流环流也无脉动环流。
四、实验内容
(1)控制单元调试。
(2)系统调试。
(3)正反转机械特性n=f(Id)的测定。
(4)正反转闭环控制特性n=f(Ug)的测定。
(5)系统动态特性的观察。
五、预习要求
(1)阅读电力拖动自动控制系统教材中有关逻辑无环流可逆调速系统的
内容,熟悉系统原理图和逻辑无环流可逆调速系统的工作原理。
(2)掌握逻辑控制器的工作原理及其在系统中的作用。
六、思考题
(1)逻辑无环流可逆调速系统对逻辑控制有何要求?
(2)思考逻辑无环流可逆调速系统中“推β”环节的组成原理和作用如何?
七、实验方法
(1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
①打开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,打开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=170°。
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、反桥触发脉冲输出”端和DJK02“正、反桥触发脉冲输入”端相连,分别将DJK02正桥和反桥触发脉冲的六个开关拨至“通”,观察正桥VT1~VT6和反桥VT1'~VT6'的晶闸管的门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
(2)逻辑无环流调速系统调试原则
①先单元、后系统,即先将单元的参数调好,然后才能组成系统。
②先开环、后闭环,即先使系统运行在开环状态,然后在确定电流和转速均为负反馈后才可组成闭环系统。
③先双闭环、后逻辑无环流,即先使正反桥的双闭环正常工作,然后再组成逻辑无环流。
④先调整稳态精度,后调动态指标。
(3)控制单元调试
①移相控制电压Uct调节范围的确定
直接将DJK04给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,“正桥三相全控整流”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,给定电压Ug由零调大,Ud将随给定电压的增大而增大,当Ug超过某一数值Ug'时,Ud的波形会出现缺相的现象,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,则“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'
给定退到零,再按“停止”按钮,结束步骤。
②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。
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。
③调节器正、负限幅值的调整
把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉,将DJK08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,使之输出电压为-6V,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,使之输出电压为+6V。
把“电流调节器”的“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,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。
④“转矩极性鉴别”的调试
“转矩极性鉴别”的输出有下列要求:
电机正转,输出UM为“1”态。
电机反转,输出UM为“0”态。
将给定输出端接至“转矩极性鉴别”的输入端,同时在输入端接上万用表以监视输入电压的大小,示波器探头接至“转矩极性鉴别”的输出端,观察其输出高、低电平的变化。
“转矩极性鉴别”的输入输出特性应满足图1-25a所示要求,其中Usr1=-0.25V,Usr2=+0.25V
⑤“零电平检测”的调试
其输出应有下列要求:
主回路电流接近零,输出UI为“1”态。
主回路有电流,输出UI为“0”态。
其调整方法与“转矩极性鉴别”的调整方法相同,输入输出特性应满足图1-25b所示要求,其中Usr1=0.2V,Usr2=0.6V。
⑥“反号器”的调试
A、调零(在出厂前反号器已调零,如果零漂比较大的话,用户可自行将挂件打开调零),将反号器输入端“1”接地,用万用表的毫伏档测量“2”端,观察输出是否为零,如果不为零,则调节线路板上的电位器使之为最小值。
B、测定输入输出的比例,将反号器输入端“1”接“给定”,调节“给定”输出为5V电压,用万用表测量“2”端,输出是否等于-5V电压,如果两者不等,则通过调节RP1使输出等于负的输入。
再调节“给定”电压使输出为-5V电压,观测反号器输出是否为5V。
⑦“逻辑控制”的调试
测试逻辑功能,列出真值表,真值表应符合下表:
输入
UM
1
1
0
0
0
1
UI
1
0
0
1
0
0
输出
UZ(Ulf)
0
0
0
1
1
1
UF(Ulr)
1
1
1
0
0
0
调试方法:
A、首先将“零电平检测”、“转矩极性鉴别”调节到位,符合其特性曲线。
给定接“转矩极性鉴别”的输入端,输出端接“逻辑控制”的Um。
“零电平检测”的输出端接“逻辑控制”的UI,输入端接地。
B、将给定的RP1、RP2电位器顺时针转到底,将S2打到运行侧。
C、将S1打到正给定侧,用万用表测量“逻辑控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端,“3”、“6”端输出应为高电平,“4”、“7”端输出应为低电平,此时将DJK04中给定部分S1开关从正给定打到负给定侧,则“3”、“6”端输出从高电平跳变为低电平,“4”、“7”端输出也从低电平跳变为高电平。
在跳变的过程中的“5”,此时用示波器观测应出现脉冲信号。
D、将“零电平检测”的输入端接高电平,此时将DJK04中给定部分S1开关来回扳动,“逻辑控制”的输出应无变化。
⑧转速反馈系数α和电流反馈系数β的整定
直接将给定电压Ug接入DJK02-1上的移相控制电压Uct的输入端,整流桥接电阻负载,测量负载电流和电流反馈电压,调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1,使得负载电流Id=l.3A时,“电流反馈与过流保护”的“2”端电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数β=Ufi/Id=4.615V/A。
直接将“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”电路接直流电动机作负载,测量直流电动机的转速和转速反馈电压值,调节“速度变换”上的转速反馈电位器RP1,使得n=150Orpm时,转速反馈电压Ufn=-6V,这时的转速反馈系数α=Ufn/n=0.004V/(rpm)。
(3)系统调试
根据图5-10接线,组成逻辑无环流可逆直流调
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- 实验 逻辑 环流 可逆 调速 系统