双闭环直流调速系统设计.pdf

百度文库-好好学习，天天向上-1 第一章 设计概述 一、课程设计的性质和任务：本课程是电气自动化本科专业学生学习完直流调速系统或电力拖动控制系统课程后进行的一个重要的独立性实践教学环节。其任务是通过设计双闭环直流调速系统的全过程，培养学生综合应用所学的直流调速知识去分析和解决工程实际问题的能力，帮助学生巩固、深化和拓展知识面，使之得到一次较全面的设计训练，为毕业设计和实际工程设计奠定基础。转速、电流双闭环不可逆直流调速系统是一种典型的自动控制系统。这种调速系统只有两个调节器，即速度调节器（ASR）和电流调节器(ACR)，两个调节器作串级连接，其中速度调节器的输出信号作为电流调节器的输入信号，从而形成一环套一环的转速、电流双闭环结构。这种转速、电流双闭环调速系统，在突加转速给定信号的过程中表现为一个恒电流加速系统，而在稳态和接近稳态的运行中又表现为一个无静差调速系统，因此各项性能指标较系统开环时提高许多。本此课程设计的目的就是同学们在调试、设计一个典型的调速系统后，能够掌握自控系统调试、设计的方法，步骤及其调试原则，加强同学们的动手能力和对理论知识的理解。自控系统调试所遵循的原则：先部分，后系统：即首先对系统的各个单元进行调试，然后再对整个系统进行调试。先开环，后闭环：即首先进行开环调试，然后再对系统闭环进行调试。先内环，后外环：即首先对内环进行调试（如在本此调试中就应先对电流环进行调试）,然后再对外环进行调试（如本此调试中的速度环调试）。本次系统调试是在DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置上进行。整百度文库-好好学习，天天向上-2 个调试完成后要求系统达到以下指标：动态 指标 启动（稳态1500rpmId=）n 10%，i 5%，tr 2s tr：起动时间 负载扰动（1500rpmId=）n 5%，tv n：动态速降 tv：恢复时间 静态 指标 负载变化：空载Id=D 5，S 5%D：调速范围 S：静差率 百度文库-好好学习，天天向上-3 二、DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介 1 装置特点(1)设计装置采用挂件结构，可根据不同设计内容进行自由组合。(2)装置连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电回路，造成设备损坏。(3)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，分别设有电压型和电流型漏电保护装置，保护操作者的安全。(4)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。图2-1 DJDK-1电力电子技术及电机控制实验装置 2 装置技术参数(1)输入：电压三相四线制，380V10%，50Hz。(2)工作环境：环境温度范围为540，相对湿度 75%，海拔高度 30，防止出现逆变颠覆的情况。（2）触发脉冲指示 在触发脉冲指示处设有钮子开关用以控制触发电路，开关拨到左边，绿色发光管亮，在触发脉冲观察孔处可观测到后沿固定、而前沿可调的宽脉冲；开关拨到右边，红色发光管亮，触发电路产生互差60的双窄脉冲。（3）三相同步信号输入端 通过专用的10芯扁平线将DJK02上的“三相同步信号输出端”与DJK02-1“三相同步信号输入端”连百度文库-好好学习，天天向上-8 接，为其内部的触发电路提供同步信号；同步信号也可以从其他地方提供，但要注意相序的问题。（4）锯齿波斜率调节与观测孔 打开挂件的电源开关，同步信号经KC04集成触发电路，产生三路锯齿波信号，调节相应的斜率调节电位器，可改变相应的锯齿波斜率，三路锯齿波斜率应保证基本相同，使六路触发信号保持同时出现，且双窄脉冲间隔基本一致。百度文库-好好学习，天天向上-9 图2-5 触发电路原理图（5）控制电路 如图2-5所示，在KC04、KC41和KC42三相集成触发电路的基础上，又增加了4066、4069芯片，可产生三相六路互差60的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使用。百度文库-好好学习，天天向上-10 在面板上设有三相同步信号观测孔、两路触发脉冲观测孔。VT1VT6为单脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)或宽脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“宽脉冲”)；VT1VT6为双脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“窄脉冲”)或宽脉冲观测孔(在触发脉冲指示为“宽脉冲”)。三相同步电压信号从每个KC04的8脚输入，在其4脚形成线性增加的锯齿波，移相控制电压Uct和偏移电压Ub经叠加后，从9脚输入。当触发脉冲选择的钮子开关拨到窄脉冲侧时，通过控制4066（电子开关），使得每个KC04从1、15脚输出相位相差180的单窄脉冲(可在上面的脉冲观测孔观测到)，窄脉冲经KC41（六路双脉冲形成器）后，得到六路双窄脉冲(可在下面的脉冲观测孔观测到)。将钮子开关拨到宽脉冲侧时，通过控制4066，使得KC04的1、15脚输出宽脉冲，同时将KC41的使能端7脚接高电平，使KC41停止工作，宽脉冲则通过4066的3、9两脚直接输出。4069为反相器，它将部分控制信号反相以控制4066；KC42为调制信号发生器，对窄脉冲和宽脉冲进行高频调制。（6）正、反桥功放电路 正、反桥功放电路的原理以正桥的一路为例，如图2-6所示；由触发电路输出的脉冲信号经功放电路中的V2、V3三极管放大后由脉冲变压器T1输出。Ulf即为DJK02面板上的Ulf，接地才可使V3工作，脉冲变压器输出脉冲。反桥功放和正桥功放线路完全一致，只是使能端不一样，将Ulf改为Ulr。图2-6 脉冲功率放大电路原理图（7）正桥使能端Ulf、反桥使能端Ulr 这两个端子用于控制正反桥功放电路的工作与否，当端子与地短接，表示功放电路工作，触发电路产生的脉冲经功放电路从正反桥脉冲输出端输出；悬空表示功放不工作。Ulf控制正桥功放电路，Ulr控百度文库-好好学习，天天向上-11 制反桥。（8）正、反桥脉冲输出端 经功放电路放大的触发脉冲，通过专用的20芯扁平线将DJK02“正反桥脉冲输入端”与DJK02-1上的“正反桥脉冲输出端”连接，为晶闸管提供相应的触发脉冲。百度文库-好好学习，天天向上-12 图2-5 触发电路原理图 6 DJK04挂件（电机调速控制实验I）该挂件主要完成电机调速实验，如单闭环直流调速实验、双闭环直流调速实验、逻辑无环流等实验。同时和其它挂件配合可增加实验项目，如与DJK18配合使用就可以完成三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统实验。DJK04的面板图如下：图2-7 DJK04面板图（1）电流反馈与过流保护 单元有两个功能，一是检测主电源输出的电流反馈信号，二是当主电源输出电流超过某一设定值时发出过流信号切断电源，其原理如图2-8。TA1、TA2、TA3为电流互感器的输出端，它的电压高低反映三相主电路输出的电流大小，面板上的三个园孔均为观测孔，不需再外部进行接线，只要将DJK04挂件的10芯电源线与插座相连接，那么TA1、TA2、TA3就与屏内的电流互感器输出端相连，当打开挂件电源开关，过流保护即处于工作状态。a 电流反馈与过流保护的输入端TA1、TA2、TA3，来自电流互感器的输出端，反映负载电流大小的电压信号经三相桥式整流电路整流后加至RP1、RP2及R1、R2、VD7组成的3条支路上，其中：R2与VD7并联后再与R1串联，在其中点取零电流检测信号从1号端输出，供零电平检测用。当电百度文库-好好学习，天天向上-13 流反馈的电压比较低的时候，1号端的输出由R1、R2分压所得，VD7截止。当电流反馈的电压升高的时候，1号端的输出也随着升高，当输出电压接接近左右时，VD7导通，使输出始终保持在左右。RP1的滑动抽头端输出作为电流反馈信号，从2号端输出，电流反馈系数由RP1进行调节。图2-8 电流反馈与过流保护原理图 RP2的滑动触头与过流保护电路相连，调节RP2可调节过流动作电流的大小。b 当电路开始工作时，由于电容C2的存在，V3先于V2导通，V3的集电极为低电位，V4截止，同时通过R4、VD8将V2基极电位拉低，保证V2一直处于截止状态。c 当主电路电流超过某一数值后，RP2上取得的过流电压信号超过稳压管V1的稳压值，击穿稳压管，使三极管V2导通，从而V3截止，V4导通使继电器K动作，控制屏内的主接触器掉电，切断主电源，挂件面板上的声光报警器发出告警信号，提醒操作者实验装置已过流跳闸。调节 RP2的抽头的位置，可得到不同的电流报警值。d 过流的同时，V3由导通变为截止，在集电极产生一个高电平信号从3号端输出，作为推信号供电流调节器使用。e SB为解除过流记忆的复位按钮，当过流故障己经排除，则须按下SB以解除记忆，才能恢复正常工作。当过流动作后，电源通过SB、R4、VD8及C2维持V2导通，V3截止、V4导通、继电器保持吸合，持续告警。只有当按下SB后，V2基极失电进入截止状态，V3导通、V4截止，电路才恢复正常。（2）给定 百度文库-好好学习，天天向上-14 给定的原理图如图2-9所示。电压给定由两个电位器RP1、RP2及两个钮子开关S1、S2组成。S1为正、负极性切换开关，输出的正、负电压的大小分别由RP1、RP2来调节，其输出电压范围为0士l5V，S2为输出控制开关，打到“运行”侧，允许电压输出，打到“停止”侧，则输出为零。按以下步骤拨动S1、S2，可获得以下信号：a 将S2打到“运行”侧，S1打到“正给定”侧，调节RP1使给定输出一定的正电压，拨动S2到“停止”侧，此时可获得从正电压突跳到0V的阶跃信号，再拨动S2到“运行”侧，此时可获得从0V突跳到正电压的阶跃信号。b 将S2打到“运行”侧，S1打到“负给定”侧，调节RP2使给定输出一定的负电压，拨动S2到“停止”侧，此时可获得从负电压突跳到0V的阶跃信号，再拨动S2到“运行”侧，此时可获得从0V突跳到负电压的阶跃信号。图2-9 电压给定原理图 c 将S2打到“运行”侧，拨动S1，分别调节RP1和RP2使输出一定的正负电压，当S1从“正给定”侧打到“负给定”侧，得到从正电压到负电压的跳变。当S1从“负给定”侧打到“正给定”侧，得到从负电压到正电压的跳变。元件RP1、RP2、S1及S2均安装在挂件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流数字电压表指示输出电压值。要注意的是不允许长时间将输出端接地，特别是输出电压比较高的时候，可能会将RP1、RP2损坏。（3）转速变换 转速变换用于有转速反馈的调速系统中，它将反映转速变化并与转速成正比的电压信号变换成适用于控制单元的电压信号。图2-10为其原理图：百度文库-好好学习，天天向上-16 反相器由运算放大器及有关电阻组成，用于调速系统中信号需要倒相的场合，如图2-12。反相器的输入信号U1经运算放大器的反相输入端输入，故输出电压U2为：U2=-(RP1+R3)U1/R1 调节电位器RP1的滑动触点，改变RP1的阻值，使RP1+R3=R1，则U2=-U1，输入与输出成倒相关系。电位器RP1装在面板上，调零电位器RP2装在内部线路板上（在出厂已将运放调零）。图2-12 反相器原理图（6）电流调节器 电流调节器由运算放大器、限幅电路、互补输出、输入阻抗网络及反馈阻抗网络等环节组成，工作原理基本上与速度调节器相同，其原理图如图2-13所示。电流调节器也可当作速度调节器使用。元件RP1、RP2、RP3均装在面板上，电容C1、电容C7和电阻R13的数值可根据需要，由外接电阻、电容来改变。电流调节器与速度调节器相比，增加了几个输入端，其中“3”端接推信号，当主电路输出过流时，电流反馈与过流保护的“3”端输出一个推信号（正电压、高电平），其击穿稳压管送入运放的反向输入端，使调节器的输出电压下降，使角向180方向移动，使晶闸管从整流区移至逆变区，降低输出电压，保护主电路。“5、7”端接逻辑控制器的相应输出端，当有高电平输入时，击穿稳压管，三极管V4、V5导通，将相应的输入信号对地短接。在逻辑无环流实验中“4、6”端同为输入端，其输入信号极性正好相反，如果两路输入都有效的话，两个值正好抵消。“5、7”端来选择“4、6”端的输入信号，在同一时刻，只有一路信号输入起作用，另一路信号接地不起作用。百度文库-好好学习，天天向上-17 图2-13 电流调节器原理（7）转矩极性鉴别 转矩极性鉴别为一电平检测器，用于检测控制系统中转矩极性的变化。它是一个由比较器组成的模数转换器，可将控制系统中连续变化的电平信号转换成逻辑运算所需的“0”、“1”电平信号。其原理图如图2-14所示，输入输出特性如图2-15所示，具有继电特性。调节运放同相输入端电位器RP1可以改变继电特性相对于零点的位置。继电特性的回环宽度为:Uh=Usr2Usr1=K1(Uscm2Uscm1)式中，K1为正反馈系数，K1越大，则正反馈越强，回环宽度就越小；Usr2和Usr1分别为输出由正翻转到负及由负翻转到正所需的最小输入电压；Uscm1和Uscm2分别为反向和正向输出电压。逻辑控制系统中的电平检测环宽一般取，环宽大时能提高系统抗干扰能力，但环太宽时会使系统动作迟钝。图2-14 转矩极性鉴别器原理图 百度文库-好好学习，天天向上-18 图2-15 转矩极性鉴别器输入输出特性（8）零电平检测 零电平检测器也是一个电平检测器，其工作原理与转矩极性鉴别器相同，在控制系统中进行零电流检测，当输出主电路的电流接近零时，电平检测器检测到电流反馈的电压值也接近零，输出高电平。其原理图和输入输出特性分别如图2-16和图2-17所示。2-16 零电平检测器原理 图2-17 零电平检测输入输出特性 百度文库-好好学习，天天向上-19 第二章 单元调试 一、调试前的准备 1.目的：通过系统的原理图和安装图，熟悉系统结构及元器件的分布情况，同时对系统进行初步检查。2.步骤：a.熟悉图纸资料。b.记录设备参数。c.结合图纸检查设备：(1)外观检查：熟悉设备的安装位置，检查设备的外观是否完好，即检查设备各紧固件有无松动，设备外壳有无名显变形，设备有无受潮及其它异常现象。(2)连线检查：检查设备各抽屉内的连线有无脱落，抽屉与抽屉之间，抽屉与面板之间的连线及各个接地点是否可靠接通。(3)检查设备的绝缘情况：用摇表（500V）检查主回路上各个设备的绝缘电阻，要求各设备的绝缘电阻至少大于兆欧。需检查的设备及部位：a.直流电动机各出线端对其机壳的绝缘电阻；b.直流电动机饶组间的绝缘电阻；c.直流发电机各出线端对其机壳的绝缘电阻；d.直流发电机饶组间的绝缘电阻；e.设备主回路各相之间，以及各相接线端对设备外壳的绝缘电阻。注意：a.不能用摇表来测量控制回路；b.只能在不通电的情况下检查设备的绝缘电阻；百度文库-好好学习，天天向上-20 c.检查设备的绝缘电阻应在设备没连线时进行；d.摇表指针回零后，应立即停止测量，以免损坏摇表。二、操作回路的检查 1目的：检查主回路及控制回路是否正常 2步骤：(1)按照原理图给设备接好三相电源。(2)打开三相整流桥DJK02面板，检查正桥各保险是否正常，有无熔断。(3)合上电源，看主回路和操作回路指示灯是否正常点亮。三、DJK02和DJK02-1触发电路调试 1、目的：保证每个可控硅在整个移相范围内都能得到脉冲且触发角度一致。2、为保证可控硅在移相范围内都能可靠地被触发导通，可控硅触发挂件DJK02-1输出的触发脉冲应满足以下技术指标：（1）触发脉冲的幅度应在410V之间，（2）触发脉冲的宽度应在20左右（“窄”脉冲模式)，（3）触发脉冲上升沿的时间应小于10us，（4）触发脉冲的移相范围应在240左右，（5）无触发脉冲时，触发电路的输出电压小于。3、调试步骤 打开DJK01总电源开关，操作电源控制屏上的电网三相线电压测量开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。将DJK01电源控制屏上调速电源选择开关拨至直流调速侧。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，选择“宽”脉冲模式。观察A、B、C三相的锯齿波，通过调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器，使三相的锯齿波斜百度文库-好好学习，天天向上-21 率尽可能一致。先将DJK04挂件的“地”与DJK02-1挂件的“地”相连，再将DJK04上的给定单元的Ug与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，开关S1拨到“RP1”位置，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RP，用双踪示波器观察A相同步电压信号和脉冲观察孔VT1的输出波形，使=90。适当增加Ug（），观测DJK02-1上脉冲观察孔的波形。在“窄”脉冲模式下，应观测到VT1单窄脉冲和VT1双窄脉冲；在“宽”脉冲模式下，应可观测到VT1和VT1上的宽脉冲。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，正桥触发脉冲输出端旁的Ulf端接“地”，并将DJK02正桥触发脉冲的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。触发电路最小控制角 min和最小逆变角 min 的整定 min和 min过小都会产生较大的冲击，容易造成事故，故一般 min=min=30。对三相可控硅不可逆调速系统，可取 min=30，min=90。在三相可控硅不可逆调速系统中，电流调节器（ACR）的输出信号被用来作为三相可控硅桥式整流电路移相电压（UK），故对最小控制角 min的限制实际上就是对电流调节器（ACR)的正输出幅值的限制，而对最小逆变角min的限制就是对电流调节器（ACR）的负输出幅值的限制。具体整定方法可参照触发电路初始相位整定。在这只需把min=30，min=90时的移相电压（UK）值都记录下来作为以后整定电流调节器（ACR）输出限幅值的依据。四、直流电机开环外特性的测定(1)Uct不变时直流电机/调速系统开环外特性（机械特性）的测定 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D42三相负载电阻中任意一相可调电阻（同一相的两个可调电阻并联，使其允许电流扩大到0.41A2），Ld（平波电抗器）位于DJK02上，电感量500mH，将给定输出调到零。先闭合励磁电源开关，发电机空载，再按下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空载转速达到1200rpm。负载电阻R接入发电机，改变负载电阻的阻值，使电机的电枢电流从空载电流直至Ied（电机额定电流=1.2A，实验中取1.0A）。即可测出在Uct不变时的直流电动机开环外特性n=f(Id)，测量并记录数据于百度文库-好好学习，天天向上-22 下表：n(rpm)Id(A)(2)Ud不变时直流电机（本身）开环外特性的测定 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D42三相负载电阻R，Ld为500mH，将给定输出调到零。先闭合励磁电源开关，发电机空载，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空载转速达到1200rpm。负载电阻接入发电机，改变负载电阻，使电机的电枢电流从空载电流直至Ied（取1.0A），同时需保持三相全控整流输出电压 Ud不变(通过不断地调节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)五、基本单元部件调试（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，三相全控整流输出接D42电阻负载R，用电压表测量Ud。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，会出现Ud减小（缺相，窄脉冲模式下）或保持定值（=0不变，宽脉冲模式下）。一般可确定移相控制电压的最大允许值为Uctmax=，即Ug的允许调节范围为0Uctmax。如果我们把ACR的输出限幅定为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。（2）电流反馈系数的整定 a.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，Ug调到零。b.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R阻值，使得负载电流Id=l.0A，调节电流反馈与过流保护单元上的电流反馈系数电位器，使电流反馈电压输出（2#测试孔）百度文库-好好学习，天天向上-24 a.按图5-1接线，取给定电压Ug为负极性给定，转速反馈电压为正极性，接入电流调节器（因其输出带驱动，驱动能力强），同时调节器接成PI调节器（R=20K，C=1uF），其输出接Uct。直流发电机接D42负载电阻R，Ld用500mH，给定输出调到零。b.电动机加励磁，直流发电机空载，从零开始逐渐调大给定电压Ug，使电动机的空载转速n=1200rpm。c.由大到小调节直流发电机负载R，同时测出电动机电枢电流Id和转速n，直至Id=1.0A，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 a.按图5-1接线，取给定Ug为负给定，电流反馈电压为正极性，接入电流调节器；同时电流调节器接成PI调节器（R=5K，C=2uF），调节器输出接Uct。直流电动机加励磁，发电机接D42负载电阻R，Ld用500mH，将给定输出调到零。b.发电机先轻载，从零开始逐渐调大给定电压Ug，使电动机电枢电流Id=，n=1200rpm。c.由大到小调节发电机负载R阻值，测出相应的Id和n，直至电动机n=100rpm，即可测出系统静态特性曲线n=f(Id)。n(rpm)Id(A)百度文库-好好学习，天天向上-25 第三章 参数测量与计算 本次课程设计中的参数计算主要指两个PI调节器的参数计算，进行参数计算所需数据的一部分是通过单元调试和实际测量获得，其余部分数据可以从图纸和资料中获取。一、系统参数测量 为研究晶闸管电动机系统，须首先了解电动机电枢回路的总电阻R、总电感 L以及系统的电磁时间常数 Td与机电时间常数 TM，这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：（1）直流电动机电枢回路总电阻R的测定 电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra、平波电抗器的直流电阻RL及整流装置的内阻Rn，即 R=RaRLRn (4-1)由于R阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量（小电流检测，接触电阻影响很大），故常用直流伏安法。测量晶闸管整流装置的内阻须测量整流装置的理想空载电压Ud0，而Ud0是无法直接测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图4-1所示。MGT500mHRV1V2UgS2LdA 图4-1 伏安比较法实验线路图 将D42三相可调电阻器R接入直流电机电枢回路，测试时电动机不加励磁，堵转。调节给定使输出直流电压Ud在30%Ued70%Ued（电机额定电压，Ued=220V）范围内，然后调整电阻R使电枢电流在80%Ied90%Ied（电机额定电流，Ied取1.0A）范围内，读取电流表A和电压表V2的数值，记为I1、U1，则此时整流装置的理想空载电压为：Ud0=I1R+U1 （4-2）调节R使电压表V2的读数有较明显的变化（U 10V），再次读取电流表A、电压表V2的数值，记为I2、U2，则 百度文库-好好学习，天天向上-26 Ud0=I2R+U2 (4-3)求解(4-2)、(4-3)两式，可得电枢回路总电阻:R=(U2U1)/(I1I2)(4-4)把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得 R=RLRn=(U2U1)/(I1 I2)(4-5)则电机的电枢电阻为 Ra=R R=R(RL十Rn)(4-6)同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL。整流桥内阻：Rn =R Ra RL（2）直流电动机电枢回路电感L的测定 电枢回路总电感包括电机的电枢电感La、平波电抗器电感Ld和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为 LLa+Ld (4-7)电感的数值可用交流伏安法测定。实验时应给电动机加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图4-2所示。220V+-MDJK01三相电压500mHVLdDJK09自耦调压器AAB 图4-2 测量电枢回路电感的实验线路图 实验时交流电压由DJK01电源屏输出，接DJK09单相调压器输入端，其输出端接电机电枢，用交流电压表和电流表分别测出电枢两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I，从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和Ld，计算公式如下:百度文库-好好学习，天天向上-27 /aaZUI (4-8)/LLZUI (4-9)22/2aaaLZRf (4-10)22/2LLLLZRf (4-11)（3）直流电动机电磁时间常数Td的测定 采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升：/(1)dt TddiIe (4-17)当t=Td时，有 1(1)0.632dddiIeI (4-18)实验线路如图4-3所示。电机不加励磁，调节给定使电枢电流Id=。然后保持Ug不变，将给定的S2拨到接“地”位置，然后向上拨动S2在电机电枢端突加Ud，用数字示波器记录id=f(t)的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。MGT500mHVUgS2LdA 图4-3 测定Td的实验线路图（4）直流电动机发电机机组飞轮惯量GD2测定 电力拖动系统的运动方程式为：2375ZGD dnTTdt (4-12)式中，T为电动机的电磁转矩，单位为Nm；Tz为负载转矩（空载时即为空载转矩Tk），单位为Nm，n为电机转速，单位为rpm。百度文库-好好学习，天天向上-28 电机空载自由停车时，T=0，Tz=Tk，则运动方程式为:2375kGD dnTdt (4-13)从而有 2375/kdnGDTdt (4-14)式中，GD2的单位为Nm2；Tk可由空载功率PK(单位为W)求出：200kaaaPU IIR (4-15)9.55/kkTPn (4-16)dn/dt可以从电机自由停车时所得的曲线nf(t)求得，其实验线路如图4-4。220V+-MGT500mHVUgS2LdA 图4-4 测定GD2时的实验线路图 电动机加额定励磁，将电机空载启动至1500rpm后，测量电枢电压Ua0和电流Ia0，然后断开给定，用数字示波器记录n=f(t)曲线，即可求取某一转速时的Tk和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以以转速n为基准选择若干个点，测出相应的Tk和dn/dt，以求得GD2的平均值。由于本实验装置的电机容量比较小，应用此法测GD2时会有一定的误差。（5）直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定 将电动机加额定励磁，使其空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n即可由下式算出Ce：2121()/()ddCeKeUUnn (4-19)式中，Ce的单位为V/rpm。百度文库-好好学习，天天向上-29 转矩常数CM的单位为Nm/A。CM可由Ce求出：CM=(4-20)（6）系统机电时间常数TM的测定 系统的机电时间常数可由下式计算：2()/(375)MeMTGD RC C (4-21)由于TMTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即/(1)dMnKUT s (4-22)当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当 n到达稳态值的%时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数 TM。为避免大启动电流冲击，测试时，1)电机去励磁，调节使Id=1.0A；2)电机空载、加励磁，突加Ug，用数字示波器记录 n=f(t)，即可由此确定机电时间常数。（7）晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Ug)和测速发电机特性UTG=f(n)的测定 实验线路如图4-4所示。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的移相控制电压Ug，分别读取对应的Ug、UTG（测速器输出之转速电压）、Ud、n的数值若干组，即可描绘制特性曲线Ud=f(Ug)整流桥输入输出特性曲线和UTG=f(n)测速装置输入输出特性曲线。由Ud=f(Ug)曲线的线性部分可求得晶闸管整流装置的放大倍数Ks=f(Ug)：Ks=Ud/Ug (4-23)二、双闭环直流调速系统调节器 PI 参数计算 1.具体的计算方法及步骤参照课本直流调速系统。2.计算所得的电阻及电容的参数最后应按标准系列选取。百度文库-好好学习，天天向上-30 第四章 系统调试 自动控制系统的结构多种多样，调试的方法也不相同，但总的调试原则都是一样，即先内环，后外环；先静态，后动态；先低压，后高压。自动控制系统框图组成如下：图 5-1 双闭环直流调速系统原理框图 遵循以上原则，下面开始本次转速、电流双闭环不可逆调速系统的系统调试。一、系统静态调试（1）调节器检查、调试 即检查速度、电流调节器的调零和限幅值整定。（2）三相全控SCR整流桥检查、调试 检查三相全控SCR整流桥的保险以及触发电路工作是否正常。二、系统动态调试（1）开环调试 检查三相全控SCR整流桥和直流电动机直流发电机系统工作是否正常（本系统Ud最大约300V，对应的电机转速 1500rpm 以上，且无异常现象发生），另外检查速度、电流反馈信号的大小和极性是否满足闭环要求。百度文库-好好学习，天天向上-31（2）闭环调试（先内环，再外环）a.电流闭环调试 电动机去励磁，发电机空载；参照图5-1，将负给定电压-Ug，正电流反馈电压接入电流调节器的输入端，其输出接Uct，根据计算得到的电流调节器PI参数选择合适的R、C构成调节器的反馈网络；用示波器观察电流反馈电压。Ug=0，合上主回路电源，调节-Ug使电枢电流=1.0A后，Ug=0。突加Ug，观察电流的变化情况。对照系统指标，检查电流波形是否满足动、静指标要求，如未能满足，则视具体情况检查硬件电路或改变PI调节器的R、C使之最终满足要求。b.速度、电流双闭环调试 电动机加励磁，发电机半载；参照图5-1接线，在电流闭环的基础上，将正给定电压Ug，负转速反馈电压接入速度调节器，速度调节器的输出接电流调节器的输入，根据计算得到的速度调节器PI参数选择R、C构成调节器的反馈网络；用示波器观察电流反馈信号（需先解决系统稳定性问题，而速度电流双闭环系统中，电流环的时间常数小，系统稳定与否直接体现为电流是否稳定）。Ug=0，合上主回路电源，调节Ug使转速上升至n=800rpm，电枢电流=0.5A后，Ug=0.突加Ug，观察从启动到稳定系统电流的变化情况。对照系统指标，检查电流波形是否满足稳定性要求，如未能满足，则视具体情况检查硬件电路或改变速度PI调节器的R、C（速度环不稳定时）或适当改变电流PI调节器的R、C（速度环稳定时），使系统最终满足要求。三、系统指标测试 在完成系统动、静态调试后，为了检查系统的性能和确保系统满足生产的实际要求，就要对系统各项指标进行测试，看是否达到系统的调试要求。系统指标测试实际上也就是对系统稳定性和快速性进行检查，而系统的稳定性主要由起动或停车时的转速、电流波形及系统的调速范围体现，系统的快速性则主要由突加负载时的转速波形体现，故指标测试也就是对以上各项进行测试。在这，为了便于分析和保存测试结果，我们需用数字示波器来记录各处波形，然后再对波形进行分析、计算即可得出系统指标。需测试的项目如下：百度文库-好好学习，天天向上-32 1 系统稳态运行于 1500rpmId=，记录启动时的转速 n，电枢电流 i，和移相电压 Uct 波形，并计算起动时间。2 系统调速范围（空载Id=，静差率 S=5%）。3 电机稳态运行于 1500rpm Id=，再突加负载（Id=），记录突加负载下的转速波形。4 测量并绘制 Ug=0，系统闭环控制特性曲线 n=f(Ug)。5 测量并绘制空载转速 1200rpm 和 800rpm，Id=空载1.0A 时的系统闭环机械特性 n=f(Id)线。6 测量并绘制空载转速 1200rpm 和 800rpm，Id=空载1.0A 时的系统开环机械特性 n=f(Id)线，计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。从以上测试，经计算可得：1.系统动静态技术指标：动态 指标 启动（稳态1500rpmId=）n(%)i(%)tr(s)负载扰动（1500rpmId=）n(%)tv(s)静态 指标 负载变化：空载Id=D(S 5%)2.结合动态波形，研究调节器参数变化对系统动态性能的影响。