直流电机调速系统课程设计报告指导书.docx

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1、直流电机调速系统课程设计指导书一、实验目的1、通过对KZ-D系统开环机械特性和闭环机械特性的实测及研究，加深 对负反应控制的根本原理的理解。2、掌握操作实际系统的方法和必要参数的测定方法。3、研究系统各参数间的根本关系及各参数变化对系统的影响。4、加深比照例积分调节器动态传输特性的认识，了解其在无静差自动控制系 统中的作用。5、通过实践掌握工程实践中常见的双闭环无静差调速系统参数设计计算和 ST调试方法。二、实验所需挂件及附件序号型 号备 注1DJK01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。2DJK02三相变流桥路该挂件包含“触发电路”，正桥功放”， “三相全控整流”等

2、几个模块。3DJK04电机调速控制该挂件包含“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。4DJK10变压器实验该挂件包含“三相不控整流和“三相心 式变压器等模块。B、 正负限幅值的调整将“速度电流调节器的输入端接地线和反应电路电容短接线去掉，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“速度 电流调节器”的4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,使电流调节器的输出正限幅为Uga*。C、转速反应系数的整定直接将“给定电压Ug接入移相控制电压Uct的输

3、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应电压值，调节“速度变换”上的转速反应电位器RP1,使得n =150Orpm时，转速反应电压 Ufn=6V,这时的转速反应系数a =Ufn/n =0.004V/(rpm)o转速单闭环直流调速系统按图1-5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“速度电流调节器接成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=540O , Ld用DJK02上200mH,给定输出调到 零。直流发电机先轻载，从零开场逐渐调大“给定”电压Ug,使电动机的转速 接近 n=1200rpm。由小到大调

4、节直流发电机负载R,测出电动机的电枢电流L,和电机的转速n,直至Id=1也 即可测出系统静态特性曲线n二f(Id)。n rpmIdA 用交流伏安法测取电动机电枢的电感乙 并计算电枢回路电磁时间系数刀。1)、接线如以下图13,由自耦调压器向电动机电枢供50Hz交流电压。将励磁绕组接在220V/50Hz的电源上。220V220V图 1 350Hz50Hz2)、由0开场，缓慢调节电枢端电压并作如下表格中的数据记录。0.50.40.30.20.1% (V)3)、由q=()2计算出电枢电感，其中q = 2x50。 CD 计算出电枢电阻的电磁时间系数十。(8)系统机电时间常数TM的测定接线如图14在电动机

5、电枢回路中串联电阻A=90。，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63.2%时,所经过的时间 即为拖动系统的机电时间常数7机。用数字存储示波器记录过渡过程曲线户f(t),即可由此确定机电时间常数图=T,n4勺o(9)DJK02上“触发电路”的调试翻开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏上的“三相电网电压指 一 开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。翻开DJK02电源开关，拨动“触发脉冲指示处的钮子开关，使“窄 发光管亮;O将DJK02面板上的Uf端接地，将“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。(10)Uct不变

6、时的直流电机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上的移相控制电压Us由DJK04上的“给定输出Ug直接接入，直流发电机接负载电阻R=540。，Ld用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。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，然后从零开场逐渐增加“给定电压U ,使电动机慢慢启O动并使转速n到达1200rpm。改变负载电阻R的阻值，d吏电机的电枢电流从L直至空载。即可测出在U不变时的直流电动机开环外特性n = fQ),测量并记录数据于下表:nrpmLiA(11)根据所测数据设计双闭环比例直流调速系统典型I型系统设计调节

7、器参数Ti = Tl二 ZiRA 2BKsT八, = Ts+7R = K&Ci-R.其中，取凡= 10KQ C. = l/按最正确抗干扰性能设计速度调节器AS的参数.速度环设计为典型II性系统，并取中频宽h=5Tn = 5（21注 +/）；TnPCeTm h + 1Rn = KR C = M(12)双闭环调速系统调试原那么先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。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应后，才可组成闭环系统。先环，后外环，即先调试电流环，然后调试转速外环。先调整稳态精度，后调整动态指标。(13)控制单元调试移相控制电压Us调节围确实

8、定直接将DJK04给定电压Ug接入DJK02移相控制电压U或的输入端，“正桥 三相全控整流输出接电阻负载R(用滑线变阻器接成串联形式)，负载电阻放 在最大值，输出给定调到零对DZSZ-1,将输出电压调至最小位置，当启动 后，再将输出线电压调到200Vo按下启动按钮，给定电压U。由零调大，Q将随给定电压的增大而增大， O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Ucgx=0.9U，即U。 的允许调节围为。Usmax。如果我们把输出限幅定为Ucmax的话，那么“三相全 控整流输出围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六

9、个晶闸管可靠工 作。记录Ug，于下表中：UgUcrmax=0.9U/将给定退到零，再按停顿按钮切断电源，完毕步骤。调节器的调零将DJK04中电流调节器所有输入端接地，将串联反应网络中的电容短接 即将电流调节器的“8， “9两端用导线直接短接，使电流调节器成 为P（比例）调节器，并将调节放大倍数的电位器RP3顺时针转到底即放大倍 数最小。调节面板上的调零电位器RP4,用万用表的直流毫伏档测量电流 调节器的“10端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。将DJK04中速度调节器所有输入端接地，将串联反应网络中的电容短接 即将速度调节器的“4， “5两端用导线直接短接，使速度调节器成 为P（比例）调节器

10、，将调节放大倍数的电位器RP4顺时针转到底即放大倍数最 小。调节面板上的调零电位器RP1,用万用表的直流毫伏档测量速度调节 器的“6端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。调节器正、负限幅值的调整将电流调节器的输入端接地线和反应电路电容短接线去掉，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,使电流调节器输出正 限幅为Usmax。将速度调节器的输入端接地线和反应电路电容短接线去掉，使调节器成 为PI（比例积分）调节器，然后将DJK04的

11、给定输出端接到速度调节器的“3 端，当加正给定时，调整负限幅电位器RP3,使之输出电压为-8V,当调节器 输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP2,使之输出电压为最小值即可。电流反应系数的整定直接将“给定电压U。接入移相控制电压Uy的输入端，整流桥输出接电 O阻负载R用滑线变阻器接成并联形式，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 载的阻值使得负载电流Id=L3A时，调节“电流反应与过流保护上的电流反 应电位器RP1, 2”端L的的电流反应电压U产6V,这时的电流反应系数 =Ufi/Id= 4.615V/Ao转速反应系数的整

12、定直接将“给定电压Ug接DJK02上的移相控制电压Us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二 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U6V,这时的转速反应系数oc =Ufn/n =0.004V/(rpm)o将给定退到零，断开励磁电源，按下停顿按钮，完毕实验。(14)系统静特性测试按图1-6接线，DJK04的给定电压Ug输出为正给定，转速反应电压为负 电压，直流发电机接负载电阻R=540。，Ld用DJK02上的200mH,负载电阻放 在

13、最大值，给定的输出调到零。将速度调节器，电流调节器都接成P比例 调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统，按下启动按钮，接通励磁电 源，增加给定，观察系统能否正常运行，确认整个系统的接线正确无误后， 将“速度调节器，“电流调节器”均恢复成PI比例积分调节器，构成 实验系统。机械特性n=fQ)的测定A、发电机先空载，从零开场逐渐调大给定电压Ug,使电动机转速接近 On=1200rpm,然后接入发电机负载电阻R=540Q,逐渐改变负载电阻，直至 即可测出系统静态特性曲线产f(L),并记录于下表中：nrpmLAB、降低Ug,再测试n=800rpm时的静态特性曲线，并记录于下表中:n rpmIdAC、

14、闭环控制系统n=f（UJ的测定调节U.及R,使Id=*、n=1200rpm,逐渐降低上，记录U2和n,即可测出闭环控制特性n=f（U）。n rpmIdA（15）系统动态特性的观察用慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下（“速度调节器的 增益和积分电容、“电流调节器”的增益和积分电容、“速度变换的滤波 电容），用示波器观察、记录以下动态波形：突加给定Ug,电动机启动时的电枢电流Id（“电流反应与过流保护”的 “2端）波形和转速n（“速度变换的“3端）波形。突加给定电压起动，观察转速力和电流的波形。观察转速超调的波形 与预期波形比拟，判定参数调整方向及因此影响特性变化的趋势，直到力和 的动态

15、波形符合最正确。5DD03-2电机导轨、测速发电机及转速表6DJ13直流复励发电机7DJ15直流并励电动机8D42滑线变阻器串联形式：0.41 A, 1.8kQ并联形式：0.82A, 900Q9数字存储示波器自备10万用表自备三、实验线路及原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、 电动机-发电机组等组成。在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给 定电压Ug作为触发器的移相控制电压Uct,改变Ug的大小即可改变控制角oc,从 而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理图如图5-1所给定励磁 电源触发 电路正桥 功放三相电源输出JUl

16、f突加额定负载（20%几=100%几）时电动机电枢电流波形和转速波形。突图1-1实验系统原理图四、实验容(1)测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R,电感值L,K测定直流 电动机电势常数Ce测定晶闸管直流调速系统机电时间常数Tm转速调节器的调试，电流调节器的调试(3)设计调速系统。调速指标为。= 10, S10% ;测定系统开环机械 特性和A%加，判断能否满足调速指标；如果不能满足，可采用转速 负反应；计算及整定比例调节器参数、反应系数；测定闭环系统的 机械特性。(4)设计及调试双闭环无静差KZ D调速系统要求额定转速时SW 2% , 电流超调量巴 5% ,转速起动到额定转速时，超调量 负载扰

17、动恢复时间小于05s ,电动机过载倍数 2 = 1.2,电流反应系数尸= 4.615%。/ a 要求完成电流、转速两个调节器的参数设计，并调试系统。五、预习要求学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定，设计方法。六、实验方法为研究晶闸管一电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、总电感L以 及系统机电时间常数Tm ,这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：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Rj. 及整流装置的阻Rn,即R 二 Ra 十及十 Rn(1-1)由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻 影响很大，故常用直

18、流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源阻须测量整流 装置的理想空载电压Udo,而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比 拟法，实验线路如图1-2所示。将变阻器接成Ri=540。可调,R2=540。可调接 入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上S1、S2, 调节给定使输出直流电压Ud在30%Ued70%Ued围，然后调整R2使电枢电流在 80%勒90%Q围，读取电流表A和电压表V2的数值为L、U,那么此时整流装 置的理想空载电压为1-21-2Udo=I1R+U1调节R1使之与R2的电阻值相近，拉开开关S2,在Ud的条件下读取电流表、电压表的图1-2伏安比拟法实验线路图数值

19、12、U2,那么Udo=I2R+U2(l-3)求解(5-2)、(5-3)两式，可得电枢回路总电阻：R= U1-U2 /I2-IJ(1-4)如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得RL+Rn=(U/ -U/ )/(I2Z -1/ )(1-5)那么电机的电枢电阻为R=R-(RL+Rn)o (1-6)同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻Rl。测K,C主回路局部接线如图14在电动机电枢回路中串联电阻R1 二900氏2=540。, 逐渐增加U”，使电动机旋转启动后调R=0Q。再调号，使与为某一适中的 值例如0.40.8A。记录/，Id , U”转速n,用减小口 使力减小，用此 保持乙恒定，共记录

20、5组数据。1-4开环系统原理图本JCECC dccccLV )5 -O1+测量条件:注意：一定要保持恒定不变，且连续。不变，且连续:n (rpm)15001200900500300由公式计算，取4次平均值，计算出晶闸管装置的放Nn AU” L *大倍数Ks，和电动机电势系数Q。开环外特性的测定DJK02控制电压U由DJK04上的给定输出Ug直接接入，“三相全控整 流”电路接电动机，Ld用DJK02上的200mH,直流发电机接负载电阻R=540。， 负载电阻放在最大值，输出给定调到零。按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开场逐渐增加“给定”电 压Ug,使电机启动升速，转速到达1200rpm,保

21、持Ug不变调节R使电动机电流 Ll = Ld。增大负载电阻R阻值即减小负载，可测出该系统的开环外特性n =fL，记录于下表中：5 二n rpmLA根据所作记录，作出系统开环机械特性曲线，并与理论曲线相比拟:理论曲线：=阳；瓜1nom二 &风根据所测数据设计单闭环比例直流调速系统比例调节器AS参数选择K) (A盘儿( non) clCLi=kPKsa ”KCed(A)_ snnom _ 1500x0,10(1 S) 10x0.9Kce= 16.7rpmRf=KP R(取 Ro=lOKQ)1-5速度单闭环系统原理图根本单元部件调试移相控制电压Uct调节围确实定直接将DJK04 给定电压Ug接入DJ

22、K02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（用滑线变阻器接成串联形式），用示波器观察Ud 的波形。当给定电压Ug由零调大时，“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Uctm0.9Ug，即Ug的允许调 节围为0Uctmax。如果我们把输出限幅定为Uce的话，那么“三相全控整流” 输出围就被限定，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，Uctma=0.9Ugz将给定退到零，再按“停顿按钮，完毕步骤。调节器的调整A、调节器的调零将DJK04中“速度电流调节器的所有输入端接地，将串联反应网络中的 电容短接即将“速度电流调节器”的8，9两端用导线直接短接， 使“速度电流调节器成为P （比例）调节器。调节面板上的调零电位器RP4, 用万用表的毫伏档测量“速度电流调节器”的10端，使调节器的输出电 压尽可能接近于零。