开环直流调速系统

实验一 开环直流调速系统

一、实验目的

1．了解晶闸管直流调速系统实验装置的组成。 2．熟悉直流调速系统的组成及基本结构。

3．掌握晶闸管直流调速系统参数及开环系统调速特性的测定。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 DJK02-1三相晶闸管触发电路 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。 该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放” 等几个模块。 该挂件包含“给定”，“电流调节器”，4 DJK04 电机调速控制实验 I “速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。 5 6 7 8 9 DJ15 直流并励电动机 DJ13-1 直流发电机 D42 三相可调电阻 慢扫描示波器 万用表 自备 自备 三、实验线路及原理

图1-1是最简单的晶闸管—直流电动机开环调速系统。其中，UC是系统的给定输入信号，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使外界交流电源整流出直流电压Udo供给直流电动机，使电动机以一定的速度旋转。改变控制电压UC就可触发器的脉冲控制角及整流电压Udo，相应改变电动机的转速，从而达到调速的目的。

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这时电动机的机械特性为：

nUdoIdRKtrUcIdRIRKtrUcdnon （6-1）

CeCeCeCeIdR ——系统的开环稳态速降。 Ce其中 n图1-1 开环直流调速系统

开环系统当给定输入信号一定时，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使交流电源整流出直流电压Udo也是恒定的，电动机就以恒定的速度旋转。但当外界有扰动（例如负载波动）时，转速就有较大的波动，而开环系统不能自动进行补偿

四、实验内容

(1)学习DJK01“电源控制屏”的使用方法。 (2)DJK04上的基本单元的调试。

(3)Uc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。 五、预习要求

(1)复习自动控制系统(直流调速系统)教材中有关晶闸管开环直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。

(2)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。

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六、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=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。

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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 达到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，使电动机启动并达到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)基本单元部件调试

①移相控制电压Uct调节范围的确定

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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，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＇ 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

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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”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。

C、电流反馈系数的整定

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，“2”端If的的电流反馈电压Ufi=6V，这时的电流反馈系数β= Ufi/Id= 4.615V/A。

D、转速反馈系数的整定

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”上转速反馈电位器RP1，使得该转速时反馈电压Ufn=-6V，这时的转速反馈系数α =Ufn/n =0.004V/(rpm)。

(5)转速单闭环直流调速系统

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①按图8-1接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压Ug为负给定，转速反馈为正电压，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） 八、思考题

(l)锯齿波的斜率对触发脉冲出现的时刻有什么影响？ (2)改变控制电压的大小，输出的直流电压有什么变化？

(3)直流电动机的转速和晶闸管整流装置的输出的直流电压之间是什么关系？

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