晶闸管-直流调速系统参数和环节特性的测定

实验七晶闸管-直流调速系统参数和环节特性的测定
一、实验目的
(1)熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。

(2)掌握晶闸管直流调速系统参数测定方法扩及原理。

二、实验所需挂件及附件
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U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，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7-1所示。

图7-1 实验系统原理图
四、实验内容
(1)测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R。

(2)测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。

(3)测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2。

(4)测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T。

d
(5)测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M。

(6)测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M。

(7)测定晶闸管触发及整流装置特性U d=f(U ct)。

(8)测定测速发电机特性U TG=f(n)。

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方法。

六、实验方法
为研究晶闸管－电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、总电感L 以及系统的电磁时间常数T d与机电时间常数T M，这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：
(1)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R a、平波电抗器的直流电阻R
及
L 整流装置的内阻R n，即
R = R a十R L十R n (7-1) 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，故常用直流伏安法。

为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压Uｄ0，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图7-2所示。

图7-2伏安比较法实验线路图
将变阻器R1、R2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U d在30%U ed～70%U ed范围内，然后调整R2使电枢电流在80%I ed～90%I ed范围内，读取电流表A和电压表V2的数值为I1、U1，则此时整流装置的理想空载电压为
U do=I1R+U1（7-2）调节R1使之与R2的电阻值相近，拉开开关S2，在U d的条件下读取电流表、电压表的数值I2、U2，则
U do＝I2R十U2 (7-3) 求解(7-2)、(7-3)两式，可得电枢回路总电阻:
R＝（U2-U1）/（I1-I2） (7-4) 如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得
R L十R n=(U2＇-U1＇)/(I1＇-I2＇) (7-5) 则电机的电枢电阻为
R a=R-(R L十R n)。

(7-6)
同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻R L。

I U Z L L /=)
2/(22f Ra Za La π-=
)
2/(2
2
f R Z Ld L
L
π-=(2)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L a 、平波电抗器电感L d 和整流变压器漏感L B ，由于L B 数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为
L ＝L a +L d (7-7)
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7-3所示。

图7-3 测量电枢回路电感的实验线路图
实验时交流电压由DJK01电源输出，接DJK10的高压端，从低压端输出接电机的电枢，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U a 和U L 及电流I,从而可得到交流阻抗Z a 和Z L ，计算出电感值L a 和L d ，计算公式如下:
(7-8)
(7-9)
(-10)
(7-11)
(3)直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD 2 的测定 电力拖动系统的运动方程式为
/I
U Z a
a
=
T-T z =(GD 2
/375)dn/dt (7-12)
式中，T 为电动机的电磁转矩，单位为N ·m ；T z 为负载转矩，空载时即为空载转矩T k ，单位为N ·m ，n 为电机转速，单位为rpm 。

电机空载自由停车时，T=0，T z =T k ，则运动方程式为:
(7-13)
从而有
(7-14)
式中GD 2的单位为N ·m 2
；
T k 可由空载功率P K (单位为W)求出:
(7-15) (7-16)
dn/dt 可以从自由停车时所得的曲线n ＝f(t)求得，其实验线路如图7-4
图7-4 测定GD 2
时的实验线路图
电动机加额定励磁，将电机空载启动至稳定转速后，测量电枢电压U a 和电流I a0,然后断开给定，用数字存储示波器记录n=f(t)曲线，即可求取某一转速时的T k 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T k 和dn/dt ，以求得GD 2
的平均值。

由于本实验装置的电机容量比较小，应用此法测GD 2
时会有一定的误差。

dt dn GD T K /)375/(2-=dt dn T GD K //3752=n P T K K a
/55.9R I UaI P 2
a0a0K =-
=
(4)主电路电磁时间常数T d 的测定
采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数T d ，电枢回路突加给定电压时，电流i d 按指数规律上升:
其电流变化曲线如图7-5所示。

当t=T d 时，有
d d d I
e I i 632.0)1(1=-=-
图7-5 电流上升曲线 图7-6 测定T d 的实验线路图
实验线路如图7-6所示。

电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%I ed ～90%I ed 范围内。

然后保持U g 不变，将给定的S 2拨到接地位置，然后拨动给定S 2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录i d =f （t ）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数T d 。

(5)电动机电势常数C e 和转矩常数C M 的测定
将电动机加额定励磁，使其空载运行，改变电枢电压U d ，测得相应的n 即可由下式算出C e :
式中，C e 的单位为V/(rpm)。

)
e (1I i d t/T d d --
=)/()(1212n n U U K C d d e e --=Φ=
转矩常数(额定磁通)C M 的单位为N ·m/A 。

C M 可由C e 求出:
C M = 9.55 C e
(6)系统机电时间常数T M 的测定 系统的机电时间常数可由下式计算
)
C R)/(375C (G
D T 2
M e 2M Φ= 由于T M >>T d ，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即
S )T /(1KU n M d +=
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。

测试时电枢回路中附加电阻应全部切除，突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过渡过程曲线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U d =f(U g )和测速发电机特性U TG =f(n)的测定
实验线路如图5-4所示，可不接示波器。

电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压U g ，分别读取对应的U g 、U TG 、U d 、n 的数值若干组，即可描绘出特性曲线U d =f(U g )和U TG =f(n)。

由U d =f(U g )曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线K s =f(U g ):
K s =ΔU d /ΔU g 七、实验报告
(1)作出实验所得的各种曲线，计算有关参数。

(2)由K s =f(U g )特性，分析晶闸管装置的非线性现象。

八、注意事项
(1)由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。

(2)由于DJK04上的过流保护整定值的限制，在完成机电时间常数测定的实验中，其电枢电压不能加得太高。

(3)当电机堵转时，会出现大电流，因此测量的时间要短，以防电机过热。

(4)在测试U d=f(U g)时，DJK02上的偏移电压要先调到α=120°，具体方法见单闭环直流调速。