实验二转速、电流双闭环直流调速系统

实验二 转速、电流双闭环直流调速系统
一、实验目的
1．了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。

2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。

3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。

4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。

二、实验系统组成及工作原理
双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。

实际系统的组成如实验图2-1所示。

实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统
主电路采用三相桥式全控整流电路供电。

系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改
变转速给定电压*n U 可方便地调节电动机的转速。

速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有
限幅电路，ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作
用；ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压，利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。

当突加给定电压*n U 时，ASR 立即达到饱和输出*im U ，使电动机以限定的最大电流I dm 加
速起动，直到电动机转速达到给定转速(即*n n U U )并出现超调，使ASR 退出饱和，最后稳
定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。

三、实验设备及仪器
1.主控制屏NMCL-32
2.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组
3. NMCL －18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱
4.双踪示波器
5.万用表
四、实验内容
1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR 、ACR ，整定其输出正负限幅值。

2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。

3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出)(t f I d =和
)(t f n =的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能）。

4.测定高低速时系统完整的静特性)(d I f n =（包括下垂段特性），并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。

五、实验步骤及方法
1.多环调速系统调试的基本原则
(1)先部件,后系统。

即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。

(2)先开环,后闭环。

即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。

(3)先内环,后外环。

即闭环调试时，先调电流内环，然后再调转速外环。

2.单元部件参数整定和调试
(1)主控制屏开关按实验内容需要设置
(2)触发器整定
将面板上的U blf 端接地，调整锯齿波触发器的方法同实验1。

(3)调节器调零
断开主回路电源开关SW ，给定电压U g 接到零速封锁器DZS 输入端，并将DZS 的输出接到ASR 和ACR 的封锁端。

控制系统按开环接线,ASR 、ACR 的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。

a)ASR 调零
将调节器ASR 的给定及反馈输入端接地，调节ASR 的调零电位器，使ASR 的输出为零。

b)ACR 调零
将调节器ACR 的给定及反馈输入端接地，调节ACR 的调零电位器，使ACR 的输出为零。

(4)调节器输出限幅值整定
a)ASR 输出限幅值整定
ASR 按比例积分调节器接线，将U g 接到ASR 的输入端，当输入U g 为正而且增加时，调节
ASR 负限幅电位器，使ASR 输出为限幅值*im U ，其值一般取为8~6--V 。

b)ACR 输出限幅值整定
整定ACR 限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。

ACR 按比例积分调节器接线，将g U 接到ACR 的输入端，用ACR 的输出c U 去控制触发移相，当输入g U 为负且增加时，通过示波器观察到触发移相角α移至οο30~15min =α时的电压即为ACR 限幅值U cm ，可通过ACR 正限幅电位器锁定。

3.电流环调试(电动机不加励磁)
(1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。

整定时ASR 、ACR 均不接入系统，系统处于开环状态。

直接用给定电压g U 作为c U 接到移相触发器GT 以调节控制角α，此时应将电动机主回路中串联的变阻器M R 放在最大值处，
以限制电枢电流。

缓慢增加g U ，使α≥30°，然后逐步减小主回路中串联的变阻器M R 的阻值，直至电流N d I I )2.1~1.1(=，再调整电流变送器FBC 中的电流反馈电位器，使电流反馈电压i U 近
似等于已经整定好的ASR 输出限幅值*im U ，并由此判断i U 的极性。

继续减小主回路中串联变阻器M R 的阻值，使电流N d I I 5.1=，调整FBC 中的过电流保护电位器，使过电流保护动作，并加以锁定。

(2)系统限流性能的检查和电流反馈系数β的测定。

将电流调节器ACR 接成PI 调节器,其参数参考值为Ω=k R i 40~20，F C i μ4~47.0=，然后接入控制回路。

将电流负反馈信号U i 接入ACR 组成电流闭环，通过给定器G 直接给ACR
加上给定电压，并使*im g U U =。

观察主回路电流d I 是否小于N I )2.1~1.1(，若出现
N d I I )2.1~1.1(>，则说明原先整定的电流反馈电压i U 偏小。

导致U i 偏小的原因是ACR 给定回路及反馈回路的输入电阻有差值。

必须重新调整电流变送器FBC 中的电流反馈电位器，
使i U 增加，直至满足要求为止。

若当*im g U U =时，主回路电流N d I I )2.1~1.1(≤，则可继
续减小串联变阻器M R 的阻值，直至全部切除，d I 应增加有限，小于过流保护值，这说明系统已经具有限流保护效果。

在此基础上测定i U 值，并计算出电流反馈系数β。

(3)电流环动态特性的研究。

在电流环的给定电压*%)70~%50(im g U U =情况下,改变主回路串联变阻器M R 的阻
值，使N d I I %)70~%50(=，然后突减或突加给定电压g U ，观察并用数字示波器记录电流波形)(t f I d =。

在下列情况下再突加给定，观察电流波形，研究给定值和调节器参数对电流环动态特性的影响。

a)减小电流给定值;
b)改变ACR 反馈回路电容(相当于改变调节器的时间常数i τ);
c)改变ACR 的比例放大系数(调节器的时间常数i τ不变)。

4．转速环调试(电动机加额定励磁)
(1)转速反馈极性及转速反馈系数α的测定。

测试时电动机应该加额定励磁，先不接入ASR(或将ASR 接成1:1的比例调节器)，转速开环，给定电压g U 直接送入触发器GT 的c U 处，逐渐增加g U ，使N n n =(主回路串联电阻切除)，同时调整转速反馈环节FBS 的输出电压n U ,使其为8~6V 。

判别n U 的极性并计算转速反馈系数α值。

(2)转速环动态特性的研究。

将ASR 接成PI 调节器，其参数参考值为Ω=k R n 200~20，F C n μ4~2=，然后组成转速、电流双闭环系统。

用示波器观察并记录下列情况下的)(t f n =波形。

a)突加给定
b)突加负载（同轴发电机作为负载，使电流N d I I =）
c)突减负载
改变下列参数，重复上述试验。

a)改变给定电压大小
b)改变ASR 反馈电容C n
c)改变ASR 比例放大系数
根据上述结果分析并选择出ASR 的最佳参数和动态性能指标。

5.系统静特性测定
(1)调节转速给定电压*
n U 及发电机负载电阻R g ，使N N d n n I I ==,,改变发电机负载电阻g R ，即可测出系统静特性曲线)(d I f n =。

(2)降低给定电压*n U ，分别测出min /1000r n =，min /500r n =时的静特性曲线(或根据教师给出的D ，s 指标进行测定)。

六、实验注意事项
1．双踪示波器两个探头的地线是通过示波器外壳短路的，故在使用时必须使两个探头的地线同电位(只用一根地线即可)，以免造成短路事故。

2．系统开环运行时，不能采用突加给定电压的方法起动电动机，必须逐渐增加给定电压，以免产生过大的电流冲击。

3．调试电流环时,不要让电动机在大电流下堵转时间太长,以免电动机因过度发热而损坏。

七、实验思考题
1．过电流保护环节的工作原理是什么？怎样整定？
2．如何估计ASR 、ACR 参数变化对动态过程的影响？
3．要改变转速应调节什么参数？要改变最大电流应调节什么参数？
4．电流负反馈线未接好或极性接错，会产生什么后果？
5．转速反馈线接错极性会产生什么现象？。