实验一 转速负反馈直流调速系统

实验一转速负反馈直流调速系统一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。

(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。

对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。

按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。

在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。

在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。

电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。

这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。

在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。

电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。

同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。

当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。

图5-7 转速单闭环系统原理图图5-8 电流单闭环系统原理图四、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)U ct不变时直流电动机开环特性的测定。

(4)U d不变时直流电动机开环特性的测定。

(5)转速单闭环直流调速系统。

(6)电流单闭环直流调速系统。

五、预习要求(1)复习自动控制系统(直流调速系统)教材中有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。

(2)掌握调节器的工作原理。

(3)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。

(4)实验时，如何能使电动机的负载从空载(接近空载)连续地调至额定负载?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U g直接与DJK02-1上的移相控制电压U ct相接，将给定开关S2拨到接地位置（即U ct=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U g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U端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正lf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)U ct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U ct由DJK04上的“给定”输出U g直接接入，直流发电机接负载电阻R，L d用DJK02上200mH，将给定的输出调到零。

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U g，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I ed直至空载。

即可测出在U ct不变时的直流电动机开环外特性n = f(I d)，测量并记录数据于下表：(3)U d不变时直流电机开环外特性的测定①控制电压U ct由DJK04的“给定”U g直接接入，直流发电机接负载电阻R，L d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U g，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I ed直至空载。

用电压表监视三相全控整流输出的直流电压U d,保持U d不变(通过不断的调节DJK04上“给定”电压U g来实现)，测出在U d不变时直流电动机的开环外特性n =f(I d)，并记录于下表中：(4)基本单元部件调试①移相控制电压U ct调节范围的确定直接将DJK04“给定”电压U g接入DJK02-1移相控制电压U ct的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R，用示波器观察U d的波形。

当给定电压U g由零调大时，U d将随给定电压的增大而增大，当U g超过某一数值U g＇时，U d的波形会出现缺相现象，这时U d反而随U g的增大而减少。

一般可确定移相控制电压的最大允许值为U ctmax=0.9U g＇，即U g的允许调节范围为0～U ctmax。

如果我们把输出限幅定为U ctmax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U g＇于下表中：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U ctmax。

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U ctmax。

C、电流反馈系数的整定直接将“给定”电压U g接入DJK02-1移相控制电压U ct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U d=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I d=l.3A时，“2”端I f的的电流反馈电压U fi=6V，这时的电流反馈系数β= U fi/I d= 4.615V/A。

D、转速反馈系数的整定直接将“给定”电压U g接DJK02-1上的移相控制电压U ct的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，L d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U fn=-6V，这时的转速反馈系数α =U fn/n =0.004V/(rpm)。

(5)转速单闭环直流调速系统①按图5-7接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压U g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）调用DJK02上200mH，给定输出调到零。

节器。

直流发电机接负载电阻R，Ld②直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U g，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I d，和电机的转速n，直至I d=I ed，即可测出系统静态特性曲线n =f(I d)。

(6)电流单闭环直流调速系统①按图5-8接线，在本实验中，给定U g为负给定，电流反馈为正电压，将“电流调节器”接成比例（P）调节器或PI（比例积分）调节器。

直流发电机接负载电阻R，L d用DJK02上200mH，将给定输出调到零。

②直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U g，使电动机转速接近n=l200rpm。

③由小到大调节直流发电机负载R，测定相应的I d和n，直至电动机I d=I ed，即可测出系统静态特性曲线n =f(I d)。

七、实验报告(1)根据实验数据，画出U ct不变时直流电动机开环机械特性。

(2)根据实验数据，画出U d不变时直流电动机开环机械特性。

(3)根据实验数据，画出转速单闭环直流调速系统的机械特性。

(4)根据实验数据，画出电流单闭环直流调速系统的机械特性。

(5)比较以上各种机械特性，并做出解释。

八、思考题(l)P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?(2)实验中，如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中?调节什么元件能改变转速反馈的强度?(3)改变“电流调节器”及“速度调节器”的电阻、电容参数，对系统有什么影响？九、注意事项(1) 双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。