HMC使用说明书

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1．1 系统简介
“直流调速系统实验装置”是自动化专业、电力电子与电力传动专业本科实验教学的重要实验 设备，系统的实验教学应能够满足专业本科教学的实验大纲要求，并充分考虑现代专业技术的发展， 展示和融入现代先进控制技术理念和水平，既要学生掌握专业基本理论和技术，也要学生熟悉和了 解现代先进技术现状，使其知识水平和能力适应当前专业技术的发展需要。 针对市场现有直流电动机调速实验系统的技术现状，结合学校本专业技术优势，合肥工业大学 电气与自动化工程学院自主研发了新型的全数字化直流调速系统实验装置，系统采用 DSP 为主控芯 片，在单台装置中可以实现直流电动机的晶闸管相控调速和电压型 IPM 斩控调速的数字化控制，系 统控制器参数可调，控制模式组态灵活多样，软件开放，具有全面的关键波形实验测量接口。系统 机组由两台直流电动机同轴连接组成，系统可以实现直流母线和电网交流母线的电封闭加载，其加 载实验方便，不论是相控或斩控方式，系统均可以实现稳定的四象限运行，并可节约大量电能。该 装置还可以按要求发生伪故障，通过输出波形故障分析，培养学生的故障分析和解决能力。 1．2 系统技术指标和功能 该实验系统具有以下功能特点： 1． 具有两组四象限相控整流调速单元和两组直流 PWM 调速单元，可以任意选择两组单元做为 直流机组的驱动电源构成实验系统。 2． 具有光电编码器反馈和直流发电动机反馈检测接口，系统参数设置和调节全部数字化，键 盘设定和液晶显示，具有远传数据通讯接口。 3． 单元实验的重点测量信号点可以安全引出，以供学生实验示波观测。 4． 具有完善的保护功能，可以抗击恶劣的实验误操作。 5． 系统动力供电与电网隔离，操作安全且维修方便。 该系统技术指标如下： 1）相控单元：两组。 1．额定输入：三相 380V/50HZ，10A； 2．额定输出：DC220V，10A； 3．驱动电动机额定参数：DC220V，10A，1500RPM； 4．逻辑无环流工作方式； 5．额定励磁电压：220V，最大励磁电流 5A；
3）功能： 1．液晶显示与监控； 2．提供主电路信号及单元电路测试接口； 3．RS485 通讯接口； 4．过载、短路保护。 1．3 系统主电路及工作原理 系统主电路原理图如图 4－1 所示，该图为系统中 A、B 机组单元之一的供电主电路，T1 为三相 隔离变压器，由图可以看出，该组含有四象限三相全桥相控单元、电压型 PWM 斩控单元（含电阻能 耗制动功能）和单相半控桥励磁单元。每组单元接有两只电压表和两只电流表，分别测量显示电枢 电压、电枢电流、励磁电压和励磁电流。 当三相电源总开关合上时，闭合面板控制电源开关，则系统控制器有电工作，键盘和液晶可以 显示操作。 双刀双掷开关为相控/斩控输出端口的选择开关，当拨向相控位置时，输出主电路选择相控。当 拨向斩控位置时，输出主电路选择斩控。在不同位置时，测量板对应指示灯亮。 系统的控制器采用 32 位电动机专用 DSP 数据处理器 TMS320LF2406，系统中的所有外围控制变 量均经 A/D 口输入，控制器完成系统的数据采集处理、控制运算、通讯、同步移相触发和 PWM 斩控 等，系统的结构图如图 4－2 所示。
A BC
NA NB DA DB EA EB 接 线 端 子
图 4－3 机柜布局图
系统的信号测试均要在测试板上进行，板上布有主电路原理图和各点测试端子，并有两个电位 器输入给定和正反转运行开关，可以方便操作。测试板见图 4－4 所示。
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图 4－4 测试板布局图
测试板上有 I/O 输入输出控制端子，如图 4－5 所示，该组控制端子可以供用户方便选择，具体 功能如下：
SJ1 CN6 0V2 ON1G 0V2 OIAG 0V2 OAFG Out In N1 Out In SJ2 IA
CN8 N1* +12V2 INVS 0V2 RECS +12V2 0V2 RSTU +12V2 0V2 ON Rev OFF 0 1 ON 1 IA*
Frw OFF 0
图 4－5 I/O 控制端子及控制电位器
HMC 数字化相控斩控电封闭
直流调速系统
使 用 说 明 书
合肥工业大学电气与自动化工程学院
2011 年 11 月
目录
1．1 系统简介 ....................................................................... 2 1．2 系统技术指标和功能 ............................................................. 2 1．3 系统主电路及工作原理 ........................................................... 3 1．4 系统机柜布局及输入输出功能端子 ................................................. 5 1．5 系统控制结构及功能参数选择方式 ................................................. 8 1）给定值选择 ...............................................................8 2）反馈值选择 ...............................................................9 3）速度调节器 ...............................................................9 4）电流调节器 ...............................................................9 5）励磁控制 .................................................................9 6）伪故障发生 ..............................................................10 1．6 键盘液晶显示操作方式 .......................................................... 10 1．7 开机运行步骤 .................................................................. 15 1．8 安全注意事项 .................................................................. 16 附图
励磁驱 动板
IPM驱动板
开关电源板（背面）
开关电源板（背面）
总电源 相控板 斩控板 励磁板 开关 开关 开关 开关 ZK3 ZK4 ZK1 ZK2
双刀双 掷选择 开关
总电源 相控板 斩控板 励磁板 开关 开关 开关 开关 ZK3 ZK4 ZK1 ZK2
双刀双 掷选择 开关
A BC
NA NB DA DB EA EB 接 线 端 子
1）给定值选择
附图 1 所示为给定值模块，在给定值选择模块中，其主要完成系统给定值的选择和软启动时间 的设置，该模块与停机按钮操作、方向操作、IO 端子定速选择均有联系，其最终输出为调节器的给 定。为满足不同用户控制要求，系统控制的给定值有多种选择，如键盘操作速度给定、电位器操作 速度给定、点动速度等，图 4－4 为该模块结构原理，用户可以根据其结构要求，通过液晶面板监控 操作选择开关位置构筑给定选择方式和软启动时间。
3）速度调节器
附图 3 为速度调节器模块，该模块含有调节器的结构和参数选择，速度调节器也是通用调节器， 也可以做为其它变量的调节控制用，该调节器基本结构为比例积分 PI 结构，也可以构成分段式的积 分分离非线性 PI 调节器，该型调节器在合适的参数设计下，可以获得比传统线性 PI 调节器更好的 控制特性。 该调节器的限幅值来源可以选择，可以选择键盘单元设定或外部电位器模拟量设定，这种选择 方式为系统的电压或电流控制提供了灵活性，例如：如选择外部电位器设定限幅，在系统电封闭运 行时，加载电动机的电流加载调节控制十分方便。也可以方便与外部系统构成力矩闭环控制。
SJ2 IA Out SJ2 IA Out In In
通过电位器 IA*来进行模拟量电流设定
通过端子 CN6 的 OIAG---0V2 来进行模拟量转速设定（外部信号）
端子 CN6 的 OAFG---0V2 为外部模拟反馈端口。 0/1 开关控制转速方向，Rev 为反转开关，Frw 为正转开关。 CN8 为状态输出端子 +12V2—0V2 为用户提供+12V 电源 INVS---0V2 逆变状态 RECS—0V2 整流状态 RSTU---0V2 运行指示 1．5 系统控制结构及功能参数选择方式 该系统的控制结构采用模块化，可以根据需要组态构成，所有操作选择均由液晶键盘输入，应 仔细阅读和理解系统模块结构、参数设定和选择开关，构筑自己所需正确的控制结构。系统的控制 结构模块分为以下几部分：
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2）反馈值选择
附图 2 为反馈值选择模块，该模块包含反馈值的选择和该值的滤波处理，用户根据控制要求选 择反馈方式，该模块的反馈量可以选择 4 种方式：1.测速发电动机的模拟电压反馈；2.电动机增量 式光电码盘反馈；3.电动机反电势反馈；4.其它模拟变量反馈。 对于反电势（EMF）反馈（或电枢电压反馈）提供电流补偿控制，该补偿方式可以提高系统调速 精度和机械特性。电流补偿系数由电动机电枢电阻的大小确定。根据公式 E = U d − I d Ra ，电枢电 阻 Ra 越大，则补偿系数越大，但值得注意的是，不要过补偿，否则，随着负载增加，负载转速特性 曲线会上翘。 滤波模块提供对反馈变量的滤波处理，有利于系统的稳定控制。该滤波模块可以实现带通滤波 和低通滤波，参数可以设置。
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HMC-222A 全数字化相控斩控电封闭直流调速系统实验平台 A
电枢电 压表 电枢电 流表
组
励磁电 压表 励磁电 流表 电枢电 压表
B
电枢电 流表
组
励磁电 压表 励磁电 流表
系统电源指 示灯与开关
液晶板
系统电源指 示灯与开关
液晶板
测量板
测量板
控制板
相控驱动板
控制板
相控驱动板
励磁驱 动板
IPM驱动板
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图 4－1 系统单元主电路
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测量板：将系统中各测量点信号引入，经电路变换处理，供学生用示波器观测测量。其中有电网电 压同步信号、各晶闸管触发信号、斩波控制信号、电枢电压、励磁电压、励磁触发脉冲、测速发电 动机电压等。
测
量
板
励磁 单元
相控单元
斩控单元
测速发 电机
液晶 监控
主
控
制
板
图 4－2 控制系统结构图 1．4 系统机柜布局及输入输出功能端子 系统机柜布局图如图 4－3 所示，A、B、C 为三相 380V 电源输入端子，DA、DB 为主电路直流电 压输出，其接电动机电枢绕组。EA、EB 为励磁电压输出，接电动机励磁绕组。NA、NB 为测速发电动 机输入端子，接测速发电动机，注意该对接线端子有极性，如果接错了，则会发生转速正反馈和电 动机飞车现象。在本系统中，控制程序对其有识别保护，如果接错，运行中系统会报警显示故障并 停机。
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6．具有电动机转速光电编码反馈、测速发电动机反馈接口。 2）斩控单元：两组。 1．额定输入：三相 380V/50HZ，10A； 2．额定输出：DC220V，10A； 3．驱动电动机额定参数：DC220V，10A，1500RPM； 4．额定励磁电压：220V，最大励磁电流 5A。 5．具有电动机转速光电编码反馈、测速发电动机反馈接口。 6．具有能耗制动单元。
通过跳线 SJ1 选择模拟量转速设定（对应控制框图 1 中电位器输入“n1*” ）
SJ1 N1 Out In
通过电位器 N1*来进行模拟量转速设定
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SJ1 N1 Out In
通过端子 CN6 的 ON1G--0V2 来进行模拟量转速设定（外部信号）
通过跳线 SJ2 选择模拟量电流设定（对应控制框图 3 中电位器“Ia*”限幅）