第七章 电气传动实验 (1)讲解

第七章电气传动控制系统实验

第一节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、掌握掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。

二、实验设备

1、教学实验台主控制屏1个

2、负载组件1套

3、电机导轨及测速发电机1台

4、直流电动机1台

5、双踪示波器 1台

6、万用表 1台

三、背景知识

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。

晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Uc作为触发器的移相控制电压，改变Uc的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。工作原理图如图7-1所示。

图7-1晶闸管直流调速系统工作原理图

四、实验注意事项、实验内容与实验步骤

注：

（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）为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。

（3）电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。

1、电枢回路电阻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 L和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n。为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图7-2所示。

图7-2 晶闸管直流调速系统电阻R测试线路图

（1）将变阻器R d接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。

（2）低压单元的G给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct=0。调节触发电路及晶闸管主回路脉冲偏移电压电位器RP2，使α=150°。

（3）电源控制屏的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出。

（4）调节G给定U g使整流装置输出电压U d=（30~70）%U ed（可为110V），然后调整Rd使电枢电流为（80~90）%I ed，读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，则此时整流装置的理想空载电压为

Udo=I1R+U1

（5）调节Rd，使电流表A的读数为40% I ed。在U d不变的条件下读取A，V表数值，则

Udo=I2R+U2

（6）求解两式，可得电枢回路总电阻

R=(U 2-U 1)/(I 1-I 2)。

（7）把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得

''''

2112()/()L n R R U U I I +=--

则电机的电枢电阻为

Ra=R-（R L +R n ）

(8)同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻R L 。 2、电枢回路电感L 的测定

电枢电路总电感包括电机的电枢电感L a ，平波电抗器电感L L 和整流变压器漏感L B ，由于L B 数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为 L=L a +L L

电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图7-2所示。

合上主电路电源开关，用电压表和电流表分别测出通入交流电压后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 L 。 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

dt dn GD M M L /)375/(2⨯=-

式中 M —电动机的电磁转矩，单位为N.m;

M L −负载转矩，空载时即为空载转矩M K ，单位为N.m; n − 电机转速，单位为r/min;

电机空载自由停车时，运动方程式为

dt dn GD M K /)375/(2⨯-=

故 dt dn M GD K //3752= （N.m 2

）

M K 可由空载功率（单位为W ）求出

9.55/K K M P n =

2

K a K K P U I I R =-

dn/dt 可由自由停车时所得曲线n= f (t)求得，其实验线路如图7-2所示。

（1）电动机M 加额定励磁，低压单元的给定电位器RP 1逆时针调到底，使U ct =0。 （2）合上主电路电源开关，调节U ct ，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压U d 和电流I K 。

（3）断开U ct ，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的M K 和dn/dt 。由于空载转矩不是常数，可以转速n 为基准选择若干个点（如1500r/min ，1000r/min ），测出相应的M K 和dn/dt ，以求取GD 2的平均值。

表7-1 电机为1500r/min

表7-2 电机为1000r/min

4．主电路电磁时间常数T1的测定

根据已经测出的回路电阻和电感可计算出电磁时间常数。 T1＝L/R 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，使之空载运行，改变电枢电压Ud ，测得相应的n ，即可由下式算出Ce

C e =K e Φ=(U d2-U d1)/(n 2-n 1) C e 的单位为V/(r/min)

转矩常数(额定磁通时)C M 的单位为N.m/A ，可由Ce 求出

C M =9.55C 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

M CeL R GD Tm 375/)(2⨯= 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 Ud TmS K n ⨯+=)1/(

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63.2%稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。 （1）测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。

（2）低压单元的给定电位器RP 1逆时针调到底，使U ct =0。 （3）合上主电路电源开关，电动机M 加额定励磁。 （4）调节U ct ，将电机空载起动至稳定转速1000r/min 。 （5）保持U ct 不变，断开主电路开关。

（6）待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用数字示波器拍摄过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。 7．测速发电机特性U TG =f(n)的测定

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

表7-3 测速发电机特性曲线测定

五、思考题

1．晶闸管直流调速系统的动静态特性？