电力拖动控制系统实验指导书--新台子

1电力拖动控制系统实验指导书机电工程学院电气教学部2016.42实验一不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。3．学习反馈控制系统的调试技术。二．预习要求1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。三．实验线路及原理见图2－1。1)电源控制屏位于NMCL-32/MEL-002T等2)L平波电抗器位于NMCL-3313)Rd可调电阻位于NMEL-03/4或NMCL-03等4)G给定（Ug）位于NMCL-31或NMCL-31A或SMCL-01调速系统控制单中5)Uct位于NMCL-33或NMCL-33F中6)触发电路及晶闸管主电路位于NMCL-33或NMCL-33F中7)ACR，ASR位于NMCL-18中8)TG指光电编码器与电机导轨同轴连接9)转速显示及输出位于电机导轨上或NMEL-13A/F/C中10)直流电机励磁电源位于NMCL-32或NMEL-18/2中11)负载用M01电机或测功机（NMEL-13A）12)M电机采用M03电机3UVWVA直流电流表直流电压表M直流电机励磁电源触发电路及晶闸管主回路电源控制屏平波电抗器G给定UgASR(转速调节器）FBS速度变换器2134123DZS零速封锁器12974脉冲移相控制Uct脉冲放大控制电路UblfFBA+FA(电流反馈及过流保护）If56CA调速系统控制单元低压单元调速系统控制单元触发电路及晶闸管主回响直流电机励磁电源MTG负载转速计图2－1四．实验设备及仪表1．教学实验台主控制屏。2．触发电路及晶闸管主回路组件3．负载组件4．电机导轨及测速发电机）5．直流电动机6．双踪示波器7．万用表五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流励磁。2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。45．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。六．实验内容1．移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）上实验台总电空气开关。用示波器观察触发电路及晶闸管主回路的双脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔60°，幅值相同。脉冲观察及通断控制模块的6个琴健开关置于“脉冲通”的状态，用示波器观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V～2V的双脉冲（此部分同实验六脉冲观察部分相同）。（b）使Ug=0，调节触发电路及晶闸管挂箱中“偏移电压”电位器Ub，用双踪示波器一端接挂箱同步电压观测口的”U”相，另一端接脉冲观测口的“1“脚。使a＝150°此时双脉冲左侧上升延刚好与U相180°相交。（c）控制单元ASR的调试，按上图连接，DZS的钮子开关S拨向“解除”位置。ASR的“3”端输出正负电压限幅值调试方法如下。“5”、“6”端接可调电容，一般可接7uF,使ASR调节器为PI调节器。在ASR“2”端输出1V直流电压（由Ug提供以下同），调节ASR正负限幅电位器RP1,PR2,使“3”端输出正负限幅电压等于±5V。2．求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。（a）断开ASR的“9”至Uct的连接线，低压单元G（给定）直接加至Uct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。（b）电源控制屏的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”（部分实验台没有此开关直接进入下一步）。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（电压输出为220V）（c）调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节直流发电机负载电阻（如采用M01电机做为发电机，先将发电机励磁与电动机励磁并连，电枢输出接负载电阻。采用可调电阻，电阻进行串并连接，最大阻值大于600Ω）如测功机做负载，加载时直接调节加载电位器即可。在空载至额定负载的范围内测取3～5点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。id（A）Ud（V）n（r/min）5注意：测试完成后，所有实验设备要恢复实验初始状态。3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性（a）G（给定）和Uct的连接线，调节给定使电机空载n=1500r/m，用万用表测量FBS输出，调节FBS输出电位器使输出为绝对值5V。然后断开G（给定）和Uct的连接线，ASR的“9”输出接至Uct，把ASR的“5”、“6”点短接。（b）合上主控制屏的绿色按钮开关。（c）调节给定电压Ug，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR反馈电位器RP3，使电机稳定运行。调节直流发电机负载电阻（同实验步骤2），在空载至额定负载范围内测取3～5点，读取Ud、id、n。id（A）Ud（V）n（r/min）4．测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性（a）断开ASR的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接可调电容，可预置7μF，使ASR成为PI（比例—积分）调节器。（b）调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1500转/分。调节直流发电机负载电阻（同实验步骤2），在额定至空载范围内测取3～5个点。id（A）Ud（V）n（r/min）七．实验报告绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。八．思考题1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？实验时应如何接线？2．要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反馈与无反馈调速系统哪个情况下给定电压要大些？为什么？3．在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反馈的强度对Ug有什么影响？为什么？4．如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？6实验二双闭环可逆直流脉宽调速系统一．实验目的1．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2．熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。3．熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。4．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。二．实验内容1．PWM控制器SG3525性能测试。2．控制单元调试。3．系统开环调试。4．系统闭环调试5．系统稳态、动态特性测试。6．H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。三．实验系统的组成和工作原理在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。双闭环脉宽调速系统的原理框图如图5－1所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用IGBT所构成的H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，GD为MOS管的栅极驱动电路，FA为瞬时动作的过流保护。脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（SiliconGeneral）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。实验见图5－11)电源控制屏位于NMCL-32/MEL-002T等2)L平波电抗器位于NMCL-3313)Rd可调电阻位于NMEL-03/4或NMCL-03等4)G给定（Ug）位于NMCL-31或NMCL-31A或SMCL-01调速系统控制单中5)UPW,FBA位于NMCL-22中6)TG指光电编码器与电机导轨同轴7)转速显示及输出位于电机导轨上或NMEL-13A/F/C中78)直流电机励磁电源位于NMCL-32或NMEL-18/2中9)负载用M01电机或测功机（NMEL-13A）G给定Ug7ASR(转速调节器）ACR(电流调节器）FBS速度变换器2134123DZS零速封锁器12313748UPW3u656910CACC调速系统控制单元低压单元调速系统控制单元调速系统控制单元现代电力电子及直流脉宽调速直流电机励磁电源MUVW电源控制屏直流电机励磁电源MTG负载转速计FBA图5－1四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．现代电力电子及直流脉宽调速组件3．负载组件4．直流调速控制单元组件5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机6．直流电动机7．双踪示波器（自备）8．万用表（自备）五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。82．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。4．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。5．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。6．双踪示波器（自备）的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。7．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。六．实验方法1．SG3525性能测试。（合上空气开关，实验台主控屏主电源不要上）（1）用示波器观察UPW的“1”端的电压波形，记录波形的周期、幅度。（UPW“4”为接地点）（2）用示波器观察UPW的“2”端的电压波形，调节UPW的RP电位器，使方波的占空比为50%（万用表测电压值大概7~8V）。（UPW“4”为接地点，示波器扫描周期可取20μS）（3）用导线将低压单元的“G”给定Ug与“UPW”的“3”相连，同时Ug的地与UPW挂箱中的“8”脚相连接。分别调节Ug的正负给定，记录UPW“2”端输出波形的最大占空比和最小占空比。注意：UPW的“2“端输出波形的占空比不得超出10%～90%的范围，否则PWM波的一旦消失，将会使电机突然停转，产生瞬间冲击电流，从而击穿功率器件。因此，本实验自始至终需要监视PWM波的脉宽大小。2．开环系统调试主回路按图5－1接线，但闭环调节器不接，控制回路直接将调速控制单元的G给定Ug接至现代电力电子及直流脉宽调速的UPW“3”端，同时Ug的地与UPW的“8”脚连接。并将UPW“2”端和DLD“1”端相连。（1）电流反馈系数的调试（a）将正、负给定均调到零，合上主控制屏电源开关，接通直流电机励磁电源。（b）调节正给定，电机开始起动直至达1000r/min。再调节直流发电机的负载（如采用M01电机做为发电机当负载，先将发电机励磁与电动机励磁并连，电枢输出接负载电阻。采用可调电阻，电阻进行串并连接，最大阻值大于600Ω）如测功机做负载，加载时直接调节加载电位器即可。直至电动机的电枢电流为1A。9（c）调节“FBA”的电流反馈电位器，用万用表测量“Ufi”端电压达2.5V左右。（2）速度反馈系数的调试在上述实验的基础上，再次调节电机转速的1000r/min，调节调速控制单元的“FBS”电位器，使速度反馈电压为5V左右。（3）系统开环机械特性测定参照速度反馈系数调试的方法，使电机转速达1000r/min，改变直流发电机负载，在空载至额定负载范围内测取3—5个点，记录相应的转速n和直流电动机电流id。n=1000r/minn(r/min)id(A)断开主电源，调速控制单元的S1开关拨向“负给定”，然后按照以上方法，测出系统的反向机械特性。n=-1000r/minn(r/min)id(A)M(N.m)4．闭环系统调试控制回路可按图5－1接线，将ASR，ACR均接成PI调节器接入系统，形成双