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信息与控制工程实验二（运控制部分）实验指导书湖南文理学院电气与信息工程学院实验四转速、电流、电压三闭环直流调速系统一、实验目的1．本实验为可选实验，大多数情况下可不用做，主要供学生自选或课程设计、专题研究时选用。2．熟悉“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的组成及其工作原理。3．熟悉“电压内环”的特点与调试。4．分析、研究“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的突加给定起动过渡过程和抗干扰性。二、实验内容1．“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的静特性及静态参数整定。2．“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”突加给定起动过渡过程。3．“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的抗干扰性三、实验设备与仪器1．综合实验台主体(主控箱)及其主控电路、转速变换电路(DD02)、电流检测及变换电路(DD06)、电压检测及变换电路(DD09)等单元及平波电抗器等。2．可控硅主电路挂箱(DSM01)3．触发电路挂箱Ⅱ(DST02)——DT04。4．给定单元挂箱(DSG01)——DG015．调节器挂箱Ⅰ(DSA01)——DA01、DA02、DA036．调节器挂箱Ⅱ(DSA02)——DA047．直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组。8．慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器9．微机及打印机(存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略)。四、实验电路的组成“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”是对“转速、电流双闭环直流调速系统”的一种改进，其基本特点在于电压内环的作用：错误!未找到引用源。能改造控制对象(电动机电枢回路)的结构和参数，错误!未找到引用源。能提高系统抗电网电压波动的能力，错误!未找到引用源。缩短了起动过渡过程的时间，进一步提高了系统的快速性。系统的组成框图如图1所示，接线电路见附图1-4。主要由“DG01”、“DA01”、“DA02”、“DA03”、“DT04”、“DA04”、“DSM01”以及转速(DD02)、电流(DD06)、电压(DD09)变换器等环节组成。晶闸管主电路BIDD06g1g6~DT04DA04UctＬKMTMEC磁粉制动器旋转编码器DG01Un1*UiBSDD02DD07负载控制器UvIdMBVDD09GIRAVRGT1DA03UnACR*Ui*DA01ASRUv图4－1转速、电流、电压三闭环直流调速系统组成五、实验步骤与方法(一)实验电路的连接与检查1．本实验系统所使用的单元环节，只是在实验二的基础上，增加了用以组成电压内环的电压调节器AVR(DA04)单元，AVR的调试要点和方法同“DA03”单元，可参阅《调节器挂箱Ⅱ(DSA02)使用说明》。2．按附图1-4连接系统。工作模式选择为“直流调速”闭合电动机励磁开关，并整定至额定励磁电流；负载控制器模式选择为恒转矩模式，负载给定至0；确保转速和电流的给定和反馈极性正确合理，各反馈强度均调至最大；3．各调节器先接成1:1的比例状态；置给定单元(DG01)单元的极性开关S1于下方、阶跃开关S2于上方，正负给定至0。4．经实验指导教师检查认可后，接通总电源(电源控制与故障指示(CTD))，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。(二)电压内环的整定1．暂且断开转速、电流负反馈引线(ASR、ACR的反馈输入端Un、Ui由转速、电流检测的输出Un、Ui错误!未找到引用源。-引入改由接地⊥输入)；置ASR、ACR为1:1的比例状态，AVR(DD09)按设计参数构成PI调节器。闭合主电路，逐步增大转速给定Un至电压给定(ACR的输出)Uv=U*vm，电机升速且稳定后，调节(减小)电压反馈直至Ud=Udnom并锁定反馈系数γ；电压内环整定完毕，减小给定至0V，待电机停止后切除主电路。2．以实验二同样的方法和步骤检查、调整除电压内环以外的主要单元环节，并整定相应参数(包括转速、电流反馈系数α、β，调整过程中可先短接电压内环，整定电流闭环时注意先分断电动机励磁开关，电流闭环整定完毕，及时闭合电动机励磁开关)；参数整定完毕，置给定为0，电机停止后，分断主电路，3．按附图1-4恢复“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的接线。其中，阶跃开关S2拨向下方，DA01、DA03单元(ASR、ACR)的调节器参数(Rn、Cn、Ri、Ci)取实验二整定后的优化值。并认真检查以确保正确无误。(三)“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的突加给定起动过渡过程1．将“DG01”单元的给定设定至Un=U*nm。反复阶跃起动电动机，通过双踪示波器观察空载突加给定起动时的电流Id和转速n的过渡过程曲线，同时反复协调ASR和ACR参数(AVR单元的参数一般可保持不变)，直至过渡过程曲线满意并认真临模一组最满意的曲线于图2。2．阶跃开关S2拨向下方，待电机停止后；再次起动电机直至稳定运行，调节负载给定至电流Id=Idnom；阶跃开关S2拨向下方，以停止电机。3．重复阶跃起动电机，并通过双踪示波器观察带载突加给定起动时的电流Id和转速n的过渡过程曲线，并认真临模于图4-2。图4－2突加给定起动时的过渡过程曲线错误!未找到引用源。空载错误!未找到引用源。带载4．将阶跃开关S2拨向下方，待电机停转后，切除主电路。5*．通过左下面板的微机接口电路(DD01)，接好微机系统，演示、存储、打印各过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究动态性能。(未配置微机时可采用“存储示波器”，或将此项内容省略。)(四)“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的抗干扰性1．闭合主电路，阶跃起动电机到给定转速直至稳定运行。2．设定负载在恒转矩模式下为额定转矩，模式选择在2档与恒转矩档之间切换可实现负载的突加和突卸，反复切换(适当保持时间间隔)，由双踪示波器观察突加和突卸负载时电流Id和转速n的过渡过程曲线，并认真临模于图5-3。图4－3突加和突卸负载时的过渡过程曲线3*．通过左下面板的微机接口电路(DD01)，接好微机系统，演示、存储、打印各过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究动态性能。(未配置微机时可采用“存储示波器”，或将此项内容省略。)4．实验完毕，将阶跃开关拨向下方，待电机停转后，依次切除主电路、控制电路和主电源。5．注：电压调节器的输出端子Uct接一分流电阻，分流电阻的另一端通过钮子开关接地，还可由分、合钮子开关摸拟电压内环的抗电网电压波动实验(正确选定分流电阻以设定电网电压向下波动10％～20％)，此处从略。六、思考题1．引入电压内环对系统的跟随性和抗干扰性各有何影响？2．如何整定“转速、电流、电压三闭环系统”中的电流闭环及电流反馈系数β？电压内环对系统的动、静态特性有何影响？3．为什么说，电压内环对系统抗电网电压波动有特殊的功效？4．转速、电流、电压三个调节器都为PI调节器的三环调速系统稳定运行后，电压反馈线突然断开，系统将发生什么样的变化？5．试分析“电压内环”在系统中有哪些主要作用？▲实验五转速、电流双闭环控制的绕线式转子异步电动机串级调速系统一、实验目的1．熟悉“转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统”的组成及其工作原理。2．熟悉“双闭环控制的串级调速系统”及其主要单元环节的调试。3．研究“双闭环控制的串级调速系统”静态特性及其特点。4．分析、研究“双闭环控制的串级调速系统”阶跃起动过渡过程及其参数对系统动态性能的影响。5．分析、研究“双闭环控制的串级调速系统”的抗干挠性及其特点。二、实验内容1．系统的单元调试及系统静态参数的整定。2．“双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统”的静态特性测试。3．“双闭环控制的串级调速系统”的起、制动控制。4．“双闭环控制的串级调速系统”的抗负载扰动特性的研究。三、实验设备与仪器1．综合实验台主体（主控制箱）及其主控电路、转速变换（DD02）、电流变换（DD06）单元。2．触发电路挂箱II(DST02)3．可控硅主电路挂箱(DSM01)4．串级调速辅助挂箱(DSM03)5．给定挂箱(DAG01)6．调节器挂箱I(DSA01)7．绕线转子异步电动机—磁粉制动器----旋转编码器机组8．慢扫描双踪示波器。9．数字万用表等测试仪器。10．微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。四、实验电路的组成“转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统”同样有间接起动和直接起动两种控制方式，此处以采用直接起动方式组成“转速、电流双闭环控制的串级调速系统”为例。也可自行采用间接起动方式组成“转速、电流双闭环控制的串级调速系统”。本实验所使用的单元环节，与实验三基本相同，只是增加了ASR、ACR两个调节器，以组成转速、电流双闭环。ASR、ACR的调试方法和要点见《调节器挂箱I（DSA01）使用说明》。“转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统”的组成框图如图5－1所示，接线电路见附图2－4。如图所示，系统由“DG01”、“DA01”、“DA03”、“DT04”、“DSM01”和“转速变换（BS）”、“电流检测及变换单元（DD06）”以及“主控电路”、“绕线转子异步电动机+粉制动器+旋转编码器机组”组成。五、实验步骤与方法（一）实验电路的连接与检查。采用直接起动方式的“转速、电流双闭环控制的串级调速系统”的起、制动操作，与实验三的“直接起动控制方式”一样，起动时，除同样须将逆变器先于电动机接到交流电网外，还应使电动机的定子先与交流电网接通（此时转子呈开路状态），以防止电动机起动合闸时的合闸过电压经转子回路损坏整流装置，然后再使电动机转子回路与转子整流器接通。为此，应首先将“串调投入方式”置“直接”投入方式，使“串调投入单元”一开始就将“电动机转子回路与转子整流器”处于待接通状态。主电路闭合将电动机的定子与交流电网接通后，闭和“接触器KS2”使电动机转子回路与转子整流器接通，“接触器KS1”则始终断开而将起动电阻RS分断。停车时，也应先断开“接触器KS2”（使电动机转子回晶闸管主电路BIDD06g1g6~DT04DA03UctＬKMTMMSEC磁粉制动器旋转编码器DA01Ui*DG01Un2*UiBSDD02DD07负载控制器UnUnUi+~M3MRTIKS1KS2RSId串调投入电路UnKMRPS图5-1转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统方框图路与串级调速装置脱离），再断开主电路接触器。以上起、制动过程由逻辑电路及相应的继电器、接触器按顺序自动实现，实验时只需操作启动开、关按钮即可。1．按附图2－4连接系统，“状态切换”置“交流调速”档，并检查转速和电流闭环的给定、反馈以及ACR的输出极性是否符合要求，将反馈系数α、β调至最大；将给定单元（DG01）的极性开关、阶跃开关拨向上方，并置正、负给定为0；负载给定置0；经实验指导教师检查认可后，闭合总电源开关，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。2．ASR、ACR经RC阻容箱（R0＝40kΩ）接成1:1的比例状态，两个反馈输入端均改为由控制接地“⊥”端引入（即暂行去掉转速和电流负反馈）。3．闭合控制回路（左下面板控制按钮ON），分别旋动正、反向给定电位器（由极性开关切换），依次使给定为±0.5、±2V，用万用表分别测量ASR、ACR的输入、输出，检查其比例特性；取U*n＝±2V，两调节器RC外接电容改取Cn＝Ci＝0.5μF～1μF，测量ASR、ACR的输出，按要求整定限幅值U*im、Uctm，录于表5－1；ASR、ACR恢复1:1的比例状态。4．用“慢扫描双踪示波器”检查“触发单元（DT04）GTI”的零位以及G1～G6各相脉冲是否对称，务必确保当Un*＝0时，β＝βmin＝30°，若有误差可微调“偏置”或“±βmin”。5．恢复转速和电流负反馈，即将ASR的反馈输入端恢复由“转速变换电路（BS）”单元的负极性输出端引入，ACR的反馈输入端恢复由“电流检测及变换电路（DD06）”的UiI+（或UiII+）端引入，同时将反馈系数α、β调至最大。（二）系统静态参数整定1．置正、负给定输出为0；极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方；ASR、ACR按设计、计算