运动控制系统实验指导书

14实验一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．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。二．实验项目1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD24．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td5．测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM7．测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Uct)8．测定测速发电机特性UTG=f(n)三．实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。3．MCL—33(A)组件（适合MCL—Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ）。4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机5．MEL—03三相可调电阻器(或自配滑线变阻器450，1A)6．双踪示波器7．万用表8．直流电动机M03四．实验系统组成和工作原理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。15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Ug作为触发器的移相控制电压，改变Ug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。五．注意事项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Ug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。六．实验说明及操作步骤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Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn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1-1所示。将变阻器RP（可采用两只900Ω电阻并联）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。MCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使=150°。合上主电路电源开关，使主控制屏输出电压Uuv=220v。调节Ug使整流装置输出电压Ud=（30~70）Ued（可为110V），然后调整RP使电枢电流为（80~90）Ied，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调节RP，使电流表A的读数为40%Ied。在Ud不变的条件下读取A，V表数值，则Udo=I2R+U2求解两式，可得电枢回路总电阻R=(U2-U1)/(I1-I2)如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得RL+Rn=(U’2-U’1)/(I’1-I’2)则电机的电枢电阻为Ra=R（RL+Rn）同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL162．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La，平波电抗器电感LL和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为L=La+LL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1-2所示。输入某单相交流电压(如UUN)，用交流电压表和交流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Ua和UL及电流I（可取0.5A），从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。实验时，交流电压的有效值应小于电机直流电压的额定值，Za=Ua/IZL=UL/I图1-1电枢回路电阻R的测定173．直流电动机—发电机—测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定。电力拖动系统的运动方程式为dtdnGDMML/)375/(2式中M—电动机的电磁转矩，单位为N.m;ML负载转矩，空载时即为空载转矩MK，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dtdnGDMK/)375/(2故dtdnMGDK//3752式中GD2的单位为Nm2.MK可由空载功率（单位为W）求出。nPMKK/55.9RIUaIPKKK2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1-3所示。电动机M加额定励磁。MCL-32T的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。合上主电路电源开关，使主控制屏输出电压Uuv=220v。调节Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用双综示波器观察曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。由于空载转图2-2电枢回路电感L的测定18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MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。电机为1500r/min。Ud（v）IK（A）dn/dtPKMKGD2电机为1000r/min。Ud（v）IK（A）dn/dtPKMKGD24．主电路电磁时间常数的测定采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升)1(/TdtddeIi当t=Td时，有dddIeIi632.0)1(1实验线路如图14所示。MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。合上主电路电源开关，使主控制屏输出电压Uuv=220v。电机不加励磁。调节Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为(50~90)Ied。然后保持Uct不变，突然合上主电路开关，用双踪示波器观察id=f(t)的波形，由波形图上测量出当电流上升至63.2稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。5．电动机电势常数Ce和转矩常数CM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CeCe=Ke=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的单位为V/(r/min)转矩常数(额定磁通时)CM的单位为N.m/A，可由Ce求出CM=9.55Ce6．系统机电时间常数TM的测定系统的机电时间常数可由下式计算MCeLRGDTm375/)(2由于TmTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即UdTmSKn)1/(19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。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。MCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。合上主电路电源开关，使主控制屏输出电压Uuv=220v。电动机M加额定励磁。调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用慢扫瞄示波器观察过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。7．晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Ug)和测速发电机特性UTG=f(n)的测定实验线路如图13所示。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的Ug、UTG、n、Ud的数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f(n)、晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Uct)n（r/min）UTG（V）Ug（V）Ud（V）七．实验报告1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数。2．由Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象。20图1-3转动惯量GD2的测定系统机电时间常数TM的测定图1-4主电路电磁时间常数的测定21实验二晶闸管直流调速系统主要单元调试一．实验目的1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。二．实验内容1．调节器的调试2．电平检测器的调试3．反号器的调试4．逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。3．MCL—34组件。4．MEL-11挂箱5．双踪示波器6．万用表四．实验系统组成和工作原理实验中所用的各控制单元的原理图见第一章有关内容。五、实验说明及操作步骤1．速度调节器（ASR）的调试按图2-1接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。（1）调整输出正,负限幅值“5”、“6”端接MEL-11挂箱，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由主控制屏的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于5V。（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，22向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。（3）观察PI特性拆除“5”、“6”端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。反馈电容由外接电容箱改变数值。RP4-+给定电压显示2RP2RP12-+图6-5RP4RP3-15VRP2+15VRP136453RPASR(转速调节器)17RP48FBS(速度变换器)21-15VRP2RP2G(给定)+15VRP1RP17.6RP3456给定正给定负给定S134RP0V+-S2解除ACR(电流调节器)11112封锁DZS(零速封锁器)6.021S2S1S2VRP1RP2RP3RP4+15V-15VRP2RP17低压电源9+15V8RP310-15V&13-15V+15V图2-1直流调速实验接线图232．电流调节器（ACR）的调试按图2-1接线。（1）调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接MEL-11挂箱，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于6V。（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。（3）观察PI特性拆除“9”、“10”端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。反馈电容由外接电容箱改变数值。3．电平检测器的调试（1）测定转矩极性鉴别器（DPT）的环宽，要求环宽为0.4~0.6伏，记录高电平值，调节RP使环宽对称纵坐标。具体方法：（a）调节给定Ug，使DPT的“1”脚得到约0.3V电压，调节电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”。（b）调节负给定，从0V起调，当DPT的“2”端从“0”变为“1”时，检测DPZ的“1”端应为-0.3V左右，否则应调整电位器，使“2”端电平变化时，“1”端电压大小基本相等。（2）测定零电流检测器（DPZ）的环宽，要求环宽也为0.4~0.6伏，调节RP，使回环向纵坐标右侧偏离0.1~0.2伏。具体方法：（a）调节给定Ug，使DPZ的“1”端为0.7V左右，调整电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”。（b）减小给定，当“2”端电压从“0”变为“1”时，“1”端电压在0.1～0.2V范围内，否则应继续调整电位器RP。（3）按测得数据，画出两个电平检测器的回环。4．反号器（AR）的调试测定输入输出比例，输入端加+5V电压，调节RP，使输出端为-5V。245．逻辑控制器（DLC）的调试测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：输入UM110001UI100100输出Uz(Ublf)000111UF(Ublr)111000调试时的阶跃信号可从给定器得到。调试方法：按图2-2接线（a）给定电压顺时针到底，Ug输出约为12V。图6-6逻辑控制器（DLC）的调试6.0S1DZS(零速封锁器)-15VRP221S2RP2解除+15V给定封锁正给定负给定0V+-&1S27.6G(给定)+15VRP1RP1MCL18S1S2-15V2&&DLC(逻辑控制器)1&&DPZ(零电流检测器)1RP+15V411+15VUblr2511&3&+15VUblf+-RPM