实验一   双闭环不可逆直流调速系统调试

一、           实验目的

1、  掌握调速系统各单元电路的调整方法，弄清他们的工作原理及其在系统中的应用。

2、  掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。

二、           系统组成及所需挂件

详见附录一。

三、           实验内容

 (一)双闭环调速系统调试原则

①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。

②先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后，才可组成闭环系统。                                                                      

③先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调试转速外环。

④先调整稳态精度，后调整动态指标。

(二)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试  

①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。

④观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。

⑤将DJK04上的“给定”输出U_g直接与DJK02-1上的移相控制电压U_ct相接，将给定开关S₂拨到接地位置（即U_ct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=150°(注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，而单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°)。

⑥适当增加给定U_g的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。

⑦用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。

⑧将DJK02-1面板上的U_lf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

(三)控制单元调试

①移相控制电压Uct调节范围的确定

直接将DJK04“给定”电压U_g接入DJK02-1移相控制电压U_ct的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R，用示波器观察U_d的波形。当给定电压U_g由零调大时，U_d将随给定电压的增大而增大，当U_g超过某一数值时，此时U_d接近为输出最高电压值U_d＇，一般可确定“三相全控整流”输出允许范围的最大值为U_dmax=0.9U_d＇，调节U_g使得“三相全控整流”输出等于U_dmax，此时将对应的U_g＇的电压值记录下来，U_ctmax= U_g＇，即U_g的允许调节范围为0～U_ctmax。如果我们把输出限幅定为U_ctmax的话_，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。记录U_g＇于下表中：

将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

②调节器的调零 

将DJK04中“调节器I”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“调节器I”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“调节器I”成为P (比例)调节器。用万用表的毫伏档测量调节器I的“7”端的输出，调节面板上的调零电位器RP3，使之电压尽可能接近于零。

将DJK04中“调节器II”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到“调节器II”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“调节器II”成为P（比例）调节器。用万用表的毫伏档测量调节器II的“11”端，调节面板上的调零电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于零。

③调节器正、负限幅值的调整 

把“调节器I”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI (比例积分)调节器，将“调节器I”所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的“3”端，当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为-6V，当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使之输出电压尽可能接近于零。

把“调节器II”的“9”、“10”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“9”、“10”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，将“调节器II”的所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器II的“4”端。当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压尽可能接近于零；当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器I的输出正限幅为U_ctmax。

④电流反馈系数的整定

直接将“给定”电压U_g接入DJK02-1移相控制电压U_ct的输入端，整流桥输出接电阻负载R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。

按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当U_d=220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1，使得负载电流I_d=l.3A时，“2”端I_f的的电流反馈电压U_fi=6V，这时的电流反馈系数β= U_fi/I_d= 4.615V/A。

⑤转速反馈系数的整定

直接将“给定”电压U_g接DJK02-1上的移相控制电压U_ct的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机负载，L_d用DJK02上的200mH，输出给定调到零。

按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到n =150Orpm时，调节“转速变换”上转速反馈电位器RP1，使得该转速时反馈电压U_fn=-6V，这时的转速反馈系数α=U_fn/n =0.004V/(rpm)。

（四）系统调试

（1）开环电阻性负载

ASR、AST接成1：1的比例调节器，断开反馈线，给定电位器从零慢慢增加，用示波器观察输出电压波形，波头是否整齐，有无缺相。

（2）开环电动机负载

去掉电阻负载，接入电动机电枢，激磁绕组加入额定电压，发电机作为电动机负载，给定电位器置于零位，合上电源，逐渐增加给定电压，让电机转起来，稳态转速的高低，决定于给定电压的大小。

四、实验报告

1、根据实验要求，画出原理图。

2、记下每一步调试的结果，总结调试的步骤的方法。

3、对试验结果进行分析讨论。

（1）为什么鉴别电源的相序？如果相序反了，会出现什么现象？

（2）可控硅整流装置能否不接负载进行调试，为什么？

（3）两个调节器的限幅值分别起什么作用？

五、注意事项

(1)双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。

(2)电机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电机启动。在启动前必须将移相控制电压调到零，使整流输出电压为零，这时才可以逐渐加大给定电压，不能在开环或速度闭环时突加给定，否则会引起过大的启动电流，使过流保护动作，告警，跳闸。

(3)通电实验时，可先用电阻作为整流桥的负载，待确定电路能正常工作后，再换成电动机作为负载。

(4)在连接反馈信号时，给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反，确保为负反馈，否则会造成失控。

(5)在完成电压单闭环直流调速系统实验时，由于晶闸管整流输出的波形不仅有直流成分，同时还包含有大量的交流信号，所以在电压隔离器输出端必须要接电容进行滤波，否则系统必定会发生震荡。

(6)直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。

(7)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。

实验二  双闭环不可逆直流调速系统的静特性研究

一、 实验目的

了解双闭环不可逆直流调速系统的开环机械特性和闭环有静差及无静差系统的静特性。

二、系统组成及所需挂件

详见附录一。

二、 实验内容

1、系统调试

参照实验一调试方法调试。

2、开环外特性的测定

①DJK02-1控制电压U_ct由DJK04上的给定输出U_g直接接入，“三相全控整流”电路接电动机，L_d用DJK02上的200mH，直流发电机接负载电阻R，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。

②按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压U_g，使电机启动升速，转速到达1200rpm。

③增大负载(即减小负载电阻R阻值)，使得电动机电流I_d=I_ed，可测出该系统的开环外特性n =f（I_d），记录于下表中：

将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。

3、双闭环有静差系统静特性测试

①按附录一接线， DJK04的给定电压U_g输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发电机接负载电阻R，L_d用DJK02上的200mH，负载电阻放在最大值，给定的输出调到零。将“调节器I”、“调节器II”都接成P（比例）调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统，按下启动按钮，接通励磁电源，构成实验系统。

②机械特性n =f(I_d)的测定

A、发电机先空载，从零开始逐渐调大给定电压U_g，使电动机转速接近n=l200rpm，然后接入发电机负载电阻R，逐渐改变负载电阻，直至I_d=I_ed，即可测出系统静态特性曲线n =f(I_d)，并记录于下表中：

B、降低U_g，再测试n=800rpm时的静态特性曲线，并记录于下表中：

4、双闭环无静差系统静特性测试

①将“调节器I”、“调节器II”都接成PI（比例积分）调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统，按下启动按钮，接通励磁电源，构成实验系统。

②机械特性n =f(I_d)的测定

A、发电机先空载，从零开始逐渐调大给定电压U_g，使电动机转速接近n=l200rpm，然后接入发电机负载电阻R，逐渐改变负载电阻，直至I_d=I_ed，即可测出系统静态特性曲线n =f(I_d)，并记录于下表中：

B、降低U_g，再测试n=800rpm时的静态特性曲线，并记录于下表中：

C、闭环控制系统n=f(U_g)的测定

调节U_g及R，使I_d=I_ed、n= l200rpm，逐渐降低U_g，记录U_g和n，即可测出闭环控制特性n = f(U_g)。

四、实验报告

1、按实验要求列表记录实验数据，并将静特性绘制在坐标纸上。

2、根据实验结果比较开环系统、闭环有静差系统及闭环无静差调速系统的静特性。

3、讨论

双闭环调速系统实验时，遇到下列情况会出现什么现象？

a)   电流反馈极性接反。

b)   转速反馈极性接反。

c)   起动时ASR未饱和。

d)   起动过程中ACR达到饱和。

实验三   双闭环不可逆直流调速系统的动特性研究

一、        实验目的

1、了解双环系统动态特性的调试步骤和方法。

2、了解调节器参数对系统动态性能的影响。

二、系统组成及所需挂件

详见附录一。

三、实验内容

1、系统调试

参照实验一调试方法调试。

2、系统动态特性的观察

用慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下(“调节器I”的增益和积分电容、“调节器II”的增益和积分电容、“转速变换”的滤波电容)，用示波器观察、并记录下列动态波形:      

①突加给定U_g，电动机启动时的电枢电流I_d(“电流反馈与过流保护”的“2”端)波形和转速n(“转速变换”的“3”端)波形。

②突加额定负载(20%I_edÞ100%I_ed)时电动机电枢电流波形和转速波形。

③突降负载(100%I_edÞ20%I_ed)时电动机的电枢电流波形和转速波形。

四、实验报告：

1、绘制所记录的波形。

2、分析系统动态波形，讨论系统参数的变化对系统动、静态性能的影响。

3、对本实验有何建议和体会。

实验四   逻辑无环流可逆直流调速系统实验

一、实验目的

(1)了解、熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成。

(2)掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的调试步骤和方法。

二、实验所需挂件及附件

详见附录二。

三、实验内容

(1)逻辑无环流调速系统调试原则

①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。

②先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反馈后才可组成闭环系统。

③先双闭环、后逻辑无环流，即先使正反桥的双闭环正常工作，然后再组成逻辑无环流。

④先调整稳态精度，后调动态指标。

(2)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试  

①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。

④观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。

⑤将DJK04上的“给定”输出U_g直接与DJK02-1上的移相控制电压U_ct相接，将给定开关S₂拨到接地位置（即U_ct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=150°(注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，而单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°)。

⑥适当增加给定U_g的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。

⑦用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。

⑧将DJK02-1面板上的U_lf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正、反桥触发脉冲输出”端和DJK02“正、反桥触发脉冲输入”端相连，分别将DJK02正桥和反桥触发脉冲的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6和反桥VT1'～VT6'的晶闸管的门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

(3)控制单元调试

①  移相控制电压U_ct调节范围的确定

直接将DJK04“给定”电压U_g接入DJK02-1移相控制电压U_ct的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R，用示波器观察U_d的波形。当给定电压U_g由零调大时，U_d将随给定电压的增大而增大，当U_g超过某一数值时，此时U_d接近为输出最高电压值U_d＇，一般可确定“三相全控整流”输出允许范围的最大值为U_dmax=0.9U_d＇，调节U_g使得“三相全控整流”输出等于U_dmax，此时将对应的U_g＇的电压值记录下来，U_ctmax= U_g＇，即U_g的允许调节范围为0～U_ctmax。如果我们把输出限幅定为U_ctmax的话_，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。记录U_g＇于下表中：

将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

②调节器的调零 

将DJK04中“调节器I”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“调节器I”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“调节器I”成为P (比例)调节器。用万用表的毫伏档测量调节器II“7”端的输出，调节面板上的调零电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于零。

将DJK04中“调节器II”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到“调节器II”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“调节器II”成为P（比例）调节器。用万用表的毫伏档测量调节器II的“11”端，调节面板上的调零电位器RP3，使之输出电压尽可能接近于零。

③调节器正、负限幅值的调整

把“调节器I”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI (比例积分)调节器，将“调节器I”的所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的“3”端，当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为-6V；当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使之输出电压为+6V。

把“调节器II”的“9”、“10”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“9”、“10”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器，将“调节器II”的所有输入端的接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器II的“4”端。当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压尽可能接近于零；当调节器输入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器RP1，使调节器的输出正限幅为U_ctmax。

④“转矩极性鉴别”的调试

“转矩极性鉴别”的输出有下列要求:

电机正转，输出U_M为“1”态。

电机反转，输出U_M为“0”态。

将DJK04中的给定输出端接至DJK04-1的“转矩极性鉴别”

的输入端，同时在输入端接上万用表以监视输入电压的大小，

示波器探头接至“转矩极性鉴别”的输出端，观察其输出高、

低电平的变化。“转矩极性鉴别”的输入输出特性应满足右图

所示要求，其中U_r1=-0.25V，U_r2=+0.25V。

⑤“零电平检测”的调试

其输出应有下列要求:

主回路电流接近零，输出U_I为“1”态。

主回路有电流，输出U_I为“0”态。

其调整方法与“转矩极性鉴别”的调整方法相同，

输入输出特性应满足图1-27b所示要求，其中U_sr1=

0.2V，U_sr2=0.6V。

⑥“反号器”的调试

A、调零（在出厂前反号器已调零，如果零漂比较大的话，用户可自行将挂件打开调零），将反号器输入端“1”接地，用万用表的毫伏档测量“2”端，观察输出是否为零，如果不为零，则调节线路板上的电位器使之为最小值。

B、测定输入输出的比例，将反号器输入端“1”接“给定”，调节“给定”输出为5V电压，用万用表测量“2”端，输出是否等于-5V电压，如果两者不等，则通过调节RP1使输出等于负的输入。再调节“给定”电压使输出为-5V电压，观测反号器输出是否为5V。

⑦“逻辑控制”的调试

测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：

调试方法：

A、首先将“零电平检测”、“转矩极性鉴别”调节到位，符合其特性曲线。给定接“转矩极性鉴别”的输入端，输出端接“逻辑控制”的U_m。“零电平检测”的输出端接“逻辑控制”的U_I,输入端接地。

B、将给定的RP1、RP2电位器顺时针转到底，将S2打到运行侧。

C、将S1打到正给定侧，用万用表测量“逻辑控制”的“3”、“6”和“4”、“7”端，“3”、“6”端输出应为高电平，“4”、“7”端输出应为低电平，此时将DJK04中给定部分S1开关从正给定打到负给定侧，则“3”、“6”端输出从高电平跳变为低电平，“4”、“7”端输出也从低电平跳变为高电平。在跳变的过程中的“5”，此时用示波器观测应出现脉冲信号。

D、将“零电平检测”的输入端接高电平，此时将DJK04中给定部分S1开关来回扳动，“逻辑控制”的输出应无变化。

⑧转速反馈系数α和电流反馈系数β的整定

直接将给定电压U_g接入DJK02-1上的移相控制电压U_ct的输入端，整流桥接电阻负载，测量负载电流和电流反馈电压，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1，使得负载电流I_d =l.3A时，“电流反馈与过流保护”的“2”端电流反馈电压U_fi=6V，这时的电流反馈系数β= U_fi/I_d= 4.615V/A。

直接将“给定”电压U_g接入DJK02-1移相控制电压U_ct的输入端，“三相全控整流”电路接直流电动机作负载，测量直流电动机的转速和转速反馈电压值，调节“转速变换”上的转速反馈电位器RP1，使得n =150Orpm时，转速反馈电压U_fn=-6V，这时的转速反馈系数α =U_fn/n =0.004V/(rpm)。

(4)系统调试

根据图5-11接线，组成逻辑无环流可逆直流调速实验系统，首先将控制电路接成开环（即DJK02-1的移相控制电压U_ct由DJK04的“给定”直接提供），要注意的是U_lf,U_lr不可同时接地，因为正桥和反桥首尾相连，加上给定电压时，正桥和反桥的整流电路会同时开始工作，造成两个整流电路直接发生短路，电流迅速增大，要么DJK04上的过流保护报警跳闸，要么烧毁保护晶闸管的保险丝，甚至还有可能会烧坏晶闸管。所以较好的方法是对正桥和反桥分别进行测试：先将DJK02-1的U_lf接地，U_lr悬空，慢慢增加DJK04的“给定”值，使电机开始提速，观测“三相全控整流”的输出电压是否能达到250V左右（注意：这段时间一定要短，以防止电机转速过高导致电刷损坏）；正桥测试好后将DJK02-1的U_lr接地，U_lf悬空，同样慢慢增加DJK04的给定电压值，使电机开始提速，观测整流桥的输出电压是否能达到250V左右。

开环测试好后，开始测试双闭环，U_lf和U_lr同样不可同时接地。DJK02-1的移相控制电压U_ct由DJK04“调节器II”的“11”端提供，先将DJK02-1的U_lf接地，U_lr悬空，慢慢增加DJK04的给定电压值，观测电机是否受控制（速度随给定的电压变化而变化）。正桥测试好，将DJK02-1的U_lr接地，U_lf悬空，观测电机是否受控制（注意:转速反馈的极性必须互换一下，否则造成速度正反馈，电机会失控）。

 (5)系统动态波形的观察

用双踪慢扫描示波器观察电动机电枢电流I_d和转速n的动态波形，两个探头分别接至“电流反馈与过流保护”的“2”端和“转速变换”的“3”端。

①给定值阶跃变化(正向启动→正向停车→反向启动→反向切换到正向→正向切换到反向→反向停车)时的I_d、n的动态波形。

②改变调节器I和调节器II的参数，观察动态波形的变化。

四、实验报告

    1、分析调节器I、调节器II参数变化对系统动态过程的影响。

2、分析电机从正转切换到反转过程中，电机经历的工作状态，系统能量转换情况。

3、思考题

(1)逻辑无环流可逆调速系统对逻辑控制有何要求?

(2)思考逻辑无环流可逆调速系统中“推β”环节的组成原理和作用如何?

五、注意事项

(1)参见实验一的注意事项。

(2)在记录动态波形时，可先用双踪慢扫描示波器观察波形，以便找出系统动态特性较为理想的调节器参数，再用数字储存式示波器记录动态波形。

(3)实验时，应保证“逻辑控制”工作逻辑正确后才能使系统正反向切换运行。

(4)DJK04、DJK04-1与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04、DJK04-1与DJK02-1的地。

附录1 双闭环不可逆直流调速系统原理图及所需挂件

1、双闭环不可逆直流调速系统原理图

 

2、双闭环不可逆直流调速系实验所需挂件及附件

附录2 逻辑无环流直流可逆调速系统原理图及所需挂件

1、逻辑无环流直流可逆调速系统原理图

 

2、逻辑无环流直流可逆调速系统实验所需挂件及附件