电力拖动实验指导书一

电力拖动控制系统实验指导书北京联合大学自动化学院电气传动实验室电气工程教研室实验一、转速单闭环直流调速系统静特性综合实验一、实验目的1.熟悉转速单闭环直流调速系统的组成，各环节的结构形式及其之间的联接。2.掌握转速单闭环直流调速系统的一般调试方法及电流截止负反馈的整定。3.通过实验，加深理解负反馈原理及转速负反馈电流截止负反馈在调速系统中的作用。二、系统的组成及工作原理简单的晶闸管-电动机开环系统由于静态速降较大，静差率和调速范围往往不能互相兼顾。引入转速负反馈组成单闭环调速系统能够使静态速降减小，从而使静差率减小，调速范围增大。转速负反馈单闭环系统一般带有电流截止负反馈环节，其作用在于限制系统起动时冲击电流和堵转电流，而且对系统的稳定运行不会产生任何副作用。附图1是具有电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的实验电路。图中测速发电机TG与电动机M同轴刚性联接，其输出电势ETG与电动机转速n成正比，ETG经给定与速度反馈单元板FGS中的速度变送环节变换为合适的电压Ufn作为转速反馈信号送入转速调节器ASR（采用电流调节器板ACR）的反馈输入端，与使转速调节器给定输入端的转速给定信号Usn进行综合和调节，使转速调节器的输出作为触发器GTS（或GTD）的控制电压Uc，晶闸管触发器在Uc的控制下输出一定的整流电压Ud向直流电动机电枢供电，以获取所需转速n。实验主电路采用由VF1和VF2单元板组成的三相全控桥式整流电路向电动机电枢供电。直流发电机G作为直流电动机M的负载与电动机同轴安装，调节发电机的负载电阻R则可改变电动机的转矩即电动机电枢电流Id。本系统转速调节器采用比例调节器属于有静差调速系统，改变使转速调节器的放大倍数Kp即可改变系统静特性硬度（注意Kp不宜过大，否则系统将不能稳定工作）。系统在正常稳定运行时，由于电动机电枢电流Id小于截止电流Ic，电流截止负反馈不起作用，系统表现为只有转速负反馈的单闭环系统，改变给定电压Usn即可调整电动机的转速n，系统在给定电压的作用下稳定工作并通过转速反馈环节的作用抑制环内前向通道上的一切扰动，力图维持转速不变，此时系统的静特性较硬，转速降落很小。当电动机电枢电流Id大于截止电流Ic后，由电流反馈单元TCV取出与电流成正比的电流反馈信号Ufi（电流反馈单元TCV中的十Ufi1）将大于比较电压Ucp（ACR单元板中的稳压管V3的稳压值，使稳压管击穿），此时电流截止负反馈信号Ufi进入转速调节器的输入端，经转速调节器综合调节后控制晶闸管整流器输出电压Ud使电枢电流不超过允许值，由于电流截止负反馈的作用使系统在这一段的特性很软，形成了所谓的挖土机特性。电流截止负反馈环节在比较电压Ucp（即稳压管稳压值）确定后（本实验装置为6V）调节TCV单元板中电流反馈电位器RP1可整定截止电流的大小，若改变转速调节器的电流截止负反馈，输入端输入电阻可调整堵转电流的大小。三、实验设备和仪器1.DSC—1型晶闸管直流调速系统实验装置。1台2.三相整流变压器1台3.直流电动机一发电机一测速发电机组1套4.平波电抗器1台5.负载变阻箱（或灯箱）1台6.变阻器2只7.直流电流表1只8.转速表1只9.万用表1只10.长余辉双踪示波器1台四、接线指导1.本实验所用实验单元板为给定与速度反馈单元板FGS；电流调节器单元板ACR；单触发器单元板GTS；主电路单元板VF1、VF2；电流反馈器单元板TCV；仪表单元板PVD，PAD2；参数单元板PCB。2.晶闸管整流电路采用VF1和VF2单元板组成的三相全控桥式整流电路，主电路的元件及接线参见附图2。3.触发电路采用GTS单元板，其中M；～M。端与VF；、VF。中的对应端相连接。4.转速调节器采用实验装置中的电流调节器ACR单元板，将不用的输入端对共地点短接，其它接线参照附图进行。5.各单元板的+15V、-15V端及共地端“⊥”都必须对应连接并与电源箱上稳压电源的对应端子相连接。五、实验内容及要求1.有关单元及系统调试。2.测出开环系统的机械特性。3.测出转速单闭环系统的静特性。4.计算比较开环系统与闭环系统静差率S。5.整定电流截止负反馈的电流转折点，测出加入电流截止负反馈后的转速单闭环系统的静特性，并观察和记录系统在突加给定起动时的电流id(t)和n(t)的波形。六、实验步骤1.系统的开环调试系统按开环接线，将GTS单元板的控制电压Uc端直接与FGS中Usn相连接，由FGS中的给定电位器RP3调节控制电压Uc来改变控制角α和与之相对应的晶闸管整流器输出电压Ud，对电动机进行调速。2.开环系统机械特性研究（电流连续段）系统开环运行，实验电路如附图。(1).测定高速时的开环机械特性缓慢调整给定电位器RP3，使电动机空载转速为nN的80％。合上发电机负载开关S并逐步减小负载电阻R，使电动机电枢电流Id由空载增至（1.1～1.2）IN，测量并记录几组Ud、Id、n的数值填入表1，根据记录数据描绘出机械特性曲线n=f(Id)和Ud＝f(Id)曲线并计算静差率s。表1开环机械特性数据记录测试点测试量12345678s高速Ud(V)n(r/min)Id(A)低速Ud(V)n(r/min)Id(A)(2).测定低速时的开环机械特性先将负载电阻增至最大并切除，缓慢调整FGS单元板中给定电位器RP3使电动机空载转速为nN的40％。再合上开关S并逐步减小负载电阻R，使电动机电枢电流Id由空载电流增至（1.1～1．2）IN，测量并记录几组Ud、Id和n的数值填入表1，根据记录数据绘出机械特性曲线n＝f(Id)和Ud=f(Id)曲线并计算出静差率s。3.转速负反馈单闭环系统静特性研究(1).转速反馈环节的调整系统仍开环运行，用万用表检测接至转速调节器反馈输入端的转速反馈信号Ufn的极性，由于在该单闭环实验系统中给定电压Usn为负值，为使系统为负反馈连接转速反馈电压Ufn为正值，对调FGS单元板上SF1与SF2两根转速信号线可改变Ufn的极性。缓慢调节给定电位器RP3使电动机转速达到额定转速时，调整FGS单元板中的反馈电位器RP2，使Ufn=+9V。(2).转速调节器ASR的整定切断电源开关，系统恢复闭环接线，见附图。电流截止负反馈暂不接入，即TCV单元板中+Ufi1暂不与ACR单元板中Uβ端相连接，使转速调节器接成比例调节器，取反馈电阻R1=100kΩ（从参数器单元板PCB中取100kΩ电阻接至ACR单元板中的S1与S2端），由于转速调节器的输入电阻R0＝20kΩ，因此使转速调节器的放大倍数Kp=5。将给定电位器调至零位，接通三相电源开关，控制电源通电，对ASR进行零位观察。其方法是在ASR的给定输入与反馈输入均为零时其输出应为零（本实验装置无须进行零位调整）。转速调节器限幅值的整定，在FGS单元板中通过改变开关S1位置和调节负给定电位器RP4使给定为负的最大值，调整ACR单元板中RP1，使转速调节器的正输出限幅值Ucm=4.3V，这时对应的最小控制角αmin＝100；改变Usn的极性并调至正的最大值，调整ACR单元板RP2使负输出限幅值Ucm=-3.2V。(3).闭环系统静特性的测定将转速调节器的输出端接至GTS的控制电压Uc端，将给定电压Usn调至0，按下起动按钮，主电路接通后，调节FGS中开关S1及给定电位器RP4，使Usn=-9V时再调节转速反馈电位器RP2使电动机转速n=nN。分别测定Kp=5（R1=100kΩ）和Kp=10（R1=200kΩ）时的闭环系统高速与低速的静特性。方法与测定开环机械特性相同，记录几组Id、n和Ud的数值填入表2（KP=5）和表3（Kp=10）中，分别绘制出静特性曲线n=f(Id)和Ud=f(Id)曲线，并计算出静差率s。表2Kp=5的闭环的静特性数据记录测试点测试量12345678s高速Ud(V)n(r/min)Id(A)低速Ud(V)n(r/min)Id(A)表3Kp=10的闭环静特性数据记录测试点测试量12345678s高速Ud(V)n(r/min)Id(A)低速Ud(V)n(r/min)Id(A)4.电流截止负反馈的研究(1).电流截止负反馈环节整定在系统运行时且具有一定的电流Id测量电流反馈器TCV单元板中+Ufi1端的电压，并且调节该单元板中电流反馈电位器RP1使其值为0。按照附图1接入电流截止负反馈，逐步调节FGS中的给定电位器RP4，增加给定电压Usn使电动机转速上升至nN的80％左右，凋节发电机负载电阻R使电动机电枢电流Id=IN（本实验整定截止电流Ic=IN），再逐渐调整TCV单元板中的电流反馈电位器RP1使Ufi1逐渐增大，调整到电动机转速刚刚出现明显下降时为止，此时说明截止负反馈已起作用。(2).带电流截止负反馈的闭环系统静特性的测定取空载转速为nN的80％，作一条静特性，电流一直可做到很大即做到发电机负载电阻R短路为止，需注意当电流Id＞IN时，动作要快，不可停留较长时间，测得几组Id和n的数据后填入表4中，并根据记录数据分别描绘出两条静特性曲线，测定方法与开环机械特性测定相同。表4有电流截止负反馈的闭环静特性数据记录测试点测试量12345678sn(r/min)Id(A)(3).观察系统起动过程用超低频示波器观察并记录在给定电压Usn分别为-8V和-4V时突加给定时的起动电流id=f(t)和转速n=f(t)的波形。七、注意事项1.每次改按实验电路或更换测试点，都必须在电源开关断开的情况下进行，通电实验中手不能碰触实验装置任何裸露接头（或插孔）部分。2.系统未接电流截止负反馈时，不允许突加给定电压起动电动机，每次合间通电前都应将给定电位器旋回原位，系统起动时，必须缓慢旋转给定电位器使给定电压Usn逐渐增加，以免产生过大的冲击电流。3.使用双踪示波器测量电路波形时应特别注意两测试头的公共点，不要造成实验电路通过示波器测试头的公共端引起的短路事故。4.平波电抗器电感量应足够大，保证实验中Ud、id波形连续，避免进入不连续区。5.实验首次通电前应先调整好电动机励磁。八、思考题1.在测试开环机械特性过程中Ud与α是否变化？在测定系统闭环静特性时Ud和α是否变化？为什么?2.如果转速反馈极性接反，会产生什么现象？九、实验报告要求1.整理实验所记录的数据、波形。描绘出系统特性曲线n=f(Id)及曲线Ud=(Id)。要求数据、波形准确，曲线光滑，坐标比例适当。2.根据单闭环系统在Kp=5与Kp=10时所测数据，计算出当要求静差率s≤20％时系统分别能达到的调速范围D。3.分析带电流截止负反馈系统在不同的给定电压Usn时突加给定起动过程的Id=f(t)及n＝f(t)的波形差异的原因。画出该系统电枢电流分别在Id≤Ic和Id＞Ic时的静态框图，并根据实验系统有关参数写出静特性方程式，说明对下垂特性的影响。在稳压管选定后，调整截止电流Ic应调整什么元件？若调整堵转电流I1（下垂特性）应改变什么元件参数？4.扼要叙述实验系统的调试过程及调试过程中所出现的问题，并分析其原因及解决方法。附图：+9V-9VUfnUgnSF1SF2+15V-15VFGSUKS2UFS+15V-15VUGLUgi1Ufi1S1UKUTa+15V-15VGTDUTbUTcM1~M6UZVF1M1VF2M3M5U1V1W1M4M6M2U2V2W2+-PVD0~300VPAD10~10ATCVUI1VI1WI1UO1VO1WO1Ufi1S2R2MGAPAD20~2A+-励磁电源-15VACR~380VS1LTRR1100kVAGMTGTSUTaUTbUTc附图1具有电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的实验电路