实验1参数和环节特性的测定

-1-实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验一、实验目的1.熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。2.掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。二、实验设备和仪器1.DJK01挂件——电源控制屏2.DJK02挂件——三相变流桥路3.DJK04挂件——电机调速控制4.DJK10挂件——变压器实验5.DD03-2——电机﹑测速发电机﹑磁粉制动器及转速表和导轨等6.D42——三相可调电阻7.TDS2002双通道数字存储示波器8.万用表三、实验线路及原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、直流电动机和磁粉制动器等组成。整流装置的主电路采用DJK02挂件中的三相桥式全控整流电路。电感Ld用DJK02挂件上的300mH电抗器。直接取DJK04挂件上的给定电压Ug作为触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的电路组成如图1－1所示。-2-图1－1实验系统原理图四、实验内容(1)测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值RΣ(2)测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L(3)测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2(4)测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td(5)测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM(6)测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM(7)测定晶闸管触发及整流装置的放大倍数KS五、预习要求学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。六、实验方法为研究晶闸管－电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻RΣ、总电感L以及系统的电磁时间常数Td与机电时间常数TM，这些参数均需通过实验手-3-段来测定，具体方法如下：(1)电枢回路总电阻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及整流装置的内阻Rn，即RΣ=Ra十RL十Rn由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压Uｄ0，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图1-1所示。实验步骤如下：测试时电动机不加励磁（励磁电源开关断开），并使电机堵转，给定电压Ug调为零，可调电阻R的初始值调在最大位置（D42挂箱中的R1﹑R2﹑R3均可使用,为增大主回路电流可将两只900Ω﹑0.41A可调电阻并联使用,最大阻值为450Ω,如果不能确定接线正确,可用万用表测量,然后接入主回路。合上主回路电源开关，并合上给定开关S1、S2，调节给定Ug使输出直流电压Ud在50%Ued～80%Ued范围内，确定一给定电压Ug值并保持不变（Udo不变），然后调整R阻值来改变电枢电流，读取电流表A的数值和电阻R两端的电压值为I、U，则此时整流装置的理想空载电压为Udo=IR+U测试以下数据：Ud＝I(安)0．60．81．0U(伏)-4-若改变R前后两次测得的值分别为I1、U1和I2、U2则Udo＝I1RΣ十U1Udo＝I2RΣ十U2根据以上两式，可求得电枢回路总电阻：RΣ＝（U1-U2）/（I2-I1）根据测试的数据及计算公式求出三组RΣ值，计算其平均值即是电枢回路总电阻RΣ值。用同样的办法，将电枢短接可测得RL十Rn，将电抗短接可测得Ra十Rn，则电枢电阻Ra＝RΣ-RL-Rn电抗电阻RL＝RΣ-Ra-Rn整流装置内阻Rn＝RΣ-Ra-RL(2)电枢回路电感L的测定电枢回路总电感包括电机的电枢电感La、平波电抗器电感Ld和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为L＝La+Ld(5-7)电感的数值可用交流伏安法测定。实验时应给电动机加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图5-3所示。-5-IUZLL/)2/(22fRaZaLa)2/(22fRZLdLL图5-3测量电枢回路电感的实验线路图实验时交流电压由DJK01电源输出，接DJK10的高压端，从低压端输出接电机的电枢，用交流电压表和电流表分别测出电枢两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I,从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和Ld，计算公式如下:(5-8)(5-9)(5-10)(5-11)(3)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T-Tz=(GD2/375)dn/dt(5-12)式中，T为电动机的电磁转矩，单位为N·m；Tz为负载转矩，空载时即为空载转矩Tk，单位为N·m，n为电机转速，单位为rpm。电机空载自由停车时，T=0，Tz=Tk，则运动方程式为:(5-13)从而有(5-14)式中GD2的单位为N·m2；Tk可由空载功率PK(单位为W)求出:(5-15)(5-16)/IUZaadtdnGDTK/)375/(2dtdnTGDK//3752nPTKKa/55.9RIUaIP2a0a0K-6-dn/dt可以从自由停车时所得的曲线n＝f(t)求得，其实验线路如图5-4图5-4测定GD2时的实验线路图电动机加额定励磁，将电机空载启动至稳定转速后，测量电枢电压Ua和电流Ia0,然后断开给定，用数字存储示波器记录n=f(t)曲线，即可求取某一转速时的Tk和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以以转速n为基准选择若干个点，测出相应的Tk和dn/dt，以求得GD2的平均值。由于本实验装置的电机容量比较小，应用此法测GD2时会有一定的误差。(4)主电路电磁时间常数Td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:其电流变化曲线如图5-5所示。当t=Td时，有dddIeIi632.0)1(1)e(1Iidt/Tdd-7-图5-5电流上升曲线图5-6测定Td的实验线路图实验线路如图5-6所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%Ied～90%Ied范围内。然后保持Ug不变，将给定的S2拨到接地位置，然后拨动给定S2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录id=f（t）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%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，使其空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n即可由下式算出Ce:式中，Ce的单位为V/(rpm)。转矩常数(额定磁通)CM的单位为N·m/A。CM可由Ce求出:CM=9.55Ce(6)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)CCR)/(375C(GDT2Me2M由于TMTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即S)T/(1KUnMd当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达稳态值的63.2%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，突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过渡过程曲线n=f(t)，即可由此确定机电时间常数。)/()(1212nnUUKCddee-8-(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5-4所示，可不接示波器。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Ug，分别读取对应的Ug、UTG、Ud、n的数值若干组，即可描绘出特性曲线Ud=f(Ug)和UTG=f(n)。由Ud=f(Ug)曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线Ks=f(Ug):Ks=ΔUd/ΔUg七、实验报告(1)作出实验所得的各种曲线，计算有关参数。(2)由Ks=f(Ug)特性，分析晶闸管装置的非线性现象。八、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)由于DJK04上的过流保护整定值的限制，在完成机电时间常数测定的实验中，其电枢电压不能加得太高。(3)当电机堵转时，会出现大电流，因此测量的时间要短，以防电机过热。(4)在测试Ud=f(Ug)时，DJK02上的偏移电压要先调到α=120°，具体方法见单闭环直流调速。