双闭环可逆直流脉宽调速系统实验详细

双闭环可逆直流脉宽调速系统一．实验目的1．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。2．熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。3．熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。4．掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。二．实验内容1．PWM控制器SG3525性能测试。2．控制单元调试。3．系统开环调试。4．系统闭环调试5．系统稳态、动态特性测试。6．H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。三．实验系统的组成和工作原理图1—1双闭环脉宽调速系统的原理图在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。双闭环脉宽调速系统的原理框图如图6—10所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用IGBT所构成的H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，FA为瞬时动作的过流保护。脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（SiliconGeneral）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便TAU-UiASRACRUPWDLDPWMFAGM*0U＋*0U＋TGM灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。四．实验设备及仪器1．NMCL系列教学实验台主控制屏。2．NMCL—18组件3．NMCL—31A组件4．NMCL-22挂箱6．MMEL—13组件。7．直流电动机M03。8．双踪示波器。五．注意事项1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。4．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。5．起动电机时，需把MMEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。8．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。9.系统整定要求满足超调量小于5%，调节时间小于3秒。六．实验方法1．SG3525及控制电路性能测试（1）调节UPW单元的RP电位器使输出波形的占空比为二分之一，UPW的2端与DLD单元的1相连，按下S1开关，检查G1E1，，G2E2，G3E3，G4E2之间的波形是否正常2．开环系统调试按图5-19接线。断开主电源，将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处，，将主电路的1、3端相连，6、7端接入直流电动机M03的电枢及700mH的电感，电枢回路要串入NMCL—31A上的指针式电流表。电机加上励磁。22挂箱的地与G(给定)的地相连，G(给定)的输出接到UPW的3端。（1）系统开环机械特性测定增大给定值，使电机转速达1400r/min，调节测功机加载旋钮，在空载至额定负载范围内测取7—8个点，记录相应的转速n和转矩M（或直流发电机电流id）n=1400r/minn(r/min)140013831311127712571191108310601028id(A)0.090.110.210.280.310.490.820.911.01M(N.m)0.080.120.260.350.410.661.131.241.39n-m图0200400600800100012001400160000.511.5Mn系列1调节给定值，使n=1000/min和n=500r/min，作同样的记录，可得到电机在中速和低速时的机械特性。n=1000r/minn(r/min)1000994910887852779737701654id(A)0.080.090..220.290.380.590.710.821.01M(N.m)0.0070..100.280.370.510.821.01.161.44n-M图0200400600800100012000246810nM系列1n=500r/minn(r/min)503402470359295266230168id(A)0.080.240.130.340.550.650.781.00M(N.m)0.070.300.160.450.760.891.061.35n-M010020030040050060000.20.40.60.811.21.41.6Mn系列1断开主电源，给定开关拨向“负给定”，然后按照以上方法，测出系统的反向机械特性。（2）速度反馈系数的调试转速计输出“+”、“--”分别与NMCL—31A上的FBS的“2”、“1”相连(注意此时速度反馈应接成负反馈)，G(给定)打到正给定，调节正给定值使电机转速逐渐升高，并达到1400r／min，调节FBS的反馈电位器，使速度反馈电压为2V。4．闭环系统调试将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。按图片接线（“接线图实验一”）（1）速度调节器的调试（a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；（b）“5”、“6”端接入MEL—11电容器，预置5～7μF；（c）调节RP1、RP2使输出限幅为±2V。（2）电流调节器的调试（a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；（b）“5”、“6”端接入MEL—11电容器，预置5～7μF；（c）给定开关S2打向“给定”，S1开关扳向上，调节RP1电位器，使ACR输出正饱和，调整ACR的正限幅电位器RP1，用示波器观察UPW单元“2”的脉冲，不可移出范围。（占空比不能为1）S2开关打向“给定”，S1开关打向下至“负给定”，调节RP2电位器，使ACR输出负饱和，调整ACR的负限幅电位器RP2，用示波器观察UPW单元“2”的脉冲，不可移出范围。5．系统动态波形的观察用二踪慢扫描示波器观察动态波形，并记录动态波形。在不同的调节器参数下，观察，记录下列动态波形：（1）突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形，读出超调量及调节时间（2）系统稳定运行时突加额定负载和突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形，读出动态速降及恢复时间注：电动机电枢电流波形的观察可通过ACR的第“1”端转速波形的观察可通过ASR的第“1”端。6．系统静特性测试（1）机械特性n=f（Id）的测定S2开关打向“给定”，S1开关扳向上，调节RP1电位器，使电机空载转速至1400r/min，再调节测功机加载旋钮，在空载至额定负载范围内分别记录7～8点，可测出系统正转时的静特性曲线n=f（Id）n(r/min)139613921391138613851377I(A)0.080.20.30.50.71n-I00.20.40.60.811.2137513801385139013951400nI系列1S2开关打向“给定”，S1开关打向下至“负给定”，调节RP2电位器，使电机空载转速至1400r/min，再调节测功机加载旋钮，在空载至额定负载范围内分别记录7～8点，可测出系统反转时的静特性曲线n=f（Id）n-I图00.20.40.60.811.2-1406-1404-1402-1400-1398-1396-1394-1392-1390-1388-1386nI系列1（2）闭环控制特性n=f(Ug)的测定S2开关打向“给定”，S1开关扳向上，调节RP1电位器，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。n(r/min)140412031067907757620Ug(V)2.8972.52.321.9131.5801.339n(r/min)-1404-1400-1397-1394-1390-1388I(A)0.080.20.40.60.80.98n-Ug图00.511.522.533.502004006008001000120014001600nUg系列1七．实验报告1．列出开环机械特性数据,画出对应的曲线,并计算出S及开环系统调速范围。2．根据实验数据，计算出电流反馈系数β与速度反馈系数α。3．列出闭环机械特性数据，画出对应的曲线，计算出S及闭环系统调速范围，并与开环系统调速范围相比较。4．列出闭环控制特性n=f（ug）数据，并画出对应的曲线。5．画出下列动态波形（1）突加给定时的电动机电枢电流和转速波形，并在图上标出超调量等参数。（2）突加与突减负载时的电动机电枢电流和转速波形。八．思考题1．为了防止上、下桥臂的直通，有人把上、下桥臂驱动信号死区时间调得很大，这样做行不行，为什么？答：不行，这样有可能使得上、下两个桥臂同时进入死区,使机器无法运行。进入死区的时间过长，不利于电机的灵活控制。九．实验总结通过本实验进一步的掌握了闭环可逆直流脉宽调速系统的组成原理及各主要单元的工作原理。本实验中的连线比较繁琐，做试验的时候比较麻烦，但只要能静心和耐心就能好好的完成实验。实验中的特别注意的地方是开启电源的之前R1和R2必须左旋到底，不然会烧坏机器。