小容量晶闸管直流调速系统实训

73第五节小容量晶闸管直流调速系统实训一、实训目的(1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。(2)掌握单结晶体管触发电路的调试步骤与方法。(3)熟悉与掌握单结晶体管触发电路及其主要点的波形测量与分析。(4)了解小容量晶闸管单闭环有静差直流调速系统的原理、组成及各主要单元的作用。(5)掌握小容量晶闸管直流调速系统的一般调试过程、调试步骤、方法及参数的整定。(6)熟悉小容量晶闸管直流调速系统故障的分析与处理。二、实训所需设备序号型号备注1MEC01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等模块2PAC34小容量晶闸管直流调速系统组件该挂箱包含“单结晶体管触发电路”、“桥式半控整流主电路”等模块3MEC21直流电参数表组件4MEC42可调电阻器5DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表6DJ13-1直流发电机7DJ15直流他励电动机8慢扫描示波器自备9万用表自备三、实训线路及原理利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路。小容量晶闸管直流调速系统面板上的V16为单结晶体管，其常用的型号有BT33和BT35两种。小容量晶闸管直流调速系统原理图如图5-4。系统工作原理简述如下：1.脉冲的形成由变压器TC1副边输出约70V±10%的交流同步电压，经桥式全波整流，再由稳压管V10进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及V18组成的恒流源向电容C3充电，当充电电压达到单结晶体管V16的峰值电压UP时，单结晶体管V16导通，同时由于放电时间常数很小，C3两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压Uv，使V16关断，C3再次充电，周而复始，在电容C3两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器副边输出尖脉冲。在一个梯形波周期内，V16可能导通、关断多次，但对晶闸管的触发只有第一个输出脉冲起作用。然后脉冲经V15进行功率放大，再经过脉冲变压器TC2便可在TC2副边得到两组相位一致的脉冲。2.移相控制电容C3的充电时间常数由等效电阻V18等决定，改变恒流源的电流大小，可改变C3的充电时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。单结晶体管触发电路74的各点波形请参考图5-5。图5-4小容量晶闸管直流调速系统原理图触发电路的输入端串联了一个由C1、R2、C5组成的微分校正环节(又称超前校正环节)，校正系统的动态性能，使调速系统稳定较快，也加快了系统的反应速度。该电路中给定电压与电压负反馈和电流正反馈的偏差控制V22输出电压的大小，从而控制恒流源电流的大小，从而实现脉冲移相。给定电位器RP2已装在面板上，同步信号已在内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。3.单闭环控制系统为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标要求较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈、电流反馈、电压反馈等。在本装置中采用的是单闭环系统。在单闭环中，反映电压变化的电压反馈信号Uu和反映电流变化的电流反馈信号Ui以触发电路的负端为公共端（面板上42点），此公共端为给定输出回路中的一点，因此由原理图可以看出Uu和Ui为串联在给定输出回路中的电压信号，所以加到V22的基极信号为Uu、Ui与给定电压Ug的电压和(约为Ug-Uu+Ui)，此电压和信号经放大后，得到移相控制电压，控制触发脉冲的移相，来改变单相半控整流75桥电压的输出。该电路中的放大电路为比例调节，对阶跃输入有稳态误差。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电压变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电压能稳定在一定的范围内变化。①主电路采用单相半控整流桥，串联滤波电抗器L是为了限制整流后的脉动成分，减少电机损耗，降低电机的温升等。由于单相半控整流桥的桥路是由两个晶闸管串联后再与两个整流二极管串并联而成，省掉了一个续留二极管，使线路较为简单而可靠。图5-5单结晶体管触发电路各点的电压波形(α=900)②电流截止环节当因启动或其他原因造成过电流时，在RP4上取得的电压值变大，使稳压管V21两端的电压也增大。若大到使稳压管V21击穿时，则使V20饱和，同时V16基极电位降低，于是输出触发脉冲减少，使晶闸管趋向关断，限制了电流的增大。③电压负反馈当电机加上负载时，电机的转速有所下降，电机两端的电压也因此下降，此时在RP6上所得的分压也随之减小，则在V22基极上所得的分压反而增大，V22趋向饱和，V18也趋向更加导通，最后使V16基极电位提高，于是输出触发脉冲增加，使晶闸管的导通角更大，使电机两端电压提高。④电流正反馈76当电机加上负载时，电机的转速下降，用其他措施使其端电压维持不变，则此时所需的电流将增大，由于电流的增大，在RP5上所得的分压增大。这样也使RP6上所得的分压增加，与电压负反馈一样使V22的基极电位提高而导通，从而使输出脉冲增加导致晶闸管更加导通。四、实训方法1.小容量晶闸管直流调速系统故障的设置与分析请参考第二章有关内容2.励磁电源及失磁保护的调试(1)按下电源控制面板上的“启动”按钮，将直流调速系统面板上的QS拨向“开”，用万用表测试励磁输出为200V±10%。(2)将电机的励磁线圈接到励磁电源的输出端，可听到励磁电源回路中的黑色继电器KA有“啪”的声音，说明继电器已通电吸合。其在主电路中的常开触点闭合，为晶闸管主电路的启动做准备。3.单结晶体管触发电路的调试与观测用两根导线将电源控制面板上的“三相电源输出”的220V交流相电压接到小容量晶闸管直流调速系统面板上的“～220V”输入端，“励磁电源”输出端接直流电动机的励磁绕组回路。按下电源控制面板上的“启动”按钮，将小容量晶闸管直流调速系统面板上的QS拨向“开”，这时给定电路和触发电路都开始工作。4.给定电路的调试交流70V经桥式整流稳压后的电压作为触发电路的给定电压。RP2为调速电位器。用双踪示波器观察单结晶体管触发电路经桥式整流和稳压管削波后“TP8”点的波形，顺时针缓慢调节移相电位器RP2，观察“TP4”点锯齿波的周期变化、“TP6”点的脉冲波形、经脉冲变压器后输出的“G、K”触发脉冲波形，最后观察脉冲能在30°～170°范围内移相。5.单结晶体管触发电路各点波形的记录当α＝30o、60o、90o、120o时，将单结晶体管触发电路的各观测点波形描绘下来，并与图3-2的各波形进行比较。6.小容量晶闸管直流调速系统的调试触发脉冲正常后，将直流电机、直流电流表、直流电压表接进主电路，直流电机拖动校正直流测功机。(1)将调速电位器RP2逆时针旋到底，使给定输出为零。(2)按下SB2，调节RP2，观察电机能否平滑增速。(3)电流截止环节的测试调节RP2使给定输出为零。调节RP2使给定输出为零。将DJ23输出接1980Ω（两只90Ω和两只900Ω串联）。调节RP2逐渐增大“给定”电压，使电动机转速提升至一定值（如n=1000rpm），然后减小电阻阻值即增大直流电动机的负载，使主回路电流增大，当电流增大到一定值后，稳压管V21击穿，此时电动机的转速会明显降低，说明电流截止环节已经起作用。(6)主电路停止按下SB1（停止按钮），断掉晶闸管主电路的电源。在晶闸管主电路中，“TP10”的KM的常闭触点闭合，电阻R17和R18与电枢并联形成能耗制动回路，加速直流电动机的制动。774.小容量晶闸管直流调速系统的测试(1)将DJ23输出接1980Ω（两只90Ω和两只900Ω串联），并将其阻值调至最大，使直流电动机轻载。(2)缓慢顺时针调节给定电路中的电位器RP2,使电动机转速接近n=1200rpm，观察主电路中电流、转速的变化记录于下表中：n（rpm）Id（A）(3)将电动机转速调到接近n=1200rpm，然后缓慢调节负载阻值，增大直流电动机的负载，观察主电路中电流、转速的变化。测定相应的Id和n。记录于下表中：n（rpm）Id（A）六、注意事项在记录动态波形时，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，再用数字存储示波器或记忆示波器记录动态波形。五、实训报告1.画出α=60°时，单结晶体管触发电路各点输出的波形及其幅值。2.对实验过程中出现的故障现象作出书面分析。六、注意事项1.技能实训时必须注意人身安全，杜绝触电事故发生。接线与拆线必须在断电的情况下进行。2.技能实训时必须注意实训设备的安全，接线完成后必须进行检查，待接线正确之后方可进行实训。3.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。