中国石油大学电气专业综合实践报告

电气工程及其自动化专业综合实践指导学号：10053228一、综合实践目的本专业综合实践的意义：本专业涉及多门学科，包括电机拖动、电力工程、电子技术、自动控制、计算机控制，多学科渗透，强弱电结合，特别是对动手能力要求较高，但从前几届的毕业设计和毕业生的实际工作能力看，往往实际动手能力较弱，对动手能力训练不够。包含以下训练内容：1.各部分原理分析；2.焊接、组装（控制、驱动、电源）；3.各部分电路分别调试及系统联调；4.多种仪器设备的使用与电路波形测试二、部分电路组成以及原理分析1、电机软启动基本原理（1）实质：降压启动。降压起动的目的：降低起动电流Ist。机械特性如图1所示：如图1降压启动机械特性交流电机轻载降压运行，可以提高电机效率，避免“大马拉小车”，节约电能。功率-效率关系如图2所示。图2功率-效率关系图（2）基于晶闸管的相控调压如图3：普通晶闸管：两个普通晶闸管反并联，输入两路脉冲。双向晶闸管：两个主电极T1、T2，一个门极G。通常在G-T2之间加入触发脉冲，使其导通。图3普通晶闸管和双向晶闸管软起动过程，如图4：电机刚起动时较大。逐渐减小，转速接近稳态时=0。的调压可控范围：~180。图4软启动晶闸管触发角2.软启动装置组成共包含4各部分电源板，控制板，驱动板，主电路板。部分重要电路具体原理如下：（1）数字存储技术采用芯片AT28C64事先写入程序，低8位A8～A11选择模式，即导通角的大小；高四位A0～A7选择模式中的某一位，即扫频。共采用16种模式，每种10秒，示意如图5：图5存储模式脉冲产生原理框图模式选择控制电路:采用可预置同步计数器74161实现。总启动时间160s自动切换。超低频时钟的产生:多谐振荡器555提供74161的计数脉冲，通过改变电位器阻值，改变计数脉冲周期（2）滞环电压比较器LM393(B)、74LS04作用：将工频50Hz正弦波变换为同步的标准TTL方波，如图6所示：图6滞环电压比较环节（3）单稳移相电路移相时间。作用：将uab的同步信号转换为ua的同步信号，如图7所示：图7单稳移相电路15625)C2VR(R44.1f112CVR0.7t（4）锁相同步倍频电路作用：完成工频50Hz的同步和256倍频。如图8所示图8锁相倍频电路（5）错相序封锁电路原理：实验中利用uab与uac之间的相位差，分别延时后相“与”，从而判断是否错相序，实现相序控制。当三相相序接错的时候能够自动封锁74LS244的输出，禁止系统运行，避免事故的发生。封锁控制电路如图9，将u4转变为74LS244控制信号；刚上电时，鉴相器需要一定的稳定时间，在尚未完全锁相同步情况下，暂时封锁输出。相序正确：uab比uac超前60o，即uab比uac超前3.3ms，u4恒高。相序错误：uab比uac滞后60o，即uab比uac滞后3.3ms，u4恒低。如图9封锁控制电路21ff1o256ff256/o2ff(6)晶闸管驱动电路目的：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通；隔离控制电路与主电路。如图10所示，A,B,C驱动电路。图10A相，B、C相驱动电路三、各电路调试过程及问题解答（1）调试过程及遇到问题解决：1、首先调试的是电源板。电源板由于是直接发下来的，所以不需要我们手动焊接，只需要上电测试即可。上220V电源后，测试+—12V和+5V输出正常，555输出脉冲很标准，稍有误差属正常现象。但是18V交流却只输出200mv，于是检查线路，发现虚焊现象，加固后输出正常。于是记录了下波形，电源板测试完毕。2、其次测试的是驱动板。由于老师要求，三相驱动电路采用不同的驱动方式：A相：光耦MOC3052及外围电路。B、C相：三极管9013和脉冲变压器及外围电路。此部分未发板子，所以需要手动焊接。我被安排负责此部分的主焊。因为以前有焊接经验，所以我首先进行布线，原则是尽量不交叉不跳线，强、弱电隔离。花了10分钟左右我就成功布好路线，没跳一根线。老师发好器件后我就开始焊接了。这一部分还有最重要的一部分----变压器自己绕制。我和同组同学均绕了一个。变比去2:1，匝数原副边分别为40,20。绕完后测试了下同名端和变比，确定正确后，就焊到电路板上了。大约一个小时吧，整块驱动板焊接完毕。让同组同学检查了下没问题。就开始测试了。由于A相接光耦，刚开始由于未接上主电路板，所以输出脉冲没办法测试。所以我们先对B、C相输出驱动脉冲进行测试。测试用的是电源板的555测试脉冲信号，频率9khz，脉宽50us。分别加到B,C相驱动输入上，用示波器观察输出驱动脉冲。发现C相输出幅值1.5V，脉宽50us很标准，但是遇到的问题是，B相有两路输出，这两路幅值1.2V但是脉宽只有1/3，大约15us。老师说有些小了。于是我查阅bt151系列的晶闸管典型导通时间为2us，所以理论上应该可以。但是为了保证可靠导通，我们还是重新增加匝数，原副边100和50。重新焊接到驱动板。又测试下，终于脉宽达到50us，幅值1.2V，能够可靠驱动晶闸管了。至此，驱动板焊接调试完毕。3、接下来调试的是控制板。控制板也是老师发下来的pcb板，只是没有器件。于是是发部分器件测试验收后进行下一步。第一部分调试滞环电压比较器环节。此环节主要是计算门限电压，调节VH=0V即可。通过调节VR1电位器来调节，这部分测试比较顺利，一下子就调出VH=0V，读了VL大约5V左右，满足要求。第二部分调试的是74ls122移相环节。这也是调电位器VR2是脉宽为1.667ms，即对应30°。也没什么问题。第三部分是重点，是锁相倍频cd4046环节。这一部分需要测试的东西较多，我们按照事先画好的顺序开始一一测试。显示AIN和BIN，AIN为标准50HZ移相30°的波，反馈的BIN也是同频同相的波形，正确。接下来测试输出256倍频。发现波动比较厉害，也没显示12.8khz，检查下感觉表笔接触问题，于是换了带探头的示波器表笔，测试波形就正常了。显示频率12.8khz很标准。而且锁相环反馈无抖动，很稳。继续测试分频器的输出。分别测试74ls393的八个位，分别二分频，直至256分频。每个位都测试一遍，均正确。中间开始有些波形测不出来，后来证实也是接触问题导致。至此锁相倍频环节测试完毕，验收通过。第四部分是手动测试2864不同工作模式输出驱动脉冲。这需要注意硬件上的两个问题，1、74ls244要把使能通过跳线接地，解除封锁才行。2、需要手动插线来设定工作模式。在我们三个人的配和下，成功测出所有工作模式的触发角，因为是离散的所以我们记录在了一个表格里，见下面。其实此时我们已经带载验证了下，触发角基本不变。但是这时出现了大问题，不小心将18V交流碰到了5V电源上，电路瞬间不工作了。这个问题整整把我们难了1天，开始不工作输出波形不对，后来换芯片发现前边输出对但是接上2864后，前面波形抖动很厉害，换了很多芯片，结果总不尽人意。我们加班到很晚，也没找出问题。马上崩溃了，理论上后面不会影响前面，但是事实却是这样，都想换底板了。最后向老师求助，没底板了，老师让帮我分析下，让我们自己找原因。看着别人在向后面进行，我们很是着急，最后我们决定更换二极管4148和电位器。抱着试试看的态度，不过结果是，板子输出全部正常了，并找出了原因。还有就一块芯片被烧了之前。我们很是高兴。快马加鞭很快追上了进度。我们吃一堑长一智，不在留线头，并做好了绝缘工作。至此，驱动电路环节测试完毕。4、再测试的是给定555低频脉冲周期10s，并加上74ls161后，能自动变工作模式环节首先插上NE555，还是调节电位器变换周期。但是我们遇到的问题是，上电后并未观察到有方波产生。很是奇怪，电位器拧了很久也没方波，一直是高电平。感觉是555坏了，更换555后还是一样的，一直是高电平。纠结了很久，最后决定换个电位计试试。果真换完后，将示波器时间选到2.5s档，就出先了10s周期的方波。这个问题成功解决。然后拔掉手动控制工作模式的插线，接上74ls161，并解除封锁74ls244。接好后，上电。刚开始时，我发现工作方式并不是从一开始按顺序从0模式增加到15模式，有点乱序。不过等待不到1min，发现工作模式突然正常了。每隔10s灯显示加1.从此以后，每次上电复位工作模式显示正常了。5、接着测试的是需要加强电Uac，错相序封锁环节（几个单稳延时测试）在测试前，首先老师让我们自己制作三相电的断路器插座。我们三人分好工，开始如火如荼的干起来。黄绿红对应A,B,C三相。过了1小时后，插座盒断路器开关做好了。我们有接了一些线头留给电路使用。接下来就是测插头，标相序了。我和同学插好后，用示波器接好了，表笔只接了一个地，另一个表笔的地用绝缘胶带包好。上电，观察波形，按照事先定好的C相，观察相位关系，很快找到了Uac超前Ubc60°。于是测好了相序。由于实验器材有限，大家都在争用，所以我们打算中午加加班，没人了在加强电。到了中午，大家早早来到，开始加380V强电。开始有点紧张，生怕会烧坏板子。但是还是鼓起勇气上电了。很幸运，运行正常，便开始测波形。主要测试几个单稳延时电路的输出相位关系。5ms和1ms正确，只发现25ms的U4脉宽偏小，于是带电调节电位器VR5使U4恒为高电平即可。6.最后环节，接上主电路板，进行系统联调，并带载测试相电压这次全部换上了强电，而且接上了主电路和灯箱。接灯箱前，我们先带主电路板测试了下输出脉冲波形，发现很稳定，脉宽和幅值能保证可靠触通晶闸管。于是，果断接灯箱测试。把电源板，控制板，驱动板，主电路板，灯箱接好后，准备接强电测试。打开断路器开关后，发现灯箱闪烁比较厉害，而且前3种工作模式，不稳定，时间也比较短，到第四种工作模式后正常，这是有问题的。我们分析了下，应该是前面U4波动造成161清零和244被封锁造成。于是上强电，用示波器观察U4输出，果真有周期性杂波拉低了。于是带电继续调节VR5。保证了U4恒为高电平，不受杂波影响了。重新上电后发现，灯箱工作正常了，工作方式也很稳定了。我们很是高兴，而且叫老师验收时，老师也说我们的相电压波形很完美，很对称，也不抖动，很标准。至此，所有，验收通过。由于别人又带电机的，但是烧了不少，电机和测速器也有限，所以我们便带灯箱验收了。（2）指导书思考题解答1.分析VH、VL调节范围，是VH=0，VR1应调制多大？输出高电平多少伏？答：有公式，带入V-=-12v，V+=12v，Uref=-0.7V，求解refrefuuL212211H212211VRRRVRRRVRRRVRRR得，R2=161.43KΩ，去掉定值电阻50k，得VR1=111.43k。2、移相30°，单稳为什么不从Q输出?计算移相时间对输入脉冲有何要求?若前级滞环比较VH不是0V而是0.5V能否单稳进行补偿？缺点？12、LM393-A输出波形高电平带有弧状原因？答：由于交流和直流电源的叠加13、锁相环电路，分析非门所起的作用？分析α与电网同步方面所起的作用？答：非门是把计数器的01变换为10，保证与输入信号同步。此沿与同步信号AIN上升沿对齐保证计数器在电网正半周过零时从0开始计数。14、系统联调原理图？答:见上面的原理15、对C相驱动电路，画出原副边波形？答：见后面波形记录四、测试结果及波形分析总结1、电源以及测试脉冲输出波形+5V输出+12V输出-12V输出18V交流输出555测试脉冲输出2、驱动电路脉冲输出B相副边1驱动输出B相副边2驱动输出C相驱动脉冲3、控制电路部分输出LM393（1）A输出与输入同相峰峰值24VLM393（1）B输出与输入反相74LS04反相器输出（与输入同相）74LS122输出移相30°的Q非74LS122输出移相30°的Q锁相环4046的AIN和BIN（同相同频）锁相倍频CD4046的输出256倍频12.8HZ分频器256分频74LS393最高位输出50Hz74LS393次高位输出100HZ74LS393第五位输出200HZ74LS393第四位