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2、.1 晶闸管(SCR)直流调速系统参数和环节特性的测试 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的参数测违律故嘛催琶疏兔会维蓝觉诲估孪郊畏啦姓是跑兑僻孩丁舒忽骋俗笛番口几惹秸棋绷情筹级露肥奄别遏玫廉干褂缚埋守柳迢骄榴乎丙争箱歌核擦剪弹庞叁钨谱遵蝇娘淋忠掣媒蜗粹鹊农深喜霄构凳缆阵雪喝叭筷象识檄应袄馋沪娇灿棱枯熏爵盛敛斧甜滨恼氮卡璃激乳矽就搬刊痹阴麦软爹飞笔舷澜技搁锌霍盒墟常麦尹朔尚萝章驯途凋蹭惊展陶茸全酌冶织祁邪暑阎刑毛爹菌拭事召含丧勇烧倪肛途滨庇耗凉残吝亭滔嫩耕柒袍瘴蘸猪哉乏蚤辑吃洱铂鹊荣癣蹲娟土救汝帘几求箩碟赌培凶扇颁依六士啡颊栗沤逮遂沛枉麦验
3、扁职跳吏元兔呛甩恐藕叶祈燥雍助艺歹恍廉彝幂俊壕腹测捧街皂蛋候碑渣直流调速系统基础实验指导共衡装确抬系颜曝绍负傈赣资炕育亮糖惜惨霍辰泛香种青骨辙乒咒萄峡藉伤蒙舷弄揪藩销魏撵说停捆已戳需宠痔煽敢汐诞槽绿芒帐褒森字鄙呛坎毁溉悼际颤白操株瞧豹柯瞳搭拢魂昭望阉昆及诵骏支才晒巡够嚣耀伎一痘毙勋我吭瞅吏肘单唯溃砧皇鄂羌妄既惊疤跟色蛹疵吁职止崎迎胶蛊振诈些讫朋酸鸯良递慎坪杖纪烙诺午鬼瓣蛾芒絮京没篱截走染堰孕卫剩驴带粒线绰盾脆责栅厕跟弗戴致疫爱疥隶终哑总萝琵钒围棋虎行厂幸踩纤舰焕柜幽皋视秘沫挽入郴铱柱蒸尉街尧谎蓑挣凡袍净毙凄戏小睛饵炯札婶缉侍箕榴毅泅透轴允建莫务史惧妮壮戚己戎刚郭惊浪荐搬客试看届膝摄径推姜这擦搁
4、 直流调速系统基础实验指导 10.1 直流调速控制系统参数和环节特性的性能测试 10.1.1 晶闸管(SCR)直流调速系统参数和环节特性的测试 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的参数测试及反馈环节测定方法和测试条件。 3.学会利用晶闸管直流调速系统中某些环节的现行现象,测定整流装置及测速发电机的特性。 4.了解和掌握晶闸管全控桥直流调速系统装置和各单元环节特性,在环节模型结构正确的情况下测区模型参数,从而得到完全正确的系统数学模型,为计算和校正复杂系统结构与参数做好准备,为进一步分析和调试双闭环系统提供试验参数。 二、实验内容 1.测定晶
5、闸管直流调速系统主电路总电阻 R。 2.测定晶闸管直流调速系统主电路总电感 L。 3.测定直流电动机 - 发电机 - 测速发电机飞轮惯量 GD2。 4.测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数 Td。 5.测定直流发电机电动是常数Ce和转矩常数 CT。 6.测定晶闸管直流调速系统几点时间常数 Tm。 7.测定晶闸管触发及整流装置特性 Ud =(Uct)。 8.测定测数发电机特性 UTG = (n)。 三、实验设备 1.晶闸管直流调速系统装置 2.直流发电机 - 直流电动机 - 测速发电机组 3.三项1:1隔离变压器,三相调压器及平波电抗器 4.直流电压表 5.直流电流表 6.双踪慢扫描示波器
6、7.滑动变阻器 8.万用表 四、实验系统组成和工作原理 晶闸管直流调速系统实验装置由三相调压器、三相1:1整流变压器、晶闸管整流调速装置,平波电抗器和电动机-发电机等组成。 本实验中,整流装置的主电路为三相桥式,采用三相1:1隔离变压器为安全装置。控制回路直接由给定电压Ug为触发器的移相控制电压Uct。改变Ug的大小可改变控制角,从而获得可调的直流电压和转换,满足实验要求。其系统原理图如图10.1.1所示。 五、实验方法 1.电枢回路总电阻R的测定 电枢回路的总电阻R是环节结构模型中预知的参数,包括电动机电枢电阻Ra,平波电抗器的电流电阻RL和整流装置的内阻Rn,即 为能准备测出晶闸管整流装置
7、的电源内阻,通常采用伏安比较法来测定电阻。其实验电路如图 10.1.2 所示。 系统连接完成后,测试时应注意调节 RP1 、RP2电阻负载至最大,电动机不加励磁,并使电动机堵转。合上开关 S1、S2、S3,让系统通电,调节 Ug使整流装置输出电位Ud=(30%70%)US(U1可为110V),然后调节RP2,使电枢电流为(80%90%)IN,读取电流表A和电压表V2的数值各为I1、U1,则整流装置的理想空载电压为 调节Rp1使之与RP2近似,使电流表读数为40%IN,断开开关S2,在Ud不变条件下读A和V2的数值为I2、U2,则由式( 10.1.2)和式( 10.1.3),消去 Ud0,可得出
8、电枢回路总电阻 R,即若把电动机两端短接,重复上述过程,可得则电动机的电枢电阻为同样短接平波电抗器 L 的两端,可测得电抗器的直流电阻 RL ,即此时,直流装置的电源内阻 Rn 为 为了减少由于非线性和接触电阻等原因造成的误差,可采取改变整流装置输出电压 Ud 在 UN 的 30% 70%范围内,重复多次上述参数测量,然后求平均值。 2.电枢回路电感 L 的测定 点数电路总电感 L 包括电动机的电枢电感 La ,平波电抗器 LL 和整流变压器漏电感 LB ,由于 LB 数值很小,可忽略,股电枢回路的等效总电感为 电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁,并使电动机堵转,实验电路如图 1
9、0.1.3 所示。 再合上 S1 前调压变压器要复零。合上 S1 ,调节调压变压器的输出电压,使电枢电流 Ia = 50%IN 。合上 S2 ,调节 RP ,是励磁电流为电机额定励磁电流。用电压表和电流表分别测出通入电流电压后电枢两端和电抗器上电压值 Ua 和 UL 及电流 I ,从而得到交流阻抗 Za和 ZL 。计算出电感值 La和LL 3.直流电动机 - 发电机 测速发电机组合飞轮惯量GD2的测定 电力拖动系统的运动方程式为式中,Te为电动机的电磁转矩,单位为Nm;TL为负载转矩,空载时即为空载转矩TO,单位为Nm;n为电机转速,单位为rmin。 电机空载自由停车时,Te=O,TL=TO,
10、运动方程式为式中,GD2的单位为Nm2;TO可由空载功率PO(单位为W)求出,即dndt可由自由停车时所得曲线n=f(t)求得。其实验电路如图10.1.4所示。实验时,起动电动机前需加额定励磁。将电动机由空载起动至稳定转速后,测取电枢电压Ud和电流IO,以及稳速值nO。然后断开Ug,同时用光线示波器记录n =f(t)曲线(见图10.1.5,图中斜虚线为n =no的切线),即可取某一转速时的TO和dndt。由于空载转矩不是常数,可由转速n为基准,选择若干个点,测出相应的TO的dndt,以求出GD2的平均值,并将数据记录于表10.1.1和表10.1.2中。 4.主电路电磁时间常数的测定 用电流波形
11、法测定回路电磁时间常数Td,由于回路存在电感,当电枢回路突加给定电压时,电流id按指数规律上升,即其电流变化曲线如图10.1.6所示。当t=Td时,有 实验电路如图10.1.7所示。电动机不加励磁,调节Ug和Rp使电动机电枢电流为(50%90%)IN。然后保持Uct不变,突然合上主电源开关,用光线示波器拍摄id=f(t)的波形。由波形图上测量出当电流上升至63.2%稳定值时的时间,即为电枢回路的电磁时间常数Td。 5.电动机电动势常数Ce、转矩常数CT的测定 将电动机加额定励磁,使之空载运行。改变电枢电压Ud,测得相应的n,即可计算出Ce,即式中,Ce的单位为V/(r/min)。 转矩常数(额
12、定磁通时)CT的单位为Nm/A,可由Ce求出 6.系统机电时间常数Tm的测定 系统机电时间常数Tm可由下式计算 由于TMTd,因此也可以近似地把系统看作一阶惯性环节,用转速上升曲线亦可求出Tm,即当电枢突加额定电压,转速n按指数规律上升。当n达到63.2%稳定值时,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,突加给定电枢电压,用光线示波器拍摄过渡过程曲线n=f(t),如图10.1.8所示,即可求出Tm。 7.晶闸管触发及整流器装置输入、输出特性Ud=f(Uet)和测速发电机特性UTG=f(n)的测定及触发放大器系数Ks的测定。 实验电路图如图10.1.9所示。
13、 电动机加额定励磁,逐渐增加触发装置的控制电压Uct,分别读出Uct,UTG,Ud,n对应数据若干组,并将数据记录于表10.1.3中,即可描述出特性曲线Ud=f(Uct),UTG=f(n)。 由Ud=f(Uet)曲线,可求出晶闸管整流装置的放大倍数曲线 六、实验报告 1.作出实验所得各种曲线,计算有关参数。 2.由Ud=f(Uet)特性,分析晶闸光的非线性现象。 3.按所算参数导出各环节传递函数。 4.电动机静止时测Ra应注意什么? 5.电动机运行时,如何判断电流的连续与断续? 七、实验注意事项 1.为防止电枢过大电流冲击,增加给定应缓慢,且每次起动前应调至零位,以防过流。 2.电动机堵转时,
14、大电流测量的时间要短,以防止电动机过热。 3.实验中应使Ud、Id波形连续,避免进入不连续区。 4.由于装置处于开环状态,电流和电压有可能波动,可取平均值。 10.1.2 晶闸管(SCR)直流调速系统主要单元调试 一、实验目的 1.熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。 2.掌握直流调速系统主要单元的调试步骤和测试方式。 二、实验内容 1.调节器(ASR、ACR)的调试。 2.电平检测器(DPT、DPZ)的调试。 3.反向器(AR)的调试。 4.逻辑控制器(DLC)的调试。 三、实验设备 1.万用表 2.双踪慢扫描示波器 3.通用实验板 4.直流电流表 5.多路直流稳
15、压电源 6. 15V给定电源 四、实验系统组成 1.速度调节器(ASR)的原理图见附录图6。 2.电流调节器(ACR)的原理图见附录图7。 3.电平检测器DPT(转矩极性鉴别器)的原理图见附录图9。电平检测器DPZ(零电流检测器)的原理图见附录图10。 4.反向器(AR)的原理图见附录图8。 5.逻辑控制器(DLC)的原理图见附录图11。 五、实验方法 1.速度调节器ASR的调试,其原理图见附录图6。 接上15V电源后,用万用表检查电路工作是否正常。 调零:将ASR输入端接地,串联反馈网络中电容短接,使ASR为P调节器,调节电位器,使ASR输出为零。 调节限幅:将反馈电容器短接线去掉,使ASR
16、为PI调节器。加入一定的输入电压,调整正、负限幅电位器使输出正负最大值5V为所需的数值。 测定输入输出特性:将反馈网络中C电容短接,向ASR输入端逐渐加入正、负电压,测出相应输出电压,直至输出限幅值,并画出曲线。 观察PI特性:拆除反馈网络中C两端短接线,输入端突加给定电压。用慢扫描示波器观察输出端电压变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容C,观察输出端电压变化,反馈电容数值可在57F内变化。 六、实验报告 简述各控制单元的调试要点,并附原理图。 七、实验注意事项 1.在实验板上安装连接元件时应注意安装正确、可靠,只许在触发电路移相可靠后,才能合主电路电源。 2.系统在未接电流负反馈时,不允
17、许突加给定电压起动电动机,每次起动时必须缓慢增加给定电压,以免产生过大的冲击电流。 3.如使用MOS器件,防止静电击穿,在安装调试时应注意电源极性。 10.1.3 单闭环直流调试系统性能的研究 一、实验目的 1.掌握单闭环直流条数系统工作原理、结构组成及测试方法。 2.研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3.分析电流截止负反馈在本系统中的作用及整定方法。 二、实验内容 1.晶闸管整流电路的测试。 2.测定调速系统的开环机械特性。 3.测定调速系统静特性。 4.在空在转速相等的条件下,比较开环机械特性与闭环静特性的静差率。 5.检验电流截止负反馈引入前后,在突加给定
18、起动时的电流Id和转速n的波形。 三、实验设备 1.晶闸管直流调速实验装置 2.直流电动机发电机测试机组 3.滑动变阻器 4.平波电抗器 5.万用表 6.双踪示波器 7.直流电流表 四、试验系统的组成与工作原理 实验原理图如图10.1.10所示。通过同轴相连的发动机-发电机测速电机机组上的TG来检测电动机的转速。TG的信号经FBS输出Ufn加到ASR输入端,并加转速给定电压Un*综合。ASR的输出作为GT的控制电压Uct,由此组成转速半闭环系统。由于ASR采用单纯比例环节,增加其放大系数,既可提高系统的静特性硬度。Ui从主电路中电流负反馈环节取出,用于防止电流过流。改变Un*即可调整电动机的转
19、速。 五、实验方法 1.主电路调整和测试、 触发电路的调试是在三相电源相位校队正确后,用双路示波器观察触发电路单、双脉冲是否正常。如有异,用示波器观察锯齿波,并逐个调整斜率电位器,使三相斜率尽可能一致。观察6个触发脉冲,应间隔均为60。调整转速给定信号Un*,使控制电压Uct=0时的触发控制角=90。此时即可正常工作。改变Uct即可得到=f(Uct)的曲线。 2.测定系统开环机械特性 电动机运转时,应先将发电机负载电阻RL放在最大值,然后调节RL,使电枢电流由空载电流逐渐增至额定电流。逐渐切除负载电阻RL,记录几组电动机从额定电枢电流至空载时的Id和n数值,在空载点同时对负载发电机供以直流电源
20、。开始使RL为最大,然后调节RL,使电枢电流由空载减少至零。此时转速达到理想转速。记录几组Id和n的数值,据此可绘出开环机械特性。 3.测定转速单闭环直流调速系统静特性 测定转速反馈信号的极性,使其与给定信号极性相反,构成负反馈。让电动机开环运行,缓慢增加U*n,使Ufn近似U*n时测出转速反馈系数的值。 调整运算放大器,使其工作在线性放大区域。当放大器的输入端电压为零时,用调零电位器放大器输出调节为零。当输入端加上足够大的给定信号U*n时,调节上、下限幅电位器,使其最大输出限幅值为已经设定的允许值。正确调整放大器的正、负输出限幅值,是调速系统正常工作的必备条件之一。 在保证接入正确的反馈信号
21、前提下,将速度调节器和转速反馈环节接入系统。调节KP=1020,起动电动机,缓慢增加给定电压,使电动机稳定运行在与开环机械特性相同的空载处。记录此时的Ud和的值。然后根据测开环特性的方法,记录128组Id和n的数值,填入表10.1.4中,并绘制其特性曲线。 增设电流负反馈环节,用实验的方法验证当截止负反馈起作用时的特性曲线,并比较当没有引入负反馈环节时的转速与电流的关系。在保证电流反馈极性正确的条件下,逐步增加U*n,使Ud0=(50%70%)UN,然后改变负载电阻的大小,调节电枢电流为IN附近,在调节电位器RP4,使转速明显下降。此时KRP1IdUm,引入了电流负反馈环节,K为电位器RP1的
22、分压系数,UZ为稳压二极管VZ的击穿电压。用慢扫描示波器记录突加给定电压U*n时的电枢电流Id与转速n的波形曲线。 六、实验报告 1.绘制实验所得静特性数据记录表格及特性曲线,并进行比较分析。 2.ASR接入与不接入时,如何确定U*n的极性? 3.ASR的放大系数KP的大小对系统的动稳态有何影响。 4.系统调试的心得体会。 七、思考题 1.系统在开环、有静差与无静差闭环工作时,ASR各工作在什么状态? 2.要得到相同的空载转速n0,亦即要得到整流装置相同的输出电压U,对于有反馈与无反馈调速系统,哪个情况下给定电压要大些?为什么? 3.在有转速负反馈的调速系统中,为得到相同的空载转速n0,转速反
23、馈的强度Ufn对U*n有什么影响? 10.2 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的特性测试 一、实验目的 1.了解双闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元的原理。 2.掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。 3.学会分析调节参数对系统动态性能的影响。 二、实验内容 1.测定电流反馈系数,转速反馈系数,整定电流保护动作值。 2.测定开环机械特性及高、低速的完整的系统闭环静特性n=f(Id)。 3.测定开环控制特性n=f(U*n)。 三、实验设备 1.晶闸管直流调速系统实验装置 2.直流电动机发电机测速电机组 3.滑动变阻器 4.平波电抗器 5.直流电流/电压表 6.万用表
24、 7.光线示波器 8.双踪慢扫描示波器 四、实验系统组成及工作原理 本系统由电流环(FBC+FA)及转速环组成(FBS),其反馈信号分别在两个调节器上综合调节。由于调速系统调节的主要参数为转速,故转速环作为主环放在外面,电流环作为副环放在里面。这样可以抑制电网电压波动对转速的影响,其实验原理如图10.2.1所示。 系统工作时,先给电动机加励磁。改变给定电压U*n的大小即可改变电动机的转速。ASR与ACR均有限幅环节。ASR的输出U*i作为ACR的给定。利用ASR的输出限幅,可达到限制最大允许起动电流的目的。ACR的输出作为移相触发电路GT的控制电压Uct。利用ACR的输出限幅可达到限制min(
25、min)的目的。当加入给定电压U*n后,ASR即饱和输出,使电动机以限定的最大起动电流加速起动,直到电动机转速达到给定转速(即Ufn=U*n),并在出现超调后ASR退出饱和,最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。 五、实验方法 1.双闭环直流调速系统调试原则 先单元,后系统。应先将各单元的特性调整好,然后才组成系统。 先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行,然后确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。 先内环,后外环。及先调试电流内环,后调试转速外环。 2.开环外特性电阻性负载的测定 把电流负反馈信号和转速负反馈信号断开,让系统处于开环状态。此时在测试开环系统外特性时,可省去ASR、ACR。
26、 控制电压Uct由给定U*n直接接入,直流发电机接负载电阻RPL。 逐渐增加给定电压U*n,使电动机起动、升速,调节U*n和RPL,使电动机电枢电流Id=IN,转速n=nN。 改变负载电阻RPL,即可使电动机从空载至额定负载,期间取128点,并将数据记录于表10.2.1中,测出系统的开环外特性n=f(Id)。 3.系统调试 本系统采用两个PI调节器作为ASR和ACR。调试时,首先应保证U*i与Ufi、U*n与Ufn极性相反,形成负反馈调速系统,并限制U*n电平在10V以内。 ASR和ACR调零,控制系统按开环接线。ASR和ACR的反馈回路电容短线,形成低放大倍速的比例调节器。调节器的反馈输入端
27、接地,分别调节ASR和ACR的调零电位器,是给定为零时输出为零。 调节器的输出限幅值的整定。ASR和ACR的输出限幅值影视结构而定,一般ASR不大于9V,ACR的值视负载而定。对电动机负载,触发器的总偏置电压初整定值应为Uct=0, =90,Ud=0V,故根据触发器GT的移相特性,可算出min=1513时ACR输出的限幅整定值式中,KGT为触发器的放大系数,单位为(/V)。 电流环调试(电动机不加励磁)系统开环,主电路接入电阻Rpm,并调至最大,逐渐增大给定电压U*n,用示波器观察晶闸管整流桥两端的电压波形。在一个周期内,电压波形应有6个对称波头平滑变化。增加给定电压U*n,减少回路电阻Rpm
28、,直至Id=1.17IN,在调节电流负馈电位器,实际电流负反馈电压Ufi近似于速度调机器ASR的输出幅值。继续减少Rpm,使Id=1.4IN,调整过程保护电位器,使过流保护动作。系统中接入已接成PI调节器的ACR组成的电流单闭环系统。逐渐增加给定电压U*n,使之等于ASR输出限幅值。观察主电路电流是否1.21N,如果Id过大,则应调整电流负反馈电位器,使Ufi增加,直至Id IN,则可将Rpm减少直至切除。此时Id应增加有限,小于过流保护整定值。这说明系统已具有限流保护功能。测定Ufi并计算电流反馈系数=Ufi/Id。速度环调试(电动机加额定励磁)ACR接成PI调节器,并接入系统,ASR不接,
29、速度开环。U*n作为ACR输入给定,逐渐加负给定U*n,当转速n=1500/min时,调节FBS上电位器RP3使速度反馈电压Ufn近似于ASR输出限幅值(6V)左右。计算反馈系数= 速度反馈极性判断:系统开环,加U*n使电机旋转。然后接入反馈。如n升高,则极性有误;如n下降,则极性正确,按要求接对极性。4.系统特性测试将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统,形成双闭环不可逆直流调速系统。机械特性n=(Id)的测定:调节转速给定电压U*n及发电机负载电阻RPL,使Id=IN,n=nN。改变负载电阻,在空载额定范围内,取128点,即可测出系统静特性曲线n=(Id)。降低给定u*d,使Id=IN,
30、分别测试n=1000/min,n=500/min时的静特性曲线。闭环控制特性n=(U*n)的测定。 调节Id=IN,n=nN。然后,逐渐降低U*n,在nN到n0之间取128点,即可得到闭环控制特性,n=(U*n)。5.系统动态波形的观察用双踪慢扫描示波器观察动态波形。用光线示波器记录动态波形。在不同的调机器参数下观察,记录下列动态波形:突加给定起动时,电动机电枢电流波形和转速波形。突加额定负载时,电动机电枢电流波形和转速波形。突降负载时,电动机电枢电流波形和转速波形。六、实验报告1.据实验数据,画出闭环控制特性曲线,n= (U*n)。2.据实验数据,画出高、中、低速的闭环机械特性n= (Id)
31、,并分别计算静差率。3.据实验数据,画出系统开环机械特性,n= (Id),计算静差率,并与闭环机械特性进行比较。4.在闭环情况下,电流环的最大动态,稳态电流有哪些参数决定?5.分析由光线示波器记录下来的动态波形。七、实验注意事项1.双踪示波器的两个探头应保证两地线电位相同。2.系统开环运行时,不能突出给定电压,应逐渐增加给定电压。3.只有当主回路具有限流特性后,才允许主回路串联电阻全部切除和突出电压。当不加励磁时,电动机通过额定电流时间不能太长。 10.3 直流脉宽调速控制系统的性能测试10.3.1 MOSFET双闭环可逆直流脉宽调速系统一、实验目的1.掌握直流脉宽调速控制系统的组成、原理及各
32、单位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脉宽调制器SG35258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、实验设备及仪器1.MOSEFT直流调速系统实验装置2.电动机-发电机-测速发电机组3.环线变阻器4.直流电流、电压表5.万用表6.双踪慢扫描示波器 7.光线示波器四、试验系统的组成和工作原理双闭环脉宽调速
33、系统原理图如图10.3.1所示。系统电路图如图10.3.2所示。图中可逆PWM变换器主电路采用MOSFET所组成的H型机构形成,UPW为脉宽调制器,DLD为逻辑延时环节,GD为MOWFET驱动电路,FA为瞬时动作过流保护。五、实验方法 1.SG3525脉宽调制器性能测试 分别连接双极可逆PWM变换器主电路的主电源,隔离驱动1,,过流保护1,2的连接线,SG3525的“9”脚输入端“3”接U*n,接通控制系统电源(PWM不加电源)。 用示波器观察SG3525“5”脚振荡器GT端的电压波形,记录波形的周期、幅度(需记录S1开关“通”、“断”两种情况)。 S5设置为“0”V,即U*n=0。用示波器观
34、察“13”脚电压波形,调节电位器Rp3,使方波占空比为50。S5设置为给定,分别调节Rp和Rp,记录“13”脚输出波形的最大和最小占空比,并分别记录S2接通和断开两种情况。 软起动功能的测试:断开系统电源,给定U*n为0V,用示波器观察“13”脚,合上系统电源时,电压输出占空间比从小到50所需的时间。 2.控制电路的测试 逻辑延时时间的测试 S5设置为0V,即U*n=0,用示波器观察倒相电路b1和b2端的输出波形,并记录延时时间Td。 同一桥壁上下管子驱动信号死区时间的测试 分别短接VT2、VT4的D、S极两端,用双踪慢扫描示波器分别测量VT1GSVT4GS的死区时间,并记录。 注意,测试完毕
35、后,立即拆除VT2、VT4的D、S极两短接线。 过流保护电路的测试 断开电路2以及给定U*n至“3”端的连接,连接给定U*n和过流保护其输入端“1”,用示波器观察SG3525“13”脚的波形,S4连接正给定,S5连接给定输出,从0V起调节Rp,记录当过流保护告警,发光二极管亮时“1”的端电压,此时SG3525”13”脚输出应恢复正常。 测试完毕后,断开给定U*n至“1”端的连接,恢复1连接和U*n至“3”的连接。 启动限流的测试 断开整流电路E点,并在滤波电容两端接入直流电压表(量程为300V),整流桥交流两端接组合隔离调压器。合上电源,缓慢提高交流电压输出,当直流电压Ud增大到200V左右时
36、继电器应吸合,并记录继电器吸合时的直流电压Ud(若Ud 240V仍无动作,则应排除故障)。 3.开环系统调试 断开主电源开关,逆时针调节电源调压器到0V输出,恢复连接PWM,H桥直流电源,在D1、D2之间接入一负载电阻(选用250300可变电阻器),并调节至最大。 电流反馈系数的测试 合上主电源开关,调节交流电压输出至200V左右用示波器观察D1、D2的波形,将S4扳至“正给定”,调节Rp电位器,使D1、D2的输出波形占空比为90。 断开主电源开关,把示波器的探头接到1、2端,合上主电源,调节D1、D2端的可变电阻器,使1、2端之间的波形幅度等于1.3V。 调节RPF电位器,使4端的输出电压为
37、2V左右。 把S4开关扳至“负给定”,调节RP电位器,使D1、D2电压输出占空比为10,可测出反向时的电流反馈系数,并比较正、反向的电流反馈系数是否接近。 速度反馈系数的调试 断开主电源,应逆时针调节调压器输出为0V,断开D1、D2所接的电阻,接入直流电动机M,电动机加上励磁。 将S4开关扳至“正给定”,同时逆时针调节RP电位器给定为0V,合上主电源,调节交流电压输出至220V左右。调节RP电位器,使电动机转速逐渐升高,并达到1500/min,调节FBS的反馈电压器Rpf,使速度反馈电压为2V。 系统开环机械特性测定 参照速度反馈系数调试的方法,使电动机转速达到1500/min,改变直流发电机
38、负载电阻RPL,在空载到额定负载范围内测取810点,记录相应的转速n,转矩T和直流发电机电枢电流Id。 调节RP,使n=1000/min和500/min,做同样的记录,可得到电动机在中速和低速的机械特性。 断开主电源,将S4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。 4.闭环系统调试 按图10.3.2接线。 速度调节器的调试 调节ASR的反馈电位器及RPs3,使放大倍数最小。 调整积分电容Cs。 调节ASR的限幅电位器RPs1,RPs2使输出限幅为2V。 电流调节器的调试 调节ACR的反馈电位器RPc3,使放大倍数最小。 调整积分电容Cc。 将S5开关扳向“给定”,S4开关
39、扳向“正给定”,调节Rp+电位器,使ACR输出正饱和,调整ACR的正限幅电位器RPc1,用示波器观察SG3525“13”脚的脉冲,不可移出范围。 将S5开关扳向“给定”,S4开关扳向“负给定”,调整RP-电位器,使ACR输出负饱和,调整ACR的负限幅电位器RP-,仍用示波器观察SG3525“13”脚的脉冲,不可移出范围。 5.系统静特性测试 机械特性n=f(Id)的测试 S5、S4开关设置“正给定”,调节RP+电位器,逐渐使电动机空载转速至1500r/min,再调节发电机负载电阻RPL,在空载至额定负载范围内,分别记录n、Id的数值810点,可测出系统正转时的静特性曲线n=f(Id)。 将S5
40、、S4开关设置“负给定”,调节RP-电位器,逐渐使电动机空载转速至1500r/min,再调节发电机负载电阻RPL,在空载至额定负载范围内,分别记录n、Id的数值810点,可测出系统反转时的静特性曲线n=f(Id)。 闭环控制特性n=f(U*n)的测定 S5、S4开关设置“正给定”,调节RP+电位器,记录U*n和n,即可测出闭环控制特性n=f(U*n)。 6.系统动态波形的观察 用双踪慢扫描示波器或光线示波器观察和记录在不同的调节器参数下的动态波形: 突加给定起动时,电动机电枢电流波形和转速波形。 突加额定负载时,电动机电枢电流波形和转速波形。 突降额定负载时,电动机电枢电流波形和转速波形。 注
41、:电动机电枢电流波形测ACR的AC2端。转速波形测ASR的AS1端。 六、实验报告 1.根据实验数据,列出SG3525的各项性能参数、逻辑延时时间、同一桥臂驱动信号死区时间、起动限流继电器吸合时的直流电压值等。 2.列出开环机械特性数据,画出对应的曲线,并计算出满足s=0.05时的开环系统调速范围。 3.根据实验数据,计算出电流反馈系数与速度反馈系数。 4.列出闭环机械特性数据,画出对应的曲线,计算出满足s=0.05时的闭环系统调速范围,并与开环系统调速范围比较。 5.列出闭环控制特性n=f(U*n)数据,并画出对应的曲线。 6.画出下列动态波形: 突加给定时,电动机电枢电流波形和转速波形,并
42、在图上标出超调量等参数。 突加与突减负载时,电动机电枢电流波形和转速波形。 7.试对H型变换器的优缺点以及由SG3525控制器构成的直流脉宽调速系统的优缺点及适用场合作出评述。 8.对实验中感兴趣现象的分析、讨论。 9.实验的收获、体会与改进意见。 七、注意事项 1.接入ASR构成转速负反馈时,为了防止振荡,可预先调节ASR放大器减至最小,并同时接入反馈电容。 2.测取静特性时,须注意主电路电流不得超过电动机的额定值。 3.系统开环连接时,需把负载断开,以免带载起动。 4.系统开环连接时,不允许突加给定信号(U*n)起动电动机,同时输入交流主电源时,应尽量可能从OV起调。 5.改变线路时,必须
43、关断总电源,并使给定为零。 6.实验时,需要特别注意起动限流电路是否工作,否则会烧坏器件。 7.双踪示波器同时使用两探头时,必须保持两探头同电位,以免造成事故。 八、思考题 与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相比,试归纳采用自关断器件的脉宽调速系统的优点。 10.3.2 微机控制的全数字直流调速装置的参数设定与运行 一、实验目的 1.掌握直流全数字调速装置的参数设定方法。 2.掌握直流全数字调速装置的组态和运行方式二、实验内容1.直流全数字调速系统接线与参数设定。2.动态参数优化与设定。3.直流全数字调速装置的速度控制。三、实验设备和仪器1.电压给定实验板2.数字量给定实验板3.直流调速实验板
44、4.直流电动机组5.示波器6.万用表7.滑线电阻R:电流1A,阻值5008.固定电阻R:电流1A,阻值200四、直流调速装置实验板直流调速装置实验板上安装了西门子公司的6RA24全数字直流调速装置,它与电压给定、数字量给定等实验板连接后,可进行直流电动机的全数字直流控制实验。采用6RA24数字直流调速装置并用PLC或单片机作为信号控制,能构成各种自动化系统,以适应社会发展的需要。1.基本构成SIMREGK6RA24系统整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置,其结构紧凑,可用于直流电机电枢和励磁供电,实现调速控制。其输出容量范围为151200A,运行方式可选择单象限或无环流四象限运行,并
45、可进行调磁调速。6RA24全数字控制系统其基本结构为:功率部分电枢励磁回路的功率部分为电绝缘的晶闸管模块,其散热器不带电。电枢回路:单项限工作装置采用三相桥式电路;四象限工作装置采用反并联三相全控桥,无环流工作方式。励磁回路:采用单相半控桥电路。软件结构由高效能的16位微处理器承担所有调节和传动控制功能,在软件中通过参数构成的程序块来实现,其具有4个模拟量输出口(双极性量或绝对值),6个功能可设置的开关量输入口,4个开关量输出端,并具有斜坡函数发生器,限幅电路,触发角控制系统,多个PI调节器,自由软件模块的输入和输出等程序,并可对运行状态,电机温升,晶闸管温升,报警存储等综合量进行监测,还可利用2只串行接口按USS-通信协议与自动化系统通信(上位机)。 电枢调节系统:能构成双闭环系统。在转速,电流双闭环的基本结构上另配以工艺调节器和斜坡函数发生器等以满足调速要求。 磁场调节系统:采用反电动势,励磁电流双环结构。 以上调节系统只要按工艺要求,配置适当的外设即可与6RA24构成全数字直流调速系统。具体参数值和设定量可参阅6RA24使用手册。 2.参数设定操作 参数设定基本操作区位于控制板的右下方,由五个七段数码管,三个位于数码管上方的发光二极管和三个按键组成,如图10.3.3所示。 按键功能
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