不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
第七章 电气传动实验 (1)
第七章电气传动控制系统实验第一节晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、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1、教学实验台主控制屏1个2、负载组件1套3、电机导轨及测速发电机1台4、直流电动机1台5、双踪示波器 1台6、万用表 1台三、背景知识直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Uc作为触发器的移相控制电压，改变Uc的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
工作原理图如图7-1所示。
图7-1晶闸管直流调速系统工作原理图四、实验注意事项、实验内容与实验步骤注：（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）为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
（3）电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。
1、电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a，平波电抗器的直流电阻R L和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n。
为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图7-2所示。
图7-2 晶闸管直流调速系统电阻R测试线路图（1）将变阻器R d接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。
测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。
（2）低压单元的G给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct=0。
《运动控制系统》实验指导书[新][152023]
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一、运动控制系统实验项目一览表实验室名称：电机拖动实验室课程名称：运动控制系统适用专业：电气工程及自动化、自动化实验总学时：16设课方式：课程实验（“课程实验”或“独立设课”二选一）是否为网络实验：否（“是”或“否”二选一）实验一晶闸管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部件的调试步骤和方法。
二．实验内容2．电平检测器的调试3．反号器的调试4．逻辑控制器的调试三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—31A组件3．NMCL—18组件4．双踪示波器5．万用表四．实验方法1．速度调节器（ASR）的调试按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。
注意：正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。
（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于 5V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
（3）观察PI特性拆除“5”、“6”端短接线接入5~7uf电容，（必须按下选择开关，绝不能开路），突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。
（1）调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于 6V。
（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试
uT
uu
uv
uw
uu
1# 2# 3# 4# 5# 6#
如何调准90°?
二、单闭环系统的调试步骤
1、各单元的调试
（2）转速调节器ASR的调试
R0 RP1
R0
R1 C1
+ +
ASR
Rbal
+15V
RP1
Uct
RP2
-15V
限幅值和参数
二、单闭环系统的调试步骤
1、各单元的调试 （3）主电路的调试
直流电流表 B1 A
（3）按测得数据，画出两个电平检测器的 回环。
4．反号器（AR）的调试
测定输入输出比例，输入端加+5V电压， 调节RP，使输出端为-5V
5．逻辑控制器（DLC）的调试
测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：
UM 输入
UI
1 1 0 0 01 1 0 0 1 00
Uz(Ublf) 0 0 0 1 1 1 输出
2 测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的 额定值(1.1A).
3 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。
四、思考题
1．闭环系统的调试原则是什么？ 2．如何整定系统的零位？ 3．如何整定反馈系数α? 4 . 如果发现闭环后，转速很高且不可控，
3、系统的闭环调试
（2）系统闭环运行；（3）闭环静特性测试 +
R1
C1
~
G
-
-15V
RP1
U
* g
R0
R0
++ +
ASR
(整理)运动控制系统实验春
实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。
2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
二．实验内容1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD24．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d5．测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M7．测定晶闸管触发及整流装置特性U d=f (U ct)8．测定测速发电机特性U TG=f (n)三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．SMCL—01组件3．NMCL—33组件4．NMCL—03组件5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）6．直流电动机M037．双踪示波器（自备）8．万用表（自备）五．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．为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。
六．实验方法1．电枢回路电阻R 的测定电枢回路的总电阻R 包括电机的电枢电阻R a ，平波电抗器的直流电阻R L 和整流装置的内阻R n ，即R=R a +R L +R n为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。
将变阻器R D （可采用两只电阻串联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。
《运动控制系统》实验指导书解读
《运动控制系统》实验指导书逄海萍刘建芳编青岛科技大学自动化与电子工程学院电气工程教研室实验一晶闸管不可逆直流调速系统主要单兀调试,,1实验二不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究,,4实验三双闭环晶闸管不可逆直流调速系统,,,,,8实验四双闭环可逆直流脉宽调速系统,,,,,,15实验一晶闸管不可逆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部件的调试步骤和方法。
二、实验内容1. 转速调节器ASR和电流调节器调节器ACR的调试2 .触发单元的调试3 .主电路的调试三、实验设备及仪器1 . MCL系列教学实验台主控制屏。
2. MCL--31 组件(适合MCL--111)3. MCL--34 组件。
4. MEL-11 挂箱5. 双踪示波器6 .万用表四、注意事项1 .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。
2 .电流表要与电动机的电枢串联，严禁并联。
3 .改接线路前断开电源。
4 .脉冲观察孔不能于晶闸关门极相连。
五、实验方法及步骤1. 速度调节器(ASR)的调试(1) 调整ASR的输出限幅值①“ 5”、“ 6”端接MEL-11挂箱电容(7卩)，使ASR调节器为PI调节器，将Ug接到ASR 的1端，零速封锁(DZS)的3端接到ASR的4端，零速封锁开关打到“解除”。
②接通“低压直流电源”，增加给定，调节ASR的RP1,RP2,使ASR的输出限幅值为± 3V。
③给定调到0，断开“低压直流电源”。
(2) 测定输入输出特性①将反馈网络中的电容短接(“ 5”、“6”端短接)，使ASR调节器为P调节器。
(1)主电路未通电, 板上的直流低压电源引到用示波器观察 MCL — 33的六个脉冲观察孔,应有双窄脉冲，且间隔均匀，幅值 ② 接通“低压直流电源”，调节给定电位器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测 出相应的输出电压，直至输出达到限幅值，并画出输入输出特性曲线。
单闭环直流调速系统
① 闭环静特性比开环机械特性硬得多。负载电流相等时
nb
nk 1 K
sk s ② 闭环系统的静差率要比开环小得多。理想空载转速相等时， b 1 K
③ 闭环系统可比开环有更大的调速范围。静差率相等时， Db 1 K Dk ④ 闭环系统比开环系统的抗干扰性能好。
3、如右图所示，设电机开始工 作于A点，当负载电流增大时， 开环和闭环系统工作的原理是不 同的： (1)开环系统，给定不变，电枢电 压就不变，电流增加，工作点将 沿最下面那条机械特性向下移动
(2)而对于闭环调速系统，给定不变，电流增加时，系统有维持转速不 下降的趋势，通过调节，电枢电压升高，工作点将移至B、C或D。 ABCD所在直线就是闭环系统的在该给定电压下的一条静特性曲线。
U d Id R n Ce
由上述四式不难得出
R n Id Ce 1 K Ce 1 K
该式称为系统的静特性方程。
* K p KsU n
K
K p K s Ce
称为系统的开环放大系数。
静特性与机械特性的比较-1
1、机械特性调速系统对开环而言；静特性是对闭环系统而言的。两者 都表示电机转速与负载电流之间的关系，即n=f(Id)。 2、一条机械特性曲线对应于一个不变的电枢电压；而一条静特性曲线 对应于 一个不变的给定电压。
Ud Id R U d↓→ n ↓→ U n ↓→ U↑→ U ct↑→ U d↑→ n↑ Ce
3、单闭环调速系统的静特性
闭环调速稳定工作时，电机转速与负载电流之间的关系称为闭 环调速系统的静特性。 由稳态结构图可知
* U U n Un
U ct K p U
U d K sU ct
当然，转速上升，转速反馈电压会升高，但其升值小于 给定电压增值，电压差总体上是增大的，转速是上升的。
实验二 单闭环不可逆直流调速系统实验
实验三单闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。
(3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理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。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。
这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。
电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。
同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。
当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
图5-7 转速单闭环系统原理图图5-8 电流单闭环系统原理图在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出电压信号作为反馈信号加到“电压调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电压负反馈闭环系统。
单闭环不可逆直流调速系统实验
单闭环不可逆直流调速系统实验
单闭环不可逆直流调速系统实验是一种用于直流电机控制的原型实验系统，旨在教授学生如何使用基于控制理论的方法来调节直流电机的速度并实现不同的功能要求。
该实验系统的基本结构包括直流电动机、电源、可编程随机逻辑控制器和信号调节器等几个部分，其整体系统设计具有紧密性和高效性。
主要研究内容包括如何进行直流电机的速度控制，如何获取直流电机的信息量和如何实现不同的控制算法等方面。
在进行实验之前，首先确定实验要求和目的，然后根据具体的实验内容选择不同的实验设备和工具。
在实验开始之前，需要进行一些准备工作，例如接线、开机和设置基本参数等。
在实验进行过程中，需要注意事项包括安全性、操作准确性和数据的通用性。
在实验结束之后，需要对实验数据进行处理和分析，根据实验结果进行总结和归纳，并对实验过程中的问题进行分析，并总结出实验中的经验和教训。
在单闭环不可逆直流调速系统实验中，学生们将会学习到许多重要的概念和方法，包括控制系统的基本理论、信号调节器的使用方法、可编程随机逻辑控制器的设计和实现等方面。
这些知识将使他们在现实世界中的工程问题中更加技术熟练和完善。
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实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
一．实验目的
1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
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．学习反馈控制系统的调试技术。
二．预习要求
1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。
2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。
三．实验线路及原理
见图1-7。
四．实验设备及仪表
1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—31A组件
3．NMCL—33组件
4．NMEL—03组件
5．NMCL—18组件
6．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01
7．直流电动机M03
8．双踪示波器
9．万用表
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）。
4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
5．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。
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。
六．实验内容
1．移相触发电路的
调试（主电路未通电）
（a）用示波器观察
NMCL—33的双脉冲观
察孔，应有双脉冲，且间
隔均匀，幅值相同；观察
每个晶闸管的控制极、阴
极电压波形，应有幅值为
1V～2V的双脉冲。
（b）触发电路输出
脉冲应在30°～90°范围
内可调。
可通过对偏移电
压调节单位器及ASR输
出电压的调整实现。
例
如：使ASR输出为0V，
调节偏移电压，实现
α=90°；再保持偏移电压
不变，调节ASR的限幅
电位器RP1，使α=30°。
2．求取调速系统在
无转速负反馈时的开环
工作机械特性。
a．断开ASR的“3”至U ct的连接线，G（给定）直接加至U ct，且U g调至零，直流电机励磁电源开关闭合。
b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使U uv、Uvw、Uwu=200V。
c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压U d，输出电流i d以及被测
3．带转速负反馈有静差工作的系统静特性
a ．断开G （给定）和U ct 的连接线，ASR 的输出接至U ct ，把ASR 的“5”、“6”点短接。
b ．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节U uv ，U vw ，U wu 为200伏。
c ．调节给定电压U g 至2V ，调整转速变换器RP 电位器，使被测电动机空载转速n 0=1500转/分，调节ASR 的调节电容以及反馈电位器RP3，使电机稳定运行。
n 。
4．测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性
a ．断开ASR 的“5”、“6”短接线，“5”、“6”端接可调电容，可预置7μF ，使ASR 成为PI
（比例—积分）调节器。
b．调节给定电压U g，使电机空载转速n0=1500转/分。
在额定至空载范围内测取7～8
七．实验报告
绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。
八．思考题
1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？实验时应如何接线？
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，转速反馈的强度对U g 有什么影响？为什么？
4．如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？。