实验二 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

一．实验目的

1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。

2．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。

3．熟悉调速系统控制单元，触发电路及晶闸管主回路的结构及调试方法

4．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。

二．实验内容

1．各控制单元调试

2．测定电流反馈系数。

3．测定开环机械特性及闭环静特性。

4．闭环控制特性的测定。

5．观察，记录系统动态波形。

三．实验系统组成及工作原理

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的控制回路如图3-1所示。

系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流的目的, ACR的输出作为移相触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制a_min和b_min的目的。

当加入给定Ug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，直到电机转速达到给定转速（即U_g=Ufn），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。

四．实验设备及仪器

1．实验台主控制屏。                   

2．触发电路及晶闸管主回路组件

3．负载组件                            

4．直流调速控制单元组件

5．电机导轨及测速发电机                

6．直流电动机

7．万用表

五．注意事项

1．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。

2．系统开环连接时，不允许突加给定信号U_g起动电机

3．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。

4．进行闭环调试时，若电机转速达最高速且不可调，注意转速反馈的极性是否接错。

5．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. 实验方法

1． 按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。

图2-1

2．双闭环调速系统调试原则

（1）先部件，后系统。即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。

（2）先开环，后闭环，即使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。

（3）先内环，后外环。即先调试电流内环，然后调转速外环。

（4）先静态，后动态，即先进行静态性能指标测试，再进行动态性能调试。

3．速度调节器（ASR）的调试   

（1）调整输出正、负限幅值速定。   

“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（由低压单元的G给定提供，以下同），将给定G输出Ug接到ASR调节器的输入端1端。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，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。

4．电流调节器（ACR）的调试   

（1）调整输出正,负限幅值    

整定ADR限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR的“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，将给定G输出Ug接到调节器ACR的输入端3端，负给定调节ACR的RP1使a(min)=20度，此时的电压即为限幅值Uctm. 

5．开环外特性的测定

（1）控制电压U_ct由给定器U_g直接接入。

（2）使U_g=0，调节触发电路及晶闸管主回路挂箱中的“脉冲移相控制”中的“偏移电压”电位器，使α稍大于120度。

（3）合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有220V电压输出。

（4）逐渐增加给定电压U_g，使电机起动、升速，调节U_g和NMCL-18/3的可调节励磁If=100mA，使电机在额定负载和额定转速下运行。再调节负载，在直流电机额定负载至空载范围，测取7～8点，读取电机转速n，电机电枢电流I_d，即可测出系统的开环外特性n=f (Id)。

表1开环外特性测试数据

注意，若给定电压U_g为0时，电机缓慢转动，则表明α太小，需后移

6．系统调试

将Ublf接地，Ublr悬空，即使用一组桥六个晶闸管。

（1）电流环调试

电动机不加励磁

（a）系统开环，即触发电路及晶闸管主回路中的控制电压U_ct由低压单元中的G给定器U_g直接接入，将电阻负载中的电阻串入主回路并调至最大。逐渐增加给定电压，用示波器观察晶闸管整流桥两端电压波形。在一个周期内，电压波形应有6个对称波头平滑变化 。

（b）增加给定电压，减小主回路串接电阻R_d，直至Id=1.1Ied，再调节触发电路及晶闸管主回路挂箱上的电流反馈If电位器RP，使电流反馈电压Ufi近似等于速度调节器ASR的输出限幅值（ASR的输出限幅可调为±5V）。

（c）低压单元的G（负给定）输出电压U_g接至ACR的“3”端，电流反馈If接ACR的1脚，ACR的输出“7”端接至U_ct，即系统接入已接成PI调节的ACR组成电流单闭环系统。ACR的“9”、“10”端接可调电容，可预置1.5μF，同时。逐渐增加给定电压Ug，使之等于ASR输出限幅值（+5V），观察主电路电流是否小于或等于1.1Ied，如Id过大，则应调整电流反馈If电位器，使Ufi增加，直至Id<1.1Ied；如Id<Ied，则可将R_d减小直至切除，此时应增加有限，小于过电流保护整定值，这说明系统已具有限流保护功能。

（2）速度变换器的调试

电动机加额定励磁。

（a）系统开环，即给定电压U_g直接接至U_ct，Ug作为输入给定，逐渐加正给定，当转速n=1500r/min时，调节FBS（速度变换器）中速度反馈电位器RP，使速度反馈电压为+5V左右。 

（b）速度反馈极性判断： 系统中接入ASR构成转速单闭环系统，即给定电压U_g接至ASR的第2端，ASR的第3端接至U_ct。调节U_g（U_g为负电压），若稍加给定，电机转速即达最高速且调节U_g不可控，则表明单闭环系统速度反馈极性有误。但若接成转速—电流双闭环系统，由于给定极性改变，故速度反馈极性可不变。

4．系统特性测试

将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。

ASR的调试　（a）“5”、“6”端接入可调电容，预置7μF；

            （b）调节RP1、RP2使输出限幅为±5V。

（1）机械特性n=f（Id）的测定

（a）调节转速给定电压Ug，使电机空载转速至1500 r/min，再调节负载，在空载至额定负载范围内分别记录7～8点，可测出系统静特性曲线n=f（Id）

表2闭环静特性测试数据

七． 实验报告

1．根据实验数据，画出开环与闭环静特性曲线。

2．根据实验数据，计算开环与闭环的静差率。