《电力拖动自动控制系统》实验指导书(自编)-(2)

《电力拖动自动控制系

统》实验指导书(自

编)-(2)

-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

《电力拖动自动控制系统》

实验指导书

昆明理工大学信自学院自动化系

2005年9月

目录

实验须知----------------------------------------------------------------------2

实验一系统调试-----------------------------------------------------------3

实验二参数测试-----------------------------------------------------------9

实验三双闭环系统的静特性研究-------------------------12

实验四双闭环调速系统动特性研究----------------------------------15

实验五逻辑无环流可逆调速系统的研究----------------------------17

实验六错位选触无环流可逆系统-------------------------------------22

实验七双闭环三相异步电动机调压调速系统----------------------26

实验八双闭环三相绕线型异步电动机串级调速系统-------------29

附录1双闭环不可逆直流调速系统主电路和控制电路连线图--32附录2逻辑无环流直流可逆调速系统主电路和控制电路连线图--33

实验须知

实验课是教学中的重要环节之一，通过实验，是理论联系实际，加深理解和巩固所学的有关理论知识，培养、锻炼和提高对实际系统的调试和分析、解决问题的能力，同时通过实验也培养严谨的科学态度和良好的作风，以达到工程技术人员应有的本领，因此要求每个学生不必须认真对待实验课，要求作到：

一：实验前预习，要求：

1、了解所有实验系统的工作原理

2、明确实验目的，各项实验内容、步骤和做法

3、拟定实验操作步骤，画出实验记录表格。

二、实验认真、要求：

1、熟知所有设备，认真按实验要求，有步骤地进行各项内容的实

验。

2、测试前，必须熟悉仪器、仪表的使用，注意量程。

3、认真记录测试数据和波形。

4、不许带电操作，每次更换线路时，必须短点进行操作，同电前，必

须经指导老师检查，房客方可合闸。

4、同组同学，必须相互配合，共同完成实验任务。

三、实验后认真写实验报告

1、整理各项实验数据，列成表格，按要求绘制有关曲线，进行分析

比较

2、记录和分析实验中的各种现象。

四、实验装置

自动控制系统实验全部在BTS-Ⅲ型装置上进行。

实验一系统调试

一、实验目的

1、掌握调速系统各单元电路的调整方法，弄清他们的工作原理及其在系统

中的应用。

2、掌握可控硅调速系统的调试方式和步骤。

二、系统组成

双闭环部可逆调速系统由可控硅整流主电路，触发器CF、速度调节器ST、电流调节器LT、给定器GD、电流变送器SF、测速发电机SD及零速封锁LSF等环节组成，系统原理框图见图1－1，各单元的详细电路见附表一，实验前要求了解KZS-1实验装置的结构及组成原理（阅读附录一中的有关部分）。

三、实验内容

可控硅直流调速系统由于控制装置元件制造工艺上的离散性，整机中分布参数的影响，电源波动等的影响，系统设计制造好以后必须进行模拟调试和现场调试。

一般调试的原则是：先单元、后系统；先电阻性负载，后电机负载；先开环，后闭环；先内环后外环；先单边后反并联调试。

（一）鉴别电源相序

交流电源按正确的相序接入可控硅整流电路，是系统正常运行的首要条件，因此在调试系统前首先要鉴别三相电源的相序。

（1）鉴别相序的方法，可以用白只灯和电容组成一简单的相序鉴别器，如图2所示。

当把电容和灯泡组成三相负载到三相电源上，则一个灯亮，一个灯暗，若以接电容那相为A相，则亮为B相，暗的为C相。

也可以用双线示波器来鉴别电源的相序。

0.2

/

V

F630

图1-2

（2）检查控制回路稳压电源±15V 供电是否正常。 （二）单元调试

各单元的直流电源，内部已联好，受稳压电源上的电源开关控制。 不合主回路开关。

各单元的公共地线，内部已联好，做实验是不必连接，注意不能把三相交流电源的零线与控制回路的公共地线联在一起！

将调节器ST 、LT 接成比例状态，零速封锁单元的转换开关置于解除位置。

1、

调速器的调整

(1) 调速器调零

ST 输入端接地是，ST 、LT 的输出应为0V ，若不为0时调整面板上的调零电位器，使之为0。

（2）调整调节器的输出线幅值

速度调节器的输出线幅值与最大电流整定值有关，dm Ugim I β=式中为电流反馈系数，dm I 为最大工作电流。

将给定电位器调到最大，调整ST 的输出限幅电位器，使限幅值为±8。 调LT 的下限幅电位器定脉冲前沿于o 30（即00=?），（从触发器CF 面板上观察锯齿波合合脉冲的相位）

2、

零速封锁

用万用表测量LSF 的输入合输出：

（1）当输入端的V U sr 2.0<时，V U sc 0=； （2）任何一个输入端V U sr 2.0>时，V U sc 15-=。 3、触发器CF 的调整

实验中整流变压器用三相自耦变压器，接成Y 形，同步变压器采用双反星形接法，找好同步电压与主1路电压的同步关系，触发脉冲按顺序，依次接到对应的可控硅CF1-11KZ,CF1-12KZ,……依次类推。

可控硅的触发脉冲由个触发单元的开关控制，开关接通时，脉冲送到相应的可控硅。

*同步变压器初级接成Y 形时，用0220V 的两个头。 （1）接上同步电源，测脉冲的幅度合宽度

脉冲幅度的大小，可用示波器比较电压法，先将示波器Y 走输入接地，记下示波器扫描横县线位置，然后接脉冲，视其高度约多少格，计算出幅度。 测脉冲宽度，可与正弦同步电压比较，估算出其高度。 要求，脉冲宽度015>，脉冲幅度V 5.7> （2）调整双脉冲的间隔060,量测移相范围

观察654321,,,,,CF CF CF CF CF CF 六个触发器的锯齿波斜率是否一致（可用示波器在触发单元CF1~CF6面板上的A 测试孔观察），锯齿波幅度高度约为11伏，改变大小观察脉冲移相范围是否大于0180 （3）零位整定

要求零位整定在090，即当0=k U 时，调U 偏使0090=?。（给定0=gd U ） 具体做法是用双线示波器，将Y1,Y2有的公共地端接触发器的公共端，将Y1接A 孔（锯齿波），Y2接C 孔，调U 偏使脉冲前沿位于锯齿波的0120处。 （1） 用示波器检查触发单元板上A 、B 、C 、D 、E 各点的波形每块触发器是

否都有双脉冲输出，时间间隔是不是060。

*注意：用双线脉冲示波器同时观察两个信号时，这两个信号必须有公共点，否则会造成短路事故！ 4、过电流保护整定

将电源调压器的手柄放在零位，ST 、LT 接成1：1的比例调节器，断开电流反馈线，速度反馈电位器调到零，用电阻做负载，将给定调到中间位置，合

闸后，用调压器慢慢增加主回路电压，当时，使过流继电器动作，切断主回路，指示灯亮。

*合闸时，调压器必须置于零位。

调整时，动作要快，过流时间不能过长，否则烧坏电机。

5、最大工作电流整定

开环时测量电流反馈极性，然后断电，接成电流负反馈，给定调到最大，加负载，调电流反馈电位器，使电流限制在14A。

（三）系统调试

1、开环电阻性负载

ST、LT接成1：1的比例调节器，断开反馈线，给定电位器从零慢慢增加，用示波器观察输出电压波形，波头是否整齐，有无缺相。

2、开环电动机负载

去掉电阻负载，接入电动机电枢，激磁绕组加入额定电压，发电机作为电动机负载，给定电位器置于零位，合上电源，逐渐增加给定电压，让电机转起来，稳态转速的高低，决定于给定电压的大小。

（四）实验报告

1、根据实验要求，画出原理图。

2、记下每一步调试的结果，总结调试的步骤的方法。

3、对试验结果进行分析讨论。

（1）为什么鉴别电源的相序如果相序反了，会出现什么现象

（2）可控硅整流装置能否不接负载进行调试，为什么

（3）若整流变压器接线则同步变压器如何接

（五）注意事项

1、接线或更改线路时，必须切断外电源，否则机内有些单元仍工作，中、下抽屉都有三相交流电，注意不要带电操作。

2、单元调试时，不必合主电路

3、每次通电前，必须经知道教师检查后，方可合闸，否则出了事故，由本人负责。

实验二 参数测试

一、 实验目的

1、 掌握电机拖动系统中有关参数的测量和计算方法。

2、

建立电动机的数学模型。

二、 实验内容

1、

测量并计算整流装置的放大倍数K S 和内阻R N ，系统开环，用灯泡

作负载，接线如图2-1。

（1）改变U gd 测出对应的U k 、U d ，作U d =f （U k ）曲线。

（2）给出U gd 不变，改变负载，测出对应的U k 和I d ，作外特性U d =f

（I d ），由U d =f （U k ）曲线，计算放大倍数K S ：

Uk Ud

??=

S K 由U d =f （I d ），计算整流装置内阻R N ：

Id

Ud

??=

N R 2、

测量电枢电阻R D

用电机电作负载（不接激磁），ST 、LT 仍接成比例系数为1的比例调节器，开环系统原理框图如图2-2。

给出电压U gd 由零增加，使主回路电流大约等于Id 21

，记下主回路电压

U d1、U d2及电流I d 。 电动机电枢电阻：

Id

Ud2

=

D R 电抗器电阻：

Id

Ud2

-Ud1=

X R 3、 计算电枢回路总电阻R ∑，R ∑=R N +R D +R X 4、

测量电枢回路电感

在额定激磁下，电枢回路加一交流低电压，接线如图2-4，交流低电压通过单相自耦调压器获得。

*调压器的输出，必须先放在最小位置，逐步增加，观察电流表，接近额定值为止。记下对应的电压、电流值，从而计算出回路的阻抗和电感。

阻抗：Z

Z

I U Z =

则电感f

R Z L D

d π22

2-=

5、

测量系统的飞轮惯量

（1） 把电动机起动到自然特性上，然后切断主回路电源，用函数记录

n=f(t)曲线。

（2） 将电动机起动到1000rpm 附近，任取三个点测量并记录对应的

转速n 和空载耗损功率P k （kw ），从而计算出：

M kg n

P M K

X K -=

975）（ 于是：

22)()(375M kg t

n M GD X X

K -??=

6、 计算时间常数T 、T m

电磁时间常数∑

∑=

R L T

串联电抗器电感L X =100Mh ，L ∑=L D +L X 机电时间常数)03

.1(37522e

m m

e m C C C C R GD T =

=

∑

三、实验报告

1、列出整理实验数据，并绘制相应的曲线（用坐标纸）。

2、对参数测量的方法和结果进行分析讨论：

（1）为什么测电枢电感时要加额定激磁

（2）探讨测量参数的其它方法。

3、建立电动机的数学模型。

*注意；不接磁场用电枢作负载时要特别小心，不能加高电压，必须从零慢慢增加，时刻注意电流表，勿使超过额定值。

实验三双闭环系统的静特性研究

一、实验目的

了解双闭环调速系统的开环机械特性和闭环有静差及无静差系统的静特

性。

二、实验内容

在实验一系统调试的基础上，仍按图2KZ-D开环系统接线（必须加激磁电源），不接速度反馈和电流反馈线。

设速度调节前ST的增益为2，即R1改为40KΩ，电流调节器的增益为1。

发动机作为电动机的负载，逐渐增加给定电压U gd，使电机转动起来，做电机的开环机械特性。

（一）开环机械特性

1、高速曲线

测量并绘制高速特性，n1=f（I d）使空载时接近额定转速，并记下这时的U gd。

U gd=

2、低速曲线

测量并绘制低速特性n2=f（I d），额定负载时电机尚能转动的速度，并

记下这时的U gd。

U gd=

3．计算静差率和开环系统的太调速范围

4． 确定并标好速度反馈线和电流反馈线的极性，断电后，接入反馈

线（接成负反馈） （二）双闭环有静差调速系统 ST 、LT 仍按比例调节器 1、

ST 的比例系数2=n K 、LT 的比例系数1=I K ,测量并绘制高速时的

静特性，并记下fi fn gd U U U 、、。

=gd U

2、 测量并绘制低速时静特性

=gd U

3、 计算速度反馈系数和电流反馈系数

4、

使16==I n K K 、时重新做一遍高、低速特性n=f(d I )

（三）双闭环无静态误差调速系统

将ST 、LT 改为PI 调节器，测量和绘制相应的静特性、高速特性n 1=f （I d ）、低速特性n 2=f （I d ）

三、实验报告

1、按实验要求列表记录实验数据，并将静特性绘制在坐标纸上。

2、计算开环和闭环有静差及无静差调速系统的静差率S和调速范围D，并

加以全面比较，说明在满足相同S下提高D的途径。

3、速度调节器ST的输出限幅值如何整定对静特性有无影响

4、LT的输出限幅值如何整定其值大小对系统特性有何影响

5、作电流反馈特性和速度反馈特性。

四、讨论

双闭环调速系统实验时，遇到下列情况会出现什么现象

1、电流反馈特性接反。

2、转速馈特性接反。

3、起动时ST未饱和。

4、起动过程中LT达到饱和。

实验四双闭环调速系统动特性研究

一、实验目的

1、了解多环系统动态特性的调试步骤和方法。

2、了解双闭环调速系统中调节器参数的计算及对动特性的影响。

二、实验要求：

要求实验前：

1、根据实验二参数测试结果建立双闭环调速系统的动态结构图。

2、根据静态和动态技术指标设计计算ST、LT的参数。

三、实验内容

在系统开环调速的基础上，闭环动特性的调试遵循先内环后外环的原则。

（一）电流环的调整

1、接入速度电流反馈线（*注意极性，必须接成负反馈）ST、LT接成PI调

节器。

2、ST输出限幅调到 8V，电流负反馈调到最大。

主回路分流器的两端引到慢扫描示波器上，以便观察电流波形。

3、在给定信号U gn为零时合电源，徐徐调节U gd使其从零上升到8V，然后

调节电流反馈电位器使主回路电流为10A，此后该电位器固定不动，则电流反馈系数

4、断电后，将U gn调到2V位置，然后断开开关，合主电流，突加给定信号U gn=2V，观察电流波形。

然后将U gn调到8伏时突加给定，观察电流波形。

LT的参数设置在设计的最佳值。

可以改变一下LT的比例系数，观察电流波形有无变化。

（二）速度环调节

1、断开自动开关，接入电动机激磁电源和速度反馈线，速度反馈调

到最大，ST接成PI调节器。

2、U gn=0时，合电源开关，徐徐调节给定电位器，使U gn上升至最

大，观察启动是否正常，再调速度反馈电位器，使主回路电压达到

额定点压，用示波器观察整流电压波形，有无异常现象。

3、将给定调至8V左右，然后使电机在突加给定信号下起动，观察起

动过程中转速的变化n=f(t)（慢扫描示波器接速度反馈电压），调节

ST的参数使转速的动态过程接近于理想最佳状态。

比较这时的参数是否与设计计算值符合。

当以上动态参数调整得比较满意后，有条件时，可用八线示波器进行有

关波形的拍照，按照片所示波形进行分析、比较、研究进一步调整参

数。

四、实验报告

1、双闭环调速的动态结构图和ST、LT的设计。

2、用光线示波器记录起动过程中n、id的波形，对实验过程中在各

种参数下n、id波形变化加以分析。

3、测速反馈系数（α）依据什么整定电流反馈系数（β）依据什么

整定

4、在双闭环调速系统中有那些非线形性，有什么作用

5、转速环若按典型I型系统设计，ST应选什么型式调节器，对系统

性能有何影响。

6、对本实验有何建议和体会。

实验五 逻辑无环流可逆调速系统的研究

一、 实验目的

1、 加深理解和巩固可控硅反并联可逆调速系统的理论知识。

2、 了解掌握逻辑切换无环流可逆调速系统的特点和工作原理。

3、

二、 实验内容和要求

（一）单元调试

可逆系统中的特殊环节进行调整。

1、

转矩极性鉴别器 要求回环宽伏左右，输出低电 平为伏，高电平为+12伏左右，

以给定器GD ，作为输入信号，用两只万用表分别观察输入输出，特性左右对称，当输入 小于负12V 时，输出跳到+12V ，输入大于时， 输出下降到。见图5——1。 2、

零点流检测器

同样做输入、输出特性，当输入电压为时，输出上跳到正限幅12V ，输入为+时，输出为。（调偏移使回环在纵轴右侧）。见图5——2。

3、逻辑判断电路

电平检测器DJ调好后，接到逻辑控制器LK的输入端，模拟可逆系统正、反方向起动，制动状态的信号，测量各环节输出端电位变化，观察逻辑切换是否灵活、可靠。

4、ST、LT和反向器DX单元调零，ST的输出限幅整定在8

±V。

5、定脉冲相位。（不含主回路）

（1）定零位：U k=0时，调U偏，使α0=900，即脉冲前沿定在锯齿波的1200处。

（2）定αmin角：给定U gn调到最大时，调U k即LT的正限幅，使脉冲前沿定于600处（相当αmin=300）

（3）定βmin角，断开逻辑控制器，倒相器与LT之间的连线，U gd=-15V，调LT的负限幅，使脉冲前沿在1800处，（即

β

=300）

min

6、检查每块触发器板的输出双脉冲波形，是否都正常，并送到对应

的可控硅上。

*单元调试时，不合主回路电源。

（二）系统调试

按双闭环逻辑控制无环流系统接好线。

1、先单边（折去主回路中间小连片）

（1）阻性负载：观察出输出电压波形是否正常。