1、學 號： 2010133337電力拖動自控系統(tǒng)實驗報告書專業(yè)班級 11自動化三班 學生姓名 胡思奇 實驗地點 報告日期 電力拖動自控系統(tǒng)實驗班級：11自動化三班 姓名：胡思奇 學號：2010133337摘要：本實驗以雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)為例進行拖動控制綜合實驗。本實驗需掌握晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定、各單元部件及系統(tǒng)的調試方法；對雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)參數(shù)進行計算，將得到的數(shù)據(jù)用于調節(jié)器的設計，并進行實物設計與連接。得到系統(tǒng)后，觀察系統(tǒng)的靜特性和動態(tài)特性從而驗證系統(tǒng)設計的正確性，并從中學習到雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理。關鍵詞：雙閉環(huán)直流調速 特性測定 調節(jié)器設計 靜特性 動特性第一章

2、概述1.1實驗性質 本實驗課程以雙環(huán)直流調速系統(tǒng)為例進行拖動控制綜合實驗，通過本實驗掌握晶閘管直流調速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定、各單元部件及系統(tǒng)的調試方法；能綜合動用所學的理論知識，分析和解決實驗中出現(xiàn)的問題；通過對系統(tǒng)物理現(xiàn)象的實驗分析，牢固掌握自動控制系統(tǒng)的有關理論知識。1.2實驗裝置（1）DJDK-1型電力電子技術及電機控制實驗裝置（2）DJK01電源控制屏（3）DJK02晶閘管主電路（4）DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路（5）DJK04電機調速控制實驗I（6）萬用表、示波器等 1.3實驗情況簡介基于前面對過程控制及自動控制原理的了解掌握，我們在大三下學期學習電力拖動自控系統(tǒng)實驗課程。在

3、吳詩賢老師的帶領下，自由分組后，每次試驗基本上能夠按照實驗要求按時完成試驗。我們小組實驗過程中，每個人相互配最終順利完成實驗。在實驗過程中，我們嚴格遵守以下幾條：1、建立小組，合理分工每次實驗都以小組為單位進行,小組由3人組成，實驗進行中的接線、調節(jié)負載、保持電壓或電流、記錄數(shù)據(jù)等工作每人都有明確的分工，以保證實驗操作協(xié)調，記錄數(shù)據(jù)準確可靠。 2、選擇組件和儀表 實驗前跟著老師認真熟悉該次實驗所用的組件，記錄電機銘牌和選擇儀表量程，然后依次排列組件和儀表便于測取數(shù)據(jù)。 3、按圖接線 根據(jù)實驗線路圖及所選組件、儀表、按圖接線，線路力求簡單明了，按接線原則是先接串聯(lián)主回路，再接并聯(lián)支路。為查找線路

4、方便，每路可用相同顏色的導線或插頭。 4、起動電機，觀察儀表 在正式實驗開始之前，先熟悉儀表刻度，并記下倍率，然后按一定規(guī)范起動電機，觀察所有儀表是否正常(如指針正、反向是否超滿量程等)。如果出現(xiàn)異常，應立即切斷電源，并排除故障；如果一切正常，即可正式開始實驗。 5、測取數(shù)據(jù) 預習時對電機的試驗方法及所測數(shù)據(jù)的大小作到心中有數(shù)。正式實驗時,根據(jù)實驗步驟逐次測取數(shù)據(jù)。 6、認真負責，實驗有始有終 實驗完畢，將數(shù)據(jù)交吳老師審閱。經老師認可后，才允許拆線并把實驗所用的組件、導線及儀器等物品整理好。第二章 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)固有參數(shù)和環(huán)節(jié)特性測定2.1主電路總電阻測量（1） 電路圖及測量原理 電樞回路

5、的總電阻包括電機的電樞電阻、平波電抗器的直流電阻及整流裝置的內阻，即R=Ra+Rl+Rn。由于阻值較小，不宜用歐姆表或電橋測量，因是小電流檢測，接觸電阻影響很大，故常用直流伏安法。為測出晶閘管整流裝置的電源內阻須測量整流裝置的理想空載電壓Udo，而晶閘管整流電源是無法測量的，為此應用伏安比較法，實驗線路如圖所示。（2） 測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄計算電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2）數(shù)據(jù)記錄給定：3.31U1I1U2I2R=34.48650.2351.07U1I1U2I2R=33.33460.73620.25U1I1U2I2R=31.03420.84600.16平均R=32.95 將

6、變阻器R1、R2接入被測系統(tǒng)的主電路，測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉。合上S1、S2，調節(jié)給定使輸出直流電壓在30%Ued70%Ued范圍內，然后調整R2使電樞電流在80%Ied90%Ied范圍內，讀取電流表A和電壓表V2的數(shù)值為I1、U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為Udo=I1R+U1。 調節(jié)R1使之與R2的電阻值相近，拉開開關S2，在Ud的條件下讀取電流表、電壓表的數(shù)值I2、U2，則Udo=I2R+U2。 可得電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)。（3） 數(shù)據(jù)處理 由上述處理可得平均R=32.952.2電磁時間常數(shù)測量（1） 電路圖及測量原理 電路圖：圖2-2 電流上升

7、曲線 圖2-3 測定Td的實驗線路圖測量原理：采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數(shù)規(guī)律上升: 其電流變化曲線如圖2-2所示。當t=Td時，有 實驗線路如圖2-3所示。電機不加勵磁，調節(jié)給定使電機電樞電流在50%Ied90%Ied范圍內。然后保持Ug不變，將給定的S2撥到接地位置，然后撥動給定S2從接地到正電壓躍階信號，用數(shù)字存儲示波器記錄id=f（t）的波形，在波形圖上測量出當電流上升至穩(wěn)定值的63.2%時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數(shù)Td。 （2） 測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄 電機不加勵磁，調節(jié)給定使電機電樞電流在50%Ied90%Ied范圍內。

8、然后保持不變，將給定的S2撥到接地位置，然后撥動給定S2從接地到正電壓躍階信號，用數(shù)字存儲示波器記錄（Id）的波形，在波形圖上測量出當電流上升至穩(wěn)定值的時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數(shù)。（3） 數(shù)據(jù)處理由示波器顯示的波形可知Td13ms2.3機電時間常數(shù)測量（1） 電路圖及測量原理 系統(tǒng)的機電時間常數(shù)可由下式計算,當電樞突加給定電壓時，轉速將按指數(shù)規(guī)律上升，當?shù)竭_穩(wěn)態(tài)值的時所經過的時間即為拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。（2） 測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄測試時電樞回路中附加電阻應全部切除，突然給電樞加電壓，用數(shù)字存儲示波器記錄過渡過程曲線，即可由此確定機電時間常數(shù)。（3） 數(shù)據(jù)處理由示波器顯示可知Tm

9、160ms2.4電勢常數(shù)測量（1） 測量原理將電動機加額定勵磁，使其空載運行，改變電樞電壓，測得相應的n即可由下式算出Ce.（2） 原始數(shù)據(jù)記錄U1U2N1N2Ce171161107900.14534962306540.146973554980.144平均Ce=0.145（3） 數(shù)據(jù)處理由上述處理可得平均Ce=0.1452.5晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性和測速發(fā)電機特性的測定（1） 電路圖及測量原理電路圖：測量原理：電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug，分別讀取對應的Ug、Utg、Ud、n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線Ud=f(Ug)和Utg=f(n)。由曲線可求得晶閘管整流裝置的放

10、大倍數(shù)曲線Ks=Ud/Ug（2）測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄測量過程：給電動機加額定勵磁，逐漸增加，測得數(shù)據(jù)如下：uguduTGn01000.27100.30630.55240.77157.30.82391.282641.04441.452981.30551.803741.56802.565512.031244.238562.211384.739552.501595.4610992.621675.7611582.751766.071220（2） 數(shù)據(jù)處理將測得的數(shù)據(jù)畫成曲線，Ud為橫坐標，Ug為縱坐標，Ks為曲線轉折點處的斜率。Ks=67.57第三章 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)的整定與調試3.1移相

11、控制電壓調節(jié)范圍的確定（1） 移相控制電壓調節(jié)范圍的含義在電流單閉環(huán)中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號作為反饋信號加到“電流調節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經放大后，得到移相控制電壓，控制整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構成了電流負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。（2） 確定過程及原始數(shù)據(jù)記錄 直接將“給定”電壓接入移相控制電壓的輸入端，“三相全控整流”輸出接電阻負載，用示波器觀察Ud的波形。當給定電壓由零調大時，Ud將隨給定電壓的增大而增大，當Ug超過某一數(shù)值Ug時，的波形會出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，這時Ud反而隨Ug的增大而減少。一般可確定移相控制電壓的最大允許值為0.9Ug

12、，即的允許調節(jié)范圍為00.9Ug。(3) 數(shù)據(jù)處理由實驗記錄數(shù)據(jù)可知當Ug=1.42時Ud=-6.07，并且當Ug繼續(xù)增大時，輸出減小，從而得到轉折點/V6.18=0.95.5623.2調節(jié)器調試（1） 調節(jié)器調零 將DJK04中“速度調節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調電阻120K接到“速度調節(jié)器”的“4”、“5”兩端，用導線將“5”、“6”短接，使“電流調節(jié)器”成為比例調節(jié)器。調節(jié)面板上的調零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調節(jié)器“7”端的輸出，使調節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。 將DJK04中“電流調節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調電阻13K接到“速度調節(jié)器”

13、的“10”、“9”兩端，用導線將“9”、“10”短接，使“電流調節(jié)器”成為（比例）調節(jié)器。調節(jié)面板上的調零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調節(jié)器的“11”端，使調節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。（2） 調節(jié)器限幅 把“速度調節(jié)器”的“5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調電容0.47uF接入“5”、“6”兩端，使調節(jié)器成為比例積分調節(jié)器，然后將DJK04的給定輸出端接到轉速調節(jié)器的“3”端，當加一定的正給定時，調整負限幅電位器RP2，使之輸出電壓為最小值即可，當調節(jié)器輸入端加負給定時，調整正限幅電位器RP1，使速度調節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。把“電流調節(jié)器”的“10”、“9”短

14、接線去掉，將DJK08中的可調電容0.47uF接入“10”、“9”兩端，使調節(jié)器成為（比例積分）調節(jié)器，然后將DJK04的給定輸出端接到電流調節(jié)器的“4”端，當加正給定時，調整負限幅電位器RP2，使之輸出電壓為最小值即可，當調節(jié)器輸入端加負給定時，調整正限幅電位器RP1，使電流調節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。（3) 限幅后的數(shù)據(jù)和圖形記錄給定輸出0.00-0.020.02-0.100.06-0.320.09-0.530.20-1.160.28-1.590.35-2.020.45-2.580.66-3.750.85-4.891.00-5.701.42-6.072.05-5.99輸入輸出0-0.

15、030.06-0.380.09-0.570.16-0.990.22-1.370.31-1.90.44-2.690.73-4.470.85-5.180.89-5.410.97-5.881.13-5.921.41-5.923.3電流反饋系數(shù)整定直接將“給定”電壓Ug接入移相控制電壓Uct的輸入端，整流橋輸出接電阻負載R，負載電阻放在最大值，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當Ud=220V時，減小負載的阻值，調節(jié)“電流反饋與過流保護”上的電流反饋電位器RP1，使得負載電流I=1.3A時，“2”端的的電流反饋電壓6V，這時的電流反饋系數(shù)=Uri/Id=4.5V/A。數(shù)據(jù)記錄

16、電流Id=0.8AUI=3.60V=4.5(V/A)數(shù)據(jù)處理=Ui/Id=4.5V/A。3.4轉速反饋系數(shù)整定直接將“給定”電壓Ug接上的移相控制電壓Uct的輸入端，“三相全控整流”電路接直流電動機負載，LD用DJK02上的200mH，輸出給定調到零。按下啟動按鈕，接通勵磁電源，從零逐漸增加給定，使電機提速到n=1500時，調節(jié)“速度變換”上轉速反饋電位器RP1，使得該轉速時反饋電壓-6V，這時的轉速反饋系數(shù)=Un/n=0.004。數(shù)據(jù)記錄給定=2.13轉速=285Un=3.15=0.004（v/rpm）數(shù)據(jù)處理=Un/n=0.004第四章 調節(jié)器設計4.1已知條件已有電力電子綜合實驗臺及所需

17、掛件、電機機組（直流電動機測速發(fā)電機）、示波器、萬用表、可變電阻器和開關導線等實驗設備。直流電動機數(shù)據(jù)如下：額定轉速=1600r/min 額定電壓=220V 額定電流=1.2A 額定功率=185w 允許過載倍數(shù)=1.5。 電壓反饋系數(shù)=4.5V/A 電流反饋系數(shù)=0.004 V/rmp =20.7 K =0.145V*min/r晶閘管裝置放大系數(shù)=67.57 電樞回路總電阻R=32.95時間常數(shù)=0.013S =0.16s4.2 設計要求（1）要求系統(tǒng)能進行平滑的速度調節(jié)，系統(tǒng)在工作范圍內能穩(wěn)定工作（2）系統(tǒng)靜特性良好，靜差小、電流超調量5%（3）動態(tài)性能指標：空載啟動到額定轉速時轉速超調量n

18、20%。4.3 設計過程4.3.1 電流調節(jié)器設計（1）確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù)。三相橋式電路的平均失控時間=0.0017s電流濾波時間常數(shù)。三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應有（12）=3.3ms，因此取=2ms=o.02s.電流環(huán)小時間常數(shù)只和。按小時間常數(shù)近似處理，取=+=0.0037s（2）選擇電流調節(jié)器的結構根據(jù)設計要求5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型系統(tǒng)設計電流調節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調節(jié)器檢查對電源電壓的抗擾性能：5.41。查表該典型型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的。（3）計算電流調節(jié)器參數(shù) 電流調節(jié)器

19、超前時間常數(shù)：=0.013s。電流開環(huán)增益：要求5%，應取=0.5，因此=于是ACR的比例系數(shù)(4)驗證近似條件電流環(huán)截止頻率： 1）校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 滿足近似條件 2）校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 滿足近似條件 3）校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 滿足近似條件（5）計算調節(jié)器電容和電阻按所用運算放大器所取,各電阻和電容計算如下： 取4 取4.3 4.3.2 轉速調節(jié)器設計（1）確定時間常數(shù)A.電流環(huán)等效時間常數(shù) 因為=0.5，則B.轉速濾波時間常數(shù) 根據(jù)所用測速發(fā)電機的電機紋波情況，取。C.轉速環(huán)小時間常數(shù) 按小時間常數(shù)近似處理，?。?）轉速調節(jié)器選型按照

20、設計要求，選用PI調節(jié)器（3）計算轉速調節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能要求都較好的原則，取h=5,則ASR的超前時間常數(shù)為轉速開環(huán)增益ASR的比例系數(shù)為（4）驗證近似條件 轉速環(huán)截止頻率為 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足簡化條件 轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 滿足近似條件（5）計算調節(jié)器的電阻電容（?。?取565k 取0.3 第五章 系統(tǒng)調試與動靜態(tài)性能分析5.1系統(tǒng)靜特性測定（1） 電路圖 圖5.1 系統(tǒng)靜特性實驗電路（2） 調試、測量過程及原始數(shù)據(jù)記錄按圖5-1接線， DJK04的給定電壓Ug輸出為正給定，轉速反饋電壓為負電壓，直流發(fā)電機接負載電阻R，Ld用DJK02上的200mH，負載電阻放在最大值，給定的輸出調到零。將速度調節(jié)器，電流調節(jié)器都接成P（比例）調節(jié)器后，接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)，按下啟動按鈕，接通勵磁電源