双闭环逆直流调速系统实验
实验目
(1)解闭环逆直流调速系统原理组成单元部件原理
(2)掌握双闭环逆直流调速系统调试步骤方法参数整定
(3)研究调节器参数系统动态性影响
二实验需挂件附件
序号
型 号
备 注
1
DJK01 电源控制屏
该控制屏包含三相电源输出等模块
2
DJK02 晶闸电路
3
DJK021三相晶闸触发电路
该挂件包含触发电路正反桥功放等模块
4
DJK04 电机调速控制实验 I
该挂件包含定调节器I调节器II转速变换电流反馈流保护等模块
5
DJK08调电阻电容箱
6
DD033电机导轨光码盘测速系统数显转速表
7
DJ131 直流发电机
8
DJ15 直流励电动机
9
D42 三相调电阻
10
慢扫描示波器
备
11
万表
备
三实验线路原理
许生产机械加工运行求电动机常处起动制动反转渡程中起动制动程时间程度决定生产机械生产效率缩短部分时间仅采PI调节器转速负反馈单闭环调速系统性令满意双闭环直流调速系统速度调节器电流调节器进行综合调节获良静动态性（两调节器均采PI调节器）调整系统参量转速转速环作环放外面电流环作副环放里面样抑制电网电压扰动转速影响实验系统原理框图组成：
启动时加入定电压Ug速度调节器电流调节器饱限幅值输出电动机限定启动电流加速启动直电机转速达定转速(Ug Ufn)出现超调速度调节器电流调节器退出饱稳定略低定转速值运行
系统工作时先电动机加励磁改变定电压Ug方便改变电动机转速速度调节器电流调节器均设限幅环节速度调节器输出作电流调节器定利速度调节器输出限幅达限制启动电流目电流调节器输出作触发电路控制电压Uct利电流调节器输出限幅达限制αmax目
实验中DJK04调节器I作速度调节器调节器II作电流调节器DD034锈钢电机导轨涡流测功机光码盘测速系统D554智电机特性测试控制系统两者完成电机加载请详见附录相关容
四实验容
(1)控制单元调试
(2)测定电流反馈系数β转速反馈系数α
(3)测定开环机械特性高低转速时系统闭环静态特性nf(Id)
(4)闭环控制特性nf(Ug)测定
(5)观察记录系统动态波形
图510 双闭环直流调速系统原理框图
五实验方法
(1)双闭环调速系统调试原
①先单元系统先单元参数调然组成系统
②先开环闭环先系统运行开环状态然确定电流转速均负反馈组成闭环系统
③先环外环先调试电流环然调试转速外环
④先调整稳态精度调整动态指标
(2)DJK02DJK021触发电路调试
①开DJK01总电源开关操作电源控制屏三相电网电压指示开关观察输入三相电网电压否衡
②DJK01电源控制屏调速电源选择开关拨直流调速侧
③10芯扁电缆DJK02三相步信号输出端DJK021三相步信号输入端相连开DJK021电源开关拨动 触发脉指示钮子开关窄发光亮
④观察ABC三相锯齿波调节ABC三相锯齿波斜率调节电位器（观测孔左侧）三相锯齿波斜率致
⑤DJK04定输出Ug直接DJK021移相控制电压Uct相接定开关S2拨接位置（Uct0）调节DJK021偏移电压电位器双踪示波器观察A相步电压信号双脉观察孔 VT1输出波形α150°(注意处α表示三相晶闸电路中移相角0°然换流点开始计算单相晶闸电路0°移相角表示步信号零点开始计算两者存相位差前者者滞30°)
⑥适增加定Ug正电压输出观测DJK021脉观察孔波形时应观测单窄脉双窄脉
⑦8芯扁电缆DJK021面板触发脉输出触发脉输入相连触发脉加正反桥功放输入端
⑧DJK021面板Ulf端接20芯扁电缆DJK021正桥触发脉输出端DJK02正桥触发脉输入端相连DJK02正桥触发脉六开关拨通观察正桥VT1～VT6晶闸门极阴极间触发脉否正常
(3)控制单元调试
①移相控制电压Uct调节范围确定
直接DJK04定电压Ug接入DJK021移相控制电压Uct输入端三相全控整流输出接电阻负载R示波器观察Ud波形定电压Ug零调时Ud定电压增增Ug超某数值时时Ud接输出高电压值Ud＇般确定三相全控整流输出允许范围值Udmax09Ud＇调节Ug三相全控整流输出等Udmax时应Ug＇电压值记录Uctmax Ug＇Ug允许调节范围0～Uctmax果输出限幅定Uctmax话三相全控整流输出范围限定会工作极限值状态保证六晶闸工作记录Ug＇表中：
Ud＇
280
Udmax09 Ud＇
2518
UctmaxUg＇
501
定退零停止钮结束步骤
②调节器调零
DJK04中调节器I输入端接DJK08中调电阻120K接调节器I45两端导线56短接调节器I成P (例)调节器万表毫伏档测量调节器I7端输出调节面板调零电位器RP3电压接零
DJK04中调节器II输入端接DJK08中调电阻13K接调节器II89两端导线910短接调节器II成P（例）调节器万表毫伏档测量调节器II11端调节面板调零电位器RP3输出电压接零
③调节器正负限幅值调整
调节器I56短接线掉DJK08中调电容047uF接入56两端调节器成PI (例积分)调节器调节器I输入端接线掉DJK04定输出端接调节器I3端加+5V正定电压时调整负限幅电位器RP2输出电压6V调节器输入端加5V负定电压时调整正限幅电位器RP1输出电压接零
调节器II910短接线掉DJK08中调电容047uF接入910两端调节器成PI（例积分）调节器调节器II输入端接线掉DJK04定输出端接调节器II4端加+5V正定电压时调整负限幅电位器RP2输出电压接零调节器输入端加5V负定电压时调整正限幅电位器RP1调节器I输出正限幅Uctmax
④电流反馈系数整定
直接定电压Ug接入DJK021移相控制电压Uct输入端整流桥输出接电阻负载R负载电阻放值输出定调零
启动钮零增加定输出电压升高Ud220V时减负载阻值调节电流反馈流保护电流反馈电位器RP1负载电流Idl3A时2端If电流反馈电压Ufi6V时电流反馈系数β UfiId 4615VA
⑤转速反馈系数整定
直接定电压Ug接DJK021移相控制电压Uct输入端三相全控整流电路接直流电动机负载LdDJK02200mH输出定调零
启动钮接通励磁电源零逐渐增加定电机提速n 150Orpm时调节转速变换转速反馈电位器RP1该转速时反馈电压Ufn6V时转速反馈系数αUfnn 0004V(rpm)
(4)开环外特性测定
①DJK021控制电压UctDJK04定输出Ug直接接入三相全控整流电路接电动机LdDJK02200mH直流发电机接负载电阻R负载电阻放值输出定调零
②启动钮先接通励磁电源然零开始逐渐增加定电压Ug电机启动升速转速达1200rpm
③增负载(减负载电阻R阻值)电动机电流IdIed测出该系统开环外特性n f（Id）记录表中：
n（rpm）
1200
1198
1189
1187
1169
1158
1148
Id（A）
0345
0402
0414
0481
0490
0722
0766
定退零断开励磁电源停止钮结束实验
(5)系统静特性测试
①图510接线 DJK04定电压Ug输出正定转速反馈电压负电压直流发电机接负载电阻RLdDJK02200mH负载电阻放值定输出调零调节器I调节器II接成P（例）调节器接入系统形成双闭环逆系统启动钮接通励磁电源增加定观察系统否正常运行确认整系统接线正确误调节器I调节器II均恢复成PI（例积分）调节器构成实验系统
②机械特性n f(Id)测定
A发电机先空载零开始逐渐调定电压Ug电动机转速接nl200rpm然接入发电机负载电阻R逐渐改变负载电阻直IdIed测出系统静态特性曲线n f(Id)记录表中：
n（rpm）
1199
1197
1195
1193
1192
1190
1188
Id（A）
0302
0510
0639
0810
0900
1020
1200
B降低Ug测试n800rpm时静态特性曲线记录表中：
n（rpm）
8000
7978
7953
7938
7925
7911
7762
Id（A）
0261
0429
0647
0777
0879
1018
1189
C闭环控制系统nf(Ug)测定
调节UgRIdIedn l200rpm逐渐降低Ug记录Ugn测出闭环控制特性n f(Ug)
n（rpm）
1200
9619
8071
6589
5575
4280
3107
Ug（V）
446
356
299
242
204
157
116
(6)系统动态特性观察
慢扫描示波器观察动态波形系统参数(调节器I增益积分电容调节器II增益积分电容转速变换滤波电容)示波器观察记录列动态波形
①突加定Ug电动机启动时电枢电流Id(电流反馈流保护2端)波形转速n(转速变换3端)波形
1） 电动机启动时电枢电流Id(电流反馈流保护2端)波形
2） 转速n(转速变换3端)波形
②突加额定负载(20IedÞ100Ied)时电动机电枢电流波形转速波形
1） 突加额定负载(20IedÞ100Ied)时电动机电枢电流波形
2） 突加额定负载(20IedÞ100Ied)时电动机转速波形
③突降负载(100IedÞ20Ied)时电动机电枢电流波形转速波形
1） 突降负载(100IedÞ20Ied)时电动机电枢电流波形
2） 突降负载(100IedÞ20Ied)时电动机转速波形
六实验数处理
(1) 根实验数系统开环外特性n f（Id）
(2) 根实验数画出两种转速时闭环机械特性n f(Id)
1） 转速n1200rpm
2） 转速n800rpm
(3) 根实验数画出闭环控制特性曲线n f(Ug)
七注意事项
(1)记录动态波形时先双踪慢扫描示波器观察波形便找出系统动态特性较理想调节器参数数字存储示波器记忆示波器记录动态波形
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实验目
(1)解闭环逆直流调速系统原理组成单元部件原理
(2)掌握双闭环逆直流调速系统调试步骤方法参数整定
(3)研究调节器参数系统动态性影响
二实验需挂件附件
序号
型 号
备 注
1
DJK01 电源控制屏
该控制屏包含三相电源输出等模块
2
DJK02 晶闸电路
3
DJK021三相晶闸触发电路
该挂件包含触发电路正反桥功放等模块
4
DJK04 电机调速控制实验 I
该挂件包含定调节器I调节器II转速变换电流反馈流保护等模块
5
DJK08调电阻电容箱
6
DD033电机导轨光码盘测速系统数显转速表
7
DJ131 直流发电机
8
DJ15 直流励电动机
9
D42 三相调电阻
10
慢扫描示波器
备
11
万表
备
三实验线路原理
许生产机械加工运行求电动机常处起动制动反转渡程中起动制动程时间程度决定生产机械生产效率缩短部分时间仅采PI调节器转速负反馈单闭环调速系统性令满意双闭环直流调速系统速度调节器电流调节器进行综合调节获良静动态性（两调节器均采PI调节器）调整系统参量转速转速环作环放外面电流环作副环放里面样抑制电网电压扰动转速影响实验系统原理框图组成：
启动时加入定电压Ug速度调节器电流调节器饱限幅值输出电动机限定启动电流加速启动直电机转速达定转速(Ug Ufn)出现超调速度调节器电流调节器退出饱稳定略低定转速值运行
系统工作时先电动机加励磁改变定电压Ug方便改变电动机转速速度调节器电流调节器均设限幅环节速度调节器输出作电流调节器定利速度调节器输出限幅达限制启动电流目电流调节器输出作触发电路控制电压Uct利电流调节器输出限幅达限制αmax目
实验中DJK04调节器I作速度调节器调节器II作电流调节器DD034锈钢电机导轨涡流测功机光码盘测速系统D554智电机特性测试控制系统两者完成电机加载请详见附录相关容
四实验容
(1)控制单元调试
(2)测定电流反馈系数β转速反馈系数α
(3)测定开环机械特性高低转速时系统闭环静态特性nf(Id)
(4)闭环控制特性nf(Ug)测定
(5)观察记录系统动态波形
图510 双闭环直流调速系统原理框图
五实验方法
(1)双闭环调速系统调试原
①先单元系统先单元参数调然组成系统
②先开环闭环先系统运行开环状态然确定电流转速均负反馈组成闭环系统
③先环外环先调试电流环然调试转速外环
④先调整稳态精度调整动态指标
(2)DJK02DJK021触发电路调试
①开DJK01总电源开关操作电源控制屏三相电网电压指示开关观察输入三相电网电压否衡
②DJK01电源控制屏调速电源选择开关拨直流调速侧
③10芯扁电缆DJK02三相步信号输出端DJK021三相步信号输入端相连开DJK021电源开关拨动 触发脉指示钮子开关窄发光亮
④观察ABC三相锯齿波调节ABC三相锯齿波斜率调节电位器（观测孔左侧）三相锯齿波斜率致
⑤DJK04定输出Ug直接DJK021移相控制电压Uct相接定开关S2拨接位置（Uct0）调节DJK021偏移电压电位器双踪示波器观察A相步电压信号双脉观察孔 VT1输出波形α150°(注意处α表示三相晶闸电路中移相角0°然换流点开始计算单相晶闸电路0°移相角表示步信号零点开始计算两者存相位差前者者滞30°)
⑥适增加定Ug正电压输出观测DJK021脉观察孔波形时应观测单窄脉双窄脉
⑦8芯扁电缆DJK021面板触发脉输出触发脉输入相连触发脉加正反桥功放输入端
⑧DJK021面板Ulf端接20芯扁电缆DJK021正桥触发脉输出端DJK02正桥触发脉输入端相连DJK02正桥触发脉六开关拨通观察正桥VT1～VT6晶闸门极阴极间触发脉否正常
(3)控制单元调试
①移相控制电压Uct调节范围确定
直接DJK04定电压Ug接入DJK021移相控制电压Uct输入端三相全控整流输出接电阻负载R示波器观察Ud波形定电压Ug零调时Ud定电压增增Ug超某数值时时Ud接输出高电压值Ud＇般确定三相全控整流输出允许范围值Udmax09Ud＇调节Ug三相全控整流输出等Udmax时应Ug＇电压值记录Uctmax Ug＇Ug允许调节范围0～Uctmax果输出限幅定Uctmax话三相全控整流输出范围限定会工作极限值状态保证六晶闸工作记录Ug＇表中：
Ud＇
280
Udmax09 Ud＇
2518
UctmaxUg＇
501
定退零停止钮结束步骤
②调节器调零
DJK04中调节器I输入端接DJK08中调电阻120K接调节器I45两端导线56短接调节器I成P (例)调节器万表毫伏档测量调节器I7端输出调节面板调零电位器RP3电压接零
DJK04中调节器II输入端接DJK08中调电阻13K接调节器II89两端导线910短接调节器II成P（例）调节器万表毫伏档测量调节器II11端调节面板调零电位器RP3输出电压接零
③调节器正负限幅值调整
调节器I56短接线掉DJK08中调电容047uF接入56两端调节器成PI (例积分)调节器调节器I输入端接线掉DJK04定输出端接调节器I3端加+5V正定电压时调整负限幅电位器RP2输出电压6V调节器输入端加5V负定电压时调整正限幅电位器RP1输出电压接零
调节器II910短接线掉DJK08中调电容047uF接入910两端调节器成PI（例积分）调节器调节器II输入端接线掉DJK04定输出端接调节器II4端加+5V正定电压时调整负限幅电位器RP2输出电压接零调节器输入端加5V负定电压时调整正限幅电位器RP1调节器I输出正限幅Uctmax
④电流反馈系数整定
直接定电压Ug接入DJK021移相控制电压Uct输入端整流桥输出接电阻负载R负载电阻放值输出定调零
启动钮零增加定输出电压升高Ud220V时减负载阻值调节电流反馈流保护电流反馈电位器RP1负载电流Idl3A时2端If电流反馈电压Ufi6V时电流反馈系数β UfiId 4615VA
⑤转速反馈系数整定
直接定电压Ug接DJK021移相控制电压Uct输入端三相全控整流电路接直流电动机负载LdDJK02200mH输出定调零
启动钮接通励磁电源零逐渐增加定电机提速n 150Orpm时调节转速变换转速反馈电位器RP1该转速时反馈电压Ufn6V时转速反馈系数αUfnn 0004V(rpm)
(4)开环外特性测定
①DJK021控制电压UctDJK04定输出Ug直接接入三相全控整流电路接电动机LdDJK02200mH直流发电机接负载电阻R负载电阻放值输出定调零
②启动钮先接通励磁电源然零开始逐渐增加定电压Ug电机启动升速转速达1200rpm
③增负载(减负载电阻R阻值)电动机电流IdIed测出该系统开环外特性n f（Id）记录表中：
n（rpm）
1200
1198
1189
1187
1169
1158
1148
Id（A）
0345
0402
0414
0481
0490
0722
0766
定退零断开励磁电源停止钮结束实验
(5)系统静特性测试
①图510接线 DJK04定电压Ug输出正定转速反馈电压负电压直流发电机接负载电阻RLdDJK02200mH负载电阻放值定输出调零调节器I调节器II接成P（例）调节器接入系统形成双闭环逆系统启动钮接通励磁电源增加定观察系统否正常运行确认整系统接线正确误调节器I调节器II均恢复成PI（例积分）调节器构成实验系统
②机械特性n f(Id)测定
A发电机先空载零开始逐渐调定电压Ug电动机转速接nl200rpm然接入发电机负载电阻R逐渐改变负载电阻直IdIed测出系统静态特性曲线n f(Id)记录表中：
n（rpm）
1199
1197
1195
1193
1192
1190
1188
Id（A）
0302
0510
0639
0810
0900
1020
1200
B降低Ug测试n800rpm时静态特性曲线记录表中：
n（rpm）
8000
7978
7953
7938
7925
7911
7762
Id（A）
0261
0429
0647
0777
0879
1018
1189
C闭环控制系统nf(Ug)测定
调节UgRIdIedn l200rpm逐渐降低Ug记录Ugn测出闭环控制特性n f(Ug)
n（rpm）
1200
9619
8071
6589
5575
4280
3107
Ug（V）
446
356
299
242
204
157
116
(6)系统动态特性观察
慢扫描示波器观察动态波形系统参数(调节器I增益积分电容调节器II增益积分电容转速变换滤波电容)示波器观察记录列动态波形
①突加定Ug电动机启动时电枢电流Id(电流反馈流保护2端)波形转速n(转速变换3端)波形
1） 电动机启动时电枢电流Id(电流反馈流保护2端)波形
2） 转速n(转速变换3端)波形
②突加额定负载(20IedÞ100Ied)时电动机电枢电流波形转速波形
1） 突加额定负载(20IedÞ100Ied)时电动机电枢电流波形
2） 突加额定负载(20IedÞ100Ied)时电动机转速波形
③突降负载(100IedÞ20Ied)时电动机电枢电流波形转速波形
1） 突降负载(100IedÞ20Ied)时电动机电枢电流波形
2） 突降负载(100IedÞ20Ied)时电动机转速波形
六实验数处理
(1) 根实验数系统开环外特性n f（Id）
(2) 根实验数画出两种转速时闭环机械特性n f(Id)
1） 转速n1200rpm
2） 转速n800rpm
(3) 根实验数画出闭环控制特性曲线n f(Ug)
七注意事项
(1)记录动态波形时先双踪慢扫描示波器观察波形便找出系统动态特性较理想调节器参数数字存储示波器记忆示波器记录动态波形
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