拖动控制系统实验(求是)

实验1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

1.1 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。

1.2 实验内容

1．测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻R 2．测定晶闸管直流调速系统主电路总电感L

3．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GD2 4．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td 5．测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM 6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM 7．测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f (Uct) 8．测定测速发电机特性UTG=f (n)

1.3 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Ug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。

1.4 实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—33组件

3．NMEL—03组件

4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器） 5．直流电动机M03 6．双踪示波器 7．万用表

1.5 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Ug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。

1.6 实验方法

1.6.1 电枢回路总电阻R的测定

电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn

由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常

用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压Uｄ0，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，其实验线路如图1-1所示。

将变阻器RD（可采用两只900Ω电阻并联）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。

图1-1 电枢回路总电阻的测定

NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节NMCL-33上的偏移电压电位器，使=90°。

NMCL-32的三相交流电源开关拨向直流调速侧，NMCL-31上的低压控制扭子打至ON，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端有电压输出，调节Ug使三相整流桥的输出电压Ud为110V，然后调整给定电压Ug和可调负载电阻Rd的大小，使电枢电流为（80~90）Ied（推荐为1A），读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，则此时整流装置的理想空载电压为

Udo=I1R+U1

调节可调电阻Rd大小，使电流表A的读数为40% Ied（推荐为0.5A）。在Ud不变的条件下读取A，V表数值，则

Udo=I2R+U2

求解两式，可得电枢回路总电阻 R=(U2-U1)/(I1-I2)

如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得

RL+Rn=(U’2-U’1)/(I’1-I’2)

则电机的电枢电阻为

Ra=R（RL+Rn） 同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL 测试完后，将给定调回零，断开主电源。

1.6.2电枢回路总电感L的测定

电枢电路总电感包括电机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为 L=La+LL

电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-2所示。

图1-2 电枢回路电感测定

合上主电路电源开关，用交流电压表和电流表分别测出通入交流电压后电枢两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I，从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。 实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值。 Za=Ua/I

ZL=UL/I Ld ZL2RL2/(2f)

1.6.3 直流电动机—发电机—测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定。

电力拖动系统的运动方程式为

MML(GD2/375)dn/dt

式中 M—电动机的电磁转矩，单位为N.m;

ML 负载转矩，空载时即为空载转矩MK，单位为N.m;

n  电机转速，单位为r/min; 电机空载自由停车时，运动方程式为 MK(GD2/375)dn/dt

故 GD2375MK/dn/dt 式中GD2的单位为N.m2.

MK可由空载功率（单位为W）求出。 MK9.55PK/n

2PKUaIKIKR

dn/dt可由自由停车时所得曲线n= f (t)求得，其实验线路如图1-3所示。

图1-3 转动惯量GD2的测定

电动机M加额定励磁。

NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

合上主电路电源开关，调节Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以转速n为基准选择若干个点（如1500r/min，1000r/min），测出相应的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。

电机为1500r/min。

Ud（v） Ud（v） IK（A） IK（A） dn/dt dn/dt PK PK MK MK GD GD 22电机为1000r/min。

测试完成后，给定调回零，断开主电路电源。

1.6.4 主电路电磁时间常数的测定

采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升

idId(1et/Td)

当t =Td时，有

2d idId(1e1)0.63I实验线路如图13所示。

NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。 合上主电路电源开关，电机不加励磁。

调节Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为(50~90)Ied。然后保持Uct不变，断

开主电路电源开关，再突然合上主电路开关，用数字示波器拍摄id=f(t)的波形，由波形图上测量出当电流上升至63.2稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。

测试完后给定调回零，断开主电路电源开关，结束步骤。

1.6.5电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定

将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出Ce

Ce=Ke=(Ud2-Ud1)/(n2-n1) Ce的单位为V/(r/min)

转矩常数(额定磁通时)CM的单位为N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce

1.6.7 系统机电时间常数TM的测定

系统的机电时间常数可由下式计算

Tm(GD2R)/375CeLM

由于Tm>>Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 nK/(1TmS)Ud

当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。

图1-4 主电路时间常数的测定 测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。

NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。 合上主电路电源开关，电动机M加额定励磁。

调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用数字示波器拍摄过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。

1.6.8 测速发电机特性UTG=f(n)的测定

实验线路如图13所示，可不用示波器。

电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的发电机两端电压UTG 和电机转速n的数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f(n)。 n（r/min） UTG（V）

读取若干组Ug和Ud（整流桥电压）的数值，求出晶闸管整流装置的放大倍数曲线Ks，

Ks=f(Uct)= △Ud / △Uct Ug（v） Ud（v）

1.7 实验报告

1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数。 2．由Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象。

实验2 晶闸管直流调速系统主要单元调试

2.1 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。

2.2 实验内容

1．调节器的调试

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

2.3 实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—31组件 3．NMCL—18组件 4．双踪示波器 5．万用表

2.4 实验方法及步骤

2.4.1 速度调节器ASR的调试

按图2-1接线，零速封锁器DZS的扭子开关扳向解除位置。

图2-1 ASR、ACR调试接线图 （1）调整输出正、负限幅值

ASR的5、6端接可调电容7μ，使ASR成为PI调节器，RP3逆时针旋到底，RP4调至120K。加入一定的正给定输入电压时（由NMCL—31的给定提供，以下同），调整负

限幅电位器RP2，使ASR的输出端3点电压为-5V；加入一定的正给定输入电压时，调整正限幅电位器RP1，使ASR的输出端3点电压为+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。

2.4.2 电流调节器（ACR）的调试

按图2-1接线。

（1）调整输出正、负限幅值

9、10端接可调电容7μ，使调节器为PI调节器，RP3逆时针旋到底，RP4调整到10K。加入一定的正给定输入电压时，调整负限幅电位器RP2，使ACR的输出端7点电压为-5V；加入一定的正给定输入电压时，调整正限幅电位器RP1，使ACR的输出端7点电压为+5V。

（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。

（3）观察PI特性

拆除9、10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。

2.4.3 转矩极性鉴别器DPT的调试

要求DPT的环宽为0.4~0.6伏，记录高电平值 ，调节RP使环宽对称纵坐标。

调试线路见图2-2，具体方法：

（a）调节正给定Ug，使DPT的1脚得到约0.3V电压，逆时针调节电位器RP，使2端输出从高电平跳变为低电平。

（b）调节负给定，从0V起调，当DPT的2端从低变为高时，检测DPZ的1端应为-0.3V左右，否则应顺时针调整电位器，使2端电平变化时，1端电压基本对称。 （c）画出实测的DPT回环图。

2.4.4 零电流检测器DPZ的调试

要求DPZ的环宽也为0.4~0.6伏，但回环向纵坐标右侧偏离0.1~0.2伏。 具体方法：

（a）调节给定Ug，使DPZ的1端为0.7V左右，逆时针调整电位器RP，使2端输出从高变为低。

（b）减小给定，当2端电压从低变为高时，1端电压在0.1～0.2V范围内，否则应继续调整电位器RP。

（c）画出实测DPZ的回环图。

2.4.5 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。

2.4.6 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：

输入 UM UI Uz(Ublf) UF(Ublr) 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 输出 调试时的阶跃信号可从给定器得到。 调试方法：

按图2-2接线

（a）给定电压顺时针到底，Ug输出约为12V。

（b）此时上下拨动NMCL—31中G（给定）部分S2开关，Ublf、Ublr的输出应为高、低电平变化，同时用示波器观察DLC的5端，应出现脉冲，用万用表测量，3与Ublf，4与Ublr等电位。

（c）把+15V与DLC的2连线断开，DLC的2接地，此时拨动开关S2，Ublr、Ublf输出无变化。

图2-2 DPT、DPZ、DLC调试接线图

2.5 实验报告

1．画各控制单元的调试连线图。 2．简述各控制单元的调试要点。

实验3 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

3.1 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。

3.2 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。

3.3 实验线路及系统原理

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。

图3-1 转速单闭环控制回路接线图

转速单闭环（图3-1）实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经速度变换FBS后接到速度调节器ASR的输入端，与给定Ug的电压相比较经放大后，得到移相控制电压UCt，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。

3.4 实验设备及仪表

1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL—18组件

5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01 6．直流电动机M03 7．双踪示波器 8．万用表

3.5 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Ug起动电机。

6．改变接线时，必须先把系统的给定调回零，再按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮。

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。

3.6 实验方法及步骤

3.6.1移相触发电路的调试（不接主电路，低压电源开关ON，NMCL-33的Ublf接地。） ①用示波器观察NMCL—33双脉冲观察孔1-6，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲。 ②用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600。 ③将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

3.6.2 移相控制电压Uctmax的确定

①NMCL-31的给定输出Ug与NMCL-33的Uct相连，将给定电位器RP1逆时针旋到底，使Ug=0。用双踪示波器观察NMCL-33上的1孔脉冲与u相同步电压，调节“脉冲移相控制”偏移电压电位器RP，使得触发角α=90°。 ②按三相全控整流电路接线，采用阻感负载（电阻由2个900欧并联，电感200mL），移相控制电压Uct直接由NMCL-31的给定Ug输入，NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。

按下主电源闭合按钮，顺时针调节NMCL-31给定电位器RP1，使Ug由零逐渐增大，观测整流桥的输出电压值Ud，当Ud达到最大值时，此时的Ug记为Ugmax。为使电路不处于满负荷状态，最大的移相控制电压可确定为Uctmax=0.9Ugmax。

③给定调回零，断开主电路电源，结束步骤。

3.6.3 求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。

①按图3-2接好主电路，移相控制电压Uct直接由给定Ug输入，电动机加励磁。 ②发电机先空载，合上主电源，逐渐增大Ug，使得转速达到1500rpm。接入发电机负载Rg（两个900欧并联）并逐渐减小Rg，使得发电机电枢电流从空载状态直至额定负载变化，记录相应的转速和电流值。 Id（A） n（rpm）

图3-2 单闭环主电路线路图 ③给定调回零，断开主电路电源，结束步骤。

3.6.4 转速调节器ASR的调试

按实验2中的图2-1连线。ASR的5、6端接可调电容7μ，使ASR成为PI调节器，RP3逆时针旋到底，RP4调至120K。加入一定的正给定输入电压时，调整ASR的负限幅电位器RP2，使ASR的输出端3点电压接近于零；加入一定的负给定输入电压时，调整正限幅电位器RP1，使ASR的输出端3点电压为Uctmax。

3.6.5 转速反馈系数α的确定

按图3-2接好主电路，移相控制电压Uct直接由给定Ug输入，电动机加励磁，转速计的输出端与NMCL-31速度变换器FBS的输入端1、2相连。

发电机空载，合上主电源，逐渐增大Ug，使得转速达到1500rpm。调节FBS的电位器RP，使得FBS的输出端3为6V，此时转速反馈系数α=6V/1500rpm=0.004V/rpm。

给定调回零，断开主电路电源，结束步骤。

3.6.6 单闭环系统特性测试

3.6.6.1有静差工作的系统静特性

①按图3-1和图3-2接好控制回路和主电路，其中ASR的5、6点短接，ASR为P调节器。

②电动机加励磁，合上主控制屏的绿色按钮开关。发电机先空载，逐渐增大负给定电压Ug，使得电机空载转速达到n0=1500转/分。接入发电机负载Rg，减小Rg，使得电机电枢电流由空载状态直至额定电流进行变化，记录相应的转速和电流值。

id（A） n（r/min） ③给定调回零，断开主电路电源，结束步骤。

3.6.6.2测取调速系统无静差闭环工作的静特性

①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。

②调节负给定电压Ug，使电机空载转速达到n0=1500转/分。接入发电机负载Rg，减小Rg，使得电机电枢电流由空载状态直至额定电流进行变化，记录相应的转速和电流值。

id（A） n（r/min）

3.7 实验报告

绘制实验所得静特性图，并进行分析、比较。

3.8 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Ug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？

实验4 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统

4.1 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NMCL-18，NMCL-33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。

4.2 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。

4.3 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4-1所示，主回路可参考图4-2所示。

图4-1 双闭环直流调速系统控制回路

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min和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Ug=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。

4.4 实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL—18组件

5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01 6．直流电动机M03 7．双踪示波器 8．万用表

4.5 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Ug起动电机

3．改变接线时，必须先使系统的给定为零，再按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮。

4．进行闭环调试时，若电机转速达最高速且不可调，则转速反馈的极性可能接错。 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。

6．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。

4.6 实验方法及步骤

4.6.1 移相触发电路的调试（不接主电路，低压电源开关ON，NMCL-33的Ublf接地。）

①用示波器观察NMCL—33双脉冲观察孔1-6，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲。 ②用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600。 ③将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

4.6.2 移相控制电压Uctmax的确定

①NMCL-31的给定输出Ug与NMCL-33的Uct相连，将给定电位器RP1逆时针旋到底，使Ug=0。用双踪示波器观察NMCL-33上的1孔脉冲与u相同步电压，调节“脉冲移相控制”偏移电压电位器RP，使得触发角α=90°。

②按三相全控整流电路接线，采用阻感负载（电阻由2个900欧并联，电感200mL），移相控制电压Uct直接由NMCL-31的给定Ug输入，NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。

按下主电源闭合按钮，顺时针调节NMCL-31给定电位器RP1，使Ug由零逐渐增大，

观测整流桥的输出电压值Ud，当Ud达到最大值时，此时的Ug记为Ugmax。为使电路不处于满负荷状态，最大的移相控制电压可确定为Uctmax=0.9Ugmax。

③给定调回零，断开主电路电源，结束步骤。

4.6.3 求取系统的开环工作机械特性。

①按图4-2接好主电路，移相控制电压Uct直接由给定Ug输入，电动机加励磁。 ②发电机先空载，合上主电源，逐渐增大Ug，使得转速达到1500rpm。接入发电机负载Rg（两个900欧并联）并逐渐减小Rg，使得发电机电枢电流从空载状态直至额定负载变化，记录相应的转速和电流值。 Id（A） n（rpm） 注意，若给定电压Ug为0时，电机缓慢转动，则表明α太小，需后移 ③给定调回零，断开主电路电源，结束步骤。

图4-2 双闭环直流调速系统主电路

4.6.4速度调节器ASR、电流调节器ACR的调试 ①ASR的调试

按实验2中的图2-1连线。ASR的5、6端接可调电容7μ，使ASR成为PI调节器，RP3逆时针旋到底，RP4调至120K。加入一定的正给定输入电压时，调整ASR的负限幅电位器RP2，使ASR的输出端3点电压为-6V；加入一定的负给定输入电压时，调整正限幅电位器RP1，使ASR的输出端3点电压接为最小。

②ACR的调试

按实验2中的图2-1连线ACR的9、10端接可调电容7μ，使ACR成为PI调节器，RP3逆时针旋到底，RP4调至10K。加入一定的正给定输入电压时，调整ACR的负限幅电位器RP2，使ACR的输出端7点电压为为最小；加入一定的负给定输入电压时，调整正限幅电位器RP1，使ACR的输出端7点电压为Uctmax。

4.6.5 电流反馈系数β的确定（FBC+FA调试）

三相全控整流电路采用阻感负载，NMCL-33的移相控制电压Uct直接由NMCL-31的给定Ug输入。

按下主电路闭合按钮，由零逐渐增大正给定电压Ug，当整流桥电压Ud=260左右时，调节限流电阻，使得NMCL-33上的电流反馈及过流保护FBC+FA的If端的反馈电压为5V。此时，电流反馈系数β=5V/1A=5V/A。

给定调回零，断开主电路电源，电阻调回最大位置，结束步骤。

4.6.6转速反馈系数α的确定（FBS调试）

按图4-2接好主电路，移相控制电压Uct直接由给定Ug输入，电动机加励磁，转速计的输出端与NMCL-31的速度变换器FBS的输入端1、2相连。

发电机空载，合上主电源，逐渐增大Ug，使得转速达到1500rpm。调节FBS的电位器RP，使得FBS的输出端3为6V，此时转速反馈系数α=6V/1500rpm=0.004V/rpm。

给定调回零，断开主电路电源，结束步骤。

4.6.7 系统调试

开环测试和单元部件调试完毕之后就可以进行系统调试。应当先进行单闭环（转速闭环和电流闭环）的调试，当两个闭环系统运行正常之后再组成双闭环进行测试。

4.6.7.1 单闭环调试

①转速单闭环

在图4-1中的控制回路中，ASR接入电容构成PI调节器，脉冲控制移相电压Uct由ASR的输出端3直接连入，注意转速反馈的极性是否正确，主电路的限流电阻Rd应当切除，闭合主电源，由零逐渐增大负给定Ug，观察系统能否正常运行。

②电流单闭环

ACR接入电容构成PI调节器，其输入端3与给定Ug相连；脉冲控制移相电压Uct由ACR的输出端7直接连入，闭合主电源，由零逐渐增大负给定Ug，观察系统能否正常运行。

4.6.7.2 双闭环测试

按照图4-1和图4-2形成双闭环不可逆系统，主电路限流电阻Rd不接。

① 机械特性n=f(Id)测定

电动机加励磁，合上主控制屏的绿色按钮开关。发电机先空载，逐渐增大给定电压Ug， 使得电机空载转速达到n0=1500转/分。接入发电机负载Rg，减小Rg，使得电机电枢电流Id由空载状态直至额定电流进行变化，记录相应的转速和电流值。 n(r/min) Id(A)

②闭环控制特性n=f(Ug)的测定

调节Ug，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。

n(r/min) Ug(V)

4.6.8 系统动态波形的观察

用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用数字示波器记录动态波形。在不同的调节器参数下，观察，记录下列动态波形：

①突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。

②突加额定负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。 ③突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。 注：电动机电枢电流波形的观察可通过ACR的第“1”端 转速波形的观察可通过ASR的第“1”端

4.7 实验报告

1．根据实验数据，画出闭环控制特性曲线。

2．根据实验数据，画出闭环机械特性，并计算静差率。

3．根据实验数据，画出系统开环机械特性，计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。 4．分析由数字示波器记录下来的动态波形。

实验5 逻辑无环流可逆直流调速系统

5.1 实验目的

1. 了解并熟悉逻辑无环流可逆直流调速系统的原理和组成。 2. 掌握各控制单元的原理，作用及调试方法。

3. 掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试步骤和方法。 4. 了解逻辑无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。

5.2 实验内容

1．控制单元调试。 2．系统调试。

3．正反转机械特性n=f (Id)的测定。

4．正反转闭环控制特性n=f (Ug)的测定。 5．系统的动态特性的观察。

5.3 实验系统的组成及工作原理

逻辑无环流系统的主回路（图5-1）由二组反向并联的三相全控整流桥组成，由于没有环流，两组可控整流桥之间可省去环流的均衡电抗器，电枢回路仅串接一个平波电抗器。

图5-1 逻辑无环流调速系统主电路

控制系统主要由速度调节器ASR，电流调节器ACR，反号器AR，转矩极性鉴别器DPT，零电流检测器DPZ，无环流逻辑控制器DLC，触发器，电流变换器FBC，速度变换器FBS等组成。其控制系统原理如图5-2所示。

正向起动时，给定电压Ug为正电压，无环流逻辑控制器的输出端Ublf为”0”态，Ublr为”1”态，即正桥触发脉冲开通，反桥触发脉冲封锁，主回路正组可控整流桥工作，电机正

向运转。

减小给定时，Ug反向运行时，Ublf为”1”态，Ublr为”0”态，主电路反组可控整流桥工作。 无环流逻辑控制器的输出取决于电机的运行状态，正向运转，正转制动本桥逆变及反转制动它桥逆变状态，Ublf为”0”态，Ublr为”1”态，保证了正桥工作，反桥封锁；反向运转，反转制动本桥逆变，正转制动它桥逆变阶段，则Ublf为”1”态，Ublr为”0”态，正桥，反桥触发工作。由于逻辑控制器的作用，在逻辑无环流可逆系统中保证了任何情况下两整流桥不会同时触发，一组触发工作时，另一组，因此系统工作过程中既无直流环流也无脉冲环流。

5.4 实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—33组件

3．NMEL—03组件 4．NMCL—18组件

5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01 6．直流电动机M03 7．双踪示波器 8．万用表

5.5 实验预习

1．熟悉系统的接线图，分析逻辑无环流可逆直流调速系统的原理。

2．复习逻辑无环流可逆直流调速系统从正转切换到反转过程中，整流电压Ud，电枢电流id，转速n的动态波形图。

5.6 注意事项

1．实验时，应保证逻辑控制器工作；逻辑正确后才能使系统正反向切换运行。

2．为了防止意外，可在电枢回路串联一定的电阻，如工作正常，则可随Ug的增大逐渐切除电阻。

3．逻辑无环流调速系统调试原则

①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。

②先开环、后闭环，即先使系统运行在开环状态，然后在确定电流和转速均为负反

馈后才可组成闭环系统。

③先双闭环、后逻辑无环流，即先使正反桥的双闭环正常工作，然后再组成逻辑无

环流。

④先调整稳态精度，后调动态指标。

5.7 实验方法及步骤

5.7.1 移相触发电路的调试（不接主电路，低压电源开关ON。）

①先观察正桥脉冲，NMCL-33面板的Ublf接地。用示波器观察双脉冲观察孔1-6，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲。

②用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600。

③将控制正桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察正桥每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。

④观察反桥脉冲。拆除Ublf的接地线，Ublr接地，重复①②③步。

5.7.2 移相控制电压Uctmax的确定

①NMCL-31的给定输出Ug与NMCL-33的Uct相连，将给定电位器RP1逆时针旋到底，使Ug=0。用双踪示波器观察NMCL-33上的1孔脉冲与u相同步电压，调节“脉冲移相控制”偏移电压电位器RP，使得触发角α=90°。

②按三相全控整流电路接线，采用阻感负载（电阻由2个900欧并联，电感200mL），移相控制电压Uct直接由NMCL-31的给定Ug输入，NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。

按下主电源闭合按钮，顺时针调节NMCL-31给定电位器RP1，使Ug由零逐渐增大，观测整流桥的输出电压值Ud，当Ud达到最大值时，此时的Ug记为Ugmax。为使电路不处于满负荷状态，最大的移相控制电压可确定为Uctmax=0.9Ugmax。

③给定调回零，断开主电路电源，结束步骤。

5.7.3 控制单元调试

5.7.3.1 按实验4中的方法调试ASR，ACR，FBS和FBC+FA。 5.7.3.2 按实验2中的方法调试AR，DPT，DPZ，DLC。

对DPT和DPZ的输出应有下列要求

①转矩极性鉴别器DPT： 电机正转 输出UM为”1”态 电机反转 输出UM为’0”态

②零电流检测器DPZ：

主回路电流接近零 输出UI为”1”态 主回路有电流 输出UI为”0”态

5.7.4 系统调试

各个单元调试完成后，必须分别对正、反桥按照先开环后闭环、先单闭环后双闭环的顺序进行系统调试，最后才能连成可逆系统进行测试。在对正、反桥进行调试时，NMCL-33的脉冲放大控制电路的Ublf和Ublr不能同时接地。

5.7.4.1 正桥调试（Ublf接地，Ublr悬空）

①开环测试，NMCL-33的移相控制电压Uct直接由NMCL-31的Ug提供，观察正桥整流输出能否达到250V左右。

②转速单闭环测试，参考实验3的接线和方法。

③电流单闭环测试。ACR的输入端3与给定Ug相连，1端与FBC的If相连，输出端7与Uct相连。

④双闭环测试，参考实验4的方法。

5.7.4.2 反桥调试（Ublf悬空，Ublr接地） 按照正桥调试步骤①～④进行反桥调试。

5.7.5 可逆系统测试

正、反桥都运行正常后，参照图5-2连好逻辑无环流直流调速系统控制回路。

图5-2 逻辑无环流调速系统控制回路

5.7.5.1 机械特性n=f (Id)的测定

测出n =1500r/min的正、反转机械特性n =f (Id)，方法与实验4相同。

正转： n(r/min) I(A) 反转： n(r/min) I(A)

5.7.5.2 闭环控制特性n =f (Ug)的测定

按实验4的方法测出正、反转时的闭环控制特性n =f (Ug)。 正转： n(r/min) Ug(V) 反转： n(r/min) Ug(V)

5.7.5.3 系统动态波形的观察

用二踪慢扫描示波器观察并记录：

（1）给定值阶跃变化（正向起动 正向停车 反向切换到正向  正向切换到反向反向停车）时的动态波形。

（2）电机稳定运行于额定转速，Ug不变，突加，突减负载(20%Ied100%Ied) 的动态波形：

（3）改变ASR,ACR的参数，观察动态波形如何变化。 注：电动机电枢电流波形的观察可通过ACR的第“1”端 转速波形的观察可通过ASR的第“1”端

5.8 实验报告

1．根据实验结果，画出正，反转闭环控制特性曲线。

2．根据实验结果，画出正，反转闭环机械特性，并计算静差率。 3．分析参数变化对系统动态过程的影响。

4．分析电机从正转切换到反转过程中，电机经历的工作状态，系统能量转换状况。