一、 实验目的
(1) 了解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) 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。 (3) 研究调节器参数对系统动态性能的影响。
二、 实验所需挂件及附件
序号 型 号 备 注 1 2 3 4 5 6 7 8 DJK01电源控制屏 DJK02晶闸管主电路 DJK02-1三相晶闸管触发电路 DJK04电机调速控制实验1 DJK08可调电阻、电容箱 DD03-3电机导轨、光码盘测速 系统及数显转速表 DJ13-1直流发电机 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 该挂件包含“触发电路”、“正反桥功放”等几个模块。 该挂件包含“给定”、“调节器1”、“调节器II ”、“转速 变换”、“电流反馈与过流保护”等几个模块。 DJ15直流并励电动机 D42三相可调电阻 9 10 慢扫描示波器
自备 自备 11 万用表 三、 实验线路及原理
许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和 制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。 单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。 获得良好的静、动态性能(两个调节器均采用 下：
启动时，加入给定电压 Ug, “速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大 启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速
退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。
系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压U的大小即可方便地改变电动机的转速。 出限幅可达到限制启动电流的目的。 的输出限幅可达到限制 a ma的目的。
在本实验中DJK04h的“调节器I ”作为“速度调节器”使用，“调节器 用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和 加载请详见附录相关内容。
四、 实验内容
“速度调节器”、
“电流调节器”均设有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定，利用“速度调节器”的输
“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压UCt，利用“电流调节器”
为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈
可
双闭环直流调速系统是由速度调节器和电流调节器进行综合调节，
PI调节器)，由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主
实验系统的原理框图组成如
环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。
(即Ug=Ufn)，并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”
II ”作为“电流调节器”使用；若使
D55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机
(1) 各控制单元调试。
(2) 测定电流反馈系数3、转速反馈系数a。
(3) 测定开环机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性 (4) 闭环控制特性n=f(U g)的测定。 (5) 观察、记录系统动态波形。
n=f(l d)。
1
=-*11电源输出 调节器1?
10
L
三和 全控
II
II
U
整流
«=H 卜
RI.3 Cl
转速I 变换2
12
-777 4 )5
3 图5-10 双闭环直流调速系统原理框图
2
甜In
五、实验方法
（1）双闭环调速系统调试原则
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， ③ 先内环，后外环，即先调试电流内环，然后调试转速外环。 ④ 先调整稳态精度，后调整动态指标。
才可组成闭环系统。
⑵DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
① 打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压 是否平衡。 ② 将DJK01 “电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。 ③ 用10芯的扁平电缆，将 DJK02的“三相同步信号输出”端和
DJK02-1 “三相同步信号输入”端相连 ，打开
DJK02-1电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。
④ 观察A B、C三相的锯齿波，并调节 A B C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿 波斜率尽可能一致。
⑤ 将DJK04h的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压UCt相接，将给定开关S拨到接地位置（即UCt=0）， 调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察
A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使
a =150 ° （注意此处的a表示三相晶闸管电路中的移相角，它的
0。是从自然换流点开始计算，而单相晶闸管电
30° ）。
路的0 °移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后
⑥ 适当增加给定Uh的正电压输出，观测 DJK02-1 上 “脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉 冲。 ⑦ 用8芯的扁平电缆，将 DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正 反桥功放的输入端。
⑧ 将DJK02-1面板上的Uf端接地，用20芯的扁平电缆，将 DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和 DJK02 “正桥 触发脉冲输入”端相连，并将 DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥 阴极之间的触发脉冲是否正常。
VT1〜VT6晶闸管门极和
（3）控制单元调试
① 移相控制电压Uct调节范围的确定
直接将DJK04“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压UCt的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载 用示波器观察Ud的波形。当给定电压Ug由零调大时，Ud将随给定电压的增大而增大，当
R,
U超过某一数值时，此时 Ud
2
接近为输出最高电压值 U/ , 一般可确定“三相全控整流”输出允许范围的最大值为 Uma=0.9U/ ,调节Ug使得“三
3
相全控整流”输出等于 如果我们把输出限幅定为 晶闸管可靠工作。记录
Umax
,此时将对应的Ug/的电压值记录下来，UCtmax= UgZ，即Ug的允许调节范围为0〜Utmax
Utmax的话，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个 U/于下表中：
Udz Udmax=0.9 U dZ Utmax =UJ / 280 251.8 5.01
将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。 ② 调节器的调零
将DJK04中“调节器I”所有输入端接地，再将 DJK08中的可调电阻120K接到“调节器I”的“ 4”、“ 5”两端， 用导线将“ 5”、“ 6”短接，使“调节器I”成为P （比例）调节器。用万用表的毫伏档测量调节器 I的“7”端的 输出，调节面板上的调零电位器 RP3,使之电压尽可能接近于零。
将DJK04中“调节器II ”所有输入端接地，再将 DJK08中的可调电阻13K接到“调节器II ”的“ 8”、“ 9”两 端,用导线将“9”、“ 10”短接，使“调节器II ”成为P （比例）调节器。用万用表的毫伏档测量调节器 II的“11” 端，调节面板上的调零电位器 RP3,使之输出电压尽可能接近于零。
③ 调节器正、负限幅值的调整
把“调节器I”的“ 5 ”、“6 ”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47UF接入“ 5 ”、“6 ”两端，使调节器 成为PI
（比例积分）调节器，将“调节器I”所有输入端的接地线去掉，将
端，当加+5V勺正给定电压时，调整负限幅电位器
时，调整正限幅电位器 RP1,使之输出电压尽可能接近于零。
DJK04的给定输出端接到调节器I的“ 3”
RP2使之输出电压为-6V，当调节器输入端加-5V的负给定电压
把“调节器II ”的“ 9”、“10”短接线去掉，将 DJK08中的可调电容0.47UF接入“ 9”、“ 10”两端，使调 节器成为
PI （比例积分）调节器，将“调节器
入端加-5V的负给定电压时，调整正限幅电位器
④ 电流反馈系数的整定
II ”的所有输入端的接地线去掉，将 RP1,使调节器I的输出正限幅为Utmax。
DJK04勺给定输出端接到调节
器II的“ 4”端。当加+5V的正给定电压时，调整负限幅电位器 RP2使之输出电压尽可能接近于零；当调节器输
直接将“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Ut的输入端，整流桥输出接电阻负载 值，输出给定调到零。
按下启动按钮，从零增加给定，使输出电压升高，当
R,负载电阻放在最大
U=220V时，减小负载的阻值，调节“电流反馈与过流
保护”上的电流反馈电位器 RP1,使得负载电流ld=l.3A时，“ 2”端If的的电流反馈电压 U=6V,这时的电流反馈 系数 3 = Ufi/I d= 4.615V/A。
⑤ 转速反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压UCt的输入端， Ld用“三相全控整流”电路接直流电动机负载，
DJK02上的200mH输出给定调到零。
按下启动按钮，接通励磁电源，从零逐渐增加给定，使电机提速到 反馈电位器n =150Orpm时，调节“转速变换”上转速
RP1,使得该转速时反馈电压 Un=-6V，这时的转速反馈系数
（4）开环外特性的测定
a =Un/n =0.004V/（rpm）。
Ld用DJK02上的
① DJK02-1控制电压UCt由DJK04h的给定输出Ug直接接入，“三相全控整流”电路接电动机，
200mH直流发电机接负载电阻 R,负载电阻放在最大值，输出给定调到零。
②
开始逐渐增加“给定”电压
③
载电阻R阻值），使得电动机电流ld=|ed，可测出该系统的开环外特性 于下表中：
按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零
Ug,使电机启动升速，转速到达 1200rpm。
增大负载（即减小负
n =f （Id）,记录
n (rpm)
1200 0.345 1198 0.402 1189 0.414 1187 0.481 1169 0.490 1158 0.722 1148 0.766 Id (A) 4
将给定退到零，断开励磁电源，按下停止按钮，结束实验。
（5）系统静特性测试
① 按图5-10接线，DJK04的给定电压Ug输出为正给定，转速反馈电压为负电压，直流发电机接负载电阻
R,
Ld用DJK02上的200mH负载电阻放在最大值，给定的输出调到零。将“调节器
行，确认整个系统的接线正确无误后，将“调节器 验系统。
② 机械特性n =f（I d）的测定
I”、“调节器II ”都接成P （比例）
调节器后，接入系统，形成双闭环不可逆系统，按下启动按钮，接通励磁电源，增加给定，观察系统能否正常运
I”，“调节器II ”均恢复成PI （比例积分）调节器，构成实
A、发电机先空载，从零开始逐渐调大给定电压 Ug，使电动机转速接近n=l200rpm，然后接入发电机负载电阻
n =f（I d），并记录于下表中： 1193 0.810 1192 0.900 1190 1.020 1188 1.200 R，逐渐改变负载电阻，直至ld=led，即可测出系统静态特性曲线
n (rpm)
1199 0.302 1197 0.510 1195 0.639 Id（A） B、降低Uh，再测试n=800rpm时的静态特性曲线，并记录于下表中:
n (rpm)
800.0 0.261 797.8 0.429 795.3 0.647 793.8 0.777 792.5 0.879 791.1 1.018 776.2 1.189 Id（A） C、闭环控制系统n=f（U g）的测定
调节Ug及R,使ld=led、n= l200rpm，逐渐降低Ug，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性
n = f（U g）。 310.7 1.16 n (rpm)
1200 4.46 961.9 3.56 807.1 2.99 658.9 2.42 557.5 2.04 428.0 1.57 Ug (V) （6）系统动态特性的观察
用慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下 和积分电容、“转速变换”的滤波电容
（“调节器I”的增益和积分电容、
：
“调节器II ”的增益
），用示波器观察、记录下列动态波形
①突加给定Ug，电动机启动时的电枢电流ld（ “电流反馈与过流保护”的“ 的“3”端）波形。
2”端）波形和转速n（ “转速变换”
1）电动机启动时的电枢电流ld（ “电流反馈与过流保护”的“ 2”端）波形
2）转速n（ “转速变换”的“ 3”端）波形。
5
6
②突加额定负载(20%l e=.100%led)时电动机电枢电流波形和转速波形。
1)突加额定负载(20%le=.100%led)时电动机电枢电流波形
2)突加额定负载(20%led ： 100%led)时电动机转速波形
③ 突降负载(100%led : 20%led)时电动机的电枢电流波形和转速波形。
1)突降负载(100%led=20%bd)时电动机的电枢电流波形
六、实验数据处理
(1)根据实验数据，系统的开环外特性 n =f (Id)。
7
(2) 根据实验数据，画出两种转速时的闭环机械特性 1)转速 n=1200rpm
n =f(l d)。
2）转速 n=800rpm
⑶ 根据实验数据，画出闭环控制特性曲线
n =f(U g)。
8
七、注意事项
(1)在记录动态波形时，可先用双踪慢扫描示波器观察波形，
再用数字存储示波器或记忆示波器记录动态波形。
9 以便找出系统动态特性较为理想的调节器参数,
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