1、信息与控制工程实验二运控实验指导书 1信息与控制工程实验二（运控制部分）实 验 指 导 书湖南文理学院电气与信息工程学院实验四 转速、电流、电压三闭环直流调速系统一、实验目的1本实验为可选实验，大多数情况下可不用做，主要供学生自选或课程设计、专题研究时选用。2熟悉“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的组成及其工作原理。3熟悉“电压内环”的特点与调试。4分析、研究“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的突加给定起动过渡过程和抗干扰性。二、实验内容1“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的静特性及静态参数整定。2“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”突加给定起动过渡过程。3“转速、电流、电压三闭
2、环直流调速系统”的抗干扰性三、实验设备与仪器1综合实验台主体(主控箱)及其主控电路、转速变换电路(DD02)、电流检测及变换电路(DD06)、电压检测及变换电路(DD09)等单元及平波电抗器等。2可控硅主电路挂箱(DSM01)3触发电路挂箱(DST02)DT04。4给定单元挂箱(DSG01)DG015调节器挂箱(DSA01)DA01、DA02、DA036调节器挂箱(DSA02)DA047直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组。8慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器9微机及打印机(存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略)。四、实验电路的组成“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”是对“转
3、速、电流双闭环直流调速系统”的一种改进，其基本特点在于电压内环的作用：能改造控制对象(电动机电枢回路)的结构和参数，能提高系统抗电网电压波动的能力，缩短了起动过渡过程的时间，进一步提高了系统的快速性。系统的组成框图如图1所示，接线电路见附图1-4。主要由“DG01”、“DA01”、“DA02”、“DA03”、“DT04”、“DA04”、“DSM01”以及转速(DD02)、电流(DD06)、电压(DD09)变换器等环节组成。图41 转速、电流、电压三闭环直流调速系统组成 五、实验步骤与方法(一)实验电路的连接与检查1本实验系统所使用的单元环节，只是在实验二的基础上，增加了用以组成电压内环的电压调
4、节器AVR(DA04)单元，AVR的调试要点和方法同“DA03”单元，可参阅调节器挂箱(DSA02)使用说明。2按附图1-4连接系统。工作模式选择为“直流调速”闭合电动机励磁开关，并整定至额定励磁电流；负载控制器模式选择为恒转矩模式，负载给定至0；确保转速和电流的给定和反馈极性正确合理，各反馈强度均调至最大； 3各调节器先接成1 : 1的比例状态；置给定单元(DG01)单元的极性开关S1于下方、阶跃开关S2于上方，正负给定至0。4经实验指导教师检查认可后，接通总电源(电源控制与故障指示(CTD)，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。(二)电压内环的整定1暂且断开转速、电流负反馈引线(A
5、SR、ACR的反馈输入端Un、Ui由转速、电流检测的输出Un、Ui-引入改由接地输入)；置ASR、ACR为1:1 的比例状态，AVR(DD09)按设计参数构成PI调节器。闭合主电路，逐步增大转速给定Un至电压给定(ACR的输出)Uv=U*vm，电机升速且稳定后，调节(减小)电压反馈直至Ud=Udnom 并锁定反馈系数；电压内环整定完毕，减小给定至 0V ，待电机停止后切除主电路。2以实验二同样的方法和步骤检查、调整除电压内环以外的主要单元环节，并整定相应参数(包括转速、电流反馈系数、，调整过程中可先短接电压内环，整定电流闭环时注意先分断电动机励磁开关，电流闭环整定完毕，及时闭合电动机励磁开关)
6、；参数整定完毕，置给定为0，电机停止后，分断主电路， 3按附图1-4恢复“转速、电流、电压三闭环直流调速系统” 的接线。其中，阶跃开关S2拨向下方，DA01、DA03单元(ASR、ACR)的调节器参数(Rn、Cn、Ri、Ci)取实验二整定后的优化值。并认真检查以确保正确无误。(三)“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的突加给定起动过渡过程 1将“DG01”单元的给定设定至Un=U*nm。反复阶跃起动电动机，通过双踪示波器观察空载突加给定起动时的电流Id和转速n的过渡过程曲线，同时反复协调ASR和ACR参数(AVR单元的参数一般可保持不变)，直至过渡过程曲线满意并认真临模一组最满意的曲线于图2
7、。 2阶跃开关S2拨向下方，待电机停止后；再次起动电机直至稳定运行，调节负载给定至电流Id=Idnom；阶跃开关S2拨向下方，以停止电机。3重复阶跃起动电机，并通过双踪示波器观察带载突加给定起动时的电流Id和转速n的过渡过程曲线，并认真临模于图4-2。图42 突加给定起动时的过渡过程曲线空载 带载4将阶跃开关S2拨向下方，待电机停转后，切除主电路。5*通过左下面板的微机接口电路(DD01)，接好微机系统，演示、存储、打印各过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究动态性能。(未配置微机时可采用“存储示波器”，或将此项内容省略。)(四)“转速、电流、电压三闭环直流调速系统”的抗干扰性1闭合主电路，
8、阶跃起动电机到给定转速直至稳定运行。2设定负载在恒转矩模式下为额定转矩，模式选择在2档与恒转矩档之间切换可实现负载的突加和突卸，反复切换(适当保持时间间隔)，由双踪示波器观察突加和突卸负载时电流Id和转速n的过渡过程曲线，并认真临模于图5-3。图43 突加和突卸负载时的过渡过程曲线3*通过左下面板的微机接口电路(DD01)，接好微机系统，演示、存储、打印各过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究动态性能。(未配置微机时可采用“存储示波器”，或将此项内容省略。)4实验完毕，将阶跃开关拨向下方，待电机停转后，依次切除主电路、控制电路和主电源。5注：电压调节器的输出端子Uct接一分流电阻，分流电阻的
9、另一端通过钮子开关接地，还可由分、合钮子开关摸拟电压内环的抗电网电压波动实验(正确选定分流电阻以设定电网电压向下波动1020)，此处从略。六、思考题1引入电压内环对系统的跟随性和抗干扰性各有何影响？2如何整定“转速、电流、电压三闭环系统”中的电流闭环及电流反馈系数 ？电压内环对系统的动、静态特性有何影响？3为什么说，电压内环对系统抗电网电压波动有特殊的功效？4转速、电流、电压三个调节器都为 PI 调节器的三环调速系统稳定运行后，电压反馈线突然断开，系统将发生什么样的变化？5试分析“电压内环”在系统中有哪些主要作用？实验五 转速、电流双闭环控制的绕线式转子 异步电动机串级调速系统一、实验目的1熟
10、悉“转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统”的组成及其工作原理。2熟悉“双闭环控制的串级调速系统”及其主要单元环节的调试。3研究“双闭环控制的串级调速系统”静态特性及其特点。4分析、研究“双闭环控制的串级调速系统” 阶跃起动过渡过程及其参数对系统动态性能的影响。5分析、研究“双闭环控制的串级调速系统”的抗干挠性及其特点。二、实验内容1系统的单元调试及系统静态参数的整定。2“双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统”的静态特性测试。3“双闭环控制的串级调速系统”的起、制动控制。4“双闭环控制的串级调速系统”的抗负载扰动特性的研究。三、实验设备与仪器1综合实验台主体（主控制箱）及其
11、主控电路、转速变换（DD02）、电流变换（DD06）单元。2触发电路挂箱II(DST02)3可控硅主电路挂箱(DSM01)4串级调速辅助挂箱(DSM03)5给定挂箱(DAG01)6调节器挂箱I(DSA01)7绕线转子异步电动机 磁粉制动器-旋转编码器机组8慢扫描双踪示波器。9数字万用表等测试仪器。10微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。四、实验电路的组成“转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统”同样有间接起动和直接起动两种控制方式，此处以采用直接起动方式组成“转速、电流双闭环控制的串级调速系统”为例 。也可自行采用间接起动方式组成“转速、电流双闭环控制
12、的串级调速系统” 。本实验所使用的单元环节，与实验三基本相同，只是增加了ASR、ACR两个调节器，以组成转速、电流双闭环。ASR、ACR的调试方法和要点见调节器挂箱I（DSA01）使用说明。图5-1 转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统方框图“转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统” 的组成框图如图51所示，接线电路见附图24。如图所示，系统由“DG01”、“DA01”、“DA03”、“DT04”、“DSM01” 和“转速变换（BS）”、“电流检测及变换单元（DD06）”以及“主控电路”、“绕线转子异步电动机 +粉制动器+旋转编码器机组”组成。五、实验步骤与方法（
13、一）实验电路的连接与检查。采用直接起动方式的“转速、电流双闭环控制的串级调速系统” 的起、制动操作，与实验三的“直接起动控制方式”一样，起动时，除同样须将逆变器先于电动机接到交流电网外，还应使电动机的定子先与交流电网接通（此时转子呈开路状态），以防止电动机起动合闸时的合闸过电压经转子回路损坏整流装置，然后再使电动机转子回路与转子整流器接通。为此，应首先将“串调投入方式”置“直接”投入方式，使“串调投入单元”一开始就将“电动机转子回路与转子整流器”处于待接通状态。主电路闭合将电动机的定子与交流电网接通后，闭和“接触器KS2”使电动机转子回路与转子整流器接通，“接触器KS1”则始终断开而将起动电阻
14、RS分断。停车时，也应先断开“接触器KS2”（使电动机转子回路与串级调速装置脱离），再断开主电路接触器。以上起、制动过程由逻辑电路及相应的继电器、接触器按顺序自动实现，实验时只需操作启动开、关按钮即可。1按附图24连接系统，“状态切换”置“交流调速”档 ，并检查转速和电流闭环的给定、反馈以及ACR的输出极性是否符合要求，将反馈系数、调至最大；将给定单元（DG01）的极性开关、阶跃开关拨向上方，并置正、负给定为0；负载给定置0；经实验指导教师检查认可后，闭合总电源开关，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。 2ASR、ACR经RC阻容箱（R040k）接成1 : 1的比例状态，两个反馈输入端
15、均改为由控制接地“” 端引入（即暂行去掉转速和电流负反馈）。3闭合控制回路（左下面板控制按钮 ON），分别旋动正、反向给定电位器（由极性开关切换），依次使给定为0.5、2V，用万用表分别测量ASR、ACR的输入、输出，检查其比例特性；取U*n2V，两调节器RC外接电容改取CnCi0.5F1F，测量ASR、ACR的输出，按要求整定限幅值U *i m 、U ctm ，录于表51；ASR、ACR恢复1 : 1的比例状态。4用“慢扫描双踪示波器” 检查“触发单元（DT04）GTI” 的零位以及G1G6各相脉冲是否对称，务必确保当Un*0时，min30，若有误差可微调“偏置” 或“min” 。5恢复转速
16、和电流负反馈，即将ASR的反馈输入端恢复由“转速变换电路（BS）”单元的负极性输出端引入，ACR的反馈输入端恢复由“电流检测及变换电路（DD06）” 的 Ui +（或Ui +）端引入 ，同时将反馈系数 、调至最大。（二）系统静态参数整定1置正、负给定输出为0；极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方；ASR、ACR按设计、计算参数（R n 、C n 、R i 、C i ）接成 PI 调节器。2闭合主电路；逐步增加正向给定至 U *n U *n m = +6V；待电机升速且稳定后，调节转速反馈，使转速 n 继续上升，直至nn0；锁定转速反馈，读取数据并计算转速反馈系数U*nmn0 ，录于表51。3闭合
17、负载开关 ，同时调节电流反馈和负载给定，直至n nnom 、Te = TGnom，（TGnom及以下TGm同表31）用万用表测量此时的给定电压U *i 读取负载转矩给定，此即额定定子电流ISnom时的ASR输出值U*inom和额定负载转矩TGnom，计算反馈系数= U*i nomI S nom，将其及TGnom，录入表51。 4锁定电流反馈，调节负载转矩Te，直至Te=TGm ，读取此时之负载转矩，即Te TGmax录入表51。最后减小给定至0，直至电机停止。表51 双闭环控制的交流串级调速系统的主要静态参数 额定参数P nom （W）n nom （rmin）US nom （V）I S nom
18、 （A）计算参数R n （K）C n （F）R i （K）Ci （F）调节器限幅（V）负载转矩（ N.m ）反 馈 系 数= U *n mn o= U *i nomI S nomU *i m Uc t m TGnom TGm （三）系统的静态特性测试1负载控制器置恒转矩档，负载给定置0，给定调至U*nU*nm= +6V，系统稳定后，调节负载给定，使负载转矩在0TGnomTGm 之间，分别读取转速 n 和负载转矩 Te 等五组数据录于表52。当 Te 大于 TGm 后，注意观察n 和 Te 的变化，并读取堵转时的负载转矩TGb，计算相应的转差率 S（ n0n ）n0 、转矩比 T*e Te TG
19、m 、T*eb TGbTGm录于表52。2减小给定至0，电机停止后，将负载给定置0。 3给定电压调至 U *n （12）U *n m = +3V ，待系统稳定后读取转速 n0，并调节负载转矩，重复步骤1；分别读取转速 n 和负载转矩Te 以及堵转转矩 TGb，并计算相应的转差率 S（n0n）n0 和转矩比T*eTeTGm 以及T*ebTGb TGm 录于表52。4减小给定至0，停止电机后，切除主电路 ，置负载给定为0。5分别按表52数据在图52中绘制高、低速两条静态特性 S = f（T*e）于，同时用虚线在图52重复绘出固有特性。分析双闭环控制的交流串级调速系统的静态特性，并得出结论。表52
20、双闭环控制的交流串级调速系统闭环静态特性实验数据U *nU *nU*nmU *n（12）U*nmTe（N.m）0TG1TGnomTG3TGmTGb0TG1TGnomTG3TGmTGbT*eN（rmin）n0(S0)n1(S1)n2(Snom)n3(S2)nm(Sm)0n0( S0 )n1( S1 )n2( S2 )n3( S3 )n m( S m )0S图52 双闭环控制的交流串级调速系统的闭环静特性固有特性 人工特性（高速） 人工特性（低速）（四）系统起、制动以及直接正、反转控制1置给定至U*nU*nm= 6V；极性开关拨向上方，阶跃开关拨向下方；保持 ASR、ACR 为给定参数 PI 调节
21、器；按表51将负载转矩调至TeT G nom ，分断负载（先将模式选择档打到2档，要突加负载时按模式选择开关到恒转矩档1档即可实现） ；并将给定及给定积分器（ G I R ）单元由积分输出“U *n 2” 改为阶跃输出“U *n 1” ；检查无误后闭合交流电路。2空载、正向阶跃起动至空载转速 no，用双踪示波器分别测转速变换（DD02）和电流检测变换单元（DD06）的输出端，观察转速 n 和转子整流电流 Id 的波形；协调两个调节器的参数，反复起、制动直至过渡过程曲线满意。3依次完成：空载和带载阶跃起、制动的过渡过程实验。认真临摹最满意的两组（空载和带载）起、制过渡过程的转速 n 和定子电流
22、Is 的波形，分别绘于图53a）、53b）；最后将阶跃开关拨向下方，直至电机停止。待电机停止后，切除主电路。4*通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印步骤 2、3 的过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器”，或省略此项内容。）5比较图53a）、图53b）的过渡过程曲线，得出正确结论。（五）突加负载时的抗干扰性研究1任意设定某个给定U*n（或U*nm）；接好双踪示波器，准备观察电机转速n和定子电流Is的波形。2闭合主电路，阶跃起动电机到给定转速直至稳定运行。3先后闭合、分断负载（用模式选择开关2档与恒转矩档1档之间切
23、换可实现分断、闭合负载），适当选择不同间隔时间，同时由双踪示波器观察双闭环控制的交流串级调速系统，突加和突卸负载时的电机转速n和定子电流I s的过渡过程曲线，并在图54认真临摹，分析并讨论。a） 空载起、停过渡过程b） 带载起、停过渡过程图53 双闭环串级调速系统空载和带载时突加给定的起制动曲线 电机转速n 负载电流Id4*通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印突加和突卸负载时的过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器”，或省略此项内容。）图54 双闭环串级调速系统突加、突卸负载时的过渡过程曲线 5*如果需要，本实验
24、台还可通过DA01单元的微分开关SM（拨向下方），实现转速微分负反馈。本单元转速微分负反馈的RC参数按通用性配置，不尽完美。若欲调整，必须从挂箱内部本单元的电路板中变更，务请注意。6实验完毕，将阶跃开关拨向下方，待电机停转后，依次切除主电路和控制电路，最后断开总电源开关。六、思考题41“直接起动控制的交流串级调速系统”的起、停控制必须遵循哪些原则？为什么？为何要将“串调投入单元” 的电位器Rps调之0（）端？42试分析、比较“直接起动的双闭环交流串级调速系统” 的闭环静态特性（图52）与其开环机械特性（图54），有何异同？为什么？ 43试分析系统的抗负载扰动的能力？当定子电压出现波动时，“转速
25、、电流双闭环控制的交流串级调速系统”有无抗干扰能力？为什么？44“双闭环交流串级调速系统” ，在其它参数不变且为恒转矩负载的条件下，分别改变反馈系数、，系统的电机转速n和转子整流电流I d 将有何变化？为什么？45实验三、四所研究的 “交流串级调速系统”为什么没有制动能力？如何才能使“交流串级调速系统”具有制动能力？利用本实验台能否实现？注：各个控制电路以及检测电路的地用细实验导线连起来，但是绝对不能接到主电路的地上附图1-4 转速、电流、电压三闭环直流调速系统注：各个控制电路挂箱以及监测电路的地用细实验导线连起来，但不能与主电路地相连。附图24 转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统
