实验三逻辑无环流可逆调速系统.docx
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实验三逻辑无环流可逆调速系统
实验三:
逻辑无环流可逆调速系统
一、实验目的
(1)了解、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、作用与调试方法。
(3)掌握逻辑无环流可逆直流调速系统的调试步骤和方法。
(4)了解逻辑无环流可逆直流调速系统的静态特性和动态特性。
二、实验所需挂件与附件
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〞,“励磁电源〞等几个模块。
2
DJK02晶闸管主电路
3
DJK02-1三相晶闸管触发电路
该挂件包含“触发电路〞,“正桥功放〞,“反桥功放〞等几个模块。
4
DJK04电机调速控制实验I
该挂件包含“给定〞,“电流调节器〞,“速度变换〞,“逻辑控制〞等几个模块。
5
DJK08可调电阻、电容箱
6
DD03-2电机导轨﹑测速发电机与转速表
或DD03-3电机导轨、光码盘测速系统与数显转速表
7
DJ13-1直流发电机
8
DJ15直流并励电动机
9
D42 三相可调电阻
10
慢扫描示波器
自备
11
万用表
自备
三、实验线路与原理
在此之前的晶闸管直流调速系统实验,由于晶闸管的单向导电性,用一组晶闸管对电动机供电,只适用于不可逆运行。
而在某些场合中,既要求电动机能正转,同时也能反转,并要求在减速时产生制动转矩,加快制动时间。
要改变电动机的转向有以下方法,一是改变电动机电枢电流的方向,二是改变励磁电流的方向。
由于电枢回路的电感量比励磁回路的要小,使得电枢回路有较小的时间常数。
可满足某些设备对频繁起动,快速制动的要求。
本实验的主回路由正桥与反桥反向并联组成,并通过逻辑控制来控制正桥和反桥的工作与关闭,并保证在同一时刻只有一组桥路工作,另一组桥路不工作,这样就没有环流产生。
由于没有环流,主回路不需要再设置平衡电抗器,但为了限制整流电压幅值的脉动和尽量使整流电流连续,仍然保存了平波电抗器。
该控制系统主要由“速度调节器〞、“电流调节器〞、“反号器〞、“转矩极性鉴别〞、“零电平检测〞、“逻辑控制〞、“速度变换〞等环节组成。
其系统原理框图如图5-10所示。
正向启动时,给定电压Ug为正电压,“逻辑控制〞的输出端Ulf为“0〞态,Ulr为“1〞态,即正桥触发脉冲开通,反桥触发脉冲封锁,主回路“正桥三相全控整流〞工作,电机正向运转。
当Ug反向,整流装置进入本桥逆变状态,而Ulf、Ulr不变,当主回路电流减小并过零后,Ulf、Ulr输出状态转换,Ulf为“1〞态,Ulr为“0〞态,即进入它桥制动状态,使电机降速至设定的转速后再切换成反向电动运行;当Ug=0时,如此电机停转。
反向运行时,Ulf为“1〞态,Ulr为“0〞态,主电路“反桥三相全控整流〞工作。
图5-10逻辑无环流可逆直流调速系统原理图
“逻辑控制〞的输出取决于电机的运行状态,正向运转,正转制动本桥逆变与反转制动它桥逆变状态,Ulf为“0〞态,Ulr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,如此Ulf为“1〞态,Ulr为“0〞态,正桥被封锁,反桥触发工作。
由于“逻辑控制〞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,另一组被封锁,因此系统工作过程中既无直流环流也无脉动环流。
四、实验容
(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)系统动态特性的观察。
五、预习要求
(1)阅读电力拖动自动控制系统教材中有关逻辑无环流可逆调速系统的
容,熟悉系统原理图和逻辑无环流可逆调速系统的工作原理。
(2)掌握逻辑控制器的工作原理与其在系统中的作用。
六、思考题
(1)逻辑无环流可逆调速系统对逻辑控制有何要求?
(2)思考逻辑无环流可逆调速系统中“推β〞环节的组成原理和作用如何?
七、实验方法
(1)DJK02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“三一样步信号输出〞端和DJK02-1“三一样步信号输入〞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DJK04上的“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S2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一样步电压信号和“双脉冲观察孔〞VT1的输出波形,使α=170°。
⑥适当增加给定Ug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将DJK02-1面板上的Ulf端接地,用20芯的扁平电缆,将DJK02-1的“正、反桥触发脉冲输出〞端和DJK02“正、反桥触发脉冲输入〞端相连,分别将DJK02正桥和反桥触发脉冲的六个开关拨至“通〞,观察正桥VT1~VT6和反桥VT1'~VT6'的晶闸管的门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
(2)逻辑无环流调速系统调试原如此
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响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。
(3)控制单元调试
①移相控制电压Uct调节围确实定
直接将DJK04给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,“正桥三相全控整流〞输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零。
按下启动按钮,给定电压Ug由零调大,Ud将随给定电压的增大而增大,当Ug超过某一数值Ug'时,Ud的波形会出现缺相的现象,这时Ud反而随Ug的增大而减少。
一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax=0.9Ug',即Ug的允许调节围为0~Uctmax。
如果我们把输出限幅定为Uctmax的话,如此“三相全控整流〞输出围就被限定,不会工作到极限值状态,保证六个晶闸管可靠工作。
记录Ug'于下表中:
Ug'
Uctmax=0.9Ug'
给定退到零,再按“停止〞按钮,完毕步骤。
②调节器的调零
将DJK04中“速度调节器〞所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻120K接到“速度调节器〞的“4〞、“5〞两端,用导线将“5〞、“6〞短接,使“电流调节器〞成为P(比例)调节器。
调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量电流调节器“7〞端的输出,使调节器的输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中“电流调节器〞所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻13K接到“速度调节器〞的“8〞、“9〞两端,用导线将“9〞、“10〞短接,使“电流调节器〞成为P〔比例〕调节器。
调节面板上的调零电位器RP3,用万用表的毫伏档测量电流调节器的“11〞端,使调节器的输出电压尽可能接近于零。
③调节器正、负限幅值的调整
把“速度调节器〞的“5〞、“6〞“5〞、“6〞两端,使调节器成为PI(比例积分)调节器,然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3〞端,当加一定的正给定时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为-6V,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,使之输出电压为+6V。
把“电流调节器〞的“8〞、“9〞“8〞、“9〞两端,使调节器成为PI〔比例积分〕调节器,然后将DJK04的给定输出端接到电流调节器的“4〞端,当加正给定时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为最小值即可,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,使电流调节器的输出正限幅为Uctmax。
④“转矩极性鉴别〞的调试
“转矩极性鉴别〞的输出有如下要求:
电机正转,输出UM为“1〞态。
电机反转,输出UM为“0〞态。
将给定输出端接至“转矩极性鉴别〞的输入端,同时在输入端接上万用表以监视输入电压的大小,示波器探头接至“转矩极性鉴别〞的输出端,观察其输出高、低电平的变化。
“转矩极性鉴别〞的输入输出特性应满足图1-25a所示要求,其中Usr1=-0.25V,Usr2=+0.25V
⑤“零电平检测〞的调试
其输出应有如下要求:
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。
其调整方法与“转矩极性鉴别〞的调整方法一样,输入输出特性应满足图1-25b所示要求,其中Usr1=0.2V,Usr2=0.6V。
⑥“反号器〞的调试
A、调零〔在出厂前反号器已调零,如果零漂比拟大的话,用户可自行将挂件打开调零〕,将反号器输入端“1〞接地,用万用表的毫伏档测量“2〞端,观察输出是否为零,如果不为零,如此调节线路板上的电位器使之为最小值。
B、测定输入输出的比例,将反号器输入端“1〞接“给定〞,调节“给定〞输出为5V电压,用万用表测量“2〞端,输出是否等于-5V电压,如果两者不等,如此通过调节RP1使输出等于负的输入。
再调节“给定〞电压使输出为-5V电压,观测反号器输出是否为5V。
⑦“逻辑控制〞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
1
1
0
0
0
1
UI
1
0
0
1
0
0
输出
UZ〔Ulf〕
0
0
0
1
1
1
UF〔Ulr〕
1
1
1
0
0
0
调试方法:
A、首先将“零电平检测〞、“转矩极性鉴别〞调节到位,符合其特性曲线。
给定接“转矩极性鉴别〞的输入端,输出端接“逻辑控制〞的Um。
“零电平检测〞的输出端接“逻辑控制〞的UI,输入端接地。
B、将给定的RP1、RP2电位器顺时针转到底,将S2打到运行侧。
C、将S1打到正给定侧,用万用表测量“逻辑控制〞的“3〞、“6〞和“4〞、“7〞端,“3〞、“6〞端输出应为高电平,“4〞、“7〞端输出应为低电平,此时将DJK04中给定局部S1开关从正给定打到负给定侧,如此“3〞、“6〞端输出从高电平跳变为低电平,“4〞、“7〞端输出也从低电平跳变为高电平。
在跳变的过程中的“5〞,此时用示波器观测应出现脉冲信号。
D、将“零电平检测〞的输入端接高电平,此时将DJK04中给定局部S1开关来回扳动,“逻辑控制〞的输出应无变化。
⑧转速反响系数α和电流反响系数β的整定
直接将给定电压Ug接入DJK02-1上的移相控制电压Uct的输入端,整流桥接电阻负载,测量负载电流和电流反响电压,调节“电流反响与过流保护〞上的电流反响电位器RP1,使得负载电流Id=l.3A时,“电流反响与过流保护〞的“2〞端电流反响电压Ufi=6V,这时的电流反响系数β=Ufi/IdV/A。
直接将“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〞电路接直流电动机作负载,测量直流电动机的转速和转速反响电压值,调节“速度变换〞上的转速反响电位器RP1,使得n=150Orpm时,转速反响电压Ufn=-6V,这时的转速反响系数α=Ufn/n=0.004V/(rpm)。
(3)系统调试
根据图5-10接线,组成逻辑无环流可逆直流调速实验系统,首先将控制电路接成开环〔即DJK02-1的移相控制电压Uct由DJK04的“给定〞直接提供〕,要注意的是Ulf,Ulr不可同时接地,由于正桥和反桥是首尾相连,当加上给定电压时会使正桥和反桥的整流电路同时开始工作,后果是两个整流电路直接发生短路,电流迅速增大,要么DJK04上的过流保护报警跳闸,要么烧毁保护晶闸管的保险丝,甚至还有可能会烧坏晶闸管。
所以较好的方法是正桥和反桥分别进展测试。
先将DJK02-1的Ulf接地,Ulr悬空,慢慢增加DJK04的“给定〞值,使电机开始提速,观测“三相全控整流〞的输出电压是否能达到250V左右〔这段时间一定要短,以防止电机转速过高〕。
然后DJK02-1的Ulr接地,Ulf悬空,同样慢慢增加DJK04的给定电压值,使电机开始提速,观测整流桥的输出电压是否能达到250V左右。
开环测试好后,开始测试双闭环〔与前面的原因一样,Ulf,Ulr不可同时接地〕。
DJK02-1的移相控制电压Uct由DJK04“电流调节器〞的“10〞端提供,先将DJK02-1的Ulf接地,Ulr悬空,慢慢增加DJK04的给定电压值,观测电机是否受控制〔速度随给定的电压变化而变化〕。
正桥测试好,再测试反桥,DJK02-1的Ulr接地,Ulf悬空,同样观测电机是否受控制〔要注意的是转速反响的极性必须反一下,否如此电机会失控〕。
如果开环和闭环中正反两桥都没有问题的话,那就可以开始逻辑无环流的实验。
(4)机械特性n=f(Id)的测定
当系统正常运行后,改变给定电压,测出并记录当n分别为1200rpm、800rpm时的正、反转机械特性n=f(Id),方法与双闭环实验一样。
实验时,将发电机的负载R逐渐增加〔减小电阻R的阻值〕,使电动机负载从轻载增加到直流并励电动机的额定负载IdA。
记录实验数据:
正转:
n〔rpm〕
1200
Id〔A〕
n〔rpm〕
800
Id〔A〕
反转:
n〔rpm〕
1200
Id〔A〕
n〔rpm〕
800
Id〔A〕
(5)闭环控制特性n=f(Ug)的测定
从正转开始逐步增加正给定电压,记录实验数据
n〔rpm〕
Ug〔V〕
从反转开始逐步增加负给定电压,记录实验数据
n〔rpm〕
Ug〔V〕
(6)系统动态波形的观察
用双踪慢扫描示波器观察电动机电枢电流Id和转速n的动态波形,两个探头分别接至“电流反响与过流保护〞的“2〞端和“速度变换〞的“3〞端。
①给定值阶跃变化(正向启动→正向停车→反向启动→反向切换到正向→正向切换到反向→反向停车)时的Id、n的动态波形。
②改变电流调节器和速度调节器的参数,观察动态波形的变化。
八、实验报告
(1)根据实验结果,画出正、反转闭环控制特性曲线n=f(Ug)。
(2)根据实验结果,画出两种转速时的正、反转闭环机械特性n=f(Id),并计算静差率。
(3)分析速度调节器、电流调节器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,系统能量转换情况。
九、须知事项
(1)参见本教材实验二十五的须知事项。
(2)在记录动态波形时,可先用双踪慢扫描示波器观察波形,以便找出系统动态特性较为理想的调节器参数,再用数字储存式示波器记录动态波形。
(3)实验时,应保证“逻辑控制〞工作逻辑正确后才能使系统正反向切换运行。
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- 实验 逻辑 环流 可逆 调速 系统