交直流调速系统实验指导书

实验一 晶闸管直流调速系统主要单元的调试

一、实验目的

1. 熟悉直流调整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。 二、实验设备

1. DL01 电源控制屏 2. DL02晶闸管主电路 3. DL05三相晶闸管触发电路 4. DL21 直流电机调速电路 5. 示波器 6. 万用表 三、实验内容

1. 调节器I(速度调节器)的调试。 2. 调节器II(电流调节器)的调试。 3. 反相器的调试。 4. 控制单元及系统调试。 四、实验方法 4.1电压给定 4.1.1实验原理

“电压给定”由两个电位器RP6、RP7及两个开关S1、S2组成。S1为正、负极性切换开关，输出的正、负电压的大小分别由RP6、RP7来调节，其输出电压范围为-15V～+l5V，S2为输出控制开关，置于“运行”位置，允许电压输出，置于“停止”位置，则输出恒为零。

4.1.2实验方法与步骤

1. 将S2置于“运行”位置，S1置于“正给定”位置，调节RP6可得到可调的正电压。拨动S2至“停止”位置，可获得从正电压至0V的阶跃信号；再拨动S2至“运行”位置，则可获得从0V至正电压的阶跃信号。

2. 将S2置于“运行”位置，S1置于“负给定”位置，调节RP7可得到可调的负电

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压。拨动S2至“停止”位置，可获得从负电压至0V的阶跃信号；再拨动S2至“运行”位置，则可获得从0V至负电压的阶跃信号。

3. 将S2置于“运行”位置，拨动S1，分别调节RP6和RP7使输出一定的正、负电压，当S1从“正给定”位置转换至“负给定”位置时，可得到从正电压到负电压的阶跃信号。当S1从“负给定”位置转换到“正给定”位置时，得到从负电压到正电压的阶跃信号。 4.2调节器 4.2.1实验原理

“调节器”的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法、减法、比例、积分和微分等运算，使其输出按某一规律变化。“调节器”由运算放大器、输入与反馈环节及二极管限幅环节组成。

“A1、A2、A3”端为信号输入端，二极管VD1和VD2起运放输入限幅，保护运放的作用。二极管VD3、VD4和电位器RP2、RP3组成正负幅值可调的限幅电路。由R1、C1组成微分反馈校正环节，有助于抑制振荡，减少超调。RP1、C2与运算放大器组成PI调节器。改变R7的阻值改变了系统的放大倍数，改变C5的电容值改变了系统的响应时间。电位器RP1、RP2、RP3均安装面板上。 4.2.2实验方法与步骤

1. 调整输出限幅值

将“电压给定”的输出端连接到“调节器”的“A3”端。当加+5V的给定电压时，调整限幅电位器RP3，观察“调节器”负电压输出的变化规律(-0.8V～-16V)；当加-5V的给定电压时，调整正限幅电位器RP2，观察“调节器”正电压输出的变化规律(14.6V～0.8V)。

2. 测定输入输出特性

用外接导线将反馈网络中的电容C2短路，使“调节器”为P（比例）调节器，同时将正负限幅电位器RP2和RP3均顺时针旋到底，在“调节器”的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压变化，直至输出限幅值，并画出对应的曲线。

3. 观察PI特性

将反馈网络中电容C2的短路线拆除，给“调节器”输入端突加给定电压，用示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的外接电阻值，观察输出电压的变化。 4.3反相电路 4.3.1实验原理

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“反相电路”由运算放大器及相关电阻组成，用于调速系统中信号需要反相的场合，反相电路的输入信号U1由运算放大器的反相输入端输入，故输出电压U2为：

U1??RP1?R3?U2R1

调节电位器RP1，使RP1+R3=R1，则U1??U2，输入与输出成反相关系。 4.3.2实验线路连接

测定输入输出的比例：将“反相电路”输入端接“电压给定”的输出。调节“电压给定”使其输出为+5V，用万用表测量“反相电路”输出端，通过调节RP5使输出等于-5V；再调节“电压给定”使其输出为-5V，观测“反相电路”输出是否为+5V。 4.4 “触发电路”调试

1. 打开DL01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DL02的“三相同步信号输出”端和DL05“三相同步信号输入”端相连，打开DL05电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。

3. 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。

4. 将DL22上的“给定”Ug输出直接与DL05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DL05中“偏移电压观测及调节”上的电位器，用双踪示波器观察三相同步信号输入a和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=150°(注意此处的α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30°)。

5. 将给定开关S2置于“给定”位置，适当增加给定Ug的正电压输出，观测DL05上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。

6. 将DL05面板上的Ulf端接地，用扁平电缆，将DL05的“正桥触发脉冲输出”端和DL02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DL02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

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实验二 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验

一、实验目的

1. 熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 2. 掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 二、实验设备

1. DL01 电源控制屏 2. DL02 晶闸管主电路 3. DL05三相晶闸管触发电路 4. DL37 电流反馈与过流保护 5. DL16 三相芯式变压器和不可控整流 6. DT04可调电阻（0-90Ω）模块 7. DT05可调电阻（0-900Ω）模块 8. EM01永磁式直流测速发电机 9. EM03直流并励电动机 10. 电机导轨 11. 示波器 12. 万用表 三、实验原理

晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。

在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理图如图1-1所示。 四、实验内容

测量并计算直流调速系统中以下参数。

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

3. 测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2 。 4. 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td。

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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)和测速发电机特性UTG=f(n)。 要求：

学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。

图2-1 实验系统原理图

五、实验方法

为研究晶闸管－电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、总电感L以及系统的电磁时间常数Td与机电时间常数TM，这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：

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及整流装置的内阻Rn，即

R = Ra十RL十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，实验线路如图2-2所示。

将变阻器R1、R2接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。调节给定(DL21)使输出直流电压Ud在30%Ued～70%Ued(Ued为电机的额定电压，可为110V)，然后调整R2使电枢电流在80%Ied～90%Ied(Ied为电机的额定电压，可为0.9A)，读取电流表A和电压表V2的数值为I1、U1于下表中。则此时整流装置的理想空载电压为

Ud= I1R+U1 （2-1）

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