直流电机调速系统课程设计指导书一、实验目的1、通过对KZ－D系统开环机械特性和闭环机械特性的实测及研究，加深对负反馈控制的基本原理的理解。

2、掌握操作实际系统的方法和必要参数的测定方法。

3、研究系统各参数间的基本关系及各参数变化对系统的影响。

4、加深对比例积分调节器动态传输特性的认识，了解其在无静差自动控制系统中的作用。

5、通过实践掌握工程实践中常见的双闭环无静差调速系统参数设计计算和ST调试方法。

5 DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表6 DJ13 直流复励发电机7 DJ15 直流并励电动机8 D42 滑线变阻器串联形式：0.41A，1.8kΩ并联形式：0.82A，900Ω9 数字存储示波器自备10 万用表自备三、实验线路及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U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g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5-1所示。

图1-1 实验系统原理图四、实验内容(1) 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R,电感值L,s K , 测定直流电动机电势常数C e 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M (2) 转速调节器的调试,电流调节器的调试(3) 设计调速系统。

调速指标为D =10，S <10%；测定系统开环机械特性和∆n nom ，判断能否满足调速指标；如果不能满足，可采用转速负反馈；计算及整定比例调节器参数、反馈系数；测定闭环系统的机械特性。

(4) 设计及调试双闭环无静差KZ －D 调速系统要求额定转速时S ≤2%，电流超调量σi %<5%，转速起动到额定转速时，超调量σn ed n %<10%，负载扰动恢复时间小于05.s ，电动机过载倍数λ=12.，电流反馈系数A V 615.4=β。

(5) 要求完成电流、转速两个调节器的参数设计，并调试系统。

五、预习要求学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定,设计方法。

六、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 以及系统机电时间常数T M，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R a、平波电抗器的直流电阻R L及整流装置的内阻R n，即R = R a十R L十R n(1-1) 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1-2所示。

将变阻器接成R1=540Ω可调,R2=540Ω可调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。

合上S1、S2，调节给定使输出直流电压U d在30%U ed～70%U ed范围内，然后调整R2使电枢电流在80%I ed～90%I ed范围内，读取电流表A和电压表V2的数值为I1、U1，则此时整流装置的理想空载电压为U do=I1R+U1（1-2）调节R1使之与R2的电阻值相近，拉开开关S2，在U d的条件下读取电流表、电压表的图1-2伏安比较法实验线路图数值I2、U2，则U do＝I2R十U2(1-3) 求解(5-2)、(5-3)两式，可得电枢回路总电阻:R＝（U1-U2）/（I2-I1）(1-4) 如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得R L十R n=(U1＇-U2＇)/(I2＇-I1＇) (1-5) 则电机的电枢电阻为R a=R-(R L十R n)。

(1-6)同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻R L 。

(2)测s K ,e C主回路部分接线如图1－4在电动机电枢回路中串联电阻1R =90Ω2R =540Ω,逐渐增加U ct ，使电动机旋转启动后调1R =0Ω。

再调2R ，使I d 为某一适中的值（例如0.4~0.8A ）。

记录U d ，I d ，U ct 转速n ，用减小U ct 使U d 减小，用2R 保持I d 恒定，共记录5组数据。

1--4 开环系统原理图（注意：I d 一定要保持恒定不变，且连续。

） 测量条件：不变，且连续：由公式C U n e d=∆∆、K U U S d ct=∆∆计算，取4次平均值，计算出晶闸管装置的放大倍数K S ，和电动机电势系数C e 。

U(3)开环外特性的测定①DJK02控制电压U ct由DJK04上的给定输出U g直接接入，“三相全控整流”电路接电动机，L d用DJK02上的200mH，直流发电机接负载电阻R=540Ω，负载电阻放在最大值，输出给定调到零。

②按下启动按钮，先接通励磁电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压U g，使电机启动升速，转速到达1200rpm，保持U g不变调节R使电动机电流I d=I ed。

③增大负载电阻R阻值（即减小负载），可测出该系统的开环外特性n =f（I d），记录于下表中：U g=根据所作记录，作出系统开环机械特性曲线，并与理论曲线相比较：理论曲线：nU K I RCct S de=-∑()；∆nI RCnomdnome=∑(A)n(rpm)I d(4)根据所测数据设计单闭环比例直流调速系统 比例调节器AS 参数选择K=)()(n n nom nom CLop∆∆—1其中：)(nnom CL∆ =)1(S D S n nom -=9.0101.01500⨯⨯=16.7rpmK=cK k espaK P =αK c K SeRf=K P R(取R 0KΩ=10)1-5速度单闭环系统原理图(5)基本单元部件调试~ U①移相控制电压U ct调节范围的确定直接将DJK04“给定”电压U g接入DJK02移相控制电压U ct的输入端，“三相全控整流”输出接电阻负载R(用滑线变阻器接成串联形式)，用示波器观察U d的波形。

当给定电压U g由零调大时，U d将随给定电压的增大而增大，当U g超过某一数值U g＇时，U d的波形会出现缺相现象，这时U d反而随U g的增大而减少。

一般可确定移相控制电压的最大允许值为U ctmax=0.9U g＇，即U g的允许调节范围为0～U ctmax。

如果我们把输出限幅定为U ctmax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，保证六个晶闸管可靠工作。

记录U g＇于下表中：将给定退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

②调节器的调整A、调节器的调零将DJK04中“速度电流调节器”的所有输入端接地，将串联反馈网络中的电容短接（即将“速度电流调节器”的“8”，“9”两端用导线直接短接），使“速度电流调节器”成为P (比例)调节器。

调节面板上的调零电位器RP4，用万用表的毫伏档测量“速度电流调节器”的“10”端，使调节器的输出电压尽可能接近于零。

B、正负限幅值的调整将“速度电流调节器”的输入端接地线和反馈电路电容短接线去掉，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“速度电流调节器”的“4”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U ctmax。

C、转速反馈系数的整定直接将“给定”电压U g接入移相控制电压U ct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馈电压值，调节“速度变换”上的转速反馈电位器RP1，使得n =150Orpm时，转速反馈电压U fn=6V，这时的转速反馈系数α =U fn/n =0.004V/(rpm)。

(6)转速单闭环直流调速系统①按图1-5接线，在本实验中，DJK04的“给定”电压U g为负给定，转速反馈为正电压，将“速度电流调节器”接成P（比例）调节器或PI（比例积分）调节器。

直流发电机接负载电阻R=540 ，L d用DJK02上200mH，给定输出调到零。

②直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大“给定”电压U g，使电动机的转速接近n=l200rpm。

③由小到大调节直流发电机负载R，测出电动机的电枢电流I d，和电机的转速n，直至I d=I ed，即可测出系统静态特性曲线n =f(I d)。

(7) 用交流伏安法测取电动机电枢的电感L D ，并计算电枢回路电磁时间系数T l 。

1)、接线如下图1－3，由自耦调压器向电动机电枢供50Hz 交流电压。

将励磁绕组接在220V/50Hz 的电源上。

AM220V 50Hz220V 50Hz U d图 1－32)、由0开始，缓慢调节电枢端电压U d ，并作如下表格中的数据记录。

3)、由L U i R D d da =-122ω()∆∆计算出电枢电感L D ，其中ωπ=⨯2501S 。

4)、由T L R l =∑∑计算出电枢电阻的电磁时间系数T l 。

(8)系统机电时间常数TM 的测定接线如图1－4在电动机电枢回路中串联电阻1R =90Ω，当电枢突加给定电压时，转速n 将按指数规律上升，当n 到达稳态值的63.2%时,所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数'm T 。

用数字存储示波器记录过渡过程曲线n=f(t)，即可由此确定机电时间常数 。

(9)DJK02上“触发电路”的调试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打开DJK02电源开关，拨动 “触发脉冲指示”处的钮子开关，使 “窄”发光管亮。

③将DJK02面板上的U lf 端接地，将“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。

(10) Uct 不变时的直流电机开环外特性的测定fm m R R R T T +='①按接线图分别将主回路和控制回路接好线。

DJK02上的移相控制电压U ct 由DJK04上的“给定”输出U g 直接接入，直流发电机接负载电阻R=540Ω，L d 用DJK02上200mH ，将给定的输出调到零。

②先闭合励磁电源开关，按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，使主电路输出三相交流电源，然后从零开始逐渐增加“给定”电压U g ，使电动机慢慢启动并使转速 n 达到1200rpm 。

③改变负载电阻R 的阻值，使电机的电枢电流从I ed 直至空载。

即可测出在U ct 不变时的直流电动机开环外特性n = f(I d )，测量并记录数据于下表：(11) 根据所测数据设计双闭环比例直流调速系统 典型I 型系统设计调节器参数TLi=τTK RK iSii ∑∑=βτ2T T Ti S i0+=∑ RK R Oii=RCii iτ=其中，取Ω=K R 100. F Cμ101=按最佳抗干扰性能设计速度调节器AS 的参数. 速度环设计为典型II 性系统,并取中频宽h=5;21.);2(522T R T C K T T T nme n non i n nh h a h ∑∑∑∑+=+==βττK R nn =R ; =CnRnn τ取F K C R on μ1,100=Ω=图1-6 双闭环直流调速系统原理框图(12)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。