运动控制实验指导书(B1004141-15)精品

绪论

一、DKSZ-1主控制屏DK01介绍

一、电源部分

电源部分的面板如图0-1所示。在面板上布置了主电源、低压直流电源的输出端及控制开关、励磁电源输出端、交流电压表、转速表、直流电压表、直流电流表等。

1．主电路电源 主电路电源由面板上部的按钮开关控制，按“闭合”按钮，则主电路电源接通，“主电路电源输出”端A2、B2、C2带电。三相交流电源电压由左上部的交流电压表指示，并由“交流电源电压指示”开关控制而分别观测UAB、UBC、UCA三个线电压。 三相电源均配置有带氖泡指示（熔断时亮）的3A 熔断丝。主电路电源输出端配置有三相电流互感器，为电流反馈、零电流检测，过流保护等提供电流信号，其输出端TA1、TA2、TA3已通过内部连结接至DK02挂箱中电流变换器的相应输入端。 主电路电源的输出电压由“调速电源选择开关”控制；

当开关置“交流调速”档时，A2、B2、C2输出线电压250V； 当开关置“直流调速”档时，A2、B2、C2输出线电压200V。

2．励磁电源 开关拨向“开”励磁电源输出为230V的直流电压，并有发光二极管指示电源是否正常，还接有0.5A熔丝保护。励磁电源为直流电机提供励磁电流。由于励磁电源熔丝容量有限，一般不要作为其它直流电源使用。

3．低压直流控制电源 低压直流控制电源由面板左上角的“低压控制电源”开关控制，“低压电源输出”端有±15V，+5V，二组+24V低压直流控制电源。其中±15V电源作为控制系统的电源，其中一组与±15V共地的+24V为脉冲功放级电源，同时连线至DK0l上的五芯插座，另一组地线单独的24V连线至DK0l左板上的输出插口；+5V电源为交、直流调速系统进行微机控制实验提供了条件。

4．脉冲选择及工作状态指示 在面板中间有“触发电路脉冲指示”及“Ⅱ桥工作状态指示”。

当“触发电路脉冲指示”指示为“宽”时，晶闸管上的触发脉冲为后沿固定、前沿可变的宽脉冲链；

0

当“触发电路脉冲指示”指示为“窄”时，晶闸管上的触发脉冲为互差60的双窄脉冲； 当“Ⅱ桥工作状态指示”指示为“变频”时，Ⅱ组晶闸管上的触发脉冲来自DK06挂箱 上环形分配器产生的逆变器触发脉冲；

当“Ⅱ桥工作状态指示”指示为“其它”时，Ⅱ组晶闸管上的触发脉冲为来自GT板的 双窄脉冲。

“触发电路脉冲指示”和“Ⅱ桥工作状态指示”由控制柜内GT和AP2板上的钮子开关来分别控制。

5．面板仪表 电源面板下部设置有±2000r/min的转速表、±300V直流电压表，±2A的电流表，均为中零式，能为可逆调速系统提供转速，电压、电流指示。转速表的输入信号为测速发电机的输出信号，如实际转速与指示转速不相符，可打开控制屏后盖，调节表后部上的电位器，使两值相符。面板上部有交流电压表和交流电流表，可供交流调速系统

实验时使用。

图0-1 主控制屏电源部分面板图（DK01）

二、主电路及触发电路部分

该部分面板装有12只晶闸管、6只整流二极管，触发电路，脉冲功放电路及同步变压器，电抗器等，其面板如图0-2所示。

1．功率半导体元件 面板上有两组晶闸管变流桥。其中VTl～VT6为正组桥（I组桥），由KP5-8晶闸管元件构成，一般不可逆系统、可逆系统的正桥、交-直-交变频器的整流部

分均使用正组元件，由VT1′～VT6′组成反组桥（Ⅱ组桥），元件为KP5-12晶闸管，可逆系统的反桥，交-直-交变频器的逆变部分使用反组元件；同时还配置了VDl～VD6六只整流二极管，可用作串联二极管式逆变器中的二极管，也可构成不可控整流桥作为直流电源，元件的型号为KZ5-10。所有这些功率半导体元件均配置有阻容吸收、熔丝保护，电源侧、直流环节、电机侧均配置有压敏电阻或阻容吸收等过电压保护措施。

2．同步变压器 面板上部为同步变压器，其连线已在内部接好，连接组为△／Y一1。可在“同步电源观察孔”观察同步电源的相位。

3．电抗器 主回路中使用的平波电抗器L放置在面板的中间，共有4档电感值，分别为50mH、100mH、200mH、700mH，可根据实验需要选择电感值。

4．触发电路 面板上有（Ⅰ组）GTF正组触发（脉冲）装置和（Ⅱ组）GTR反组触发（脉冲）装置，分别通过开关连至VF正组晶闸管，和VR反组晶闸管的门极、阴级。开关拨向“接通”时，晶闸管上接有触发脉冲，开关拨向“断开”时，晶闸管上没有触发脉冲。正、反组的脉冲功放电路分别由 Ublf 和Ublr 控制。将Ublf 和Ublr 接地，则相应的脉冲功放级开放，晶闸管上有脉冲，Ublf 和Ublr 悬空则相应的晶闸管桥无脉冲。开关上方有“单脉冲观察孔”和“双脉冲孔”，当“触发电路脉冲指示”为“窄”时，在此两组观察孔观

0

察到的分别是单脉冲和互差60的双脉冲；如“触发电路脉冲指示”为“宽”时，则观察到的是后沿固定、前沿可变的宽脉冲链。这两组观察孔一般只观察正组变流桥的触发脉冲。

面板右上角有“锯齿波斜率调节与观察孔”，“移相控制电压”和“偏移电压”。从锯齿波观察孔中能观察到集成触发电路a、b、c三组的锯齿波，调节相应的电位器可使锯齿波斜率发生变化，要求a、b、c三相的锯齿波斜率相同。偏移电压调节电位器可调节偏移电压Ub的数值。移相控制电压输入端应接实验时所需的移相电压Uct。

5．串联电感及电阻 在面板的左下角安放着三组供串联电感式变频调速系统实验使用的电感及电阻。

图0-2 主控制屏主电路及触发电路部分面板图

二、THMF-1型三相异步电机变频调速装置介绍

THMF-1型三相异步电机变频调速实验装置，从应用的角度出发全面展示了通用变频器的控制原理和应用方法，理论联系实际，除了在计算机上实现了原理性仿真演示外还实时逐点测试变频器内各种工作原理波形，是学习交流调速原理的理想设备。它适用于工业自动化、机电一体化、电气技术、数控技术应用等专业。

交一直一交电压型变频器的关键技术是PWM调制方法。目前工业应用主要有正弦波脉宽调制（SPWM）、三次谐波注入式脉宽调制（THI-PWM或马鞍波PWM）、空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）。

THMF-1型变频调速系统能直观、灵活地演示上述三种调制方法，并能设置16种V/f 曲线，观察电机内旋转磁场模拟轨迹。

一、装置面板操作与测试孔功能说明

实验装置面板上清晰地画出了系统的方框图。各框图分别说明如下：

1．总开关：合上开关之后，可以进行转向、升速和降速等各种操作及波形测试。 2．驱动开关：用于接通或断开电机供电，电机转动之后切勿开断。

3．电压函数选择开关K1、K2、K3、K4：选择开关的不同状态组合，可以选择24=16根V／f 曲线。开关置于向上位置时定义为1；置于向下位置时为0。

4．转向、增速、减速键：用于控制逆变器输出频率的增加、减少及电机的转向。每按增速或减速键一次，频率改变0.5Hz。转向键每按一次则电机旋转方向改变一次。

5．转向指示：指示电机的转向。红灯表示为正转、绿灯表示为反转。

6．跳线：在主面板的中部偏上处有两组跳线，当两组跳线均开路时为SPWM调制控制方式；用短路帽短接上面一组跳线时为三次谐波注入（马鞍波）PWM调制控制方式；用短路帽短接下面一组跳线时为空间电压矢量调制控制方式。

7．计算机通信接口：用于本设备与计算机联机。可在计算机上实现仿真或由计算机的键盘来控制该设备。通信必须使用本公司所提供的专用软件及联接电缆。

8．磁通轨迹观察：X、Y、0V用于连接到示波器的X、Y通道，观测磁通轨迹。 9．三相逆变器：功率器件的控制信号测试孔VG1～VG6。 10．信号波形测试孔1—17：

（1）测试孔1、9：输出为直流电压，其数值正比于变频器输出电压基波分量的幅值。 （2）测试孔2、3、4：在SPWM工作方式、马鞍波PWＭ工作方式下观察三相参考波的波形。

（3）测试孔5、14：三角波载波信号观测孔。 （4）测试孔6、7、8：三相脉宽调制波形观测孔。

（5）测试孔10、11、12：空间电压矢量ＰＷＭ控制方式下三相逆变器各相的开关状态指示。三相开关状态组合构成空间电压矢量。

（6）测试孔13：在空间电压矢量PWM方式下PWM波形。 （7）测试孔15、16、17：三相空间电压矢量PWM调制信号。

实验中采用主控制屏DK01的触发装置为集成触发电路，在由KC04，KC41，KC42集成触发电路芯片基础上，增加了由CD4066，CD4069等芯片构成的模拟开关，以控制输出触发脉冲的形式。KC04是移相集成触发器，KC41是六路双脉冲形成器，KC41与三块KC04

可组成三相全控桥双脉冲触发电路。KC42为脉冲列调制形成器，以减小触发电源功率及脉冲变压器体积，提高脉冲前沿陡度。三相集成触发电路如图1-12所示。

图1-12 三相变流桥集成触发电路

二、实验目的

1．了解双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．熟悉DKSZ-1型电机控制系统实验装置主控制屏DK01的结构及调试方法。 3．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。 三、实验线路

实验线图如图1-13所示。

G:给定器 DZS：零速封锁器 ASR：速度调节器 ACR：电流调节器 GT：触发装置 FBS：速度变换器 FA：过流保护器 FBC：电流变换器 AP1：Ⅰ组脉冲放大器

图1-13 双闭环不可逆直流调速系统原理图

四、实验设备与仪器 1．主控制屏DK01

2．直流电动机-直流发电机-测速发电机组 3．DK02、DK03挂箱 4．滑线电阻器 5．DK15电容挂箱 6．双踪示波器 7．万用表

五、实验内容和方法

1．主控制屏调试及开关设备

（1）打开电源开关，观察各指示灯与电压表指示是否正常。

（2）将主控制屏电源板上的调速电源选择开关拨至直流调速档触发电路脉冲指示应显示窄；Ⅱ桥工作状态指示“其它”。

（3）触发电路的调试，用示波器观察触发电路单脉冲，双脉冲是否正常，观察三相的锯齿波并调整a、b、c三相的锯齿斜率调节电位器，使三相锯齿波斜率尽可能一致，相互

0

间隔60（已调好，只需观察）。

（4）将给定器输出Ug直接接至触发电路控制电压Uct处，调节偏移电压Ub，使Uct=0时，

0

α=90。。

（5）将面板上的Ublf 接地，将Ⅰ组触发脉冲的六个开关拨至接通，观察正桥VTl～VT6晶闸管的触发脉冲是否正常。将Ublf 悬空，Ublr 接地可观察反桥VT1′～VT6′晶闸管的触发脉冲。

2．双闭环调速系统调试原则

（1）先部件、后系统。即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。

（2）先开环、后闭环，即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。

（3）先内环，后外环。即先调试电流内环，然后调转速外环。 3．开环外特性的测定

（1）控制电压Uct由给定器直接接入，直流发电机接负载电阻RG。

（2）逐渐增加给定电压Ug，使电机起动，升速，调节Ug和RG，使电动机电流，Id=Ied, 转速n=ned。

（3）改变负载电阻RG即可测出系统的开环外特性刀n=f（Id）。

n Id

4．单元部件调试

（1）调节器（ASR、ACR）的调试。合上低压直流电源开关，观察各指示灯指示是否正常。

a、调零 将调节器输入端接地，串联反馈网络中的电容短接，使调节器为P调节器。将零速封锁器（DZS）上的钮子开关拨向“解除”位置，把DZS的“3”端接至ACR的“8”端（或ASR的“4”端），使调节器解除封锁而正常工作。调节面板上的调零电位器RP4，用万用表的mV档测量，使调节器的输出电压为零。

b、正、负限幅值的调整 将调节器的输入端接地线和反馈电路短接线去掉，使调节器成为比例积分（PI）调节器，然后将给定器输出“1”端接到调节器的输入端，当加正给定时，调整负限幅电位器RP2，使输出电压符合实验要求；当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，使正限幅符合实验要求。在本实验中，电流调节器的负限幅为0，

0

正限幅可调整其输出控制脉冲稍大于0。速度调节器的输出正限幅值为0，负限幅为5V。 （2）电流反馈系数的整定 直接将给定电压Ug接入移相控制电压Uct的输入端，整流输出接电动机，测量负载电流值和电流反馈电压，调节电流变换器（FBC）上的电流反馈电位器RP1，使负载电流Id=0.8A时的电流反馈电压Ufi=5V,这时的电流反馈系数β=Ufi/Id=5/0.8=6.25V/A。

（3）转速反馈系数的整定 直接将给定电压Ug接入移相控制电压Uct的输入端，整流电路接直流电动机负载，测量直流电动机的转速值和转速反馈电压值，调节速度变换器（FBS）上转速反馈电位器RP1，使得n=1000r/min时的转速反馈电压Ufn=5V，这时的转速反馈系数α=Ufn/n=0.005V/（r/min）。

（4）速度反馈极性判别，使系统开环，加Ug使电机旋转，测出转速反馈电压极性，使反馈信号接入ASR与给定信号极性相反。

5．系统特性测试

将ASR、ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。 （1）机械特性n=f(Id)的测定

a、调节转速给定电压Ug及发电机负载RG，使Id=Ied，n=ned改变负载测出系统的静特性曲线n=f（Id）。

n Id

b、降低Ug，使Id=Ied，分别测试n=1000r/min，n=500r/min的静特性曲线。 （2）闭环控制特性n=f(Ug)的测定

调节Ug及RG，使Id=Ied，n=ned，逐渐降低Ug，记录Ug和n，测出闭环控制特性n=f(Ug)。

Ug

n

6．系统动态波形的观察

用双踪示波器观察动态波形。并记录下列动态波形：

（1）突加给定Ug起动时电动机电枢电流id（电流变换器“2”端）波形和转速n（速度变换器“2”端）波形。

nid

tt

（2）突加额定负载时电动机电枢电流和转速波形。 （3）突降额定负载时电动机电枢电流和转速波形。

改变调节器参数重复上述过程。

六、实验报告

1．根据实验数据，画出闭环控制特性曲线n=f(Ug)。

2．根据实验数据，画出两种转速时的闭环静特性n=f(Id)。

3．根据实验数据，画出系统开环机械特性n=f(Id)，计算静差率，并与闭环静特性进行比较。

4．分析示波器记录下来的动态波形。 5．简述系统的调试过程。 七、注意事项

1．双踪示波器的两个探头的地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。

2．系统开环运行时，不能突加给定电压而起动电机，应逐渐增加给定电压，避免电流冲击。

八、思考题

1．如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中，调节什么元件能改变转速反馈的强度？

2．转速负反馈线的极性如果接反会产生什么现象？

3．P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同？

4．改变调节器ACR和ASR上可变电阻、电容的参数，对系统有什么影响？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fvnf.html