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4 -1 晶闸管直流调速系统主要单元调试一、实验目的1.熟悉直流调速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、实验内容1.调节器的调试2.电平检测器的调试3.反号器的调试4.逻辑控制器的调试三、实验设备及仪器1 . DKSZ 一l 型实验装置主控制屏DK012 ． DK02 、DK03、DK04挂箱3 ．二踪扫描示波器4 ．万用电表四、实验方法实验中所用的各控制单元的原理图见第二章有关内容。
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。
( l ）调零.将调节器输入端接地，把串联反馈网络中的电容短接，使调节器变为P调节器，再调节面板上的调零电位器，使调节器的输出为零。
( 2 ）调整输出正、负限幅值. 将反馈电容短接线去掉，使调节器变为PI 调节器，加入一定的输入电压，调整正、负限幅电位器，使输出正负最大值为所需的数值。
( 3 ）测定输入输出特性.向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
( 4 ）观察PI 特性.突加给定电压UG，用示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。
反馈电容由外接电容箱改变数值。
2 ．电平检测器的调试1）测定转矩极性鉴别器DPT的环宽，要求环宽为0.4-0.6V，记录高电平值，调节RP1使环宽对称纵坐标。
2）测定零电流检测器DPZ的环宽，要求环宽也为0.4-0.6V，调节RP1使回环向纵坐标右侧偏离0.1-0.2V。
3）按测得数据，画出两个电平检测器的回环。
3 ．反号器（AR）的调试( l )调零（2）测定输入输出比例．调节RP2使USC=-U Sr 。
4．逻辑控制器（DLC ）的调试（1）测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表（2）调试时的阶跃信号可从给定器和低压直流电源输出端得到。
可按下图进行连线测试。
晶闸管开环直流调速系统的仿真一、工作原理晶闸管开环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，控制电路课直接由给定电压Ug座位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如图1所示。
图1 晶闸管开环直流调速实验控制原理图二．设计步骤1主电路的建模和参数设置开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机灯部分组成。
由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以讲触发器轨道主电路进行建模。
①三相对称交流电压源的建模与参数设置。
首先从电源模块中选取一个交流电压源模块，即，再用复制的方法得到三相电源的另外两个电压源模块，并用模块标题名修改方法将模块标签分别改为“A相”、“B相”，“C相”，然后从连接器模块中选取，按图1主电路图进行连接。
为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下。
双击A相交流电压源图标，打开电压源参数设置对话框，在A相交流电源参数设置中，幅值取220V，初相位设置成0°，频率为50Hz，其它为默认值，如图2所示，B、C相交流电源设置方法与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外，其它参数与A相相同。
由此可以得到三相对称交流电源。
②晶闸管整流桥的建模和参数设置。
首先从电力电子模块组中选取中的，并将模块标签改成“晶闸管整流桥”，然后双击模块图标，打开整流桥参数设置对话框，参数设置如图3所示。
当采用三相整流桥时，桥臂数为3，A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子选择晶闸管。
参数设置原则如下，如果是针对某个具体的交流装置进行参数设置，对话框中的Rs、Cs、R ON、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值，若果是一般情况，不针对某个具体的变流装置，这些参数可先取默认值进行仿真。
直流调速系统实验指导书江西理工大学应用科学学院机电工程系2007年10月目录实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (1)实验二晶闸管直流调速系统主要单元调试 (6)实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 (9)实验四双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 (13)实验五逻辑无环流可逆直流调速系统 (18)实验六双闭环可逆直流脉宽调速系统 (22)实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。
2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
二．实验内容1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L3．测定直流电动机的飞轮惯量GD24．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d5．测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—33组件3．NMEL—03组件4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）5．直流电动机M036．双踪示波器7．万用表五．注意事项1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。
2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。
六．实验方法1．电枢回路电阻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和整流装置的内阻R n，即R=R a+R L+R n为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图1-1所示。
DSC-32 直流调速（调压）实训控制柜1、DSC-32直流调速（调压）实训控制柜概述DSC-32直流调速（调压）实训控制柜主体采用柜体式结构，主电路采用可控硅20A/800V三相全控桥进行控制，可用交流电流互感器检测负载电流。
控制电路采用插板式结构，便于调试及测试，控制电路单元板包含稳压电源板，触发电路板，电压隔离器板，调节保护板（单闭环），调节保护板（双闭环）。
2、DSC-32直流调速（调压）实训控制柜功能（1）实训控制柜既可供拖动直流电动机调速用，也可作为可调直流电源使用。
（2）实训控制柜可将交流电整流成为可调直流电，能对直流电动机电枢供电，单闭环时可引入电压负反馈，电流截止负反馈，双闭环时可引入转速负反馈及电流负反馈，组成自动稳速的无级调速系统。
（3）实训控制柜具有短路保护，缺相保护，过电流保护，风机过热保护、欠流保护等，装有保护报警电路，当设备出现过流或短路情况时，保护电路发出指令，可自动切除主电路电源，同时故障指示灯发亮，直至操作人员切断控制装置电源，故障指示灯才可熄灭。
（4）实训控制柜设有独立的励磁电源，可以向直流电动机提供励磁电流。
（5）外形尺寸：700×600×1820mm（L*W*H）（6）实训控制柜柜体采用的静电喷涂钢板，厚度为1mm，颜色为铁灰色。
3、DSC-32直流调速（调压）实训控制柜主要组成（1）采用柜式结构，柜体前后门及两段旁门均可打开和拆卸。
（2）柜内最下层安装主变压器，控制单元、继电器单元及晶闸管单元等由下而上分层安装于柜内的结构梁上。
（3）控制电路单元板由稳压电源板，触发电路板，电压隔离器板，调节保护板（单闭环），调节保护板（双闭环）等组成，各单元板需独立成模块，可分别自由插拔并设置故障。
（4）稳压电源板由测试面板、线路板、W型抓手、20针快接头等组成。
①稳压电源单元采用插板式结构，测试面板主要由三个信号指示灯、三个信号输入端和一个接地保护端组成，尺寸为50×176mm。
教具制作《单结晶体管触发直流调速系统》说明摘要：“晶闸管直流调速装置”在工业生产中已得到广泛应用，这次研发本身既具有实际生产上的使用价值，更具有教学实验方面的应用价值。
该直流调速系统为电力电子、直流调速等课程教学必备的设备，该设备设计、制作、调试、安装的整个过程都符合现代职业教学理念，把电气类的相关课程知识融合到一个项目里面，进一步促进了学校的教学改革，为学生的项目学习提供了参考。
关键词：晶闸管直流调速桥式半控整流一、设备名称：单结晶体管触发直流调速系统单结晶体管触发直流调速系统是一种采用晶闸管半控桥模块和分立元件制造的小功率调速装置，主要用于电力电子教学演示和学生线路排故技能的训练。
本装置主电路采用单相桥式半控电路，并带有电压负反馈、电流正反馈、电流截止负反馈等环节，提高了调速精度，限制了启动电流。
本装置又装有单相全波整流器，作为直流电机的励磁电源。
二、主要技术参数1.适用于4KW以下直流电动机的无级调速（调速范围D≤10∶1，静差率S≤10%）；为小容量晶闸管直流调速装置。
2.电源电压：220V单相交流；输出电压：直流180V；输出最大电流：10A；励磁电压：直流180V；励磁电流：1A。
三、功能介绍1.原理图设计。
原理图附在电路板正面，元件和电路图中的符号位置基本一致，电路和实物基本结合。
一些大的元件，如电位器，与电路不一致的，元件旁边有标识。
2.元件引脚处理。
元件引脚加接接线柱，在更换易损元件时方便快捷。
3.设有独立的主电路和故障控制电路。
主电路中，触发电路和电机调速电路也可分开，可以先调试单结晶体管出发电路的触发脉冲。
脉冲正常后再调电机主电路，调速过程主要是调节触发脉冲。
故障控制电路设计中，有故障设置和故障检测的功能。
故障设定后，学生若排除不了，考评的老师可以通过检测电路直接显示故障位置。
4.具有电压负反馈、电流正反馈和电流截止负馈环节。
5.配置小型直流他励电动机；主回路采用单相桥式半控整流线路。
晶闸管整流直流电动机调速系统设计概述：许多机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用最广泛的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
本此设计主要：就是针对直流调速装置，利用晶闸管相控整流技术，结合集成触发器芯片和调节器，组成晶闸管相控整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TCA785集成移相触发控制芯片，实现调速系统。
同时设计出完整的电气原理图，将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。
关键词：双闭环直流调速晶闸管相控1 设计意义及要求1.1 设计意义电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电半导器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制装置。
通过此次课程设计要求学会电力电子装置的设计，能够利用相控整流装置对直流电动机进行调速系统的设计。
1.2 设计要求本次课程设计的题目是晶闸管相控整流直流电动机调速系统设计。
已知直流电动机参数：N P =3KW ，N U =220V ，N I =17.5A ，N n =1500min r 。
要求采用集成触发器及调节器构成转速电流闭环的直流调速系统。
设计绘制该系统的原理图，并计算晶闸管的额定电压和额定电流。
2 系统电路设计根据设计的要求，可将设计分为两大部分，一是主电路及系统原理图，二是控制电路，系统原理图部分我们采用的是三相全控整流装置，在这里我们使用三个TCA785芯片以便满足设计的要求，同时要加入转速电流双闭环系统，更好的实现调速的要求，达到稳定的速度效果。
电路原理总图见附录。
2.1 系统主电路 晶闸管相控整流电路有单相、三相、全控、半控等，调速系统一般采用三相桥式全控整流电路，如图1所示。
实验一晶闸管直流调速系统主要单元调试一．实验目的1．熟悉直流调速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．实验内容1．控制回路调节器的调试2．主回路晶闸管整流单元波形观测三．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏。
2．NMCL—31A组件3．NMCL—18组件4．NMCL—33组件5．双踪示波器6．万用表四．实验方法1．控制回路调节器的调试（1）电流调节器（ACR）的调试按图1-1接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“封锁”。
①调整输出正,负限幅值“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值大于 6V。
②测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
③将反馈网络中的电容接入，使调节器为PI调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
（2）速度调节器（ASR）的调试按图1-1接线。
①调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由NMCL—31A的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于±5V。
②测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
③测定输入输出特性将反馈网络中的电容接入电路，使ASR调节器为PI调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。
2．主回路晶闸管整流单元波形观测按图1—2接线。
可变电阻R G可选择2个900Ω并联。
G（给定）直接加至U ct。
1.直流调速系统的动态指标对于一个调速系统，电动机要不断地处于启动、制动、反转、调速以及突然加减负载的过渡过程，此时，必须研究相关电机运行的动态指标，如稳定性、快速性、动态误差等。
这对于提高产品质量和劳动生产率，保证系统安全运行是很有意义的。
（1）跟随指标：系统对给定信号的动态响应性能，称为“跟随”性能，一般用最大超调量σ，超调时间t和震荡次数N三个指标来衡量，图s2.1是突加给定作用下的动态响应曲线。
最大超调量反映了系统的动态精度，超调量越小，则说明系统的过渡过程进行得平稳。
不同的调速系统对最大超调量的要求也不同。
一般调速系统σ可允许10%~35%；轧钢机中的初轧机要求小于10%，连轧机则要求小于2%~5%，；而在张力控制的卷曲机反映了系统的快速性。
系统（造纸机），则不允许有超调量。
调整时间ts为0.2s~0.5s，造纸机为0.3s。
振荡次数也反映了系统的例如，连轧机ts稳定性。
例如，磨床等普通机床允许震荡3次，龙门刨及轧机则允许振荡1次，而造纸机不允许有振荡。
图2.1突加给定作用下的动态响应曲线（2）抗扰指标：对扰动量作用时的动态响应性能，称为“抗扰”性能。
一般用最大动态速降Δnmax ，恢复时间tf和振荡次数N三个指标来衡量。
用图2.2是突加负载时的动态响应曲线。
最大动态速降反映了系统抗扰动能力和系统的稳定性。
由于最大动态速降及扰动量的大小是有关的，因此必须同时注明扰动量的大小。
恢复时间反映了系统的抗扰动能力和快速性。
振荡次数N同样代表系统的稳定性及抗扰动能力图2.2突加负载时的动态响应曲线2.晶闸管电动机直流调速系统存在的问题图2.3 V-M系统的运行范围晶闸管整流器也有它的缺点。
首先，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。
由半控整流电路构成的V-M 系统只允许单象限运行（图2.3a），全控整流电路可以实现有源逆变，允许电动机工作在反转制动状态，因而能获得二象限运行（图2.3b）。
简易晶闸管调压电路与触发元件对晶闸管的开通控制，一般采用触发方式。
这种控制方式因晶闸管的结构工艺所决定，使其开通只需提供一个“瞬态信号”就可以了，内部电路的强烈正反馈作用，能将开通状态“维护住”，施加“常态控制信号”是不必要的，甚至产生有害作用，如增加无谓的功率消耗缩短使用寿命等。
1、“晶闸管效应”电路与晶闸管触发电路的比较在某些场合，用晶体三体管或运算放大器，组成具有晶闸管效应的电子电路，电路具有信号保持、信号记忆功能。
下图a 电路，晶体三极和QI 、Q2接成具有强烈正反馈作用的晶闸管效应电路。
电路在静态状态时，R2左端为0V 低电平，Q1无偏压处于截止状态，Q2无偏流通路，也处于截止状态；当Q1基极输入高电平信号时，QI 、Q2因正反馈作用饱和导通,此时R2左端高电平信号消失，重新变为0V ,但QI 、Q2的饱和状态得以保持，继电器KA1 在电路输入信号消失后，能一直处于吸合状态。
晶闸管效应”电路与晶闸管触发控制电路是用带有正反馈环路的运算放大器组成的晶闸管效应电路。
电路的静态输入信号为低电平，放大器反相端的电压高于同相端，输出为地电平。
当高电平信号（峰值高于反相端分压值）经D1输入后，放大器输出端变为高电平，R5、D2正反馈回路，将输出高电平电压引入同相端，此时输入信号消失，输入二极管反偏截止，放大器因正反馈作用，维持高电平输出。
上图c 电路，是采用小功率单向晶闸管2P4M 的故障信号记忆电路。
2P4M 的通态维持电流值仅为3mA ，开通后，回路产生流经发光二极管的HL1的5mA 电流，故受高电平触发信号开通后，能维持开通状态。
R4为触发电流限流电阻，触发电压的峰值为12V 高电平。
触发信号到来时，产生+12V-R4f 晶闸管的G 极一晶闸管的阴极一电源地的约2mA 的正向触发电流，晶闸管受触发而开通。
单向晶闸管的开通控制，相对简单。
注意：单向晶闸管的触发信号必须是正向电压（电流）信号，即相对于阴极，控制极为正的信号；若施加反向电压（电流）信号，晶闸管不但不能开通，而且有可能损坏单向晶闸管！图1 上图b 电路， b 、晶闸管效应电路2 晶闸管效应电路1 c 、 a 、 +12V晶闸管触发电路 SCR2P4M上图a 、b 、c 电路，电路形式不一，但工作原理相同，由此可以加深理解晶闸管器件的控制特性。
第一章晶闸管直流调压/调速装置概述第一节晶闸管直流调压/调速装置的结构组成1．电路组成晶闸管直流调压/调速装置，可作为直流电动机可调电源，对其电枢供电；也可作为可调直流电源使用。
其主电路采用三相全控桥式整流电路，使用交流电流互感器检测负载电流。
由整流变压器，给定环节，给定积分放大器，零速封锁电路，集成脉冲触发器，电流截止负反馈，电压负反馈，滤波型调节器，电压隔离电路，过流保护电路，缺相保护电路，继电电路组成自动稳压的无级调速系统，并设有保护报警电路。
独立的励磁电源，向直流电动机提供励磁电流。
2．结构组成晶闸管直流调压/调速装置采用功能模块化设计，立柜式结构。
柜内最下层安装整流变压器；柜内前面上半部分装有电源板、调节板、触发板和隔离板；下半部分装有继电线路和保护线路配电盘；柜内后面装有晶闸管门极电路、保护电路、电流截止信号取样电路和电压反馈信号取样电路；晶闸管安装在前后板之间；指示器件和操作器件安装在左前门的上部。
设备内装有保护报警电路，当快速熔断器熔断，直流输出过流或短路，保护电路发出指令，可自动切除主电路电源，同时故障指示灯亮，直至操作人员切断控制装置电源，故障指示灯才可熄灭。
保护电路的设置提高了设备运行的安全性。
本装置线路系统方框图如图1-1所示。
线路各部分原理简单叙述如下（其电路参照电气原理图）。
图1-1单闭环系统框图图1-2 双闭环系统方框图第二节电路各元部件的作用1．整流变压器整流变压器用于电源电压的变换。
为了减少对电网波形的影响，整流变压器接线采用△/Y0-11方式。
2．晶闸管可控整流部分主电路采用三相桥式整流电路，三相交流电经交流接触器KM1引至整流变压器B1原边，经电压变换后过快速熔断器RSO引至三相桥式可控整流电路，经整流后，输出直流电源，向被控电动机电枢馈送电能。
通过控制晶闸管整流元件的导通角度，就可以调节整流电路的输出直流电压。
电路图如图1-3所示。
图1-3 晶闸管可控整流电路图3．给定环节由中间继电器KA控制的给定电源通过一个电阻R112加到控制盘上的给定电位器，调节此电位器可得到0—+10V的直流给定电压。
