自动控制系统实验教案
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名师精编 优秀教案
实 验 教 案
课程名称：电力拖动自动控制系统
授课教师： 苗 风 东
授课对象： 07电气自动化
授课地点： 实 验3号414
名师精编 优秀教案
实验一 晶闸管直流调速系统参数的测定实验
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、实验所需挂件及附件
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”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”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。
5 DJK10 变压器实验 该挂件包含“三相不控整流”和“心式变压器”等模块。
6 DD03-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表
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 数字存储示波器 自备
11 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
（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 。
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方法。
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图1-1 实验系统原理图
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 (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4-2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。合上S1、S2，调节给定使输出直流电压Ud在30%Ued～70%Ued范围内，然后调整R2使电枢电流在80%Ied～90%Ied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
Udo=I1R+U1 （1-2）
调节R1使之与R2的电阻值相近，拉开开关S2，在Ud的条件下读取电流表、电压表的数值I2、U2，则
Udo＝I2R十U2 (1-3)
求解(4-2)、(4-3)两式，可得电枢回路总电阻:
R＝（U2-U1）/（I1-I2） (1-4)
如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得
RL十Rn=(U2＇-U1＇)/(I1＇-I2＇) (1-5)
则电机的电枢电阻为
Ra=R-(RL十Rn)。 (1-6)
同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL。
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IUZLL/)2/(22fRaZaLa)2/(22fRZLdLL
图1-2伏安比较法实验线路图
(2)电枢回路电感L的测定
电枢回路总电感包括电机的电枢电感La、平波电抗器电感Ld和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为
L＝La+Ld (1-7)
电感的数值可用交流伏安法测定。实验时应给电动机加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图4-3所示。
图1-3 测量电枢回路电感的实验线路图
实验时交流电压由DJK01电源输出，接DJK10的高压端，从低压端输出接电机的电枢，用交流电压表和电流表分别测出电枢两端和电抗器上的电压值Ua和UL及电流I,从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和Ld，计算公式如下:
(1-8)
(1-9)
(1-10)
(1-11)
(3)直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2 的测定
电力拖动系统的运动方程式为
T-Tz=(GD2/375)dn/dt (1-12)
式中，T为电动机的电磁转矩，单位为N·m；Tz为负载转矩，空载时即为空载转矩Tk，单位为N·m，n为电机转速，单位为rpm。
电机空载自由停车时，T=0，Tz=Tk，则运动方程式为:
(1-13)
从而有
(1-14)
式中GD2的单位为N·m2；
Tk可由空载功率PK(单位为W)求出:
(1-15) /IUZaadtdnGDTK/)375/(2dtdnTGDK//3752nPTKKa/55.9RIUaIP2a0a0K名师精编 优秀教案
(1-16)
dn/dt可以从自由停车时所得的曲线n＝f(t)求得，其实验线路如图4-4
图1-4 测定GD2时的实验线路图
电动机加额定励磁，将电机空载启动至稳定转速后，测量电枢电压Ua和电流Ia0,然后断开给定，用数字存储示波器记录n=f(t)曲线，即可求取某一转速时的Tk和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以以转速n为基准选择若干个点，测出相应的Tk和dn/dt，以求得GD2的平均值。由于本实验装置的电机容量比较小，应用此法测GD2时会有一定的误差。
七、实验报告
作出实验所得的各种曲线，计算有关参数。
八、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)由于DJK04上的过流保护整定值的限制，在完成机电时间常数测定的实验中，其电枢电压不能加得太高。
(3)当电机堵转时，会出现大电流，因此测量的时间要短，以防电机过热。
(4)在测试Ud=f(Ug)时，DJK02上的偏移电压要先调到α=120°，具体方法见单闭环直流调速。
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实验二 晶闸管直流调速系统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反馈环节的测定方法。
二、实验所需挂件及附件
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”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”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。
5 DJK10 变压器实验 该挂件包含“三相不控整流”和“心式变压器”等模块。
6 DD03-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表
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 数字存储示波器 自备
11 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4-5所示。
四、实验内容
（1）测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td。
（2）测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM。
（3）测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM。
（4）测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Uct)。
（5）测定测速发电机特性UTG=f(n)。
五、预习要求
学习教材中有关晶闸管直流调速系统各环节特性的测定方法。
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图2-1 实验系统原理图
六、实验方法
(1)主电路电磁时间常数Td的测定
采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升:
其电流变化曲线如图4-5所示。当t=Td时，有
实验线路如图4-6所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%Ied～90%Ied范围内。然后保持Ug不变，将给定的S2拨到接地位置，然后拨动给定S2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录id=f（t）的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。
(2)电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定
将电动机加额定励磁，使其空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n即可由下式算出Ce:
式中，Ce的单位为V/(rpm)。
转矩常数(额定磁通)CM的单位为N·m/A。CM可由Ce求出:
CM = 9.55 Ce
图2-2 电流上升曲线 图2-3 测定Td的实验线路图
(3)系统机电时间常数TM的测定
系统的机电时间常数可由下式计算
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