运动控制实验指导书

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、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、实验原理和内容
1、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1-1所示。

图1-1 实验系统原理图
2、实验内容
⑴测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R；
⑵测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L；
⑶测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2；
⑷测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d；
⑸测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M；
⑹测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M；
⑺测定晶闸管触发及整流装置特性U d=f(U ct)；
⑻测定测速发电机特性U TG=f(n)。

三、实验所需挂件和仪表设备清单
1、DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”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”,“正桥功放”，“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“三相心式变压器”等模块；
6、DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表或者“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；
L L U Z I
=La
=Ld =9、D42 三相可调电阻；
10、数字存储示波器；
11、万用表。

四、实验步骤
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T d 与机电时间常数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U ｄ0，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。

图1-2伏安比较法实验线路图 图1-3 测量电枢回路电感的实验线路图
将变阻器R 1、R 2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S 1、S 2，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R 2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V 2的数值为I 1、U 1，则此时整流装置的理想空载电压为：
U do =I 1R+U 1 （1-2）
调节R 1使之与R 2的电阻值相近，拉开开关S 2，在U d 的条件下读取电流表、电压表的数值I 2、U 2，则 U do ＝I 2R 十U 2 (1-3)
求解(1-2)、(1-3)两式，可得电枢回路总电阻: R ＝（U 2-U 1）/（I 1-I 2） (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 = (U 2＇-U 1＇)/(I 1＇-I 2＇) (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、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L a 、平波电抗器电感L d 和整流变压器漏感L B ，由于L B 数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为： L ＝L a +L d (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1-3所示。

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U a 和U L 及电流I,从而可得到交流阻抗Z a 和Z L ，计算出电感值L a 和L d ，计算公式如下:
(1-8) (1-9) 3、直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD 2 的测定
电力拖动系统的运动方程式为
I U a =a Z
(1-10) 式中，T 为电动机的电磁转矩，单位为N·m ；T z 为负载转矩，空载时即为空载转矩T k ，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，T z = T k ，则运动方程式为:
从而有
(1-11) 式中GD 2的单位为N·m 2；T k 可由空载功率P K (单位为W)求出:
(1-12)
(1-13) 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1-4 。

图1-4 测定GD 2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U a 和电流I a0,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T k 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T k 和dn/dt ，以求得GD 2的平均值。

由于本实验装置的电机容量比较小，应用此法测GD 2时会有一定的误差。

4、主电路电磁时间常数T d 的测定
采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数T d ，电枢回路突加给定电压时，电流i d 按指数规律上升:
(1-14)
其电流变化曲线如图1-5所示。

当t=T d 时，有
d d d I
e I i 632.0)1(1=-=- (1-15)
图1-5 电流上升曲线 图1-6 测定T d 的实验线路图
实验线路如图1-6所示。

电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%I ed ～90%I ed 范围内。

然后保持U g 不变，将给定的S 2拨到接地位置，然后拨动给定S 2从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记2375K GD dn T dt =-2K a0a0P UaI I R 9.55a K
K P T n =-=)
e (1I i d t/T d d --=2375K T GD dn dt =2375L GD dn T T dt
-=。