电力拖动自动控制系统实验报告

---word.zl-电力拖动自动控制系统实验报告实验一双闭环可逆直流脉宽调速系统一，实验目的：掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数整定。二，实验内容：PWM控制器SG3525的性能测试。控制单元调试。测定开环和闭环机械特性n=f(Id)。闭环控制特性n=f(Ug)的测定。三．实验系统的组成和工作原理TAU-UiASRACRUPWDLDGDPWMFAGM＋＋TGM图6—10双闭环脉宽调速系统的原理图在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。双闭环脉宽调速系统的原理框图如图6—10所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET所构成的H型构造形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，GD为MOS管的栅极驱动电路，FA为瞬时动作的过流保护。脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司〔SiliconGeneral〕的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。=4\*DBNUM3四．实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL—18组件〔适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件〔适合MCL—Ⅲ〕。3．MCL—10组件或MCL—10A组件。4．MEL-11挂箱5．MEL—03三相可调电阻〔或自配滑线变阻器〕。6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01〔或电机导轨及测功机、MEL—13组件。7．直流电动机M03。8．双踪示波器。五．考前须知1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。2．接入ASR构成转速负反应时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5〞、“6〞端接入可调电容〔预置7μF〕。3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值〔1A〕。4．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。5．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开〞红色按钮，同时使系统的给定为零。7．双踪示波器的两个探头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。8．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进展过流保护电路调试或进展加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。六．实验方法采用MCL—10组件1．SG3525性能测试分别连接“3〞和“5〞、“4〞和“6〞、“7〞和“27〞、“31〞和“22〞、“32〞和“23〞，然后翻开面板右下角的电源开关。〔1〕用示波器观察“25〞端的电压波形，记录波形的周期，幅度〔需记录S1开关拨向“通〞和“断〞两种情况〕〔2〕S5开关打向“OV〞,用示波器观察“30〞端电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50％。S5开关打向“给定〞分别调节RP3、RP4，记录“30〞端输出波形的最大占空比和最小占空比。〔分别记录S2打向“通〞和“断〞两种情况〕2．控制电路的测试逻辑延时时间的测试S5开关打向“0V〞，用示波器观察“33〞和“34〞端的输出波形。并记录延时时间。td=同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试分别连接“7〞和“8〞、“10〞和“11〞，“12〞和“13〞、“14〞和“15〞、“16〞和“17〞、“18〞和“19〞，用双踪示波器分别测量VVT1。GS和VVT2。GS以及VVT3。GS和VVT4。GS的死区时间。td.VT1.VT2=td.VT3.VT4=注意，测试完毕后，需拆掉“7〞和“8〞以及“10〞和“11〞的连线。3．开环系统调试〔1〕速度反应系数的调试断开主电源，并逆时针调节调压器旋钮到底，断开“9〞、“10〞所接的电阻，接入直流电动机M03，电机加上励磁。S4开关扳向上，同时逆时针调节RP3电位器到底，合上主电源，调节交流电压输出至220V左右。调节RP3电位器使电机转速逐渐升高，并到达1400r／min，调节FBS的反应电位器RP，使速度反应电压为2V。注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。〔2〕系统开环机械特性测定参照速度反应系数调试的方法，使电机转速达1400r/min，改变测功机加载旋钮〔或直流发电机负载电阻Rd〕，在空载至额定负载X围内测取7—8个点，记录相应的转速n和转矩M〔或直流发电机电流id〕SG3525性能测试测试示波器观察25端电压波形，开通时，T=105.5us，V=2.22v；关断时，T=52.5us，V=2.22v。S5开关打向给定，30端输出波形，开通时，最大占空比0.5，最小0；关断时最大0.618，最小0。控制电路测试逻辑延时时间td=2.9us，VT1\VT2死区时间2.9us，VT3\VT4死区时间2.9us。开环系统调试系统开环机械特性测定正给定n〔r/min〕140012841235119511541105Id(A)0.210.410.560.700.850.99n〔r/min〕800713767642618575Id(A)0.250.410.570.720.820.99负给定n〔r/min〕-1400-1357-1350-1337-1306-1274Id(A)0.680.500.350.220.120.02n〔r/min〕-800-767-758-724-702-684Id(A)0.730.540.360.250.120.024．闭环系统调试将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。按图6—11接线〔1〕速度调节器的调试〔a〕反应电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；〔b〕“5〞、“6〞端接入MEL—11电容器，预置5～7μF；〔c〕调节RP1、RP2使输出限幅为±2V。〔2〕电流调节器的调试〔a〕反应电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小；〔b〕“5〞、“6〞端接入MEL—11电容器，预置5～7μF；〔c〕S5开关打向“给定〞，S4开关扳向上，调节MCL-10的RP3电位器，使ACR输出正饱和，调整ACR的正限幅电位器RP1，用示波器观察“30〞的脉冲，不可移出X围。S5开关打向“给定〞，S4开关打向下至“负给定〞，调节MCL-10的RP4电位器，使ACR输出负饱和，调整ACR的负限幅电位器RP2，用示波器观察“30〞的脉冲，不可移出X围。系统静特性测试,机械特性正给定n〔r/min〕140013991394139313911388Id(A)0.200.360.490.710.861.01n〔r/min〕800800799799798797Id(A)0.220.370.510.690.871.00负给定n〔r/min〕-1400-14001398139613951394Id(A)-0.28-0.40-0.56-0.71-0.86-1.01n〔r/min〕-800-800-798-797-796-795Id(A)-0.22-0.36-0.51-0.73-0.85-1.00闭环控制特性正给定n〔r/min〕14001156943719524195Ug〔v〕4.864.043.312.541.860.74负给定n〔r/min〕-1400-1130-949-724-542-286Id(A)-4.73-3.80-3.18-2.41-1,79-0.91思考题为了防坠上下桥臂直通，有人把上下桥臂驱动信号死区时间调的很大，这样做行不行，为什么？你认为死区时间长短由哪些参数决定？答：不行，死区长会影响输出波形失真，谐波成分增多。死区时间长短与功率管自身的开通、关断时间以及对输出波形要求有关与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相比照，试归纳采用自关断器件的脉宽调速系统优点。答：1.功率因素高，谐波污染小；2.主电路构造简单；3开关频率高，频带宽，响应速度和稳速精度好，电枢电流容易连续；4调速X围宽实验心得与体会：通过本次实验，我们学习了掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数整定。还学习了死区时间的调节长短对输出波形的影响。以及不同晶闸管和器件之间的区别等。对双闭环脉宽调速系统的原理图有了更形象的理解，只要做到了理论联系实际，把课堂上的东西运用到做实验中来。在实验的过程中使理论实践化，提高了我们的动手能力，而且能初步分析实验过程中遇到的问题并解决他们。在做实验的过程中还有一些的缺乏，但坚信，通过不断的积累才会越来月熟悉。实验二双闭三相异步电动机调压调速系统一．实验目的1．熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作。2．了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统原理。3．了解绕线试异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调速似的机械特性。4．通过测定系统的静特性和动特性进一步了解交流调压系统中电流环和转速环的作用二．实验内容1．测定绕线试异步电动机转子串电阻时的人为机械特性。2．测定双闭环交流调压调速系统的静特性。3.测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。三．实验设备及仪表1．教学实验台主控制屏。2．NMCL—31组件。3．NMCL—33组件4．NMEL—03三相可调电阻。5．NMCL—18组件6．NMCL—09组件2．求取调速系统在无转速负反应时的开环工作机械特性。a．断开ASR的“3〞至Uct的连接线，G〔给定〕直接加至Uct，且Ug调至零，直流电机励磁电源开关闭合。b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使Uuv、Uvw、Uwu=200V。注：如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。以下均同。c．调节给定电压Ug，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节测功机加载旋钮〔或直流发电机负载电阻〕，在空载至额定负载的X围内测取7～8点，读取整流装置输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。Ud〔V〕210.1214.4215.5217.3217.1212.3id〔A〕0.5660.5220.5070.4950.4901.544n〔r/min〕1295132513401348135313113．带转速负反应有静差工作的系统静特性a．断开G〔给定〕和Uct的连接线，ASR的输出接至Uct，把ASR的“5〞、“6〞点短接。b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节Uuv，Uvw，Uwu为200伏。c．调节给定电压Ug至2V，调整转速变换器RP电位器，使被测电动机空载转速n0=1500转/分，调节ASR的调节电容以及反应电位器RP3，使电机稳定运行。调节测功机加载旋钮〔或直流发电机负载电阻〕，在空载至额定负载X围内测取7～8点，读取Ud、id、n。id〔A〕0.5290.6000.6560.7100.7750.657Ud〔V〕179170163156147103n〔r/min〕126612301203117311319224．测取调速系统在带转速负反应时的无静差闭环工作的静特性a．断开ASR的“5〞、“6〞短接线，“5〞、“6〞端接MEL—11电容器，可预置7μF，使ASR成为PI〔比例—积分〕调节器。b．调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1500转/分。在额定至空载X围内测取7～8个点。id〔A〕0.5100.5890.6630.7240.7810.958Ud〔V〕173163153143135102n〔r/min〕12351190124311001056901四．实验心得通过本次实验，我们学习了相位控制交流调压调速系统的组成与工作。对双闭环三相异步电动机调压调速系统原理有了一定的了解。了解绕线试异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调速似的机械特性。还通过测定系统的静特性和动特性进一步了解交流调压系统中电流环和转速环的作用实验使我熟悉了相位控制交流调压调速系统的组成与工作；了解并熟悉了双闭环三相异步电动机调压调速系统原理和绕线试异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调速似的机械特性；以及通过测定系统的静特性和动特性进一步了解交流调压系统中电流环和转速环的作用。通过实验还了解了电动机调压调速系统不是想象中的那样简单，只有掌握好其中的知识，才能在将来的工作提高中有根底可以拿出来，收益颇多。实验三异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统=1\*DBNUM3一．实验目的1．通过实验掌握异步电动机变压变频调速系统的组成及工作原理。2．加深理解用单片机通过软件生成SPWM波形的工作原理与特点。以及不同调制方式对系统性能的影响3．熟悉电压空间矢量控制〔磁链跟踪控制〕的工作原理与特点。4．掌握异步电动机变压变频调速系统的调试方法。=2\*DBNUM3二．实验内容1．连接有关线路，构成一个实用的异步电动机变频调速系统。2．过压保护、过流保护环节测试。3．采用SPWM数字控制时，不同输出频率、不同调制方式〔同步、异步、混合调制〕时的磁通分量、磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT两端电压波形测试。4．采用电压空间矢量控制时，不同输出频率、不同调制方式时的磁通分量、磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT两端电压波形测试。5．低频补偿特性测试。=3\*DBNUM3三．实验系统组成及工作原理变频调速系统原理框图如图7—3所示。它由交-直-交电压源型变频器，16位单片机80C196MC所构成的数字控制器，控制键盘与运行指示、磁通测量与保护环节等局部组成。逆变器功率器件采用智能功率模块IPM〔IntelLigentPowerModules〕，型号为PM10CSJ060〔10A/600V〕。IPM是一种由六个高速、低功耗的IGBT，优化的门极驱动和各种保护电路集成为一体的混合电路器件。由于采用了能连续监测电流的有传感功能的IGBT芯片，从而实现高效的过流和短路保护，同时IPM还集成了欠压锁定和过流保护电路。该器件的使用，使变频系统硬件简单紧凑，并提高了系统的可靠性。数字控制器采用Intel公司专为电机高速控制而设计的通用性16位单片机80C196MC。它由一个C196核心、一个三相波形发生器以及其它片内外设构成。其它片内外设中包含有定时器、A/D转换器、脉宽调制单元与事件处理阵列等。在实验系统中80C196MC的硬件资源分配如下：1．P3、P4口：用于构成外部程序存储器的16bit数据和地址总线。2．WG1～WG3和WG1～WG3：用于输出三相PWM波形，控制构成逆变器的IPM。3．EXTINT：用于过流、过压保护。4．通过接于A/D转换器输入端ACH2和ACH1设之输入频率和改变u/f〔低频补偿〕。5．利用P0和P1口的P0.4～P0.7和P1.0～P1.3，外接按钮开关，用于起动、停顿、故障复位两种调制方法，三种调制模式的选择。6．利用P2、P5、P6口的P2.4～P2.7，P5.4与P6.6，P6.7，外接指示灯，用于指示系统所处状态。7．磁通观测器用于电机气隙磁通测量。其前半局部为3/2变换电路，将三相电压VA、VB、VC从三相静止坐标系A、B、C变换到二相静止坐标系α、β上，成为Vα、Vβ。电路的后半局部那么分别对Vα、Vβ积分。在忽略定子漏磁和定子电阻压降的前提下，两个积分器的输出分别是二相静止坐标系中电机气隙磁通在α、β轴上的分量φα与φβ；它们的波形形状相似，相位差90°。将两个积分的输出分别接入示波器的X轴输入和Y轴输入，即可得到电机气隙磁通的圆形轨迹。=4\*DBNUM3四．实验设备和仪器1．MCL—ⅠI型电机控制教学实验台2．MCL—09变频调速系统组件3．电机导轨及测速发电机4．慢扫描示波器5．双踪示波器=5\*DBNUM3五．实验方法按图7—4连接线路，经检查无误后，合上电源，实验系统缺省设置为SPWM控制，同步调制方式，对应指示灯亮。假设指示灯与上述不符，可按复位按钮，使系统处于上述缺省状态，此时系统即可进展实验。假设系统采用SPWM控制并工作在同步调制方式，即可按起动按钮，电动机即可起动，起动后可调节频率设定电位器，即可改变电动机转速。在电动机运行中，如按了空间矢量、异步调制，混合调制等按钮，系统将不会响应，必须先按停顿按钮，使电动机停顿运行，才能转到空间矢量控制以及其它调制方式。低频补偿电位器在电机运行时，可按需要任意调节。系统出现故障停机时，可在撤除故障条件下，按故障复位按钮，使红色故障指示灯灭，系统即可按要求继续运行。1．过压与过流保护环节测试。〔这时只需合上控制电源，主回路电源不加。〕断开过压保护检测线，红色故障指示灯发亮，同时微机输出驱动脉冲被封锁，表示过压保护环节工作正常。测试完毕后，按一下故障复位按钮，故障指示灯灭。断开过流检测线，红色故障指示灯发亮，同时驱动脉冲被封锁，表示过流保护环节工作正常。测试完毕后，按一下复位按钮，故障指示灯灭。2．采用SPWM控制，分别在输出频率为50Hz、30Hz条件下，测量与描绘不同调制方式时的电机气隙磁通分量、电机气隙磁通轨迹、定子电流、IGBT两端波形〔输出U、V、W与N端之间〕与定子端电压等波形，以及观察电机运行的平稳与噪声大小。同步调制：系统设定的载波比N=12。异步调制：系统设定的载波频率ft=600Hz。混合调制：分三段执行。第一段0Hz～12.5Hz，载波比N1=100；第二段12.5Hz～25Hz，载波比N2=80；第三段，25Hz～50Hz，载波比N3=60。当在低频2Hz时，假设电机无法转动时，可调节低频补偿电位器〔顺时针旋转时，低频补偿电压增大〕，直到电动机能旋转时止。3．采用电压空间矢量控制实验条件及观察与描绘的波形同方法2。4．低频补偿性能测试低频时定子压降的补偿度可通过电位器连续调节，在输出频率为1～2Hz时，调节补偿度直到电动机能均匀旋转时止，同时观察与记录直流母线电流的变化。=6\*DBNUM3六．实验结果及分析SPWM控制，同步调制SPWM控制，异步调制频率〔HZ〕转速〔r/min〕电流(A)频率〔HZ〕转速〔r/min〕电流(A)5014500.0855015040.0874513010.084513360.084011550.0774011920.0783510120.0753510320.073308680.073309030.072257250.072257540.071205820.07206050.069154370.065154550.063102930102870514705151026302820SPWM控制，混合步调制空间矢量控制，同步调制频率〔HZ〕转速〔r/min〕电流(A)频率〔HZ〕转速〔r/min〕电流(A)5014480.0875014470.0834513010.0844513030.084011570.0754011560.0753510130.0803510100.074308660.071308600.073257260.07257200.072205800.069205790.069154370.067154370.062102930102930514705147025802590空间矢量控制，异步调制空间矢量控制，混合调制频率〔HZ〕转速〔r/min〕电流(A)频率〔HZ〕转速〔r/min〕电流(A)5015060.0855014470.0864513540.084513000.0844011980.0794011580.0773510480.0783510150.073309030.072308700.072257540.074257200.072206040.068205810.069154540.066154380.063103200102930514105147027302580低频补偿性能测试：电机不转动时初始电流为1.5mA，频率为1.6HZ，我们调节补偿度直到电动机能均匀旋转时止，电流上升为2.6mA。实验心得：通过本次实验，我们学习了异步电动机变压变频调速系统的组成及工作原理。对用单片机通过软件生成SPWM波形的工作原理与特点有了更深刻的理解。对不同调制方式对系统性能的影响有了更好的认识更加熟悉电压空间矢量控制〔磁链跟踪控制〕的工作原理与特点。．掌握异步电动机变压变频调速系统的调试方法。此次实验涉及到晶闸管，磁通轨迹，输出频率等，变频调速系统，数字控制器等一系列的知识，把以前用到的知识再拿回来用。以前的书本知识有很好的帮助。根据实验得到的数据，进展对保护功能的研讨和分析，是有助于提高本门学科的知识掌握水平，以及自己的分析能力。实验四晶闸管直流调速系统开环机械特性测试一．实验目的1．熟悉晶闸管直流调速系统组成及各主要单元部件的原理。2．掌握晶闸管可控整流电路和触发电路的调试方法。3．掌握直流电动机机械特性的测试方法二．实验内容1．触发电路触发脉冲的测试2．触发电路初始相位a0的调试3．三相桥式全控整流电路的调试4．晶闸管主电路输出波形的测试5．直流电动机开环机械特性曲线的测试三．实验系统组成及工作原理1〕主电路：三相电源，晶闸管桥式是可控整流调速装置，平波电抗器、电动机-发电机组，可调电阻负载等组成。2〕控制电路：据赤膊触发电路四．实验设备及仪器1．MCL系列教学实验台主控制屏。2．MCL—31组件3．MCL—33组件4．MEL-11挂箱5．MEL—03三相可调电阻〔或自配滑线变阻器〕。6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01〔或电机导轨及测功机、MEL—13组件。7．直流电动机M03。8．双踪示波器。五．考前须知1．直流电动机启动前必须先加上励磁2．测取静特性时，必须注意主电路电流不许超过直流电动机的额定电流。3．不允许突加给定信号Ug启动电动机4．起动电机时，需把负载电阻RP1阻值调到最大，以免带负载起动。5．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开〞红色按钮，同时使系统的给定为零。6．双踪示波器的两个探头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。六.实验方法1．触发电路的测试。〔1〕用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度一样的双脉冲〔2〕偏移电压的调整在Ug=0的情况下，用示波器测量同步电压观察孔的同步电压波形和脉冲波形的相位关系，调节偏移电压电位器，使脉冲初始相位a0=150°2．三相桥式全控整流电路的测试在Ug=0的情况下，闭合交流侧回路电源和电动机励磁电源，电动机处于静止状态，调节Ug由0逐渐增大，直流电动机启动升速，当n=1000转/分左右时，用示波器测量直流电动机电枢两端或整流电路输出端电压波形，在360°中应有六个整流波头，必须间隔相等，波形稳定3.测定直流电动机特性1〕控制特性改变Ug的大小，记录直流电动机电枢电压Ua和对应的控制电压UgUa(V)63123157171180186Ug(V)1234562)．开环机械特性反复调节Ug和直流发电机负载，使n0=1000r/min，I=1.1A,Ug保持恒定，逐渐减小发电机负载转速升高，记录直流电级转速n和电枢电流Ia的值，共5-7点n(r/min)10001020104810701090I(A)0.980.910.800.710.67七．实验心得通过本次实验，我们学习了晶闸管直流调速系统组成及各主要单元部件的原理。对晶闸管可控整流电路和触发电路的调试方法有了较好的掌握。对直流电动机机械特性的测试方法也有了更好的认识。此次实验中我们涉猎了可控整流调速装置，平波电抗器的使用，电动机发电机配套系