1、電力拖動自動控制系統實驗報告實驗一雙閉環可逆直流脈寬調速系統一，實驗目的：1. 掌握雙閉環可逆直流脈寬調速系統的組成、原理及各主要單元部件的工作原理。2. 熟悉直流 PWM 專用集成電路 SG3525 的組成、功能與工作原理。3. 掌握雙閉環可逆直流脈寬調速系統的調試步驟、方法及參數整定。二，實驗內容：1. PWM 控制器 SG3525 的性能測試。2. 控制單元調試。3. 測定開環和閉環機械特性 n=f(Id) 。4. 閉環控制特性 n=f(Ug) 的測定。三實驗系統的組成和工作原理GM*U 0*1U 0ASRACRUPWDLDGDPWMU-Ui圖 6 10雙閉環脈寬調速系統的原理圖在中小容

2、量的直流傳動系統中， 采用自關斷器件的脈寬調速系統比相控系統具有更多的優越性，因而日益得到廣泛應用。雙閉環脈寬調速系統的原理框圖如圖6 10 所示。圖中可逆PWM 變換器主電路系采用MOSFET所構成的 H 型結構形式， UPW 為脈寬調制器， DLD 為邏輯延時環節， GD 為 MOS 管的柵極驅動電路， FA為瞬時動作的過流保護。脈寬調制器 UPW 采用美國硅通用公司（ Silicon General）的第二代產品 SG3525，這是一種性能優良， 功能全、通用性強的單片集成 PWM 控制器。由于它簡單、 可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調制器的設計及調試，故獲得廣泛使用。四實驗設備及儀

3、器1MCL 系列教學實驗臺主控制屏。2MCL 18 組件（適合MCL )或 MCL 31 組件（適合MCL）。3MCL 10 組件或 MCL 10A 組件。4MEL-11 掛箱5MEL 03 三相可調電阻（或自配滑線變阻器）。6電機導軌及測速發電機、直流發電機M01 （或電機導軌及測功機、MEL 13 組件。7直流電動機M03 。8雙蹤示波器。五注意事項1直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。2接入 ASR構成轉速負反饋時， 為了防止振蕩， 可預先把 ASR的 RP3電位器逆時針旋到底，使調節器放大倍數最小，同時， ASR的“ 5”、“ 6”端接入可調電容（預置 7 F）。3測取靜特性時，須注

4、意主電路電流不許超過電機的額定值（1A）。4系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug 起動電機。5起動電機時，需把MEL-13 的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。6改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統的給定為零。7雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可） ，以免造成短路事故。8實驗時需要特別注意起動限流電路的繼電器有否吸合，如該繼電器未吸合，進行過流保護電路調試或進行加負載試驗時，就會燒壞起動限流電阻。六實驗方法采用 MCL10 組件1SG3525 性能測試分別連接“ 3”和“ 5”、“ 4

5、”和“ 6”、“ 7”和“ 27”、“ 31”和“ 22”、“ 32”和“ 23”，然后2打開面板右下角的電源開關。（ 1）用示波器觀察 “ 25”端的電壓波形， 記錄波形的周期， 幅度（需記錄 S1 開關撥向 “通”和“斷”兩種情況）（2） S5 開關打向“ OV”, 用示波器觀察“ 30”端電壓波形，調節 RP2 電位器，使方波的占空比為 50。S5 開關打向“給定”分別調節 RP3、 RP4，記錄“ 30”端輸出波形的最大占空比和最小占空比。（分別記錄 S2 打向“通”和“斷”兩種情況）2控制電路的測試（ 1）邏輯延時時間的測試S5 開關打向“ 0V ”，用示波器觀察“33”和“ 34”

6、端的輸出波形。并記錄延時時間。t d=（ 2）同一橋臂上下管子驅動信號死區時間測試分別連接“ 7”和“ 8”、“ 10”和“ 11”，“ 12”和“ 13”、“ 14”和“ 15”、“ 16”和“ 17”、“ 18” 和“ 19”，用雙蹤示波器分別測量 VVT1。 GS和 VVT2。 GS以及 VVT3。 GS 和 VVT4。 GS的死區時間。t d.VT1.VT2=t d.VT3.VT4=注意，測試完畢后，需拆掉“7 ”和“ 8”以及“ 10”和“ 11”的連線。3開環系統調試（1）速度反饋系數的調試斷開主電源，并逆時針調節調壓器旋鈕到底，斷開“ 9”、“ 10”所接的電阻，接入直流電動機

7、M03 ，電機加上勵磁。S4 開關扳向上，同時逆時針調節RP3 電位器到底，合上主電源，調節交流電壓輸出至220V左右。調節RP3 電位器使電機轉速逐漸升高，并達到1400r min ，調節 FBS的反饋電位器RP，使速度反饋電壓為2V。注：如您選購的產品為MCL、，無三相調壓器，直接合上主電源。以下均同。（2）系統開環機械特性測定參照速度反饋系數調試的方法，使電機轉速達1400r/min ，改變測功機加載旋鈕（或直流發電機負載電阻Rd ），在空載至額定負載范圍內測取7 8 個點，記錄相應的轉速n 和轉矩 M（或直流發電機電流id）1. SG3525 性能測試測試示波器觀察25 端電壓波形，開

8、通時，T=105.5us， V=2.22v；關斷時， T=52.5us， V=2.22v。S5 開關打向給定，30 端輸出波形，開通時，最大占空比0.5，最小 0；關斷時最大0.618，最小 0。2. 控制電路測試邏輯延時時間td=2.9us ，VT1VT2 死區時間2.9us， VT3VT4 死區時間2.9us。3. 開環系統調試系統開環機械特性測定正給定n（ r/min ）140012841235119511541105Id(A)0.210.410.560.700.850.99n（ r/min ）800713767642618575Id(A)0.250.410.570.720.820.99

9、3負給定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閉環系統調試將 ASR,ACR均接成 PI 調節器接入系統，形成雙閉環不可逆系統。按圖 6 11 接線（1）速度調節器的調試（a）反饋電位器 RP3 逆時針旋到底，使放大倍數最??；（b ）“5”、“ 6”端接入 MEL 11 電容器，預置 5 7 F；（c）調節 RP1、 RP2使輸出限幅為± 2V。（ 2）電流調

10、節器的調試（ a）反饋電位器 RP3 逆時針旋到底，使放大倍數最?。唬?b ）“5”、“ 6”端接入 MEL 11 電容器，預置 5 7 F；（ c）S5 開關打向“給定” ，S4 開關扳向上，調節 MCL-10 的 RP3 電位器，使 ACR輸出正飽和，調整 ACR的正限幅電位器 RP1，用示波器觀察 “ 30”的脈沖，不可移出范圍。S5 開關打向“給定” ， S4 開關打向下至“負給定” ，調節 MCL-10 的 RP4 電位器，使 ACR 輸出負飽和，調整 ACR的負限幅電位器 RP2，用示波器觀察 “ 30”的脈沖，不可移出范圍。4. 系統靜特性測試 ,機械特性正給定n（ r/min

11、）140013991394139313911388Id(A)0.200.360.490.710.861.01n（ r/min ）800800799799798797Id(A)0.220.370.510.690.871.00負給定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閉環控制特性正給定n（ r/min ）14001156943719524195Ug（ v）4

12、.864.043.312.541.860.74負給定n（ r/min ）-1400-1130-949-724-542-2864Id(A)-4.73-3.80-3.18-2.41-1,79-0.91思考題1. 為了防墜上下橋臂直通，有人把上下橋臂驅動信號死區時間調的很大，這樣做行不行，為什么？你認為死區時間長短由哪些參數決定？答：不行，死區長會影響輸出波形失真， 諧波成分增多。 死區時間長短與功率管自身的開通、關斷時間以及對輸出波形要求有關2.與采用晶閘管的移相控制直流調速系統相對比， 試歸納采用自關斷器件的脈寬調速系統優點。答： 1.功率因素高，諧波污染小； 2.主電路結構簡單； 3 開關頻率

13、高，頻帶寬，響應速度和穩速精度好，電樞電流容易連續； 4 調速范圍寬實驗心得與體會：通過本次實驗，我們學習了掌握雙閉環可逆直流脈寬調速系統的組成、原理及各主要單元部件的工作原理。熟悉直流 PWM 專用集成電路 SG3525 的組成、功能與工作原理。掌握雙閉環可逆直流脈寬調速系統的調試步驟、方法及參數整定。還學習了死區時間的調節長短對輸出波形的影響。以及不同晶閘管和器件之間的區別等。對雙閉環脈寬調速系統的原理圖有了更形象的理解，只要做到了理論聯系實際，把課堂上的東西運用到做實驗中來。在實驗的過程中使理論實踐化，提高了我們的動手能力，而且能初步分析實驗過程中遇到的問題并解決他們。在做實驗的過程中還

14、有一些的不足，但堅信，通過不斷的積累才會越來月熟悉。5實驗二 雙閉三相異步電動機調壓調速系統一實驗目的1熟悉相位控制交流調壓調速系統的組成與工作。2了解并熟悉雙閉環三相異步電動機調壓調速系統原理。3了解繞線試異步電動機轉子串電阻時在調節定子電壓調速似的機械特性。4通過測定系統的靜特性和動特性進一步了解交流調壓系統中電流環和轉速環的作用二實驗內容1測定繞線試異步電動機轉子串電阻時的人為機械特性。2測定雙閉環交流調壓調速系統的靜特性。3.測定雙閉環交流調壓調速系統的動態特性。三實驗設備及儀表1教學實驗臺主控制屏。2 NMCL 31 組件。3 NMCL 33 組件4 NMEL 03 三相可調電阻。5

15、 NMCL 18 組件6 NMCL 09 組件2求取調速系統在無轉速負反饋時的開環工作機械特性。a斷開 ASR的“ 3”至 Uct 的連接線， G（給定）直接加至 Uct，且 Ug 調至零，直流電機勵磁電源開關閉合。b合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節三相調壓器的輸出，使 Uuv、Uvw、Uwu=200V 。注：如您選購的產品為MCL、，無三相調壓器，直接合上主電源。以下均同。c調節給定電壓Ug，使直流電機空載轉速n0=1500 轉 / 分，調節測功機加載旋鈕（或直流發電機負載電阻） ，在空載至額定負載的范圍內測取7 8 點，讀取整流裝置輸出電壓Ud，輸出電流 id 以及被測電動機轉速n。Ud（

16、 V）210.1214.4215.5217.3217.1212.3id（ A）0.5660.5220.5070.4950.4901.544n（ r/min ）1295132513401348135313113帶轉速負反饋有靜差工作的系統靜特性a斷開 G（給定）和Uct 的連接線， ASR的輸出接至Uct ，把 ASR的“ 5”、“6”點短接。b合上主控制屏的綠色按鈕開關，調節Uuv， Uvw ，Uwu 為 200 伏。c調節給定電壓 Ug 至 2V，調整轉速變換器 RP 電位器，使被測電動機空載轉速 n0=1500轉/ 分，調節 ASR的調節電容以及反饋電位器RP3，使電機穩定運行。6調節測功

17、機加載旋鈕（或直流發電機負載電阻），在空載至額定負載范圍內測取7 8點，讀取 Ud、 i d、 n。d （ A）0.5290.6000.6560.7100.7750.657iUd（ V）179170163156147103n（ r/min ）126612301203117311319224測取調速系統在帶轉速負反饋時的無靜差閉環工作的靜特性a斷開 ASR的“ 5”、“6 ”短接線，“5”、“ 6”端接 MEL11 電容器，可預置7 F，使ASR成為 PI（比例積分）調節器。b調節給定電壓 Ug，使電機空載轉速n0=1500 轉 / 分。在額定至空載范圍內測取7 8個點。d （ A）0.5100

18、.5890.6630.7240.7810.958iUd（ V）173163153143135102n（ r/min ）12351190124311001056901四實驗心得通過本次實驗，我們學習了相位控制交流調壓調速系統的組成與工作。對雙閉環三相異步電動機調壓調速系統原理有了一定的了解。了解繞線試異步電動機轉子串電阻時在調節定子電壓調速似的機械特性。還通過測定系統的靜特性和動特性進一步了解交流調壓系統中電流環和轉速環的作用實驗使我熟悉了相位控制交流調壓調速系統的組成與工作；了解并熟悉了雙閉環三相7異步電動機調壓調速系統原理和繞線試異步電動機轉子串電阻時在調節定子電壓調速似的機械特性；以及通過

19、測定系統的靜特性和動特性進一步了解交流調壓系統中電流環和轉速環的作用。通過實驗還了解了電動機調壓調速系統不是想象中的那樣簡單，只有掌握好其中的知識，才能在將來的工作提高中有基礎可以拿出來，收益頗多。實驗三 異步電動機 SPWM與電壓空間矢量變頻調速系統一實驗目的1通過實驗掌握異步電動機變壓變頻調速系統的組成及工作原理。2加深理解用單片機通過軟件生成SPWM 波形的工作原理與特點。以及不同調制方式對系統性能的影響3熟悉電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）的工作原理與特點。4掌握異步電動機變壓變頻調速系統的調試方法。二實驗內容1連接有關線路，構成一個實用的異步電動機變頻調速系統。2過壓保護、過流保護環

20、節測試。3采用SPWM 數字控制時，不同輸出頻率、不同調制方式（同步、異步、混合調制）時的磁通分量、磁通軌跡、定子電流與電壓、IGBT兩端電壓波形測試。4采用電壓空間矢量控制時，不同輸出頻率、 不同調制方式時的磁通分量、磁通軌跡、定子電流與電壓、IGBT兩端電壓波形測試。5低頻補償特性測試。三實驗系統組成及工作原理變頻調速系統原理框圖如圖7 3 所示。它由交-直 -交電壓源型變頻器，16 位單片機80C196MC 所構成的數字控制器，控制鍵盤與運行指示、磁通測量與保護環節等部分組成。逆變器功率器件采用智能功率模塊IPM （ IntelLigent PowerModules ），型號為PM10C

21、SJ060（ 10A/600V ）。IPM 是一種由六個高速、低功耗的IGBT，優化的門極驅動和各種保護電路集成為一體的混合電路器件。由于采用了能連續監測電流的有傳感功能的IGBT 芯片，從而實現高效的過流和短路保護，同時IPM 還集成了欠壓鎖定和過流保護電路。該器件的使用，使變頻系統硬件簡單緊湊，并提高了系統的可靠性。數字控制器采用Intel 公司專為電機高速控制而設計的通用性16 位單片機80C196MC。它由一個C196 核心、一個三相波形發生器以及其它片內外設構成。其它片內外設中包含有8定時器、 A/D 轉換器、脈寬調制單元與事件處理陣列等。在實驗系統中80C196MC 的硬件資源分配

22、如下：1 P3、 P4 口：用于構成外部程序存儲器的16 bit 數據和地址總線。2 WG1WG3 和 WG1WG3：用于輸出三相 PWM 波形，控制構成逆變器的 IPM。3 EXTINT：用于過流、過壓保護。4通過接于 A/D 轉換器輸入端ACH2 和 ACH1 設之輸入頻率和改變 u/f （低頻補償） 。5利用 P0 和 P1 口的 P0.4 P0.7和 P1.0 P1.3，外接按鈕開關，用于起動、停止、故障復位兩種調制方法，三種調制模式的選擇。6利用 P2、 P5、 P6 口的 P2.4 P2.7， P5.4 與 P6.6， P6.7，外接指示燈，用于指示系統所處狀態。7磁通觀測器用于電

23、機氣隙磁通測量。其前半部分為3/2 變換電路，將三相電壓VA、VB、 VC 從三相靜止坐標系 A、 B、 C 變換到二相靜止坐標系 、 上，成為 V 、 V。電路的后半部分則分別對 V、V 積分。在忽略定子漏磁和定子電阻壓降的前提下，兩個積分器的輸出分別是二相靜止坐標系中電機氣隙磁通在 、 軸上的分量 與 ；它們的波形形狀相似，相位差90°。將兩個積分的輸出分別接入示波器的X 軸輸入和Y 軸輸入，即可得到電機氣隙磁通的圓形軌跡。四實驗設備和儀器1 MCL I 型電機控制教學實驗臺2 MCL 09 變頻調速系統組件3電機導軌及測速發電機4慢掃描示波器5雙蹤示波器五實驗方法按圖 7 4

24、連接線路， 經檢查無誤后，合上電源，實驗系統缺省設置為SPWM控制，同步調制方式， 對應指示燈亮。 若指示燈與上述不符，可按復位按鈕， 使系統處于上述缺省狀態，此時系統即可進行實驗。若系統采用 SPWM控制并工作在同步調制方式，即可按起動按鈕，電動機即可起動，起動后可調節頻率設定電位器，即可改變電動機轉速。在電動機運行中，如按了空間矢量、異步調制，混合調制等按鈕，系統將不會響應，必須先按停止按鈕，使電動機停止運行，才能轉到空間矢量控制以及其它調制方式。低頻補償電位器在電機運行時，可按需要任意調節。系統出現故障停機時，可在拆除故障條件下，按故障復位按鈕，使紅色故障指示燈滅，系統即可按要求繼續運行

25、。1過壓與過流保護環節測試。 （這時只需合上控制電源，主回路電源不加。）（ 1）斷開過壓保護檢測線，紅色故障指示燈發亮，同時微機輸出驅動脈沖被封鎖，表示過壓保護環節工作正常。測試完畢后， 按一下故障復位按鈕，故障指示燈滅。（ 2）斷開過流檢測線， 紅色故障指示燈發亮， 同時驅動脈沖被封鎖， 表示過流保護環節工作正常。測試完畢后，按一下復位按鈕，故障指示燈滅。2采用 SPWM控制 ，分別在輸出頻率為50Hz、30Hz 條件下，測量與描繪不同調制方9式時的電機氣隙磁通分量、電機氣隙磁通軌跡、定子電流、IGBT 兩端波形（輸出U、 V、 W與 N 端之間）與定子端電壓等波形，以及觀察電機運行的平穩與

26、噪聲大小。（ 1）同步調制：系統設定的載波比N=12。（ 2）異步調制：系統設定的載波頻率ft=600Hz。（ 3）混合調制：分三段執行。 第一段 0Hz 12.5Hz，載波比 N1=100；第二段 12.5 Hz25 Hz，載波比 N2=80；第三段，25 Hz 50 Hz，載波比 N3 =60。當在低頻 2Hz 時，若電機無法轉動時，可調節低頻補償電位器 （順時針旋轉時， 低頻補償電壓增大），直到電動機能旋轉時止。3采用電壓空間矢量控制實驗條件及觀察與描繪的波形同方法2。4低頻補償性能測試低頻時定子壓降的補償度可通過電位器連續調節，在輸出頻率為1 2Hz 時，調節補償度直到電動機能均勻旋轉

27、時止，同時觀察與記錄直流母線電流的變化。六實驗結果及分析SPWM 控制，同步調制SPWM 控制，異步調制頻率轉速（r/min ） 電流 (A)頻率轉速電流 (A)（HZ）（HZ）（r/min ）5014500.0855015040.0874513010.084513360.084011550.0774011920.0783510120.0753510320.073308680.073309030.072257250.072257540.071205820.07206050.069154370.065154550.06310293010287051470515101026302820SPWM 控

28、制，混合步調制空間矢量控制，同步調制頻率轉速（r/min ） 電流 (A)頻率轉速電流 (A)（HZ）（HZ）（r/min ）5014480.0875014470.0834513010.0844513030.084011570.0754011560.0753510130.0803510100.074308660.071308600.073257260.07257200.072205800.069205790.069154370.067154370.062102930102930514705147025802590空間矢量控制，異步調制空間矢量控制，混合調制頻率轉速（r/min ） 電流 (A)

29、頻率轉速電流 (A)（HZ）（HZ）（r/min ）5015060.0855014470.0864513540.084513000.084114011980.0794011580.0773510480.0783510150.073309030.072308700.072257540.074257200.072206040.068205810.069154540.066154380.063103200102930514105147027302580低頻補償性能測試：電機不轉動時初始電流為1.5mA ，頻率為 1.6HZ ，我們調節補償度直到電動機能均勻旋轉時止，電流上升為2.6mA 。實驗心得：

30、通過本次實驗， 我們學習了異步電動機變壓變頻調速系統的組成及工作原理。對用單片機通過軟件生成 SPWM 波形的工作原理與特點有了更深刻的理解。對不同調制方式對系統性能的影響有了更好的認識更加熟悉電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）的工作原理與特點。掌握異步電動機變壓變頻調速系統的調試方法。此次實驗涉及到晶閘管， 磁通軌跡， 輸出頻率等， 變頻調速系統， 數字控制器等一系列的知識，把以前用到的知識再拿回來用。 以前的書本知識有很好的幫助。 根據實驗得到的數據，進行對保護功能的研討和分析， 是有助于提高本門學科的知識掌握水平， 以及自己的分析能力。實驗四 晶閘管直流調速系統開環機械特性測試12一實驗目的1熟悉晶閘管直流調速系統組成及各主要單元部件的原理。2掌握晶閘管可控整流電路和觸發電路的調試方法。3掌握直流電動機機械特性的測試方法二實驗內容1觸發電路觸發脈沖的測試2觸發電路初始相位a0 的調試3三相橋式全控整流電路的調試4晶閘管主電路輸出波形的測試5直流電動機開環機械特性曲線的測試三實驗系統組成及工作原理1）主電路：三相電源，晶閘管橋式是可控整流調速裝置，平波電抗器、電動機-發電機組，可調電阻負載等組成。2