电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。
六．实验内容
1．带转速负反馈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的调节电容以及反馈电位器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），在空载至额定负载范围内测取7～8点，读取Ud、id、n。
id（A） Ud（V） n（r/min） 2．测取调速系统在带转速负反馈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。在额定至空载范围内测取7～8个点。
id（A） Ud（V） n（r/min）
七．实验报告
绘制实验所得静特性，并进行分析、比较。
八．思考题
1． 系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？
实验时应如何接线？
FBSTG12速度变换器34G给定CA864NMCL-33DZS(零速封锁器)31NMCL-312S解除封锁主电源输出，位于NMCL-32I组晶闸管，位于NMCL-33UVWRC吸收，位于NMCL-331
实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统
一．实验目的
1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。 3．熟悉NMCL-18，NMCL-33的结构及调试方法
4．掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
二．实验内容
1．各控制单元调试 2．测定电流反馈系数。
3．测定开环机械特性及闭环静特性。 4．闭环控制特性的测定。 5．观察，记录系统动态波形。
三．实验系统组成及工作原理
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的控制回路如图1-8b所示，主回路可参考图1-8a所示。
系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅（?5V）可达到限制起动电流的目的, ACR的输出作为移相触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅（?6V）可达到限制?min和?min的目的（限制最大输出电压）。
当加入给定Ug后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufn），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。
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．NMCL—18组件
5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01
6．直流电动机M03 7．双踪示波器 8．万用表
五．注意事项
1．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
2．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。
直流电流表，量程为2AAVT1VT3VT5VVT4VT6VT2RDM直流电机励磁电源直流发电机M01TGGRG图1-8a 不可逆双闭环直流调速系统主回路注意：电流环调试整定用主电路图（不加励磁） 3．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。
4．进行闭环调试时，若电机转速达最高速且不可调，注意转速反馈的极性是否接错。 5．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
主电源输出，位于NMCL-32I组晶闸管，位于NMCL-33UVWRC吸收，位于NMCL-331
1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。（略） （1）用示波器观察双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲
（2）检查相序（U、V、W），用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。
一、 运动控制系统实验项目一览表
实验室名称：电机拖动实验室 课程名称：运动控制系统
适用专业：电气工程及自动化、自动化 实验总学时：16
设课方式：课程实验 （“课程实验”或“独立设课”二选一） 是否为网络实验：否 （“是”或“否”二选一） 序 号 1 实验项目名称 晶闸管直流调速系统主要单元调试 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 闭环可逆直流脉宽调速系统 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 逻辑无环流可逆直流调速系统 异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统 学 时 2 实验类别 实验要求 实验类型 每组人数 4 主要设备名称 电机拖动实验台 电机拖动实验台 电机拖动实验台 电机拖动实验台 电机拖动实验台 目的和要求 见实验指导书 见实验指导书 见实验指导书 见实验指导书 见实验指导书 专业 必修 综合 2 2 专业 必修 综合 4 3 4 专业 必修 综合 4 4 2 专业 必修 综合 4 5 2 专业 必修 综合 4 6 2 专业 必修 综合 4 电机拖动实验台 见实验指导书 7 2 专业 必修 综合 4 电机拖动实验台 见实验指导书
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．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
RP4CB三．实验设备及仪器
31．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—31A组件 3．NMCL—18组件 4．双踪示波器 5．万用表
可调电容，位于NMCL-18的下部四．实验方法
G给定CA1．速度调节器（ASR）的调试 按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。注意：正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。
（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—31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。
1NMCL-31A封锁864DZS(零速封锁器)3S解除2图1-5 速度调节器和电流调节器的调试接线图（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）观察PI特性
拆除“5”、“6”端短接线接入5~7uf电容，（必须按下选择开关，绝不能开路），突加给定电压，用慢扫描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．电流调节器（ACR）的调试 按图1-5接线。
（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）观察PI特性
拆除“9”、“10”端短接线，突加给定电压，用慢扫描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。
3．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0.4~0.6伏，记录高电平值 ，调节RP使环宽对称纵坐标。
具体方法：
（a）调节给定Ug，使DPT的“1”脚得到约0.3V电压，调节电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”。
（b）调节负给定，从0V起调，当DPT的“2”端从“0”变为“1”时，检测DPT的“1”端应为-0.3V左右，否则应调整电位器，使“2”端电平变化时，“1”端电压大小基本相等。
（2）测定零电流检测器（DPZ）的环宽，要求环宽也为0.4~0.6伏，调节RP，使回环向纵坐标右侧偏离0.1~0.2伏。
具体方法：
（a）调节给定Ug，使DPZ的“1”端为0.7V左右，调整电位器RP，使“2”端输出从“1”变为“0”。
（b）减小给定，当“2”端电压从“0”变为“1”时，“1”端电压在0.1～0.2V范围内，否则应继续调整电位器RP。
（3）按测得数据，画出两个电平检测器的回环。 4．反号器（AR）的调试
测定输入输出比例，输入端加+5V电压，调节RP，使输出端为-5V。
5．逻辑控制器（DLC）的调试
测试逻辑功能，列出真值表，真值表应符合下表：
输入 UM UI Uz(Ublf) UF(Ublr) 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 输出 G给定RP1RP1RP2RP2S1负给定+15VS1S2正给定给定ONOFF低压电源-15VS20V+15V114Ublr图1-6 DPT、DPZ、DLC的调试接线图调试时的阶跃信号可从给定器得到。 调试方法： 按图1-6接线
（a）给定电压顺时针到底，Ug输出约为12V。
（b）此时上下拨动NMCL—31中G（给定）部分S2开关，Ublf、Ublr的输出应为高、低电平变化，同时用示波器观察DLC的“5”，应出现脉冲，用万用表测量，“3”与“Ublf”，“4”与“Ublr”等电位。
（c）把+15V与DLC的“2”连线断开，DLC的“2”接地，此时拨动开关S2，Ublr、Ublf输出无变化。
五. 实验报告
1．画各控制单元的调试连线图。
2．画出各调节器和电平检测器的输入输出特性曲线。
实验二 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究
一．实验目的
1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3．学习反馈控制系统的调试技术。
二．预习要求
1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。
三．实验线路及原理
见图。
四．实验设备及仪表
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—33(A)组件或MCL—53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．注意事项
1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。
2．接入ASR构成转速负反馈时，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）。注意：必须加DZS零速封锁信号，且正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。 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）。 4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。
5．电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1即可正常工作。
6．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。
7．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。
8．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。
9．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
（3）将控制一组桥触发脉冲通断的六个直键开关弹出，用示波器观察每只晶闸管的
TA1NMCL-33TA2TA3RP1可调电容，位于NMCL-18的下部FBS速度变换器3TG124IZIfCBG给定CA1RP428644567DZS(零速封锁器)31NMCL-312S解除封锁NMCL-33Uct图1-8b 不可逆双闭环直流调速系统控制回路控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。
2．双闭环调速系统调试原则
（1）先部件，后系统。即先将各单元的特性调好，然后才能组成系统。（给定单元、整流器、二个调节器、电流反馈环节、速度反馈环节）
（2）先开环，后闭环，即使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。
（3）先内环，后外环。即先调试电流内环，然后调转速外环。 3．开环外特性的测定（略）
（1）控制电压Uct由给定器Ug直接接入。主回路按图1-8a接线，直流发电机所接负载电阻RG断开，短接限流电阻RD。
（2）使Ug=0，调节偏移电压电位器，使α稍大于90°。
（3）NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出。
（4）逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电机空载转速n0=1500r/min，
再调节直流发电机的负载电阻RG，改变负载，在直流电机空载至额定负载范围，测取7～8点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，即可测出系统的开环外特性n=f (Id)。 n(r/min) I(A) 注意，若给定电压Ug为0时，电机缓慢转动，则表明α太小，需后移
4．单元部件调试
ASR调试方法与实验二相同。注意：必须加DZS零速封锁信号，且正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。
ACR调试：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，使脉冲前移??300,使脉冲后移?=300，反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。
5．系统调试（重点内容）
将Ublf接地，Ublr悬空，即使用一组桥六个晶闸管。 （1）电流环调试 电动机不加励磁
（a）系统开环，即控制电压Uct由给定器Ug直接接入，主回路接入电阻RD并调至最大（RD由NMEL—03的两只900Ω电阻并联）。逐渐增加给定电压，用示波器观察晶闸管整流桥两端电压波形。在一个周期内，电压波形应有6个对称波头平滑变化 。
（b）增加给定电压，减小主回路串接电阻RD=450Ω，直至Id=1.1Ied，再调节NMCL-33挂箱上的电流反馈电位器RP，使电流反馈电压Ufi近似等于速度调节器ASR的输出限幅值+5V（ASR的输出限幅可调为±5V）。（注意：电流反馈信号接入电流调节器，以便考虑调节器输入电阻的影响）
（c）NMCL—31的G（负给定）输出电压Ug接至ACR的“3”端，ACR的输出“7”端接至Uct，即系统接入已接成PI调节的ACR组成电流单闭环系统。ACR的“9”、“10”端接可调电容，可预置7μF，ACR输出限幅值（?6V），同时，反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小。逐渐增加给定电压Ug，使之等于ASR输出限幅值（-5V），观察主电路电流是否小于或等于1.1Ied，如Id过大，则应调整电流反馈电位器，使Ufi增加，直至Id<1.1Ied；如Id （2）速度变换器的调试 电动机加额定励磁，短接(去掉)限流电阻RD。 （a）系统开环，即给定电压Ug直接接至Uct，Ug作为输入给定，逐渐加正给定，当转速n=1500r/min时，调节FBS（速度变换器）中速度反馈电位器RP，使速度反馈电压为-5V左右，计算速度反馈系数。 （b）速度反馈极性判断： 系统中接入ASR构成转速单闭环系统，即给定电压Ug接至ASR的第2端，ASR的第3端接至Uct。调节Ug（Ug为负电压），若稍加给定，电机转速即达最高速且调节Ug不可控，则表明单闭环系统速度反馈极性有误。但若接成转速—电流双闭环系统，由于给定极性改变，故速度反馈极性可不变。 6．系统特性测试 将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。（特别注意：必须连接零速封锁信号并“解除”） ASR的调试：（a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小； （b）“5”、“6”端接入可调电容，预置5～7μF；（不能开路） （c）调节RP1、RP2使输出限幅为±5V。 （1）机械特性n=f（Id）的测定 （a）调节转速给定电压Ug，使电机空载转速至1500 r/min，再调节发电机负载电阻Rg，在空载至额定负载范围内分别记录7～8点，可测出系统静特性曲线n=f（Id） n(r/min) I(A) （2）闭环控制特性n=f(Ug)的测定 调节Ug，记录Ug和n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。 n(r/min) Ug(V) 7．系统动态波形的观察 用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用数字示波器记录动态波形（扫描周期200ms或500ms）。在不同的调节器参数下，观察，记录下列动态波形： （1）突加给定起动时，电动机电枢电流波形和转速波形。 （2）突加额定负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。 （3）突降负载时，电动机电枢电流波形和转速波形。 注：电动机电枢电流波形的观察可通过ACR的第“1”端（电流反馈信号） 转速波形的观察可通过ASR的第“1”端（电压反馈信号） 七． 实验报告 1．根据实验数据，画出闭环控制特性曲线。 2．根据实验数据，画出闭环机械特性，并计算静差率。 3．根据实验数据，画出系统开环机械特性，计算静差率，并与闭环机械特性进行比较。 实验四 闭环可逆直流脉宽调速系统 一．实验目的 1．掌握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。 2．熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。 3．熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。 4．掌握闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。 二．实验内容 1．PWM控制器SG3525性能测试。 2．控制单元调试。 3．系统开环调试。 4．系统闭环调试 5．系统稳态、动态特性测试。 6．H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。 三．实验系统的组成和工作原理 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1—10所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用IGBT所构成的H型结构形式，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（Silicon General）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。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—31A组件 3．NMCL—22组件或NMCL—10A组件 4．NMEL—03组件 5．NMCL—18组件 6．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01 7．直流电动机M03 8．双踪示波器 9．万用表 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。 2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时 PWM（脉宽调制变换器）1UUVVWW2G23G1G3VT1VD15E16VD3VT3E3G4D7VT2VD2电流取样VD44VT4E2主电源输出，位于NMCL-32直流发电机M01M直流电机励磁电源TGGRG图1-10a 直流脉宽调速系统主回路针旋到底，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）。 FBA8Ufi可调电容，位于NMCL-18的下部FBS速度变换器3TG124CBG给定CA1RP428644756G1G2E1G2E2G3G3E3G4G4DZS(零速封锁器)31NMCL-312S解除封锁G1UPW32DLD12图1-10b 直流脉宽调速系统控制回路4．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。 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．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，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。 特别注意：PWM柜子的地必须与给定单元的地相连，否则，给定电压无回路，控制无效。该柜子不像晶闸管整流柜的地线是相连的。 六．实验方法 1． 开环系统调试 主回路按图1—10a接线，控制回路可参考图1—10b，但调节器不接，控制回路直接将NMCL-31的给定接至NMCL-22的UPW“3”端，并将UPW“2”端和DLD“1”端相连，驱动电路的G1、G2、G3、G4相连。 （1）电流反馈系数的调试（电机电枢接入主电路的6、7脚。若从5、7引出则无电流反馈电压。5、6脚之间为霍尔电流传感器。） a．将正、负给定均调到零，合上主控制屏电源开关，接通直流电机励磁电源。 b．调节正给定，电机开始起动直至达1500r/min c．给电动机拖加负载，即逐渐减小发电机负载电阻，直至电动机的电枢电流为1A。 d．调节“FBA”的电流反馈电位器，用万用表测量“9”端电压达2V左右。（必须接入电路，否则，输入电阻作为负载电阻会使整定值减小。） （2）速度反馈系数的调试 在上述实验的基础上，再次调节电机转速的1400r/min，调节NMCL-31A的“FBS”电位器，使速度反馈电压为-5V左右。 （3）系统开环机械特性测定 参照速度反馈系数调试的方法，使电机转速达1400r/min，改变直流发电机负载电阻（900并联，调至最大）Rd，在空载至额定负载范围内测取7—8个点，记录相应的转速n和直流电动机电流id。 n=1400r/min n(r/min) id(A) 调节给定，使n=1000/min和n=500r/min，作同样的记录，可得到电机在中速和低速时的机械特性。 n=1000r/min n(r/min) id(A) M(N.m) n=500r/min n(r/min) id(A) M(N.m) 断开主电源，NMCL-31A的S1开关拨向“负给定”，然后按照以上方法，测出系统的反向机械特性。 2．闭环系统调试 控制回路可按图1—10b接线，将ASR，ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。（必须遵循“先空载，后带载；先环节，后系统；先内环，后外环”原则。先检查PWM及驱动信号，Ug=0时，占空比为50%。再检查整流桥电容滤波输出是否为300V，正常则接入桥式可逆斩波电路。最后将PWM方波加入驱动，检查6、7脚是否为直流0V。若正常，则可接入电机，进行开环系统运行。） （1）速度调节器的调试。注意：必须加DZS零速封锁信号，且正常使用时应“封锁”，以防停机时突然启动。 （a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小； （b）“5”、“6”端接入可调电容器，预置5～7μF； （c）调节RP1、RP2使输出限幅为±2V。（ASR输出限幅值可取±2V）。 （2）电流调节器的调试 （a）反馈电位器RP3逆时针旋到底，使放大倍数最小； （b）“5”、“6”端接入可调电容器，预置5～7μF； （c）NMCL-31的S2开关打向“给定”，S1开关扳向上，调整NMCL-31的RP1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NMCL-22的DLD “2” 的脉冲，不可移出范围（约为±3.2V~±3.5V）。注：ACR输出限幅值可取±3V。 S1开关打向下至“负给定”， 调整NMCL-31的RP2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NMCL-22的DLD “2”的脉冲，不可移出范围。 3．系统静特性测试 （1）机械特性n=f（Id）的测定 NMCL-31的S2开关打向“给定”，S1开关扳向上，逆时针调整NMCL-31的RP1电位器到底。 合上主电路电源，逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电机空载转速n0=1500r/min，再调节直流发电机的负载电阻RG，改变负载，在直流电机空载至额定负载范围，测取7～8点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，可测出系统正转时的静特性曲线n=f（Id）。 n(r/min) I(A) 断开主电源，S1开关打向下至“负给定”，逆时针调整NMCL-31的RP2电位器到底。 合上主电路电源，逐渐增加给定电压Ug，使电机起动、升速，调节Ug使电机空载转速n0=1500r/min，再调节直流发电机的负载电阻RG，改变负载，在直流电机空载至额定负载范围，测取7～8点，读取电机转速n，电机电枢电流Id，可测出系统反转时的静特性曲线n=f（Id）。 n(r/min) I(A) （2）闭环控制特性n=f(Ug)的测定 S1开关扳向上，调节NMCL-31给定电位器RP1，记录给定输出Ug和电动机转速n，即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。 n(r/min) Ug(V) 七．实验报告 1．列出开环机械特性数据, 画出对应的曲线，计算出满足S=0.05时的闭环系统调速范围。 2．列出闭环机械特性数据，画出对应的曲线，计算出满足S=0.05时的闭环系统调速范围，并与开环系统调速范围相比较。 3．对实验中感兴趣现象的分析、讨论。 4．实验的收获、体会与改进意见。 八．思考题 1． 与采用晶闸管的移相控制直流调速系统相对比，试归纳采用自关断器件的脉宽调速系统的优点。 实验五 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R 2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L 3．测定直流电动机—直流发电机—测速发电机组（或光电编码器）的飞轮惯量GD2 4．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td 5．测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM 6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM 7．测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f (Uct) 8．测定测速发电机特性UTG=f (n) 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Ug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M03 6．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Ug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Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn 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。 将变阻器RD（可采用两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。 NMCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使?=150°。 NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“直流调速”。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出， 调节Ug使整流装置输出电压Ud=（30~70）?Ued（可为110V），然后调整RP使电枢电流为（80~90）?Ied，读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1，则此时整流装置的理想空载电压为 Udo=I1R+U1 主电源输出，位于NMCL-32I组晶闸管，位于NMCL-33直流电流表，量程为2A负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)AUG给定VRDVWMNNMCL-31NMCL-33直流电动机M03图1-1 电枢回路电阻R的测定调节RP，使电流表A的读数为40% Ied。在Ud不变的条件下读取A，V表数值，则 Udo=I2R+U2 求解两式，可得电枢回路总电阻 R=(U2-U1)/(I1-I2) 如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得 RL+Rn=(U’2-U’1)/(I’1-I’2) 则电机的电枢电阻为 Ra=R?（RL+Rn） 同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器直流电阻RL 2．电枢回路电感L的测定 电枢电路总电感包括电机的电枢电感La，平波电抗器电感LL和整流变压器漏感LB，由于LB数值很小，可忽略，故电枢回路的等效总电感为 L=La+LL 电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-2所示。 NWVU主电源输出，位于NMCL-32交流电流表，量程为1AAM直流电动机M03图1-2 电枢回路电感L的测定合上主电路电源开关，用电压表和电流表分别测出通入交流电压后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LL。 实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值， Za=Ua/I ZL=UL/I 主电源输出，位于NMCL-32I组晶闸管，位于NMCL-33直流电流表，量程为2AUG给定VAVWMNNMCL-31NMCL-33直流电机励磁电源TG示波器图1-3 转动惯量GD 的测定和系统机电时间常数Tm的测定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 M?ML?(GD2/375)?dn/dt 式中 M—电动机的电磁转矩，单位为N.m; ML ?负载转矩，空载时即为空载转矩MK，单位为N.m; n ? 电机转速，单位为r/min; 电机空载自由停车时，运动方程式为 MK?(?GD2/375)?dn/dt 故 GD2?375MK/dn/dt 式中GD2的单位为N.m2. MK可由空载功率（单位为W）求出。 MK?9.55PK/n 2PK?UaIK?IKR dn/dt可由自由停车时所得曲线n= f (t)求得，其实验线路如图1-3所示。 电动机M加额定励磁。 NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。 合上主电路电源开关，调节Uct，将电机空载起动至稳定转速后，测取电枢电压Ud和电流IK，然后断开Uct，用记忆示波器拍摄曲线，即可求取某一转速时的MK和dn/dt。由于空载转矩不是常数，可以转速n为基准选择若干个点（如1500r/min，1000r/min），测出相应的MK和dn/dt，以求取GD2的平均值。 电机为1500r/min。 Ud（v） IK（A） dn/dt PK MK GD2 GD2 电机为1000r/min。 Ud（v） IK（A） dn/dt PK MK 4．主电路电磁时间常数的测定 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 id?Id(1?e?t/Td) 当t =Td时，有 id?Id(1?e?1)?0.632Id 实验线路如图1?4所示。 NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。 合上主电路电源开关，电机不加励磁。 调节Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为(50~90)?Ied。然后保持Uct不变，突然合上主电路开关，用数字示波器拍摄id=f(t)的波形，由波形图上测量出当电流上升至63.2?稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。 5．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，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出Ce Ce=Ke?=(Ud2-Ud1)/(n2-n1) Ce的单位为V/(r/min) 转矩常数(额定磁通时)CM的单位为N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce 6．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 主电源输出，位于NMCL-32I组晶闸管，位于NMCL-33直流电流表，量程为2A负载电阻，可选用NMEL-03(900欧并联)AUG给定RDVWMNNMCL-31NMCL-33直流电动机M03图6-4 主电路电磁时间常数的测定 Tm?(GD2?R)/375CeLM 由于Tm>>Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 n?K/(1?TmS)?Ud 当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2?稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。 测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。 NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。 合上主电路电源开关，电动机M加额定励磁。 调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用数字示波器拍摄过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。 7．测速发电机特性UTG=f(n)的测定 实验线路如图1?3所示。 电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的UTG ,n的数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f(n)。 n（r/min） UTG（V） 七． 实验报告 1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数。 2．由Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象。 4．分析电机从正转切换到反转过程中，电机经历的工作状态，系统能量转换状况。 实验七 异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统 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。 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。 三．实验系统组成及工作原理 变频调速系统原理框图如图2—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部分组成。 逆变器功率器件采用智能功率模块IPM（Intel Ligent Power Modules），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16 bit 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、停止、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。其前半部分为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。电路的后半部分则分别对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。 图1-3 变频调速系统原理框图RS2321AUFU电流检测UFI123C1K2IPM+4启动限流故障检测++故障信号驱动++过压保护过流保护微机控制系统80C196MCM~四．实验设备和仪器 1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—09组件 3．电机导轨及测速发电机 4．异步电动机M04 5．双踪示波器 6．万用表 五．实验方法 按图1—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。若指示灯与上述不符，可按复位按钮，使系统处于上述缺省状态，此时系统即可进行实验。若系统采用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。 U+U+IPMK2U6.5x5.56.5x5.5iU+UVC1VV123iViW电流取样UVWWW1AUFU启动限流+UFU+U-U-电流检测UFI4K28磁 通 测 量UM04电机+8+VW++过压保护+UFU++电 路 与 上 相 同88??++??过流保护+UFI++微机控制系统8+图2-4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，必须先按停止按钮，使电动机停止运行，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，可在拆除故障条件下，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。） （1） 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。 （2） 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。 （1） 同步调制：系统设定的载波比N=12。 （2） 异步调制：系统设定的载波频率ft=600Hz。 （3） 混合调制：分三段执行。第一段0Hz～12.5Hz，载波比N1=100；第二段12.5 Hz～25 Hz，载波比N2=80；第三段，25 Hz～50 Hz，载波比N3=60。 当在低频2Hz时，若电机无法转动时，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。 六．实验报告 1．列出SPWM控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形与电机工作情况。 2．列出电压空间矢量控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形与电机工作情况。 3．调节低频补偿度，列出电机能均匀旋转的最低工作频率。 4．SPWM控制，电压空间矢量控制，不同调制方式时的电机气隙磁通轨迹，定子电流及电机平稳性与噪声比较。 5．对实验中感兴趣现象的分析、讨论。 七．思考题 1．低频时定子压降的补偿度是否越大越好？过大了会造成何种不良结果？应该如何调节才算恰到好处？ 2．SPWM控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，那么电压空间矢量控制的目标是什么？它与SPWM控制相比，有哪些特点？ 3．设单相输入的交-直-交变频调速系统的直流母线电压为310V，按SPWM控制时电机线电压的最大值为几伏？如要达到电机线电压为220V有否可能？如何实现？ 八．注意事项 1．转换不同控制与调制方式时，要等到电动机转速接近于零时，再按起动按钮，以免对电动机造成冲击。 2．主回路中的保险丝为1A，不要任意放大。