实验一 开环直流调速系统实验
直流电动机具有良好的起动和调速性能，适合于转速比较高的场合、如轧钢机、造纸机、电梯及龙门刨床等需要调速范围宽、速度变化较为平滑的生产设备。早期的直流调速系统是采用直流发电机—电动机进行调速控制的；在晶闸管用于工程后，出现了晶闸管直流调速系统，并在生产中得到了广泛使用。虽然十多年来，交流变频器发展很快，但直流调速系统在理论和工程应用上都比较成熟，而且从控制的角度来看，又是交流调速系统的基础。所以列出了五个直流调速系统实验，其中实验一和二为基础性实验，目的是使学生对调速系统有一个初步的认识；其他三个实验则为综合性的系统实验。
一、实验目的
1.熟悉调速系统的结构及电气线路 。 2.了解直流调速系统的运行原理及工作过程。 3.掌握系统的调试方法及步骤。 4.学习系统特性的测试方法。 二、预习要求
1.《模拟电子线路》讲义中有关“运算放大器”的内容。
2.《电力电子技术基础》课本中“2.5三相桥式全控整流电路”的内容。
3.《电力拖动自动控制系统》课本中“2.1直流调速系统用的可控直流电源”的内容。 4.弄清楚速度给定Un、直流控制电压Uct、晶闸管触发角α、整流电压Ud及电动机转速n之间的变化关系。
三、实验线路及系统原理
图1-1所示为该实验系统的电气线路图。由图1-1a、b可知，该系统由直流电动机M、晶闸管整流桥、触发器、速度给定Ug及调节器ASR和零速封锁DZS构成。该系统的运行过程是：三相交流电源加于整流桥的交流侧，速度给定电压加于ASR的输入端2，在ASR的输出端3得到控制电压Uc，经触发器变换成触发（控制）角α，晶闸管在对应的α角度下工作，交流电源变成直流电供电给电机而产生旋转；当Ug改变时，电机的转速随之变化。显然，一个合格的调速系统，其转速能随速度给定Ug而变；当Ug为零时，转速为零；当Ug为最大时，转速亦为最高。如何能满足这一关系呢？这就涉及到系统的调试问题。对于开环系统，亦就是Un、Uct、α、Ud和n的配合问题。理论课曾提及过这些变量的联系，而之间的数量关系应该是实验课的内容。本实验系统这五个变量的变化范围如下：
Un (v) 0-------------------- -10 Uct (v) 0-------------------- +5 α (弧度) 90°-------------------- 0° Ud (V) 0----------------------230(UN) n (转/分) 0----------------------1500（r/min）
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上述的变化关系应当是线性的，这需要由调试来介决。因此这五个变量是否匹配好的关键就是系统调试，若系统未调试好，则电机无法正常运转，实验亦无法顺利进行。所以，必须重视系统调试工作。
本次实验要解决的问题有：1.直流调速系统是如何调速的？2.为什么当电枢电流增大时，转速会下降？通过实验就能明白。其中触发角α角度的调节是实验的难点。
CA864G给定DZS(零速封锁器)31NMCL-312S解除封锁NMCL-33
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2AAUvV直流电动机M03WMN直流电机励磁电源图1-1b 开环直流调速系统主电路
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四、实验设备及仪表
1.NMCL教学实验台主控制屏。 2.NMCL—33组件。 3.NMEL—03组件。 4.NMC L—18组件。 5.直流电动机M03。
6.电机导轨及测速发电机。 7.双踪示波器。 8.万用表。
五、注意事项
1.直流电动机工作前，必须先加上励磁电源（主控屏下部的NMEL-18A单元）。
2.本次实验使用的转速调节器ASR，其反馈网络端的5、6两点是用来接电容或电阻的。所以，开环系统实验时，要求ASR为比例调节器，故5、6两点用导线短接，否则ASR会因反馈网络的电阻无穷大而成为放大倍数无穷大的比例调节器。
3.三相主电源连线时必须注意相序不可接错，否则主电路的晶闸管将无法正常触发导通。 4.为防止电机起动时产生电流冲击，每次合主电源前，都必须将给定电位器RP2反时针旋到底，亦即速度给定为0V。
5.测量电动机的机械特性时，电枢电流最大不得超过电机的额定电流（1A）. 6.示波器的两条测试线的地线是相连的，为防止短路，只能用其中的一条地线。
六、实验内容 1.系统接线。
2放大器ASR调试。 3.控制角α=90°调试。 4.移相范围30°―90°调整. 5.系统运行观察。 6.系统机械特性测试。
七.方法与步骤 1.接线。 1）主电路 （1）用三联导线将主控屏下部主电源插座U,V,W与NMCL-33挂箱中部的Ⅰ组晶闸管桥的交流侧三相电源插座相连（黄对黄、绿对绿、红对红）。
（2）用导线将主控屏NMCL-001上的交流电压表（～U）与主电源的U,V端相连。 （3）晶闸管桥的+（红）端与直流电流表的+（红）端相连；表的-端与与电机M03的电枢A1相连；电枢的A2与电抗器（NMCL-331）下端相连；电抗器的*端与桥的-（黑）端相连。
（4）桥的+，-端与直流电压表的+，-端相连。
（5）电机M03的励磁绕组F1，F2与直流电机励磁电源的+、-端相连，并应将电流表串入，以监视励磁电流。
（6）将NMCL-331的RC与晶闸管桥的+、-两端相连，以稳定电机的转速。 2）控制电路
（1）给定（G）的Ug与ACR的3端相连，并将开关S1往下拨。
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（2）ACR的7端与NMCL-33上部的脉冲移相控制Uct相连。
（3）NMCL-33挂箱中部的脉冲放大电路控制的Ub1f插座与地端相连。
（4）NMCL-31中部的DZS的3端与ACR的8端相连，此外，将开关S3拨向“解除”一侧。
（5）将NMCL-33上部的脉冲观察及通断控制的按键放松（即脉冲通）。 3）检查连线，无误后进入实验过程。
2.放大器ACR调试。
1）调整输出正、负限幅值 （1）5、6两端短接.
（2）给定G的开关S2往上拨，S1往下拨.
（3）调节RP2,使-Ug慢慢增大，并用万用表测量ASR的3端应为正电压.
（4）使-Ug为最大，此时3端的正电压应大于5V,用螺丝刀慢慢调节ASR的RP1，使3端的正电压等于+5V。
(5)将给定的S1往上拨，调节RP1，使+Ug慢慢增大。按以上的步骤做，使3端的负电压等于-5V。
2）测定输入输出特性。
（1）ASR的5、6两端仍短接。
（2）给定G的开关S2位于上侧，S1位于下侧。
（3）调节RP2,使-Ug从0V、-1V、-2V、-3V??、-10V逐级增大。 （4）测出对应的输出端电压，并分别填入表1—1中。
(5)将给定G的开关S1拨向上，并遂级调节RP1,得到对应的输出电压，填入表1-1. （6）将给定G的电位器RP1、RP2分别调为0V.
表1—1 调节器ASR输入输出参数
Ug(V) 0 Uct(V) Ug(V) 0 Uct(V) -0.5 -1 0.5 1 -1.5 -2 1.5 2 -2.5 -3 2.5 3 -3.5 -4 3.5 4 -4.5 -5 4.5 5
3．控制角α=90°调试。 （1）在保证ACR的输出为0V的情况下，用双踪示波器分别观察NMCL-33的脉冲观察孔1、2、3、??、6，每个孔应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同。
（2）仍保持ASR的输出（即Uct）为0V，将示波器的两条测试线的输入端分别连接到NMCL-33挂箱上部“同步电压观察”的U端和“脉冲观察及通断控制”的1端；示波器的地线与电路的公共地（黑端子）相连。
（3）适当调节示波器的位移旋钮，使同步电压和脉冲波形稳定地显示在示波屏上，观察脉冲的相位应位于正弦波正半周的120°的位置、即α=90°。若α≠90°则适当调节NMCL-33挂箱上的偏移电压调节电位器，使脉冲位于90°。
（4）在保证给定电压-Ug=0V的前提下，按下主电源合的按钮（绿色），再慢慢增大输入交流电压至相电压为130V（交流电压表读数）。若为U、N连接，则电压读数应为210V。 （5）观察电动机M03是否在运转；若电动机低速旋转，则调节偏移电压电位器，使电动机刚好不转，此时α=90°。反之，则反方向调节偏移电压电位器，使触发脉冲从α＞90°前移到α=90°。至此，α=90°的调节过程完成。
（6）调节给定电位器RP2，慢慢增大-Ug值，则触发脉冲前移，电动机逐渐加速起动旋
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转。当转速超过1600转/分后，-Ug不再增大。调节ASR的正限幅电位器RP1，使脉冲位于同步电压正半波的60°，即α=30°处。这样，移相范围的调节完成。
（7）将给定电位器RP2反时针旋为零，待电动机转速为零后，再慢慢增大-Ug，直到最大值；同时测出对应的电机转速值，直到最高转速。将-Ug和nd代入表1—2。若-Ug与nd成线性关系，则说明系统运行正常。
表1—2给定电压与转速的关系
Ug(V) 0 0 nd(r/min)
4.系统机械特性测试。 1）高速特性参数测定。
（1）在保证给定电压为零后，合主电源，并慢慢增大给定-Ug，电动机慢速起动，直到转速为1400转/分。读出电动机的电枢电流并与转速一同代入表1—3.
（2）合上电动机的负载开关（NMCL-13挂箱下部的“突加负载”开关），再慢慢的顺时针调节电位器，即逐步增大负载，则电枢电流亦相应增加。同时读出对应的转速值，一同代入表1—3.直到电流等于1A为止。数据记录后，断开电动机负载，并将负载电位器反时针调为零 。
表1—3 高速时的机械特性参数 0.1 Id(A) nd(r/min) 1400 Ud(V) Uφ(V) 0.25 0.4 0.6 0.7 0.8 0.9 1．0 2）低速特性参数测定。 (1)速度给定电位器RP2反时针旋转，电动机转速随之下降。当转速为600转/分时，速度给定不再变化。记录此时的电流和转速值，代入表1—4。
（2）合上电动机的负载开关，并逐级增大负载，按高速特性的方法测出电流和转速值，并代入表1—4。
（3）断开电动机的负载开关，速度给定电位器调为零，按下主电源的红色按钮，关闭系统。
表1—4低速时的机械特性参数
0.1 Id(A) nd(r/min) 600 Ud(V) Uφ(V) 0.25 0.4 0.6 0.7 0. 8 0.9 1.0 八.实验报告 1.实验目的、内容、原理框图，所用的仪器设备。 2.给出所测的各种数据。
3.在电压座标系上绘出调节器ASR的输入—输出特性曲线，求出相应的比例放大系数。 4.在nd/Id座标系上绘出系统的机械特性曲线。
5.依据表1—3的参数，求出满足S≤30%时的开环系统的调速范围Dk。 6.为什么当电枢电流增大时，电动机的转速会下降，电枢电压又如何变化？ 7.叙述实验的体会。
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