电压单闭环直流调速系统的装调技巧

知识导读

一、转速负反馈单闭环直流调速系统

1.系统组成

该系统主要由晶闸管整流装置、直流电动机、转速检测环节、比较放大电路等组成，如图3.2.3 所示。

图3.2.3　采用转速负反馈的直流调速系统

（1） 转速检测环节：检测转速的常用设备有测速发电机和旋转编码器。

（2） 比较放大电路：比较放大电路采用的是由集成运算放大器构成的比例调节器（也称为P 调节器），如图3.2.4 所示。

图3.2.4　比例调节器

（a）比例调节器原理图；（b）比例调节器输入-输出特性曲线

其输出信号与输入信号成比例关系，即

2.调节原理

在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，将之与给定电压Ug 相比较后，得到转速偏差电压ΔUn，经过放大器A，产生电力电子变换器UPE 的控制电压Uct，用以控制电动机转速n。

二、转速负反馈单闭环无静差直流调速系统

（1） 转速负反馈无静差直流调速系统的组成及原理图如图3.2.5 所示。

图3.2.5　转速负反馈无静差直流调速系统

（2） 转速负反馈单闭环调速系统的静特性分析：

由上面5 个关系式可以得到转速负反馈单闭环调速系统静态结构图，如图3.2.6 所示。

图3.2.6　转速负反馈单闭环调速系统静态结构图

任务实施

一、准备阶段

1.设备准备

自动控制实训室THPDC-2 型电力电子及电气传动实训设备与配套电动机等，常用电工工具及仪器仪表，安全保护用具。

实训所需挂件及附件如表3.2.1 所示。

表3.2.1　实训所需挂件及附件

2.实训手册及使用说明书等技术资料

在电压单闭环中，将反映电压变化的电压隔离器输出的电压信号作为反馈信号加到电压调节器（用调节器Ⅱ作为电压调节器）的输入端，与给定的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压Uct，控制整流桥的触发电路，改变三相全控整流的电压输出，从而构成了电压负反馈闭环系统。电动机的最高转速也由电压调节器的输出限幅所决定。调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差可将调节器换成PI（比例-积分）调节。当给定电压恒定时，闭环系统对电枢电压变化起到了抑制作用，当电动机负载或电源电压波动时，电动机的电枢电压能稳定在一定的范围内变化。

电压单闭环系统原理图如图3.2.7 所示。

二、操作过程

1.PDC-11 和PDC-12 上的触发电路调试(www.xing528.com)

（1） 打开PDC01 A 总电源开关，操作电源控制屏上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

图3.2.7　电压单闭环系统原理图（Ld = 200 mH，R = 2 250 Ω）

（2） 用弱电导线将控制屏上的三相同步信号输出端和PDC-12 的“三相同步信号输入”端相连，打开PDC-12 电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。

（3） 观察A、B、C 三相的锯齿波，并调节A、B、C 三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔下方），使三相锯齿波斜率尽可能一致。

（4） 将PDC-14 挂件上的给定输出电压Ug 直接与PDC-12 的移相控制电压Uct 相接，将给定开关S2 拨到接地位置（即Uct = 0），调节PDC-12 上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A 相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1 的输出波形，使α = 150°（注意此处的α 表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，前面实训中的单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°）。

（5） 适当增加给定Ug 的正电压输出，观测PDC-12 上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。

（6） 将PDC-12 面板上的Ulf 端接地，用20 芯的扁平电缆将PDC-12 的“正桥触发脉冲输出”端与PWD-11（或PDC-11）的“（正桥）触发脉冲输入”端相连，观察VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

2.基本单元部件调试

（1） 移相控制电压Uct 调节范围的确定。

直接将PDC-14 给定电压Ug 接入PDC-12 移相控制电压Uct 的输入端，三相全控整流输出接电阻负载R，用示波器观察Ud 的波形。当正给定电压Ug 由零调大时，Ud 将随给定电压的增大而增大，当Ug 超过某一数值Ug′时，Ud 的波形会出现缺相的现象，这时Ud 反而随Ug 的增大而减小。一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax = 0.9Ug′，即Ug 的允许调节范围为0～Uctmax。如果我们把给定输出限幅定为Uctmax，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证6 只晶闸管可靠工作。记录Ug′于下表中：

将给定退到零，再按停止按钮切断电源。

（2） 调节器的调零。

将PDC-14 中调节器Ⅱ所有输入端接地，再将RP1 电位器顺时针旋到底，用导线将“9”“10”端短接，使调节器Ⅱ成为P（比例）调节器。调节面板上的调零电位器RP2，用万用表的毫伏挡测量调节器Ⅱ的“7”端输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。

（3） 调节器正、负限幅值的调整。

把调节器Ⅱ的“9”“10”端短接线去掉，此时调节器Ⅱ成为PI（比例-积分）调节器，然后将PDC-14 挂件上的给定输出端接到调节器Ⅱ的“4”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP4，使调节器Ⅱ的输出电压为最小值，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP3，使之输出正限幅值为Uctmax。

（4） 电压反馈系数的整定。

直接将控制屏上的励磁电压接到电压隔离器的“1”“2”端，用直流电压表测量励磁电压，并调节电位器RP1，使得当输入电压为220 V 时，电压隔离器输出 + 6 V，这时的电压反馈系数γ = Ufn/Ud = 0.027。

3.电压单闭环直流调速系统

（1） 按图3.2.7 接线，在本实训中，PDC-14 上的给定电压Ug 为负给定，电压反馈为正电压，将调节器Ⅱ接成P（比例）调节器或PI（比例-积分）调节器。直流发电机接负载电阻R，Ld 用PWD-11（或PDC-11）上的200 mH，给定输出调到零。

（2） 直流发电机先轻载，从零开始逐渐调大给定电压Ug，使电动机转速接近n =1 200 r/min。

（3） 由小到大调节直流发电机负载R，测定相应的Id 和n，直至电动机电流Id = IdN，即可测出系统静态特性曲线n = f (Id)，并记录于下表中：

注意事项

（1） 在记录动态波形时，可先用双踪慢扫描示波器观察波形，以便找出系统动态特性较为理想的调节器参数，再用数字存储示波器或记忆示波器记录动态波形。

（2） 电动机启动前，应先加上电动机的励磁，才能使电动机启动。在启动前必须将移相控制电压调到零，使整流输出电压为零，这时才可以逐渐加大给定电压，不能在开环或电压闭环时突加给定，否则会引起过大的启动电流，使过流保护动作，告警，跳闸。

（3） 通电实训时，可先用电阻作为整流桥的负载，待确定电路能正常工作后，再换成电动机作为负载。

（4） 在连接反馈信号时，给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反，确保为负反馈，否则会造成失控。

（5） 直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2 倍的额定值。以免影响电动机的使用寿命或发生意外。

（6） PDC-12 与PDC-14 不共地，所以实训时须短接PDC-12 与PDC-14 的地。