實(shí)驗(yàn)二交流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速V30版

1、第七章 交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)本章介紹交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要是雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和雙閉環(huán)三相異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以及三相SPWM、SVPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)三十九 雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成。(2)了解轉(zhuǎn)子串電阻的繞線式異步電機(jī)在調(diào)節(jié)定子電壓調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性。(3)通過測(cè)定系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)一步理解交流調(diào)壓系統(tǒng)中電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的作用。二、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”，“勵(lì)磁電源”等幾個(gè)模塊。2DJK02 晶閘管主電路

2、 3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”,“正橋功放”，“反橋功放” 等幾個(gè)模塊。4DJK04 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn) I該掛件包含“給定”，“電流調(diào)節(jié)器”，“速度變換”，“電流反饋與過流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。5DJK08可調(diào)電阻、電容箱6DD03-2電機(jī)導(dǎo)軌測(cè)速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表或DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表7DJ13-1 直流發(fā)電機(jī)8DJ17 三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)9DJ17-2 線繞式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子專用箱10D42三相可調(diào)電阻11慢掃描示波器自備12萬用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理異步電動(dòng)機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速時(shí)，由于同步轉(zhuǎn)速不變和機(jī)械特性較硬，因此對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)來說其調(diào)速范圍

3、很有限，無實(shí)用價(jià)值，而對(duì)力矩電機(jī)或線繞式異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子中串入適當(dāng)電阻后使機(jī)械特性變軟其調(diào)速范圍有所擴(kuò)大，但在負(fù)載或電網(wǎng)電壓波動(dòng)情況下，其轉(zhuǎn)速波動(dòng)嚴(yán)重，為此常采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相晶閘管交流調(diào)壓器及三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)組成。控制部分由“電流調(diào)節(jié)器”、 “速度變換”、“觸發(fā)電路”、“正橋功放”等組成。其系統(tǒng)原理框圖如圖7-1所示：整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)采用了速度、電流兩個(gè)反饋控制環(huán)。這里的速度環(huán)作用基本上與直流調(diào)速系統(tǒng)相同，而電流環(huán)的作用則有所不同。在穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電流環(huán)對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)仍有較大的抗擾作用，但在啟動(dòng)過程中電流環(huán)僅起限制最大電流的作用，不會(huì)出現(xiàn)最佳啟動(dòng)的

4、恒流特性，也不可能是恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用雙閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)靜差率較小，且比較容易實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，反接和能耗制動(dòng)。但在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下不能長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，因低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差功率 Ps=SPM 全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，使轉(zhuǎn)子過熱。圖7-1 雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)原理圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)測(cè)定三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)的機(jī)械特性。 (2)測(cè)定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 (3)測(cè)定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。五、預(yù)習(xí)要求(1)復(fù)習(xí)電力電子技術(shù)、交流調(diào)速系統(tǒng)教材中有關(guān)三相晶閘管調(diào)壓電路和異步電機(jī)晶閘管調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容，掌握調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。(2)學(xué)習(xí)有關(guān)三相

5、晶閘管觸發(fā)電路的內(nèi)容，了解三相交流調(diào)壓電路對(duì)觸發(fā)電路的要求。六、思考題(1) 在本實(shí)驗(yàn)中，三相繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接電阻的目的是什么?不串電阻能否正常運(yùn)行?(2)為什么交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)不宜用于長(zhǎng)期處于低速運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械和大功率設(shè)備上?七、實(shí)驗(yàn)方法(1)DJK02和DJK02-1上的“觸發(fā)電路”調(diào)試 打開DJK01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。將DJK01“電源控制屏”上“調(diào)速電源選擇開關(guān)”撥至“交流調(diào)速”側(cè)。用10芯的扁平電纜，將DJK02的“三相同步信號(hào)輸出”端和DJK02-1“三相同步信號(hào)輸入”端相連,打開DJK02-1電源

6、開關(guān)，撥動(dòng) “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器（在各觀測(cè)孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。將DJK04上的“給定”輸出Ug直接與DJK02-1上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關(guān)S2撥到接地位置（即Uct=0），調(diào)節(jié)DJK02-1上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號(hào)和“雙脈沖觀察孔” VT1的輸出波形，使=170°。適當(dāng)增加給定Ug的正電壓輸出，觀測(cè)DJK02-1上“脈沖觀察孔”的波形，此時(shí)應(yīng)觀測(cè)到單窄脈沖和雙窄脈沖。將DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DJK

7、02-1的“正橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DJK02“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DJK02“正橋觸發(fā)脈沖”的六個(gè)開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。(2)控制單元調(diào)試調(diào)節(jié)器的調(diào)零 將DJK04中“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻120K接到“速度調(diào)節(jié)器”的“4”、“5”兩端，用導(dǎo)線將“5”、“6”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為P (比例)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測(cè)量電流調(diào)節(jié)器“7”端的輸出，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。將DJK04中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，再將DJK08中的可調(diào)電阻13K接到“速度調(diào)

8、節(jié)器”的“8”、“9”兩端，用導(dǎo)線將“9”、“10”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為P（比例）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測(cè)量電流調(diào)節(jié)器的“11”端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整 直接將DJK04的給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，三相交流調(diào)壓輸出的任意兩路接一電阻負(fù)載（D42三相可調(diào)電阻），放在阻值最大位置，用示波器觀察輸出的電壓波形。當(dāng)給定電壓Ug由零調(diào)大時(shí)，輸出電壓U隨給定電壓的增大而增大，當(dāng)Ug超過某一數(shù)值Ug時(shí)，U 的波形接近正弦波時(shí)，一般可確定移相控制電壓的最大允許值Uctmax=Ug，即Ug的允許調(diào)節(jié)范圍為

9、0Uctmax。記錄Ug于下表中：UgUctmax=Ug把“速度調(diào)節(jié)器”的“5”、“6”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47uF接入“5”、“6”兩端，使調(diào)節(jié)器成為PI (比例積分)調(diào)節(jié)器，然后將DJK04的給定輸出端接到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的“3”端，當(dāng)加一定的正給定時(shí)，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2，使之輸出電壓為-6V，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1，使之輸出電壓為最小值即可。把“電流調(diào)節(jié)器”的“8”、“9”短接線去掉，將DJK08中的可調(diào)電容0.47uF接入“8”、“9”兩端，使調(diào)節(jié)器成為PI（比例積分）調(diào)節(jié)器，然后將DJK04的給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“4”端，當(dāng)加正給定時(shí)

10、，調(diào)整負(fù)限幅電位器RP2，使之輸出電壓為最小值即可，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端加負(fù)給定時(shí)，調(diào)整正限幅電位器RP1，使電流調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。電流反饋的整定直接將DJK04的給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，三相交流調(diào)壓輸出接三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)，測(cè)量三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)單相的電流值和電流反饋電壓，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護(hù)”上的電流反饋電位器RP1，使電流Ie=1A時(shí)的電流反饋電壓為Ufi=6V。轉(zhuǎn)速反饋的整定直接將DJK04的給定電壓Ug接入DJK02-1移相控制電壓Uct的輸入端，輸出接三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)，測(cè)量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)速反饋電壓值，調(diào)節(jié)“速度變換”電位器

11、RP1，使n =1300rpm時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋電壓為Ufn=-6V。 (3)機(jī)械特性n =f(T)測(cè)定將DJK04的“給定”電壓輸出直接接至DJK02-1上的移相控制電壓Uct，電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接DJ17-2轉(zhuǎn)子電阻專用箱，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻R (D42三相可調(diào)電阻，將兩個(gè)900接成串聯(lián)形式)，并將給定的輸出調(diào)到零。直流發(fā)電機(jī)先輕載，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug使電動(dòng)機(jī)的端電壓=Ue。轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算: (7-1) 式中，T為三相線繞式異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，IG為直流發(fā)電機(jī)電流，UG為直流發(fā)電機(jī)電壓，Ra為直流發(fā)電機(jī)電樞電阻，Po為機(jī)組空載損耗。調(diào)節(jié)Ug，降低電動(dòng)機(jī)端電壓，在2/3Ue時(shí)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，以取得一組

12、機(jī)械特性。在輸出電壓為Ue時(shí)：n(rpm)U2=UG (V)I2=IG（A）T(N·m) 在輸出電壓為2/3Ue時(shí)：n(rpm)U2=UG (V)I2=IG（A）T(N·m)(4)系統(tǒng)調(diào)試 確定“電流調(diào)節(jié)器”和“速度調(diào)節(jié)器”的限幅值和電流、轉(zhuǎn)速反饋的極性。 將系統(tǒng)接成雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子回路仍每相串3左右的電阻，逐漸增大給定Ug，觀察電機(jī)運(yùn)行是否正常。 調(diào)節(jié)“電流調(diào)節(jié)器”和“速度調(diào)節(jié)器”的外接電容和電位器（改變放大倍數(shù)），用雙蹤慢掃描示波器觀察突加給定時(shí)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形，確定較佳的調(diào)節(jié)器參數(shù)。(5)系統(tǒng)閉環(huán)特性的測(cè)定調(diào)節(jié)Ug使轉(zhuǎn)速至n=1200rpm，從輕載按一定間隔調(diào)到額定負(fù)載，測(cè)出閉環(huán)靜態(tài)特性n =f（T）n(rpm)1200U2=UG（V）I2=IG（A）T(N·m)測(cè)出n=800rpm時(shí)的系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)特性n=f(T)，T可由(7-1)式計(jì)算n(rpm)800U2=UG (V)I2=IG (A)T(N·m) (6)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的觀察用慢掃描示波器觀察:突加給定啟動(dòng)電機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速n(“速度變換”的 “3”端)及電流I(“電流反饋與過流保護(hù)”的“2”端) 及“速度調(diào)節(jié)器”輸出的“6”端的動(dòng)態(tài)波形。電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，突加、突減負(fù)載(20%Ie<=>100%Ie)時(shí)的n、I的動(dòng)態(tài)波形。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告