电力拖动实验报告.docx

电力拖动实验报告.docx

《电力拖动实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力拖动实验报告.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

电力拖动实验报告

本科生实验报告

实验课程电力拖动与控制

学院名称核技术与自动化工程学院

专业名称电气工程及其自动化

学生姓名

学生学号

指导教师刘伟

实验地点6c603

实验成绩

二〇一六年五月二〇一六年六月

实验一晶闸管直流调速系统开环机械特性测试

一．实验目的

1．熟悉晶闸管直流调速系统组成及各主要单元部件的原理。

2．掌握晶闸管可控整流电路和触发电路的调试方法。

3．掌握直流电动机机械特性的测试方法

二．实验项目

1．触发电路触发脉冲的测试

2．触发电路初始相位a0的调试

3．三相桥式全控整流电路的调试

4．晶闸管主电路输出波形的测试

5．直流电动机开环机械特性曲线的测试

三．实验系统组成及工作原理

1）主电路：

三相电源，晶闸管桥式是可控整流调速装置，平波电抗器、电动机-发电机组，可调电阻负载等组成。

2）控制电路：

据赤膊触发电路

四．实验设备及仪器

1．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—31组件

3．MCL—33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，直流电动机M03。

7．双踪示波器。

五．注意事项

1．直流电动机启动前必须先加上励磁

2．测取静特性时，必须注意主电路电流不许超过直流电动机的额定电流。

3．不允许突加给定信号Ug启动电动机

4．起动电机时，需把负载电阻RP1阻值调到最大，以免带负载起动。

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．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

1．触发电路的测试。

（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）偏移电压的调整

在Ug=0的情况下，用示波器测量同步电压观察孔的同步电压波形和脉冲波形的相位关系，调节偏移电压电位器，使脉冲初始相位a0=150°

2．三相桥式全控整流电路的测试

在Ug=0的情况下，闭合交流侧回路电源和电动机励磁电源，电动机处于静止状态，调节Ug由0逐渐增大，直流电动机启动升速，当n=1000转/分左右时，用示波器测量直流电动机电枢两端或整流电路输出端电压波形，在360°中应有六个整流波头，必须间隔相等，波形稳定

3.测定直流电动机特性

1）控制特性

改变Ug的大小，记录直流电动机电枢电压Ua和对应的控制电压Ug

Ua（V）

1000

1100

1200

1300

1400

1500

Ug（V）

1.65

1.8

1.9

2.4

2.9

3

2）．开环机械特性

反复调节Ug和直流发电机负载，使n0=1000r/min，I=1.1A,Ug保持恒定，逐渐减小发电机负载转速升高，记录直流电级转速n和电枢电流Ia的值，共5-7点

n（r/min）

1000

1100

1200

1300

1400

1500

I（A）

1.65

1.8

1.9

2.4

2.9

3

4.系统动态波形的观察

用二踪慢扫描示波器观察动态波形，用光线示波器记录动态波形。

在不同的调节器参数下，观察.。

七．实验结果及分析

转速给定电压的变化会引起电动机转速的变化；励磁的变化会引起电动机最大电流的变化。

这次实验使我对双闭环不可逆调速系统有了进一步的理解和运用，加深了对电机调速应用。

双闭环调速就是转速、电流两种负反馈在不同的阶段分别起作用。

而在双闭环直流调速系统中，转速和电流调节器的结构选择与参数设计都要从动态校正的需要来解决。

对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。

一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。

在设计双闭环调速系统的时候采用工程设计方法，在设计时，把实际系统校正或简化成典型系统，利用现成的公式或简明的图表来进行参数计算，这样设计过程就简单得多。

设计过程第一步先解决动态稳定性和稳态精度，选择调节器的结构确保系统稳定且满足稳态精度。

第二步在选择调节器参数，满足动态性能指标。

这样的设计方法规范化、简单化。

实验二直流调速系统参数及环节的测试

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．实验系统的组成及工作原理

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，可调电阻负载等组成。

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．MCL系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—31组件

3．MCL—33组件。

4．MEL—03组件

5．电机导轨及测速发电机

6．直流电动机M03。

7．双踪示波器。

8．MCL−34组件

五．注意事项

1．在触发电路正常后，方可合主电路电源开关

2．实验中应使电流波形保持连续。

3.由于实验室装置处于开环状态，电流电压可能有波动，可取平均读数

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2-1所示。

将变阻器RP（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。

三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。

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

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

三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压。

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（可取0.5A），从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。

实验时，交流电压的有效值应小于电机直流电压的额定值，

Za=Ua/I

ZL=UL/I

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

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;

故

式中GD2的单位为Nm2.

MK可由空载功率（单位为W）求出。

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2-3所示。

电动机M加额定励磁。

MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。

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。

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

其电流变化曲线如图6-5所示。

当t=Td时，有

MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。

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，用光线示波器拍摄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=KeΦ=（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

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。

MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压Uuv=220v。

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，用光线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

七．实验总结

图2-1电枢回路电阻R的测定

图2-2电枢回路电感L的测定

图2-3转动惯量GD2测定和系统机电时间常数Tm的测定

图2-4主电路电磁时间常数的测定

实验三、双闭环可逆直流脉宽调速系统

一．实验目的

1．掌握双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．掌握双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

图6—10双闭环脉宽调速系统的原理图

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6—10所示。

图中可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET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（SiliconGeneral）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．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—10组件或MCL—10A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）。

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．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机。

5．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。

6．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。

7．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。

8．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。

六．实验方法

采用MCL—10组件

1．SG3525性能测试

分别连接“3”和“5”、“4”和“6”、“7”和“27”、“31”和“22”、“32”和“23”，然后打开面板右下角的电源开关。

（1）用示波器观察“25”端的电压波形，记录波形的周期，幅度（需记录S1开关拨向“通”和“断”两种情况）

（2）S5开关打向“OV”,用示波器观察“30”端电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50％。

S5开关打向“给定”分别调节RP3、RP4，记录“30”端输出波形的最大占空比和最小占空比。

（分别记录S2打向“通”和“断”两种情况）

2．控制电路的测试

（1）逻辑延时时间的测试

S5开关打向“0V”，用示波器观察“33”和“34”端的输出波形。

并记录延时时间。

td=

（2）同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试

分别连接“7”和“8”、“10”和“11”，“12”和“13”、“14”和“15”、“16”和“17”、“18”和“19”，用双踪示波器分别测量VVT1。

GS和VVT2。

GS以及VVT3。

GS和VVT4。

GS的死区时间。

注意，测试完毕后，需拆掉“7”和“8”以及“10”和“11”的连线。

3．开环系统调试

（1）速度反馈系数的调试

断开主电源，并逆时针调节调压器旋钮到底，断开“9”、“10”所接的电阻，接入直流电动机M03，电机加上励磁。

S4开关扳向上，同时逆时针调节RP3电位器到底，合上主电源，调节交流电压输出至220V左右。

调节RP3电位器使电机转速逐渐升高，并达到1400r／min，调节FBS的反馈电位器RP，使速度反馈电压为2V。

注：

如您选购的产品为MCL—Ⅲ、Ⅴ，无三相调压器，直接合上主电源。

以下均同。

（2）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，改变测功机加载旋钮（或直流发电机负载电阻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和转矩M（或直流发电机电流id）

正给定

n（r/min）

1400

1284

1235

1195

1154

1105

Id（A）

0.21

0.41

0.56

0.70

0.85

0.99

n（r/min）

800

713

767

642

618

575

Id（A）

0.25

0.41

0.57

0.72

0.82

0.99

负给定

n（r/min）

-1400

-1357

-1350

-1337

-1306

-1274

Id（A）

0.68

0.50

0.35

0.22

0.12

0.02

n（r/min）

-800

-767

-758

-724

-702

-684

Id（A）

0.73

0.54

0.36

0.25

0.12

0.02

4.闭环系统调试

5.系统静特性测试

机械特性正给定

n（r/min）

1400

1399

1394

1393

1391

1388

Id（A）

0.20

0.36

0.49

0.71

0.86

1.01

n（r/min）

800

800

799

799

798

797

Id（A）

0.22

0.37

0.51

0.69

0.87

1.00

负给定

n（r/min）

-1400

-1400

1398

1396

1395

1394

Id（A）

-0.28

-0.40

-0.56

-0.71

-0.86

-1.01

n（r/min）

-800

-800

-798

-797

-796

-795

Id（A）

-0.22

-0.36

-0.51

-0.73

-0.85

-1.00

闭环控制特性

正给定

n（r/min）

1400

1156

943

719

524

195

Ug（v）

4.86

4.04

3.31

2.54

1.86

0.74

负给定

n（r/min）

-1400

-1130

-949

-724

-542

-286

Id（A）

-4.73

-3.80

-3.18

-2.41

-1,79

-0.91

4．闭环系统调试

将ASR,ACR均接成PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统。

按图6—11接线

（1）速度调节器的调试

（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MEL—11电容器，预置5～7μF；

（c）调节RP1、RP2使输出限幅为±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MEL—11电容器，预置5～7μF；

（c）S5开关打向“给定”，S4开关扳向上，调节MCL-10的RP3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“30”的脉冲，不可移出范围。

S5开关打向“给定”，S4开关打向下至“负给定”，调节MCL-10的RP4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“30”的脉冲，不可移出范围

实验四双闭三相异步电动机调压调速系统

一．实验目的

1．熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作。

2．了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统原理。

3．了解绕线试异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调速似的机械特性。

4．通过测定系统的静特性和动特性进一步了解交流调压系统中电流环和转速环的作用

二．实验内容

1．测定绕线试异步电动机转子串电阻时的人为机械特性。

2．测定双闭环交流调压调速系统的静特性。

3.测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。

三．实验设备及仪表

1．教学实验台主控制屏。

2．NMCL—31组件。

3．NMCL—33组件

4．NMEL—03三相可调电阻。

5．NMCL—18组件

6．NMCL—09组件

四．实验记录和计算

采用直流发电机，转矩可按下式计算

=18Ω

开环系统测定

n（r/min）

1472

1444

1432

1414

1409

1396

1386

IG（A）

0.46

0.49

0.51

0.52

0.53

0.54

0.56

UG（V）

217

219

214

205

203

198

196

M（N.m）

0.757

0.824

0.846

0.841

0.852

0.856

0.804

2/3Ue

n（r/min）

1440

1226

1132

1156

1192

1111

IG（A）

0.29

0.46

0.52

0.49

0.53

0.55

UG（V）

147

102

100

101

101

99

M（N.m）

0.379

0.496

0.589

0.552

0.574

0.627

系统闭环特性的测定

调节Ug，使转速至n=1300r/min，从轻载按一定间隔做到额定负载，测出闭环静特性n=f（M）。

n（r/min）

1476

1447

1446

1435

1430

1420

1404

IG（A）

0.48

0.50

0.51

0.52

.0.53

0.54

0.55

UG（V）

217

225

224

221

220

217

209

M（N.m）

0.785

0.858

0.871

0.894

0.899

0.911

0.907

2/3Ue

n（r/min）

1442

1410

1418

1435

1443

1437

IG（A）

0.29

0.55

0.53

0.51

.0.50

0.47

UG（V）

145

213

215

222

223

210

M（N.m）

0.375

0.918

0.889

0.871

0.854

0.769

通过实验数据及开环人为机械特性可知：

当Ug=Ue时负载在空载与额定值之间变化时，电动机的转速变化不大，此电动机表现的机械特性为硬特性。

当Ug=2/3Ue时，负载在空载与额定值之间变化时，电动机的转速变化较之前变大，此时电动机表现的机械特性逐渐由硬特性变为软特性。

当Ug=1/3Ue时，电动机无法转动，此时电动机表现的机械特性为软特性。

实验五异步电动机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7—3所示。

它由交-直-交电压源型变频器，