雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實驗報告

6/6雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)實驗報告運動控制系統(tǒng)專題實驗

實

驗

報

告

2016年5月

6.1雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

一．實驗?zāi)康?/p>

（1）熟悉晶閘管相位控制交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理。

（2）熟悉雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的基本原理。

（3）掌握繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻時在調(diào)節(jié)定子電壓調(diào)速時的機械特性。（4）掌握交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性和動態(tài)特性。

熟悉交流調(diào)壓系統(tǒng)中電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的作用。

二．實驗內(nèi)容

（1）測定繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻時的人為機械特性。

（2）測定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。

（3）測定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性。

三．實驗設(shè)備

（1）電源控制屏（NMCL-32）;

（2）低壓控制電路及儀表（NMCL-31）;

（3）觸發(fā)電路和晶閘管主回路（NMCL-33）；

（4）可調(diào)電阻（NMCL-03）;

（5）直流調(diào)速控制單元(NMCL-18)；

（6）電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機（或光電編碼器)；

（7）直流發(fā)電機M03；

（8）三相繞線式異步電機；

（9）雙蹤示波器；

（10）萬用表。

四．實驗原理

1.系統(tǒng)原理

雙閉環(huán)三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主電路為三相晶閘管交流調(diào)壓器（TVC）及三相繞線式異步電動機M（轉(zhuǎn)子回路串電阻）?？刂葡到y(tǒng)由零速封鎖器（DZS）、電流調(diào)節(jié)器(ACR)、速度調(diào)節(jié)器(ASR)、電流變換器(FBC)，速度變換器(FBS)，觸發(fā)器(GT)，一組橋脈沖放大器（AP1）等組成。其系統(tǒng)原理圖如圖6-1所示。

整個調(diào)速系統(tǒng)采用了速度、電流兩個反饋控制環(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)定運行情況下，電流環(huán)對電網(wǎng)波動仍有較大的抗擾作用，但在起動過程中電流環(huán)僅起限制最大電流的作用，不會出現(xiàn)最佳起動的恒流特性，也不可能是恒轉(zhuǎn)矩起動。

異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用雙閉環(huán)系統(tǒng)時靜差率較小，且比較容易實現(xiàn)正，反轉(zhuǎn)，反接和能耗制動。但在恒轉(zhuǎn)矩負載下不能長時間低速運行，因低速運行時轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，使轉(zhuǎn)子過熱。2.三相異步電機的調(diào)速方法

交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的處理方式可分為三種類型。

轉(zhuǎn)差功率消耗型：異步電機采用調(diào)壓、變電阻等調(diào)速方式，轉(zhuǎn)速越低時，轉(zhuǎn)差功率的消耗越大，效率越低。

轉(zhuǎn)差功率饋送型:控制繞線轉(zhuǎn)子異步電機的轉(zhuǎn)子電壓，利用其轉(zhuǎn)差功率可實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的，這種調(diào)節(jié)方式具有良好的調(diào)速性能和效率，如串級調(diào)速。

轉(zhuǎn)差功率不變型：這種方法轉(zhuǎn)差功率很小，而且不隨轉(zhuǎn)速變化，效率較高，列如磁極對數(shù)調(diào)速、變頻調(diào)速等。

如何處理轉(zhuǎn)差功率在很大程度上影響著電機調(diào)速系統(tǒng)的效率。

五．實驗方法

雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)主回路和控制回路如圖連接，NMCL-32的“三相交流

電源”開關(guān)撥向“交流調(diào)速”。給定電位器RP1和RP2左旋到最大位置，可調(diào)電阻NMCL-03左旋到最大位置。注意：圖中主回路中接入的是交流電流表和交流電壓表。

VT3

VT1

VT6

VT4

VT5

VT2

A交流電流表，量程為1A圖2-1雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)主回路G直流電機

勵磁電源

RG直流發(fā)電機M03VTG

定子

轉(zhuǎn)子NMEL-09的線繞電機起動電阻

1.移相觸發(fā)電路的檢測

（1）推上空氣開關(guān)，主電源暫不上電。用示波器觀察NMCL—33的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有雙窄脈沖，且間隔均勻，幅值相同，相位差60；（2）將面板上的Ublf端接地，調(diào)節(jié)偏移電壓Ub,使觸發(fā)角在30°～180°范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)試完成后，將Ub左旋到最大位置。

（3）將正組觸發(fā)脈沖的六個鍵開關(guān)接通，測試正橋晶閘管的脈沖是否正常，正常情況下，晶閘管陰極和控制極之間應(yīng)有幅值為1-2V的雙脈沖。2．控制單元調(diào)試

（1）速度反饋系數(shù)的調(diào)試

首先，斷開ACR的7端，給定電壓Ug直接與Uct連接，形成開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。斷開M03的勵磁電源和限流電阻RG，閉合電源使電機M09空載運行，調(diào)節(jié)Ug使轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速約為1420r/min。然后取出FBS3端與NMCL-18中ASR的1端的連接線，調(diào)節(jié)速度反饋FBS的電位器使得它的輸出3和4端之間的電壓為3V測試完成后按圖的控制回路重新連接。（2）電流反饋系數(shù)的測試

斷開ASR的3端與ACR的3端，給定電壓Ug直接連接到ACR的3端，形成電流單閉環(huán)系統(tǒng)，電位器左旋到底使Uct=0，Ub左旋到底使得ɑ=0。斷開發(fā)電機M03的勵磁電源和限流電阻RG，閉合主回路電源負給定電壓為3V，M09空載運行，然后斷開NMCL-33中電流反饋If與ACR的1端的連接線，調(diào)節(jié)電位器使得三相異步電機M09的轉(zhuǎn)速n=0，最后再回調(diào)電流反饋If的電位器RP使得電機剛要轉(zhuǎn)動還沒轉(zhuǎn)動時立即停止，則電流環(huán)便調(diào)試完成。3.開環(huán)機械特性的測試

（1）斷開NMCL—18的ASR的“3”至NMCL-33的Uct的連接線，NMCL-31的G（給定）的Ug端直接加至Uct，且Ug調(diào)至零。

直流電機勵磁電源開關(guān)閉合。電機轉(zhuǎn)子回路接入每相為10(左右的三相電阻。

846CA

G

給定

1

2

3

DZS

(零速封鎖器)

S

解除

封鎖

NMCL-31

FBS速度變換器

2

14

3

TG

Uct

NMCL-33圖2-1b雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)控制回路65

4

7

12

RP4

C

B

可調(diào)電容，位于NMCL-18的下部

IZ

If

RP1

TA3

TA1TA2NMCL-33

（2）NMCL-32的“三相交流電源”開關(guān)撥向“交流調(diào)速”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關(guān)按鈕，這時候主控制屏U、V、W端有電壓輸出。（3）調(diào)節(jié)給定電壓Ug，使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1300轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)直流發(fā)電機負載電阻，在空載至一定負載的范圍內(nèi)測取7～8點，讀取直流發(fā)電機輸出電壓Ud，輸出電流id以及被測電動機轉(zhuǎn)速n。并計算三相異步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩。（4）調(diào)節(jié)Ug，降低電機端電壓，在1/3Ue及2/3Ue時重復(fù)上述實驗，以取得一組人為機械特性。

注：采用直流發(fā)電機，轉(zhuǎn)矩可按下式計算

nPRIUIMOSGGG/)(55.92

++=

式中：

M——三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩；IG——直流發(fā)電機電流；

UG——直流發(fā)電機電壓；RS——直流發(fā)電機電樞電阻；

P0——機組空載損耗。不同轉(zhuǎn)速下取不同數(shù)值：n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，Po=6W。

4．系統(tǒng)閉環(huán)特性的測定

調(diào)節(jié)Ug，使轉(zhuǎn)速至n=1420r/min，從輕載按一定間隔做到額定負載，測出閉環(huán)靜特性n=f(M)。

系統(tǒng)動態(tài)特性的測試，用慢掃描示波器測試并記錄如下波形，即：

（1）突加突減給定電壓Ug啟動電機M09時轉(zhuǎn)速n，ASR輸出“3”端的動態(tài)波形。

（2）電機M09穩(wěn)定運行，突加突減負載時的n,ASR輸出“3”的動態(tài)波形。

六．實驗結(jié)果

3.M=9.55（IGUG+IG2RS+P0)/nRS由實驗5.1測得為26.5Ω（1）220V

n/(r/min)139013731359131112881235/A0.090.100.110.140.160.19/V202198195186185180M/(N*m)0.22100.2325

0.24710.29380.33130.3557

0.3557

0.3313

0.2938

0.2471

0.2235

0.221

0.10.20.30.4

1235

1288

1311

1359

13731390

特性曲線

（2）200V

n(r/min)1218115310971010904702IG(A)0.110.130.130.150.150.16UG(V)178168159144131104M(N.m)

0.418

0.470

0.535

0.566

0.601

0.695

4.（2）突加給定：

7uF2uF

（3）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性數(shù)據(jù)n(r/min)1440140013711350134013201297IG(A)0.130.340.390.410.430.450.48UG(V)209198192188186182179M(N.m)

0.469

1.966

2.516

2.774

3.031

3.319

3.776

0.695

0.601

0.566

0.535

0.47

0.418

0.10.20.30.40.50.60.70.8702

904

1010

1097

1153

1218

特性曲線

（

4

）系統(tǒng)動態(tài)特性的測定

突減給定電壓：突加給定電壓：

突減負載：突加負載：

七、思考題：

1.三相繞線式異步電機轉(zhuǎn)子回路的目的是什么？不串電阻能否正常運行？

轉(zhuǎn)子回路串接是為了使啟動電流減小，若不串電阻可能會導(dǎo)致啟動電流過大而導(dǎo)致不能正常運行。

2.為什么交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)不宜用于長期處于低速運行的生產(chǎn)機械和大功率設(shè)備上？