实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定.doc

实验一 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

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．实验系统组成和工作原理
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——发电机组等组成。
本实验中，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．教学实验台主控制屏
2．NMCL—31A组件
3．NMCL—33组件
4．NMEL—03组件
5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）
6．直流电动机M03
7．双踪示波器（自备）
8．万用表（自备）

五．注意事项
1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。
2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加Ug须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。
3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。

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1-1所示。
将变阻器RD（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。
NMCL-31A的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。调节偏移电压电位器RP2，使a=150°。
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
电感的数值可用交流伏安法测定。电动机应加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图1-2所示。
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，从而可得到交流阻抗Za和ZL，计算出电感值La和LL。
实验时，交流电流的有效值应小于电机直流电流的额定值，
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 ¾负载转矩，空载时即为空载转矩MK，单位为N.m;
n ¾ 电机转速，单位为r/min;
电机空载自由停车时，运动方程式为

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1-3所示。
电动机M加额定励磁。
NMCL-31A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。
电机为1500r/min。
Ud（v）
IK（A）
dn/dt
PK
MK
GD2

电机为1000r/min。
Ud（v）
IK（A）
dn/dt
PK
MK
GD2

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

当t =Td时，有

实验线路如图1-4所示。
NMCL-31A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，用数字示波器拍摄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=KeF=(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
系统的机电时间常数可由下式计算

由于Tm>>Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即

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。
NMCL-31A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，用数字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
实验线路如图1-3所示。
电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的UTG ,n的数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f(n)。
n（r/min）

UTG（V）

七．实验报告
1．作出实验所得各种曲线，计算有关参数。
2．由Ks=f(Uct)特性,分析晶闸管装置的非线性现象。