双闭环三相异步电机调压调速系统实验报告.doc

运动控制系统专题实验

实

验

报

告

2016年5月
6.1双闭环三相异步电机调压调速系统
一．实验目的
（1）熟悉晶闸管相位控制交流调压调速系统的组成与工作原理。
（2）熟悉双闭环三相异步电机调压调速系统的基本原理。
（3）掌握绕线式异步电机转子串电阻时在调节定子电压调速时的机械特性。
（4） 掌握交流调压调速系统的静特性和动态特性。
熟悉交流调压系统中电流环和转速环的作用。
二．实验内容
（1）测定绕线式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
（1）电源控制屏（NMCL-32）;
（2）低压控制电路及仪表（NMCL-31）;
（3）触发电路和晶闸管主回路（NMCL-33）；
（4）可调电阻（NMCL-03）;
（5）直流调速控制单元(NMCL-18)；
（6） 电机导轨及测速发电机（或光电编码器)；
（7）直流发电机M03；
（8）三相绕线式异步电机；
（9）双踪示波器；
（10）万用表。
四．实验原理
1.系统原理
双闭环三相异步电动机调压调速系统的主电路为三相晶闸管交流调压器（TVC）及三相绕线式异步电动机M（转子回路串电阻）。控制系统由零速封锁器（DZS）、电流调节器(ACR)、速度调节器(ASR)、电流变换器(FBC)，速度变换器(FBS)，触发器(GT)，一组桥脉冲放大器（AP1）等组成。其系统原理图如图6-1所示。

整个调速系统采用了速度、电流两个反馈控制环。这里的速度环作用基本上与直流调速系统相同而电流环的作用则有所不同。在稳定运行情况下，电流环对电网波动仍有较大的抗扰作用，但在起动过程中电流环仅起限制最大电流的作用，不会出现最佳起动的恒流特性，也不可能是恒转矩起动。
异步电机调压调速系统结构简单，采用双闭环系统时静差率较小，且比较容易实现正，反转，反接和能耗制动。但在恒转矩负载下不能长时间低速运行，因低速运行时转差功率全部消耗在转子电阻中，使转子过热。
2.三相异步电机的调速方法
交流调速系统按转差功率的处理方式可分为三种类型。
转差功率消耗型：异步电机采用调压、变电阻等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低。
转差功率馈送型:控制绕线转子异步电机的转子电压，利用其转差功率可实现调节转速的目的，这种调节方式具有良好的调速性能和效率，如串级调速。
转差功率不变型：这种方法转差功率很小，而且不随转速变化，效率较高，列如磁极对数调速、变频调速等。
如何处理转差功率在很大程度上影响着电机调速系统的效率。
五． 实验方法
双闭环交流调压调速系统主回路和控制回路如图连接，NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“交流调速”。给定电位器RP1和RP2左旋到最大位置，可调电阻NMCL-03左旋到最大位置。注意：图中主回路中接入的是交流电流表和交流电压表。

1. 移相触发电路的检测
（1）推上空气开关，主电源暂不上电。用示波器观察NMCL—33的双脉冲观察孔，应有双窄脉冲，且间隔均匀，幅值相同，相位差60；
（2）将面板上的Ublf端接地，调节偏移电压Ub,使触发角在30°～180°范围内可调，调试完成后将Ub左旋到最大位置。
（3）将正组触发脉冲的六个键开关接通，测试正桥晶闸管的脉冲是否正常，正常情况下，晶闸管阴极和控制极之间应有幅值为1-2V的双脉冲。
2． 控制单元调试
（1）速度反馈系数的调试
首先，断开ACR的7端，给定电压Ug直接与Uct连接，形成开环调速系统。断开M03的励磁电源和限流电阻RG，闭合电源使电机M09空载运行，调节Ug使转速达到额定转速约为1420r/min。然后取出FBS3端与NMCL-18中ASR的1端的连接线，调节速度反馈FBS的电位器使得它的输出3和4端之间的电压为3V测试完成后按图的控制回路重新连接。
（2）电流反馈系数的测试
断开ASR的3端与ACR的3端，给定电压Ug直接连接到ACR的3端，形成电流单闭环系统，电位器左旋到底使Uct=0，Ub左旋到底使得ɑ=0。断开发电机M03的励磁电源和限流电阻RG，闭合主回路电源负给定电压为3V，M09空载运行，然后断开NMCL-33中电流反馈If与ACR的1端的连接线，调节电位器使得三相异步电机M09的转速n=0，最后再回调电流反馈If的电位器RP使得电机刚要转动还没转动时立即停止，则电流环便调试完成。
3. 开环机械特性的测试
（1）断开NMCL—18的ASR的“3”至NMCL-33的Uct的连接线，NMCL-31的G（给定）的Ug端直接加至Uct，且Ug调至零。
直流电机励磁电源开关闭合。电机转子回路接入每相为10(左右的三相电阻。
（2）NMCL-32的“三相交流电源”开关拨向“交流调速”。合上主电源，即按下主控制屏绿色“闭合”开关按钮，这时候主控制屏U、V、W端有电压输出。
（3）调节给定电压Ug，使电机空载转速n0=1300转/分，调节直流发电机负载电阻，在空载至一定负载的范围内测取7～8点，读取直流发电机输出电压Ud，输出电流id以及被测电动机转速n。并计算三相异步电动机的输出转矩。
（4）调节Ug，降低电机端电压，在1/3Ue及2/3Ue时重复上述实验，以取得一组人为机械特性。
注：采用直流发电机，转矩可按下式计算

式中 ：
M——三相异步电动机电磁转矩；
IG——直流发电机电流；
UG——直流发电机电压；
RS——直流发电机电枢电阻；
P0——机组空载损耗。不同转速下取不同数值：n=1500r/min，Po=13.5W；n=1000r/min，Po=10W；n=500r/min，Po=6W。
4．系统闭环特性的测定
调节Ug，使转速至n =1420r/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)。
系统动态特性的测试，用慢扫描示波器测试并记录如下波形，即：
（1）突加突减给定电压Ug启动电机M09时转速n，ASR输出“3”端的动态波形。
（2）电机M09稳定运行，突加突减负载时的n,ASR输出“3”的动态波形。
六．实验结果
3. M=9.55（IGUG+IG2 RS+P0)/n
RS由实验5.1测得为26.5Ω
（1）220V
n/(r/min)
1390
1373
1359
1311
1288
1235
IG/A
0.09
0.10
0.11
0.14
0.16
0.19
UG/V
202
198
195
186
185
180
M/(N*m)
0.2210
0.2325
0.2471
0.2938
0.3313
0.3557

（2）200V
n(r/min)
1218
1153
1097
1010
904
702
IG(A)
0.11
0.13
0.13
0.15
0.15
0.16
UG(V)
178
168
159
144
131
104
M(N.m)
0.418
0.470
0.535
0.566
0.601
0.695

4.（2）突加给定：

7uF 2uF
（3）闭环系统静特性数据
n(r/min)
1440
1400
1371
1350
1340
1320
1297
IG(A)
0.13
0.34
0.39
0.41
0.43
0.45
0.48
UG(V)
209
198
192
188
186
182
179
M(N.m)
0.469
1.966
2.516
2.774
3.031
3.319
3.776

（4）系统动态特性的测定
突减给定电压： 突加给定电压：

突减负载： 突加负载：

七、思考题：
1.三相绕线式异步电机转子回路的目的是什么？不串电阻能否正常运行？
转子回路串接是为了使启动电流减小，若不串电阻可能会导致启动电流过大而导致不能正常运行。
2.为什么交流调压调速系统不宜用于长期处于低速运行的生产机械和大功率设备上？
因为交流调压调速在低速时转差功率损耗大、效率低。