1、電力拖動自動控制系統設計與實踐指導書福建工程學院信息科學與工程學院電氣工程教研室電力拖動自動控制系統設計與實踐環節一、三相全控整流橋一.內容及步驟1 .三相全控橋電路電阻性負載的研究1）將NMCL-33掛箱連接成三相全控橋電路并接上電阻性負載（燈泡），并使用NMCL-02掛箱（三相變壓器）將三相電壓降壓后輸入到NMCL-33掛箱上，然后接通主電路電源電源，調節 NMCL-31A掛箱的控制電壓來改變a 角，并作出Ud/U2=f（a）的表 格（如表1）和曲線。2）用示波器觀察并記錄a =300和600時負載兩端的電壓 Ud、晶閘管兩端電壓 uti 的波形。2 .電阻電感負載的研究.3 .反電勢負載

2、的研究.4 .在各種負載狀態下，觀察并分析正常狀態下和故障發生時的各種波形。1）丟失脈沖故障；2）主電路電源斷相；二.實踐預習內容及注意事項1 .怎樣通過觀察Ud的波形來判斷a角為多少度？2 .電阻電感負載（無續流二極管）實驗中Ud的波形是否有負半波？3 .電阻電感負載（無續流二極管）是否會失控？4 .續流二極管接反時，將帶來什么后果？5 .使用雙蹤示波器時，2根探頭的接地不能同時使用，為什么？6 .如果將主電路的三相電源的任意2相互相交換，是否會對電路有影響？如果有那是什么影響（電路可以正常工作嗎？）。7 . U2是主電路三相輸入電源的相電壓，它是交流電壓。ud是主電路的輸出電壓，它是直流電

3、壓，用萬用表測量時要選擇正確的量程。表1 Ud/ U2 =f(a)的表格a范圍0o-30 o30o-60 o60 o -90 o90 o -120 °實際aUdU2Word 文檔頭4門，副畫噬國薛境由冽洗>灣宜頭4萌奔3若用1-皿3WOS.MB主II控j制屏輸V出"MCL-18一0二1 u、.J)LI UMEL-02L2 VL3 WMCL-33(MCL-53A:直流電流表口V:直流電流表。L:平波電抗器口可選擇700用HRP：或為MEL-03的900歐瓷盤電阻并聯，或自配1,%、0, 65A雙聯滑線變阻器1 . 了解電力電子及電氣傳動教學實驗臺的結構及布線情況。2 .

4、熟悉晶閘管直流調速系統的組成及其基本結構。3 .掌握晶閘管直流調速系統參數及反饋環節測定方法。二.內容1 .測定晶閘管直流調速系統主電路電阻R2 .測定晶閘管直流調速系統主電路電感L23 .測定直流電動機 一直流發電機一測速發電機組（或光電編碼器）的飛輪慣量GD4 .測定晶閘管直流調速系統主電路電磁時間常數Td5 .測定直流電動機電勢常數 Ce和轉矩常數Cm6 .測定晶閘管直流調速系統機電時間常數TM7 .測定晶閘管觸發及整流裝置特性Ud=f （Uct）8 .測定測速發電機特性 UTG=f （n）三.系統組成和工作原理晶閘管直流調速系統由三相調壓器，晶閘管整流調速裝置，平波電抗器，電動機一一發

5、電機組等組成。整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接由給定電壓Ug作為觸發器的移相控制電壓，改變 Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調的直流電壓和轉速，以滿足實驗 要求。四.設備及儀器1 . MCL系列教學實驗臺主控制屏。2 . MCL18組件（適合 MCLn ）或MCL31組件（適合 MCL 一出）。3 . MCL 33（A）組件或 MCL 53 組件（適合 MCLII、出、V）。4 .電機導軌及測速發電機（或光電編碼器）、直流發電機5 . MEL03三相可調電阻器（或自配滑線變阻器 450 , 1A）6 .雙蹤示波器7 .萬用表8 .直流電動機M03五.注意事項1 .由于實驗時裝

6、置處于開環狀態，電流和電壓可能有波動，可取平均讀數。2 .為防止電樞過大電流沖擊，每次增加Ug須緩慢，且每次起動電動機前給定電位器應調回零位，以防過流。3 .電機堵轉時，大電流測量的時間要短，以防電機過熱。六.方法1 .電樞回路電阻R的測定電樞回路的總電阻 R包括電機的電樞電阻 Ra,平波電抗器的直流電阻RL和整流裝置的內阻 Rn,即 R=Ra+RL+Rn為測出晶閘管整流裝置的電源內阻，可采用伏安比較法來測定電阻，其實驗線路如圖6-1所示。將變阻器RP (可采用兩只900 電阻并聯)接入被測系統的主電路，并調節電阻負載至 最大。測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉。MCL-18 (或MCL-31

7、 ,以下同)的給定電位器RP1逆時針調到底，使 3=0。調節偏移電壓電位器 RP2,使 =150 ° 。三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源開關，調節主控制屏輸出電壓Uuv=220v o調節Ug使整流裝置輸出電壓 Ud= (3070) Ued (可為110V),然后調整RP使電樞電 流為(8090) led,讀取電流表 A和電壓表V的數值為I1,U1,則此時整流裝置的理想空載 電壓為Udo=l1R+U1調節RP,使電流表A的讀數為40% edo在Ud不變的條件下讀取 A, V表數值，則Udo = I2R+U2求解兩式，可得電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)如把電機電樞

8、兩端短接，重復上述實驗，可得RL+Rn=(U'2-U '1)/(I'1-I '2)則電機的電樞電阻為Ra=R (RL+Rn)同樣，短接電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻RLMCL-IS+15VUg 0V-15V -WCL-33 ；BCL-53)cuV V V1 -主 擰 割解U出V50mH100mH200mH700mH5Vh直流電流差*V:直流電壓表二RP1：電阻免載口可選擇MELT3中900歐并聯.的nax=45O歐"3產0. 8安）LI'-.L:NCL-1S+15V .Ug 10V圖2-1電樞回路電阻R的測定主 控U 制s 屏I 輸w 出-

9、A：交流電流表V二交凝電壓表M二宜端電動機M03L:平破電抗器事兒-33）,可選最大值圖2-2電樞回路電感L的測定2 .電樞回路電感L的測定電樞電路總電感包括電機的電樞電感La,平波電抗器電感 LL和整流變壓器漏感 LB,由于LB數值很小，可忽略，故電樞回路的等效總電感為L=La+LL電感的數值可用交流伏安法測定。電動機應加額定勵磁，并使電機堵轉，實驗線路如圖 6-2所示。三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源開關，調節主控制屏輸出電壓。用電壓表和電流表分別測出通入交流電壓后電樞兩端和電抗器上的電壓值Ua和UL及電流1（可取0.5A）,從而可得到交流阻抗 Za和ZL,計算出電感值 La和LL。

10、實驗時，交流電壓的有效值應小于電機直流電壓的額定值，Za=Ua/IZL=UL/IWord 文檔± 控 制 琳U 輸白 出VilCL-33 !MCL-531_u 口I"':VTV VTlVT250mH100mH200mH700mHA；音清電流表U：自流電壓索KPk電阻員駐”可選持1EJLY9中900歐并聯.（加ax=450歐JgjcR.R安）示 凝 器圖2-3轉動慣益GD的測定和系統機電時間常數 Tm勺測定Ro；電阻負蓑.可選擇:L-梵中g加歐并聯.：即a產45。歐.lnaxF*安）主 控解U輸出VO fl圖2-4主電路電磁時間常數的測定3.直流電動機一發電機一測速發

11、電機組的飛輪慣量GD2的測定。電力拖動系統的運動方程式為M ML （GD 2 /375） dn/dt式中M電動機的電磁轉矩，單位為 N.m;Ml負載轉矩，空載時即為空載轉矩Mk,單位為N.m;n電機轉速，單位為 r/min;電機空載自由停車時，運動方程式為2MK （ GD2 /375） dn /dt故 GD2 375MK/dn/dt式中GD2的單位為Nm2.MK可由空載功率（單位為 W）求出。Mk 9.55PK/n_2 _Pk UalK IkRdn/出 可由自由停車時所得曲線n= f (t)求得，其實驗線路如圖6-3所示。電動機M加額定勵磁。MCL-18的給定電位器 RP1逆時針調到底，使 U

12、ct=0。三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源開關，調節主控制屏輸出電壓Uuv=220v。調節Uct,將電機空載起動至穩定轉速后，測取電樞電壓Ud和電流IK,然后斷開U5用記憶示波器拍攝曲線，即可求取某一轉速時的MK和dn/出。由于空載轉矩不是常數，可以轉2速n為基準選擇若干個點 (如1500r/min , 1000r/min ),測出相應的 Mk和dn/dt ,以求取GD 的平均值。電機為 1500r/min 。Ud (v)Ik (A)dn/dtPkMkGD2電機為 1000r/min 。Ud (v)Ik (A)dn/dtPkMk2GD4 .主電路電磁時間常數的測定采用電流波形法測定電樞回

13、路電磁時間常數Td,電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數規律上升id Id(1 e t/Td)其電流變化曲線如圖 6 5所示。當t =Td時，有.，1 、,id Id(1 e ) 0.632Id實驗線路如圖6 4所示。MCL-18的給定電位器 RP1逆時針調到底，使 Uct=0。三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源開關，調節主控制屏輸出電壓Uuv=220v。電機不加勵磁。調節Uct,監視電流表的讀數，使電機電樞電流為 (5090) Ied。然后保持Uct不變，突 然合上主電路開關，用光線示波器拍攝id=f的波形，由波形圖上測量出當電流上升至 63.2 穩定值時的時間，即為電樞回路的電磁時間

14、常數Tdo5 .電動機電勢常數Ce和轉矩常數CM的測定將電動機加額定勵磁，使之空載運行，改變電樞電壓Ud,測得相應的n,即可由下式算出CeCe=Ke =(Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的單位為V/(r/min)轉矩常數(額定磁通時)CM的單位為N.m/A ,可由Ce求出CM=9.55Ce6 .系統機電時間常數TM的測定系統的機電時間常數可由下式計算Tm (GD2 R)/375CeLM由于Tm>>Td,也可以近似地把系統看成是一階慣性環節，即 n K/(1 TmS) Ud當電樞突加給定電壓時，轉速n將按指數規律上升，當 n到達63.2穩態值時，所經過的時間即為拖動系統的機電時間

15、常數。測試時電樞回路中附加電阻應全部切除。MCL-18的給定電位器 RP1逆時針調到底，使 Uct=0。三相調壓器逆時針調到底，合上主電路電源開關，調節主控制屏輸出電壓Uuv=220v。電動機M加額定勵磁。調節Uct,將電機空載起動至穩定轉速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開主電路開關，待電機完全停止后， 突然合上主電路開關，給電樞加電壓，用光線示波器拍攝過渡過程曲線，即可由此確定機電時間常數。7 .測速發電機特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖2 3所示。電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發電路的控制電壓 Uct,分別讀取對應的 UTG ,n的數值 若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f

16、(n)。n (r/min )Utg (V)七.報告1 .作出實驗所得各種曲線，計算有關參數。2 .由Ks=f(Uct)特性，分析晶閘管裝置的非線性現象。3 .按工程設計方法設計轉速、電流調節器。環節三、雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統調試一.系統組成及工作原理雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統由電流和轉速兩個調節器綜合調節，由于調速系統調 節的主要量為轉速，故轉速環作為主環放在外面，電流環作為付環放在里面，這樣可抑制電 網電壓波動對轉速的影響。系統工作時，先給電動機加勵磁，改變給定電壓的大小即可方便地改變電機的轉速。ASR,ACR均有限幅環節，ASR的輸出作為 ACR的給定，禾U用 ASR的輸出限幅

17、可達到限制起 動電流的目的,ACR的輸出作為移相觸發電路的控制電壓，利用 ACR的輸出限幅可達到限制 min和min的目的。當加入給定Ug后，ASR即飽和輸出，使電動機以限定的最大起動電流加速起動，直到電 機轉速達到給定轉速(即 Ug=Ufn),并出現超調后，ASR退出飽和，最后穩定運行在略低于 給定轉速的數值上。二.注意事項1 .三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。2 .電源開關閉合時，過流保護、過壓保護的發光二極管可能會亮，只需按下對應的復位 開關SB1、SB2即可正常工作。3 .系統開環連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機4 .起動電機時，盡量輕載起動。5 .改變接線時，必須先按下主

18、控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統的給定 為零。6 .進行閉環調試時，若電機轉速達最高速且不可調，注意轉速反饋的極性是否接錯。7 .雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線 同電位(只用一根地線即可)，以免造成短路事故。三.調試方法1 .雙閉環調速系統調試原則(1)先部件，后系統。即先將各單元的特性調好，然后才能組成系統。(2)先開環，后閉環，即使系統能正常開環運行，然后在確定電流和轉速均為負反饋時 組成閉環系統。(3)先內環，后外環。即先調試電流內環，然后調轉速外環。2 .開環外特性的測定(1)控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，直流發電機所接負

19、載電阻Rg斷開。（2）使Ug=0 ,調節偏移電壓電位器，使a稍大于90。，合上主電路電源，逐漸增加給定電壓Ug ,使電機起動、升速，調節 Ug使電機空載轉速 n0=1500r/min ,再調節負載電阻 RG,改變負載，在直流電機空載至額定負載范圍，測取78點，讀取電機轉速 n,電機電樞電流S16RP47ASR速調節器）RP1 RP2 RP3 RP4RP3工DZS零速封鎖器）RP1 RP2 RP3 RP4圖3-1轉速電流調節器調試電路卜，即可測出系統的開環外特性n=f （Id）。n(r/min)I(A)注意，若給定電壓 Ug為0時，電機緩慢轉動，則表明“ 太小，需后移。3 .速度調節器（ASR）

20、的調試按圖3-1接線，DZS（零速封鎖器）的扭子開關扳向“解除”。（1）調整輸出正，負限幅值5"、6”端接MEL-11掛箱，使ASR調節器為PI調節器，加入一定的輸入電壓 （由MCL 18或主控制屏的給定提供，以下同），調整正、負限幅電位器 RP1、RP2,使輸出正負值等 于5V。(2)測定輸入輸出特性將反饋網絡中的電容短接(“ 5”、6.端短接)，使ASR調節器為P調節器，向調節器輸入 端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫出曲線。(3)觀察PI特性拆除5"、6“端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規律，改變 調節器的放大倍數及反

21、饋電容，觀察輸出電壓的變化。反饋電容由外接電容箱改變數值。4 .電流調節器(ACR)的調試按圖3-1接線。(1)調整輸出正，負限幅值9”、10”端接MEL-11掛箱，使調節器為 PI調節器，加入一定的輸入電壓，調整正， 負限幅電位器，使輸出正負最大值大于6V。(2)測定輸入輸出特性將反饋網絡中的電容短接(“ 9”、10"端短接)，使調節器為 P調節器，向調節器輸入端 逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫出曲線。(3)觀察PI特性1.拆除9“、10”端短接線，突加給定電壓，用慢掃描示波器觀察輸出電壓的變化規 律，改變調節器的放大倍數及反饋電容，觀察輸出電壓的變化。

22、反饋電容由外接電容箱改 變數值。5 .單元部件調試ASR調試方法與步驟 2相同。ACR調試：使調節器為 PI調節器，加入一定的輸入電壓，調整正，負限幅電位器，使脈 沖前移 300，使脈沖后移 =30O,反饋電位器 RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小。6 .系統調試將Ublf接地，Ublr懸空，即使用 錯誤!未找到引用源。 組橋六個晶閘管。(1)電流環調試(a)系統開環，即控制電壓 Uct由給定器Ug直接接入，開關 S撥向左邊，主回路接入電 阻Rd并調至最大(Rd由電阻組成)。逐漸增加給定電 壓，用示波器觀察晶閘管整流橋兩端電 壓波形。在一個周期內，電壓波形應有 6個對稱波頭平滑變化 。(b)增

23、加給定電壓，減小主回路串接電阻Rd,直至Id=1.1Ied,再調節電流反饋電位器RP,使電流反饋電壓 Ufi近似等于速度調節器 ASR的輸出限幅值(ASR的輸出限幅可調為土 5V)。(c)實驗臺主控制屏的 G (給定)輸出電壓 Ug接至ACR的3"端,ACR的輸出“7”端接 至Uct,即系統接入已接成 PI調節的ACR組成電流單閉環系統。 ASR的9"、10”端接電容器， 可預置7 F,同時，反饋電位器 RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小。逐漸增加給定電壓 Ug,使之等于ASR輸出限幅值(+5V),觀察主電路電流是否小于或等于1.1Ied,如Id過大，則應調整電流反饋電位器

24、，使Ufi增加，直至Id<1.1Ied;如Id<Ied,則可將Rd減小直至切除，此時應增加有限，小于過電流保護整定值，這說明系統已具有限流保護功能。測定并計算電流反饋系數(2)速度變換器的調試電動機加額定勵磁(a)系統開環，即給定電壓 Ug直接接至Uct, Ug作為輸入給定，逐漸加正給定，當轉速 n=1500r/min時，調節FBS (速度變換器)中速度反饋電位器RP,使速度反饋電壓為+5V左右，計算速度反饋系數。(b)速度反饋極性判斷：系統中接入 ASR構成轉速單閉環系統，即給定電壓Ug接至ASR的第2端，ASR的第3端接至 調節Ug (Ug為負電壓)，若稍加給定，電機轉速即達

25、最高速且調節 Ug不可控，則表明單閉環系統速度反饋極性有誤。但若接成轉速一電流雙閉環系統，由于給定極性改變，故速度反饋極性可不變。7 .系統特性測試將ASR,ACR均接成PI調節器接入系統，形成雙閉環不可逆系統，見圖 3-2。ASR的調試：(a)反饋電位器 RP3逆時針旋到底，使放大倍數最小；(b) 5"、6端接入MEL11電容器，預置57產；(c)調節RP1、RP2使輸出限幅為± 5V。(1)機械特性n=f (Id)的測定(a)調節轉速給定電壓 Ug,使電機空載轉速至1500 r/min ,再調節發電機負載電阻 Rg, 在空載至額定負載范圍內分別記錄78點，可測出系統靜特

26、性曲線n=f (Id)n(r/min)I(A)(2)閉環控制特性n=f(Ug)的測定調節Ug,記錄Ug和n,即可測出閉環控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)8.系統動態波形的觀察用二蹤慢掃描示波器觀察動態波形。在不同的調節器參數下， 觀察，記錄下列動態波形:(1)突加給定起動時，電動機電樞電流波形和轉速波形。(2)突加額定負載時，電動機電樞電流波形和轉速波形。(3)突降負載時，電動機電樞電流波形和轉速波形。注：電動機電樞電流波形的觀察可通過ACR的第1”端轉速波形的觀察可通過 ASR的第1”端四.報告1 .根據實驗數據，畫出閉環控制特性曲線。2 .根據實驗數據，畫出閉環機械特性，

27、并計算靜差率。3 .根據實驗數據，畫出系統開環機械特性，計算靜差率，并與閉環機械特性進行比較。4 .分析由示波器記錄下來的動態波形。噂、飛ICRV入輸源電流直壓低D5 lcmu(3V，R YJIJJlXJVO81 uc M,2 Y9融VW1 o o o di"統系速調流直逆可不環閉雙流電、速轉2.3圖護保壓過流過及元單測檢和制控U V W主控制屏輸出環節四變頻調速實踐1、 實踐內容根據變頻器產品說明書熟悉幾種典型品牌、型號變頻器的操作：1. 變頻器的基本接線1） 電源連接2） 電動機連接2. 變頻器的基本操作1）變頻器的操作面板和按鍵的操作。2） “全部消除”操作（即全部初始化操作）

28、。3）參數設定操作（如加減速時間、直流制動設定、正反轉、點動、 多段速頻率設定等）4）利用外部端子對變頻器進行操作和控制（包括外部正反轉、點 動、多段速頻率運行，電位器控制等）。5）利用外部端子和面板對變頻器進行組合和控制2、 設備：序 號名稱規格數量廠三相變頻器12三相異步電動機13、 內容說明（以富士變頻器為例）1 .變頻器的基本接線見圖4-1,注意確定暴露的帶電部分沒有短路情況。2 .鍵盤面板各部分名稱及功能鍵»鍵正常模式或編程設定模式的選擇鍵，正常模式時，不管停止或運行狀態，用于切換數字監視器或圖形監視器的顯示內容（頻率，電流，電 壓，等）。RESET鍵 報警停止狀態復位到正常模式。編程設定模式時，使數據從更新模式轉變為功能選擇模式。Word 文檔圖4-1變頻器主電路接線圖鍵選擇功能碼時用于移動光標。設定數據時鍵增加設定值，鍵減少設定值。正常模式時鍵增加頻率設定值鍵減少頻率設定值。I1用于各功能數據的讀出和寫入，另外在LCD監視器上設FUNC| DATA 定數據時，用于在畫面上讀出和寫入數據。RUN鍵 起動運行鍵（僅在選擇鍵盤面板操作時有效）。STOP鍵停止運行鍵（僅在選擇鍵盤面板操作時有效）。3 .基本操作1） . LED監視器轉換顯示