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角，并作出ud/ u2 =f()的表格（如表1）和曲線。2）用示波器觀察并記錄=300和600時負載兩端的電壓ud 、晶閘管兩端電壓uT1的波形。2.電阻電感負載的研究.3.反電勢負載的研究.4.在各種負載

2、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，它是直流電壓，用萬用表測量時要選擇正確的量程。表1

3、ud/ u2 =f()的表格范圍0o -30o30o -60 o60 o -90 o90 o -1200實際UdU2環節二、晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定一目的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L3測定直流電動機直流發電機測速發電機組（或光電編碼器）的飛輪慣量GD24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

4、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，電動機發電機組等組成。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1MCL系列教學實驗臺主控制屏。2MCL18組件（適合MCL)或MCL31組件（適合MCL）。3MCL33(A)組件或MCL53組件（適合MCL、）。4電機導軌及測速發電機（或光電編碼器）、直流發電機5MEL03三相可調電阻器(或自配滑線變阻器

5、450W，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

6、加勵磁，并使電機堵轉。MCL-18（或MCL-31，以下同）的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。調節偏移電壓電位器RP2，使a=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。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）%Ied，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=I1R+U1 調節RP，使電流表A的讀數為40% Ied。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-

7、U1)/(I1-I2) 如把電機電樞兩端短接，重復上述實驗，可得RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)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RL2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

8、I（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。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/I ZL=UL/I3直流電動機發電機測速發電機組的飛輪慣量GD2的測定。電力拖動系統的運動方程式為 式中 M電動機的電磁轉矩，單位為N.m; ML ¾負載轉矩，空載時即為空載轉矩MK，單位為N.m; n ¾ 電機轉速，單位為r/min;電機空載自由停車時，運動方程式為 故 式中GD2的單位為Nm2.MK可由空載功率（單位為W）求出。 dn/dt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。MC

9、L-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。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Uct，用記憶示波器拍攝曲線，即可求取某一轉速時的MK和dn/dt。由于空載轉矩不是常數，可以轉速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GD2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/dtPKMKGD24主電路電磁時間常數的測定采用電流

10、波形法測定電樞回路電磁時間常數Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數規律上升 其電流變化曲線如圖6-5所示。當t =Td時，有 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(t)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常數Td。5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

11、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Ce Ce=KeF=(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 由于Tm>>Td，也可以近似地把系統看成是一階慣性環節，即 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

12、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(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

13、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，利用ASR的輸出限幅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amin和bmin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

14、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

15、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，直流發電機所接負載電阻RG斷開。（2）使Ug=0，調節偏移電壓電位器，使稍大于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

16、定負載范圍，測取78點，讀取電機轉速n，電機電樞電流Id，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）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MCL18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

17、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

18、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。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a£300,使脈沖后移b=300，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

19、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±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7F，同時，反饋電位器RP3逆

20、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，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

21、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Uct。調節Ug（Ug為負電壓），若稍加給定，電機轉速即達最高速且調節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57F； （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

22、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

23、 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，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。環節四 變頻調速實踐一、 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）“全部清除”操作（即全部初始化操作）。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二、 設備：序號名稱規格數量1三相變頻器12三相異步電動機1三、 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