一、實訓目的
(1) 了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成。
(2) 了解轉(zhuǎn)子串電阻的繞線式異步電機在調(diào)節(jié)定子電壓調(diào)速時的機械特性。
(3) 通過測定系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，進一步了解交流調(diào)壓系統(tǒng)中電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的作用。
(4) 提高對系統(tǒng)分析及故障分析處理的能力
二、實訓所需掛件及附件
| 序號 | 型 號 | 備 注 |
| 1 | GDQ01電源控制屏 | |
| 2 | DK03 晶閘管主電路 | |
| 3 | DK04三相晶閘管觸發(fā)電路 | |
| 4 | DK06電機調(diào)速控制電路I | |
| 5 | DQ29-2 可調(diào)電阻器 | |
| 6 | DQ03-1電機導軌、測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 | |
| 7 | DQ07-1 直流發(fā)電機 | |
| 8 | DQ11 三相線繞式異步電動機 | |
| 9 | GDQ12 線繞式異步電機轉(zhuǎn)子專用箱 | |
| 10 | 慢掃描示波器 | 自備 |
| 11 | 萬用表 | 自備 |
三、實訓線路及原理
圖4-10 雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)原理圖
異步電動機采用調(diào)壓調(diào)速時，由于同步轉(zhuǎn)速不變和機械特性較硬，因此對普通異步電動機來說其調(diào)速范圍很有限，無實用價值，而對力矩電機或線繞式異步電動機在轉(zhuǎn)子中串入適當電阻后使機械特性變軟其調(diào)速范圍有所擴大，但在負載或電網(wǎng)電壓波動情況下，其轉(zhuǎn)速波動嚴重，為此常采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。
雙閉環(huán)三相異步電機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相晶閘管交流調(diào)壓器及三相繞線式異步電動機組成�？刂撇糠钟�“調(diào)節(jié)器Ⅰ、Ⅱ”、 “速度變換”、“觸發(fā)電路”、“功放電路”等組成。其系統(tǒng)原理框圖如圖4-10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)擾動仍有較大的抗擾作用，但在啟動過程中電流環(huán)僅起限制最大電流的作用，不會出現(xiàn)最佳啟動的恒流特性，也不可能是恒轉(zhuǎn)矩啟動。
異步電動機調(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 Ps=SPM 全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，使轉(zhuǎn)子過熱。
四、實訓內(nèi)容
(1) 測定三相繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻時的機械特性。
(2) 測定雙閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)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。
五、實訓方法
(1)DK03和DK04上的“觸發(fā)電路”調(diào)試
①打開GDQ01總電源開關(guān)，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”
開關(guān)，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。
②將GDQ01的“三相同步信號輸出”端和DK04“三相同步信號輸入”端相連,打開DK04電源開關(guān)，撥動 “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關(guān)，使“窄”的發(fā)光管亮。
③觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調(diào)節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調(diào)節(jié)電位器（在各觀測孔左側(cè)），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。
④將DK06上的“給定”輸出Ug直接與DK04上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關(guān)S2撥到接地位置（即Uct=0），調(diào)節(jié)DK04上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔” VT1的輸出波形，使α=120°。
⑤適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測DK04上“脈沖觀察孔”的波形，此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。
⑥將DK04面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DK04的“正橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DK03“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DK03“正橋觸發(fā)脈沖”的六個開關(guān)撥至“通”，觀察正橋VT1～VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。
(2)控制單元調(diào)試
①調(diào)節(jié)器的調(diào)零
將DK06中“速度調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，用導線將“5”、“6”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為P (比例)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器“7”端的輸出，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。
將DK06中“電流調(diào)節(jié)器”所有輸入端接地，用導線將“9”、“10”短接，使“電流調(diào)節(jié)器”成為P（比例）調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調(diào)節(jié)器的“11”端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。
②調(diào)節(jié)器正、負限幅值的調(diào)整
直接將DK06的給定電壓Ug接入DK04移相控制電壓Uct的輸入端，三相交流調(diào)壓輸出的任意兩路接一電阻負載（DQ29-2可調(diào)電阻器），放在阻值最大位置，用示波器觀察輸出的電壓波形。當給定電壓Ug由零調(diào)大時，輸出電壓U隨給定電壓的增大而增大，當Ug超過某一數(shù)值Ug＇時，U 的波形接近正弦波時，一般可確定移相控制電壓的最大允許值Uctmax=Ug＇，即Ug的允許調(diào)節(jié)范圍為0～Uctmax。記錄Ug＇于下表中：
| Ug＇ | |
| Uctmax=Ug＇ |
把“電流調(diào)節(jié)器”的“9”、“10”短接線去掉，使調(diào)節(jié)器成為PI（比例積分）調(diào)節(jié)器，然后將DK06的給定輸出端接到電流調(diào)節(jié)器的“4”端，當加正給定時，調(diào)整負限幅電位器RP2，使之輸出電壓為最小值即可，當調(diào)節(jié)器輸入端加負給定時，調(diào)整正限幅電位器RP1，使電流調(diào)節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。
③電流反饋的整定
直接將DK06的給定電壓Ug接入DK04移相控制電壓Uct的輸入端，三相220V交流電A相，B相，C相經(jīng)過DK06上的“電流互感器”對應連接到DK03上的主電路輸入，電流變換器的輸出“TA1、TA2、TA3”無需接（內(nèi)部已接到電路板），三相交流調(diào)壓輸出接三相線繞式異步電動機，測量三相線繞式異步電動機單相的電流值和電流反饋電壓，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護”上的電流反饋電位器RP1，使電流Ie=0.5A時的電流反饋電壓為Ufi=3V。
④轉(zhuǎn)速反饋的整定
直接將DK06的給定電壓Ug接入DK04移相控制電壓Uct的輸入端，輸出接三相線繞式異步電動機，測量電動機的轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)速反饋電壓值，調(diào)節(jié)“速度變換”電位器RP1，使n =1300rpm時的轉(zhuǎn)速反饋電壓為Ufn=-6V。
(3)機械特性n =f(T)測定
①將DK06的“給定”電壓輸出直接接至DK04上的移相控制電壓Uct，電機轉(zhuǎn)子回路接GDQ12轉(zhuǎn)子電阻專用箱，直流發(fā)電機接負載電阻R (DQ29-2可調(diào)電阻，將兩個900Ω接成串聯(lián)形式)，并將給定的輸出調(diào)到零。
②直流發(fā)電機先輕載，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug使電動機的端電壓=Ue。
轉(zhuǎn)矩可按下式計算:
(5-1) 式中，T為三相線繞式異步電機電磁轉(zhuǎn)矩，IG為直流發(fā)電機電流，UG為直流發(fā)電機電壓，Ra為直流發(fā)電機電樞電阻，Po為機組空載損耗。
③調(diào)節(jié)Ug，降低電動機端電壓，在2/3Ue時重復上述實驗，以取得一組機械特性。
在輸出電壓為Ue時：
| n(rpm) | |||||||
| U2=UG (V) | |||||||
| I2=IG（A） | |||||||
| T(N·m) |
| n(rpm) | |||||||
| U2=UG (V) | |||||||
| I2=IG（A） | |||||||
| T(N·m) |
①確定“電流調(diào)節(jié)器”和“速度調(diào)節(jié)器”的限幅值和電流、轉(zhuǎn)速反饋的極性。
②將系統(tǒng)接成雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，電機轉(zhuǎn)子回路仍每相串3Ω左右的電阻，逐漸增大給定Ug，觀察電機運行是否正常。
(5)系統(tǒng)閉環(huán)特性的測定
①調(diào)節(jié)Ug使轉(zhuǎn)速至n=1200rpm，從輕載按一定間隔調(diào)到額定負載，測出閉環(huán)靜態(tài)特性n =f（T）
| n(rpm) | 1200 | ||||||
| U2=UG（V） | |||||||
| I2=IG（A） | |||||||
| T(N·m) |
| n(rpm) | 800 | ||||||
| U2=UG (V) | |||||||
| I2=IG (A) | |||||||
| T(N·m) |
用慢掃描示波器觀察:
①突加給定啟動電機時的轉(zhuǎn)速n(“速度變換”的 “3”端)及電流I(“電流反饋與過流保護”的“2”端) 及“速度調(diào)節(jié)器”輸出的“6”端的動態(tài)波形。
②電機穩(wěn)定運行，突加、突減負載(20%Ie<=>100%Ie)時的n、I的動態(tài)波形。
八、實驗報告
(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出開環(huán)時電機的機械特性n=f（T）。
(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)特性n=f（T），并與開環(huán)特性進行比較。
(3)根據(jù)記錄下的動態(tài)波形分析系統(tǒng)的動態(tài)過程。
九、注意事項
(1)在做低速實驗時，實驗時間不宜過長，以免電阻器過熱引起串接電阻數(shù)值的變化。
(2)轉(zhuǎn)子每相串接電阻為3Ω左右，可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，以便系統(tǒng)有較好的性能。
(3)計算轉(zhuǎn)矩T時用到的機組空載損耗Po為5W左右。