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    2023-06-11

    三相異步電機調壓調速系統調試

    三相異步電機調壓調速系統調試
    一、實訓目的
    (1) 了解并熟悉雙閉環三相異步電機調壓調速系統的原理及組成。
    (2) 了解轉子串電阻的繞線式異步電機在調節定子電壓調速時的機械特性。
    (3) 通過測定系統的靜態特性和動態特性,進一步了解交流調壓系統中電流環和轉速環的作用。
    (4) 提高對系統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 DK04三相晶閘管觸發電路  
    4 DK06電機調速控制電路I  
    5 DQ29-2 可調電阻器  
    6 DQ03-1電機導軌、測速系統及數顯轉速表  
    7 DQ07-1 直流發電機  
    8 DQ11 三相線繞式異步電動機  
    9 GDQ12 線繞式異步電機轉子專用箱  
    10 慢掃描示波器 自備
    11 萬用表 自備
     
    屏上掛件排列順序:DK03、DK04、DK06、DQ29-2
    三、實訓線路及原理
     

    圖4-10  雙閉環三相異步電機調壓調速系統原理圖
    異步電動機采用調壓調速時,由于同步轉速不變和機械特性較硬,因此對普通異步電動機來說其調速范圍很有限,無實用價值,而對力矩電機或線繞式異步電動機在轉子中串入適當電阻后使機械特性變軟其調速范圍有所擴大,但在負載或電網電壓波動情況下,其轉速波動嚴重,為此常采用雙閉環調速系統。
    雙閉環三相異步電機調壓調速系統的主電路由三相晶閘管交流調壓器及三相繞線式異步電動機組成?刂撇糠钟“調節器Ⅰ、Ⅱ”、 “速度變換”、“觸發電路”、“功放電路”等組成。其系統原理框圖如圖4-10所示:
    整個調速系統采用了速度、電流兩個反饋控制環。這里的速度環作用基本上與直流調速系統相同,而電流環的作用則有所不同。在穩定運行情況下,電流環對電網擾動仍有較大的抗擾作用,但在啟動過程中電流環僅起限制最大電流的作用,不會出現最佳啟動的恒流特性,也不可能是恒轉矩啟動。
    異步電動機調壓調速系統結構簡單,采用雙閉環系統時靜差率較小,且比較容易實現正、反轉,反接和能耗制動。但在恒轉矩負載下不能長時間低速運行,因低速運行時轉差功率 Ps=SPM 全部消耗在轉子電阻中,使轉子過熱。
    四、實訓內容
    (1) 測定三相繞線式異步電動機轉子串電阻時的機械特性。
    (2) 測定雙閉環交流調壓調速系統的靜態特性。
    (3) 測定雙閉環交流調壓調速系統的動態特性。
    五、實訓方法
    (1)DK03和DK04上的“觸發電路”調試  
    ①打開GDQ01總電源開關,操作“電源控制屏”上的“三相電網電壓指示”
    開關,觀察輸入的三相電網電壓是否平衡。
    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,撥動 “觸發脈沖指示”鈕子開關,使“窄”的發光管亮。
    ③觀察A、B、C三相的鋸齒波,并調節A、B、C三相鋸齒波斜率調節電位器(在各觀測孔左側),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S2撥到接地位置(即Uct=0),調節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“正橋觸發脈沖輸出”端和DK03“正橋觸發脈沖輸入”端相連,并將DK03“正橋觸發脈沖”的六個開關撥至“通”,觀察正橋VT1~VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發脈沖是否正常。
    (2)控制單元調試
    ①調節器的調零 
    將DK06中“速度調節器”所有輸入端接地,用導線將“5”、“6”短接,使“電流調節器”成為P (比例)調節器。調節面板上的調零電位器RP3,用萬用表的毫伏檔測量電流調節器“7”端的輸出,使調節器的輸出電壓盡可能接近于零。
    將DK06中“電流調節器”所有輸入端接地,用導線將“9”、“10”短接,使“電流調節器”成為P(比例)調節器。調節面板上的調零電位器RP3,用萬用表的毫伏檔測量電流調節器的“11”端,使調節器的輸出電壓盡可能接近于零。
    ②調節器正、負限幅值的調整
    直接將DK06的給定電壓Ug接入DK04移相控制電壓Uct的輸入端,三相交流調壓輸出的任意兩路接一電阻負載(DQ29-2可調電阻器),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的允許調節范圍為0~Uctmax。記錄Ug'于下表中:

    Ug  
    Uctmax=Ug  
    把“速度調節器”的“5”、“6”短接線去掉,使調節器成為PI (比例積分)調節器,然后將DK06的給定輸出端接到轉速調節器的“3”端,當加一定的正給定時,調整負限幅電位器RP2,使之輸出電壓為-6V,當調節器輸入端加負給定時,調整正限幅電位器RP1,使之輸出電壓為最小值即可。
    把“電流調節器”的“9”、“10”短接線去掉,使調節器成為PI(比例積分)調節器,然后將DK06的給定輸出端接到電流調節器的“4”端,當加正給定時,調整負限幅電位器RP2,使之輸出電壓為最小值即可,當調節器輸入端加負給定時,調整正限幅電位器RP1,使電流調節器的輸出正限幅為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(內部已接到電路板),三相交流調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,調節“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,測量電動機的轉速值和轉速反饋電壓值,調節“速度變換”電位器RP1,使n =1300rpm時的轉速反饋電壓為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,電機轉子回路接GDQ12轉子電阻專用箱,直流發電機接負載電阻R (DQ29-2可調電阻,將兩個900Ω接成串聯形式),并將給定的輸出調到零。
    ②直流發電機先輕載,調節轉速給定電壓Ug使電動機的端電壓=Ue。
    轉矩可按下式計算:
                                                (5-1)                          
    式中,T為三相線繞式異步電機電磁轉矩,IG為直流發電機電流,UG為直流發電機電壓,Ra為直流發電機電樞電阻,Po為機組空載損耗。
    ③調節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)              
     
      在輸出電壓為2/3Ue時:
    n(rpm)              
    U2=UG (V)              
    I2=IG(A)              
    T(N·m)              
     
     (4)系統調試
    ①確定“電流調節器”和“速度調節器”的限幅值和電流、轉速反饋的極性。
       ②將系統接成雙閉環調壓調速系統,電機轉子回路仍每相串3Ω左右的電阻,逐漸增大給定Ug,觀察電機運行是否正常。
    (5)系統閉環特性的測定
    ①調節Ug使轉速至n=1200rpm,從輕載按一定間隔調到額定負載,測出閉環靜態特性n =f(T)

    n(rpm) 1200            
    U2=UG(V)              
    I2=IG(A)              
    T(N·m)              
     
    ②測出n=800rpm時的系統閉環靜態特性n=f(T),T可由(5-1)式計算
    n(rpm) 800            
    U2=UG (V)              
    I2=IG (A)              
    T(N·m)              
     
      (6)系統動態特性的觀察
    用慢掃描示波器觀察:
    ①突加給定啟動電機時的轉速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“速度調節器”輸出的“6”端的動態波形。
    ②電機穩定運行,突加、突減負載(20%Ie<=>100%Ie)時的n、I的動態波形。
    八、實驗報告
        (1)根據實驗數據,畫出開環時電機的機械特性n=f(T)。
        (2)根據實驗數據畫出閉環系統靜態特性n=f(T),并與開環特性進行比較。
        (3)根據記錄下的動態波形分析系統的動態過程。
    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值的變化。
       (2)轉子每相串接電阻為3Ω左右,可根據需要進行調節,以便系統有較好的性能。
    (3)計算轉矩T時用到的機組空載損耗Po為5W左右。

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