交流调速系统实验指南

1、EL-DS- 型电气控制系统综合实验台交流调速系统实验指南V3.1北京精仪达盛科技有限公司70 / 82文档可自由编辑打印实验注意事项（一）“综合实验台”及其挂箱初次使用或较长时间未用时，实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调试。（二）实验前，务必设置系统工作状态，并按下表正确选择主变压器二次侧相电压，认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确，经教师审核、检查无误后方可开始实验。主变压器二次侧抽头输出电压及其适用范围转换开关SC位号123二次电压（线相） 90V52V 220127V 380220V适 用 范 围110V直流电动机可逆调速220V直流电动机可逆调速、线电压

2、220V鼠笼式电机变频调速与调压调速。线电压380V鼠笼式电机变频调速、调压调速及绕线是电机的串级调速。（三）出现任何异常，务必立即切除实验系统总电源（或按急停按钮 ）。（四）为防止调速系统的振荡，在接入调节器时必须先将RC环节设定为1：Error! No bookmark name given.1的比例状态，实验时按需改变RC值，直至满足要求。（五）本实验台“过流”信号取自“三相电流检测及变换(DD04)”单元。因此，在所有交、直流实验电路中都已接入（DD04）单元，但应经常检查，确保过流保护单元工作正常。（六）无“电流闭环” 又无“电流截止负反馈” 的系统，务必采用“积分给定”输出，如果用

3、阶跃起动，给定需从0V缓慢起调。（七）“闭环系统”主控开启前，务必确保负反馈极性和接线正确、各个调节器性能良好、“限幅值”正确无误。（八）实验前，先将负载给定调为0（发电机负载则将负载变阻器断开或置于阻值最大），实验中按需调节负载给定，逐步增大负载，直至所要求的负载电流。且不能长时间使电机工作在超额定状态。（九）“电流开环”的交流调速系统，给定以积分输出（Un*2 ）给出。（十）“双踪示波器”测试双线波形，严防因示波器“双表笔”共地而引起系统短路。（十一）本“实验注意事项” ，适用于采用本实验台的所有实验。任何改接线，首先断开电源；一旦有异常，迅速按急停开关，切断电源！前 言交流调速系统实验指

4、南 是本公司主要教学实验设备“EL-DS-III型电气控制系统综合实验台”关于交流调速系统实验的配套资料之一。是根据国内不同层次、不同类型的大学本、专科相应专业的有关教学大纲、教材资料和实验要求，结合本“综合实验台”的基本功能和技术特点，专门聘请在“工业电气自动化”方面长期从事专业教学和实验研究的、有丰富教学经验和实验实践的教授、专家编写而成。考虑到本“实验台” 技术性能的综合性、灵活性、可塑性以及其宽广的适应能力，交流调速系统实验指南提供了多个以模拟电路为核心的典型教学实验，主要包括电力拖动自动控制系统课程交流调速部分中，有关“鼠笼转子异步电动机调压调速系统” 、“绕线转子异步电动机串级调速

5、系统”和“变频调速系统”的开环和单、双闭环控制的的基本实验内容。用户单位可根据各自学校相关专业的教学层次和专业特点，选择其中实验项目，做为教学实验内容。也可以根据配套资料触发器挂箱II（DST2）使用说明、给定挂箱(DG01)使用说明、控制器挂箱I（DSC01）使用说明、调节器挂箱I(DSA01)使用说明、调节器挂箱II(DSA02)使用说明以及本实验指南，自行组合相应实验项目和内容。有关空间矢量控制的现代变频调速系统以及通用变频器等交流实验内容主要由“专用控制器挂箱(DSS01)”、“专用控制器挂箱(DSS02)”以及IPM主电路挂箱(DSM02)来实现，详见专用控制器挂箱(DSS01)使用

6、说明、IPM主电路挂箱(DSM02) 使用说明和专用控制器挂箱(DSS02) 使用说明等。本实验指南并非“实验教学大纲” ，也非专业“教材” ，是用于“实验教学”的参考资料，主要供使用本“综合实验台”时的参考，敬请注意。本实验指南除作为“实验教学”的参考资料外，还可供相关专业本科和专科学生的“课程设计”、“毕业设计”以及硕士研究生和专业教师课题研究的参考，也可供工矿企业有关技术设计和工业运行时的参考。作为 “综合实验台” 的一种配套资料，本实验指南的编写具有一定的局限性和较强的针对性，作为参考资料必定存在众多不足。由于编者考虑不周和时间紧迫等诸多因素，不尽人意、缺点、错误之处在所难免，敬请批评

7、、指正。并对参加本“实验指南”的编写、校阅、典型系统及其单元环节的调试人员顺致谢意！ 北京精仪达盛科技有限公司技术资料编写组2008年2月目 录常用符号表 2实验要求与实验报告内容 3 实验一、鼠笼转子异步电动机变压调速系统 4实验二、转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统 12实验三、绕线转子异步电动机串级调速系统 19实验四、转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统28实验五、恒压频比控制下异步电动机的机械特性研究 35实验六、转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统 41实验七、转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统 47实验八、转速闭环、转差频率控制的异步电

8、动机变频调速系统52实验九、通用变频器控制调速系统55附录一：交流调速实验相关参数表 57附录二：交流调速系统典型实验电路 59附图21、 鼠笼转子异步电动机变压调速系统 60附图22、 转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统 61附图23、 绕线转子异步电动机串级调速系统 62附图24、 转速、电流双闭环控制的绕线转子异步电动机串级调速系统63附图25、恒压频比控制下异步电动机的机械特性研究 64附图26、 转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统 65附图27、转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统 66附图28、 转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统 67附图2

9、9、 三相脉宽控制器（SPWM）原理图 68附图210、IPM智能三相逆变桥功率模块（IGBT）原理图 69n 转速n0空载转速n n o m额定转速n*转速比nn0S转差率S（ n0n ）n0Te负载转矩T*e转矩比T*e Te TGmTGnom交流异步电机额定负载转距TGm交流异步电机最大负载转距TGb堵转转距T*eb堵转转矩比T*eb TGbTGmIs 交流异步电机定子电流ISnom交流异步电机定子额定电流USnom交流异步电机定子额定电压P nom额定功率U*n转速给定电压Un转速反馈电压U*nm转速给定最大电压U*i电流给定电压Ui电流反馈电压U*im电流给定最大电压U *vm电压给

10、定最大电压Uct触发挂箱输入电压转速反馈系数电流反馈系数电压反馈系数min最小逆变角max最大逆变角常用符号表实验要求与实验报告内容一、实验要求：（一）实验前做好预习，熟悉相应交流调速系统及其组成单元的工作原理和应用特点，了解引入反馈和特定控制环节的意义和作用原理。（二）实验前认真阅读“实验注意事项”、相应“实验指南”以及相关教材、资料等，完成有关实验参数的设计、计算（机组和综合实验台的有关参数，由实验室提供或实验前到实验室咨询、了解），认真准备好相应实验的思考题，以备正确回答实验指导老师的课前提问。（三）按指定时间、指定地点准时进入实验室参加实验，不迟到、不早退、不无故缺席、不在实验室嬉笑打

11、闹、不随意乱动与本次实验无关的其它实验室设备、仪器。实验完毕，认真整理实验台、归还实验设备、仪器，清理好实验现场。（四）熟悉实验内容，认真听取实验指导老师的讲解、指导；勤学多问、胆大心细、勇于探索、不放过任何实验现象；认真完成实验全过程，正确观察现象、记录实验数据、绘制实验曲线。（五）实验后，根据指定实验报告格式，按要求内容，认真、及时完成实验报告，并于指定时间、地点及时送达实验室。（六）严格遵守实验须知和实验室安全规范，如有异常及时切断实验电源，并立即报告实验指导老师。二、实验报告内容：（一）实验名称、目的和主要实验内容。（二）实验电路组成框图，实验系统及其组成环节的作用原理。（三）机组和实

12、验台主要参数，完成系统及其环节有关参数的设计、计算。（四）认真整理实验数据，绘制实验曲线。（五）分析、讨论实验中出现的各类实验现象和故障的原因。（六）实验的收获、体会及改进意见、建议等。三、关于负载：负载选择有两种：“磁粉制动器+负载控制器”或“直流发电机+电阻”，其中磁粉制动器负载有“恒转矩”、“恒功率”和“函数型”等模式，操作简便，方便通过计算机控制加载，故推荐使用磁粉制动器作为电机机组负载。实验一 鼠笼转子异步电动机开环变压调速系统一、实验目的1熟悉“鼠笼转子异步电动机开环变压调速系统” 的组成。2了解实验系统主要组成单元的作用及其基本调试方法与注意事项。3熟悉“鼠笼转子异步电动机”的开

13、环机械特性及其实验测定方法。4熟悉“鼠笼转子异步电动机变压调速系统”的起、制动控制。 二、实验内容1“鼠笼转子异步电动机变压调速系统”的电路连接及静态参数整定。2“鼠笼转子异步电动机”的开环机械特性测试。 3“鼠笼转子异步电动机变压调速系统”的起、制动控制。4分析、讨论“给定积分器”在“鼠笼转子异步电动机变压调速系统”中的作用。三、实验设备与仪器1综合实验系统主体（主控制箱）及其主控电路、转速变换、电流检测电路等单元以及负载控制器单元、2可控硅主电路挂箱(DSM01)“I组晶闸管”单元3触发电路挂箱II(DST02)DT04单元GTI或GTII4给定单元挂箱(DSG01) DG01单元5鼠笼转

14、子异步电动机 +磁粉制动器+旋转编码器机组。6慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器。7微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应实验内容省略）。四、实验电路的组成“鼠笼转子异步电动机开环变压调速系统”是较简单的交流变压调速系统，但由于不存在转速和电流闭环，动、静态特性都很差，并无实际应用，此处仅作为基本实验内容而予以分析、讨论。系统的组成如图11所示，接线电路见附图21。如图11所示，系统主要由“DG01”、“DT04”、“DSM01”和转速变换（DD02）、电流检测等基本单元以及主控电路、鼠笼转子异步电动机 +磁粉制动器+旋转编码器机组等组成。图1-1 鼠笼转子异步电动机变压调速

15、系统框图五、实验方法与步骤（一）实验电路连接、检查及静态参数整定。1分别按DSM01、DT02、DSG01各挂箱使用说明中相应环节的调试方法和要点，检查、调试各单元环节，直至满足要求。本系统中“给定及给定积分器(GIR)”单元的输出务必取U*n2，且积分斜率十分重要，斜率小则制动时间太长，斜率大则引起冲击电流过大。调试中应予注意。该参数出厂前已经整定。注：该步骤由实验室老师先行完成为宜。2按照附图21连接系统（注：挂件之间有信号连接时需要共信号地），并认真检查直至正确无误； “状态切换”置“交流调速”档 ，将给定单元(DG01)的极性开关S1和阶跃开关S2拨向上方，并且设置正、负给定为0；负载

16、控制器单元（DD07）负载模式选择为恒转矩模式，负载给定调为0；经实验指导教师检查确认后，闭合系统总电源，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。注意：主控面板显示的电压值为隔离变压器相电压，选择3档（即显示电压为220V）时，电机定子应采用星形连接！3闭合控制电路（左下面板控制按钮ON），用“慢扫描双踪示波器”检查“触发单元（DT04 GT I）” 的零位，是否满U*n20时， 150°，并检查G1G6各相脉冲是否对称。4闭合主电路（按下主电路按钮 ON），缓慢增加给定U*n2 以起动电动机直至空载转速nn0，同时观察运行情况，若有异常，立即按急停按钮中断实验；读取任一相定子电

17、压（即右上面板主电路数字显示，或用万用表测量任一相定子电压 主电路配有相电压数显表头。），直至USUSnom读取此时之给定即最大给定压U*nm录于表11并保持之，（为何应同时满足转速nn0 、定子电压USUSnom ？）。5增大负载给定，直至电机的转速nnnom1400转/分，读取此时的负载转矩Tenom，录于表11。最后缓慢减少给定至0V ，待电机停止后，减小负载至0。表11 鼠笼转子异步电动机开环变压调速系统主要静态参数给定（V）负载转矩（N.m）原始数据（按电机名牌录入）U *n m Te nom P nom （W）n nom （r p m）U S nom （V）I S nom （A）（

18、二）开环机械特性测试1缓慢增大给定至 U*n U*nm、nn0 保持之；负载选择为恒转矩模式，逐步增大Te给定，获取异步特性上的一个特殊点(需反复调试)，读取此时之负载转矩Te=TGm。录于表1-2；缓慢减小给定至0，待电机停止后，减小负载给定至0。2缓慢增大给定至 U*n U*nm、nn0 ，并保持之；逐步增大负载给定，使负载转矩在“0- T Gnom - T Gm”之间，分别读取五级转速n和转矩TG，并计算相应的转差率S（ n0n ）n0和转矩比T*e Te TGm，且录于表1-2。Te略大于TGm后，注意观察转速n和转矩Te的变化，并读取堵转时的转矩TGb以及计算堵转转矩比T*eb TG

19、b TGm也录于表1-2；最后缓慢减少给定至0，待电机停止后减小负载转矩给定至0。3缓慢增大给定 U*n至约（12）U *nm ，（ nn0 ？）；重复步骤2，读取五组数据n Te 、TGb，并计算S 、 T*G、T*Gb也录于表12。4减小给定至0，待电机停止后切断主电路，同时将负载给定至 0 。5按表 12 数据分别绘制高、低给定时的两条机械特性 S = f（T*G）于表12 鼠笼转子异步电动机开环机械特性实验数据(恒转矩负载)U *nU *nU*nmU *n（12）U*nmTe（N.m）0T G1T GnomT G3T GmT Gb0T G1T GnomT G3T GmT GbT*en（

20、rmin）n0(S0)n1(S1)nnom(Snom)n3(S3)nm(Sm)0n0( S0 )n1 ( S1 )n2 ( S2 )n3 ( S3 ) nm( S m )0S图12 交流异步电动机的开环机械特性(恒转矩负载)固有特性 人工特性图12中，此即异步电动机的“固有特性” 和“人工特性” 。此外，还可取（23）U*nm 、（13）U*nm 或更多个给定，依次绘制多条“人工特性” 。另，如果选用发电机作为负载，根据交流异步电动机的机械特性 nf（Te） ，由于其电磁转矩 Te 不是定子电流 Is 的线性函数，不能如同直流电动机那样，直接用 nf（Is）代替。如何检测电磁转矩 Te，是测试

21、机械特性的关键。为此，建议并推证以下方法：图13 交流异步电动机负载发电机组交流异步电动机负载发电机组按图13接线 。不难得出交流电动机 M的输出机械功率PM和负载发电机G的电磁功率PG 分别为：PM Te· n （11）PG EG· IG （12）式中 EG 、IG 分别为负载发电机的开路电势和负载电流，因为 EG Ce n ，Ce为负载发电机的电势常数，忽略空载损耗则 PM PG ，所以有 Te·n Ce n· IG于是得 Te Ce· IG （13）式（13）说明，交流电动机的电磁转矩 Te 与负载发电机的电枢电流 IG之间存在线性关系，

22、且与转速n无关。于是，可通过检测负载电流 IG ，以 nf（IG）来间接描述交流异步电动机的机械特性 nf（T e）。异步电动机发生最大转矩 Tm（此时的转差率为 Sm ）时是异步特性上的一个特殊点，可分别定义最大负载电流 IGm，最小负载电阻 RGmin。此“特殊点”实验中不易获取，当 IG 略大于 IGm 后，将进入异步特性的负阻特性区。顺便指出，以 nf（IG）间接描述nf（T e）的方法及其相关定义，适用于本实验指南所涉及的各个交流实验。机械特性的具体测试步骤如下：1缓慢增大给定至 U*n U*nm、nn0 保持之；闭合负载开关SG，逐步减小负载电阻R G ，获取异步特性上的一个特殊点

23、（需反复调试），读取此时的负载电流 IGIGm，并用万用表测量最小负载电阻 RGmin 录于表11；缓慢减少给定至0，待电机停止后，增大负载电阻至最大值，分断负载开关SG 。表13 鼠笼转子异步电动机开环机械特性实验数据(发电机负载)U *nU *nU*nmU *n（12）U*nmIG（A）0IG1IGnomIG3IGmIGb0IG1IGnomIG3IGmIGbI*Gn（rmin）n0(S0)n1(S1)nnom(Snom)n3(S3)nm(Sm)0n0( S0 )n1 ( S1 )n2 ( S2 )n3 ( S3 ) nm( S m )0S2再次缓慢增大给定至 U*n U*nm、nn0 ，并

24、保持之；闭合负载开关SG，逐步减小负载电阻 R G 使负载电流 IG 在“0 IGnom IGm” 之间，分别读取五组转速 n 和电流 IG ，并计算相应的转差率 S（ n0n ）n0 和负载电流比 I*G IG IGm （转矩比 T*e Te TGm）录于表13； IG 略大于 IGm 后，注意观察转速 n 和电流 IG 的变化，并读取堵转时的负载电流 IGb以及计算堵转电流比 I*GbI Gb IGm 也录于表13；最后缓慢减少给定至0，待电机停止后增大负载电阻RG 至最大，分断负载开关SG。图14 交流异步电动机的开环机械特性固有特性 人工特性3缓慢增大给定 U*n至约（12）U *nm

25、 ，（ nn0 ？）；重复步骤2，读取五组数据n、 IG 、IGb，并计算S 、 I*G、I*Gb也录于表13。4减小给定至0，待电机停止后切断主电路，同时分断负载开关SG ，并将负载电阻调至 RGRGnom。5按表 13 数据分别绘制高、低给定时的两条机械特性 S = f（I*G）于图14中，此即异步电动机的“固有特性” 和“人工特性” 。此外，还可取（23）U*nm 、（13）U*nm 或更多个给定，依次绘制多条“人工特性” 。（三）系统起动与制动1阶跃开关拨向下方（端），置给定U*nU*nm ，负载转距给定为零。通过阶跃开关完成“交流异步电动机空载起、制动”实验（注意，务必取给定输出自U

26、*n2端），同时用双踪示波器分别测转速和三相电流检测单元（DD04）的输出端，观察电机转速n和定子电流I s的波形（观察负载电流I G行否，为什么？），临摹“正向空载起、制动”时的一组波形绘于图15a）。a） 正向、空载起、制动过渡过程 b） 正向、带载起、制动过渡过程图15 带给定积分器的异步电动机正向起、制动过渡过程的转速和电流波形 电机转速n 负载电流IG2电机停止后，闭合负载开关SG 或增加恒转矩负载给定，完成“交流异步电动机带载起、制动” 实验，用双踪示波器观察电机转速n和定子电流I s的波形，临摹“正向带载起、制动”时的一组波形绘于图15b)。3分析、比较图15两组起、制动过渡过程

27、曲线，得出相应结论。4*通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印相应过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器” ，或将此项内容省略。）5实验完毕，旋动正、负给定电位器至0；电机停止后，将极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方；分断负载开关SG，将负载电阻RG调至阻值最大；最后依次切断主电路和控制电路，并切断实验系统总电源。六、思考题11测试“异步电动机” 开环机械特性时，为什么要以nf（IG）来间接描述nf（Te）？并分析、讨论“异步电动机” 机械特性的特点。12“鼠笼转子异步电动机开环变压调速系统”，在进行起、制动控制的

28、过渡过程实验时， 应特别注意些什么？实验二 转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统一、实验目的1熟悉“转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统”的组成及其工作原理。2熟悉“转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统”及其主要单元环节的调试。3分析、研究“转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统”的静态特性及其特点。 4分析、研究“转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统”的过渡过程及其参数对系统动态性能的影响。二、实验内容1系统的单元调试及系统静态参数的整定。2“转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统”的静态特性测试。3

29、分析、研究“转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统”突加给定起动和突加负载过渡过程及其参数对系统动态性能的影响。三、实验设备与仪器1实验台主体（主控制箱）及其主控电路、转速变换（DD02 ）、电流检测及变换（DD06）单元以及负载控制器（DD07）。2触发电路挂箱II及可控硅主电路挂箱(DSM01)的晶闸管组I单元3给定挂箱(DSG01)及调节器挂箱(DSA01)4控制器挂箱I(DSC01) 6鼠笼转子异步电动机 +磁粉制动器+旋转编码器。7慢扫描双踪示波器。8数字万用表等测试仪器。9微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。四、实验电路的组成“转速、电流双

30、闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统”是一种既图2-1 转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统框图简单又有一定实用价值的交流变压调速系统，采用双环结构使系统的静、动态性能大有好转，在调速范围要求不高的中小容量异步电动机“交流调速系统”中还有应用。“转速、电流双闭环控制的鼠笼转子异步电动机变压调速系统” 的组成系统框图如图21所示，具体接线见附图22。如图2-1所示，系统由 “DG01”、“DA01”、“DA03”、“DT04”、和转速变换（DD02）、电流检测变换(DD06)单元以及主控电路、负载控制器（DD07）、异步电动机 + 磁粉制动器+旋转编码器机组等组成。五、实验步

31、骤与方法（一）实验电路的连接与检查。1本实验系统所使用的单元环节，与实验一基本相同，只是增加了DA01(ASR)、DA03(ACRI)二个调节器，以组成转速、电流双闭环。DA01、DA03的调试方法和要点见调节器挂箱I(DSA01)使用说明。2按照附图22连接系统线路，“状态切换”置“交流调速”档 ；检查转速和电流闭环的给定、反馈以及ACR的输出极性是否符合要求，将反馈系数、调至最大；将给定单元（DG01）的极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方，并且设置正、负给定为0；负载给定调至0；经实验指导教师检查确认后，闭合总电源开关，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。3 ASR、ACR经RC阻

32、容环节接成1 : 1的比例状态（R040k），两个反馈输入端先改为接地“”（即暂时去掉转速和电流负反馈输入）。4闭合控制回路（左下面板控制按钮 ON），分别旋动正、反向给定电位器（由极性开关切换），依次使给定为±0.5、±2V，用万用表分别测量ASR、ACR的输入、输出，检查其比例特性；取U*n±2V，两调节器外接RC电容取CnCi0.5F1F，测量ASR、ACR的输出，按要求整定限幅值U *i m 、U ctm ，录于表21，并恢复ASR、ACR为1 : 1的比例状态。5用“慢扫描双踪示波器”检查“触发单元（DT04）” ，当U *n0时，应满足150°

33、;，并检查G1G6各相脉冲是否对称。6恢复转速和电流负反馈，即将ASR的反馈输入端恢复由“转速变换电路（BS）”单元输出端引入，ACR的反馈输入端恢复由“电流检测及变换单元（DD06）” 的“ Ui +”端引入 ，同时将反馈系数 、调至最大。（二）系统静态参数整定1置正、负给定输出为0；阶跃开关、极性开关拨向上方；ASR、ACR按设计、计算参数（R n 、C n 、R i 、C i ）接成 PI 调节器。2依次闭合控制电路、主电路，读取任一相定子电压；逐步增加给定至 U *n2 U *n m = +6V；待电机升速且稳定后，调节转速反馈，使转速 n 继续上升，直至USUSnom 、 nn0；锁

34、定转速反馈，读取相应数据并计算转速反馈系数U*nmn0 ，录入表21。表21 双闭环控制的交流变压调速系统的主要静态参数 额定参数P nom （W）n nom （rmin）US nom （V）I S nom （A）计算参数R n （K）C n （F）R i （K）Ci （F）调节器限幅（V）负载转矩（ Nm ）反 馈 系 数= U *n mn o= U *i nomI S nomU *i m Uc t m TGnomTGmax3将负载控制器设置为恒转矩模式，同时调节电流反馈和负载给定，直至n nnom 、Te = TGnom，（TGnom和后述TGm同表12或实验室提供）用万用表测量此时的给定

35、电压U *i ，读取转矩TG时即额定定子电流ISnom时的ASR输出值U*inom和额定负载TGnom，计算反馈系数=U*i nomI S nom，将及TGnom均录入表21。4锁定电流反馈，调节负载给定，直至Te = TGm ，读取此时之负载显示值，即TeTGmax录入表21。最后减小给定至0，直至电机停止。（三）系统静态特性测试1负载转矩 TG置0，给定调至U*nU*nm= +6V，系统稳定后，调节负载转矩TG，顺次使负载转矩在0TGnomTGm 之间，分别读取转速 n 和负载转矩TG 等五组数据录于表22。当 TG 大于 TGm 后，注意观察n 和 TG 的变化，并读取堵转时的负载转矩T

36、Gb，计算转差率 S（ n0n ）n0 、转矩比 T*e Te TGm 、T*eb TGbTGm录于表22。表22 双闭环控制的交流变压调速系统闭环静态特性实验数据U *nU *nU*nmU *n（12）U*nmTG（N.m）0TG1TGnomTG3TGmTGb0TG1TGnomTG3TGmTGbT*en（rmin）n0(S0)n1(S1)n2(Snom)n3(S2)nm(Sm)0n0( S0 )n1 ( S1 )n2 ( S2 )n3 ( S3 ) nm( S m )0S2减小给定至0，电机停止后，负载给定置0 3给定电压调至 U *n （12）U *n m = +3V ，待系统稳定后读取转

37、速 n0，并闭合负载开关 ；重复步骤1，分别读取转速 n 和负载转矩 TG 以及堵转转矩TGb，并计算相应的转差率S（ n0n）n0 和转矩比 T*G TG TGm、T*ebTGb TGm 录于表22。4减小给定至0，停止电机后，切除主电路 ，负载给定置0。5分别按表22数据绘制高、低速两条静态特性 S = f（T*e），即S = f（I*e）于图22，同时将实验一图14中的固有特性重复用虚线绘出。分析双闭环控制的交流变压调速系统的静态特性，并与实验一的开环机械特性相比较。（四）系统起动与制动1置正、反向给定分别至U*nU*nm= +6V；极性开关拨向上方，阶跃开关拨向下方；保持 ASR、AC

38、R 为PI 调节器的计算参数；按表22将负载转矩调至TeT G nom ，分断负载开关 ；检查无误后闭合主电路。2通过阶跃开关空载、正向起动电机至空载转速 no，用双踪示波器分别测转速和电流变换单元（DD02、DD06）的输出端，观察转速 n 和定子电流 Is 的波形；协调两个调节器的参数，并反复起、制动直至过渡过程曲线满意；完成双闭环控制的交流变压调速系统，积分给定时的空载起、制动至 no （高速）和（12）no （低速）实验。认真临摹最满意的两组（高、低给定）正向空载起、制动过渡过程的转速 n 和定子电流 Is 的波形，绘于图23；最后将阶跃开关拨向下方，直至电机停止。图22 双闭环控制的

39、交流变压调速系统的闭环静特性固有特性 人工特性（高速） 人工特性（低速）图23 双闭环交流调压调速系统积分给定时的空载正向起、制动过渡过程曲线高速 nn nom 低速n12 n nom3“给定及给定积分器（ G I R ）单元”由积分输出“U*n2” 改为阶跃输出“U*n1” ；闭合负载开关 ；阶跃起动电机到额定转速直至稳定，调节负载给定电位器 ，使负载转矩Te TGnom ；重复步骤 2 ，分别完成：双闭环控制的交流变压调速系统，空载和带载时的突加给定起、制过渡过程实验，同时用双踪示波器分别观察空载和带载时，突加给定起、制动电机转速 n 和定子电流 I s 的波形，认真临摹两组（空载、带载）

40、正向阶跃起、制动的过渡过程曲线，绘于图24）。图24 双闭环交流调压调速系统突加给定时的正向起、制动过渡过程曲线空载突加给定 带载突加给定 4*通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印步骤 2、3 的过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器”，或省略此项内容。）5阶跃开关拨向下方，待电机停止后，切除主电路；分析、比较图23、图24 的过渡过程曲线，得出正确结论。（五）突加负载时的抗干扰性研究1任意设定某个给定U*n（或U*nm）；接好双踪示波器，准备观察电机转速n和定子电流Is的波形。2闭合主电路，阶跃起动电机到给定转

41、速直至稳定运行。3先后阶跃给定负载（将模式选择档由2转换到恒转矩可实现阶跃），适当选择不同间隔时间，同时由双踪示波器观察双闭环控制的交流变压调速系统，突加和突卸负载时的电机转速n和定子电流I s的过渡过程曲线，并认真临摹绘于图25，并分析、讨论。4*通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印突加和突卸负载时的过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动图25 双闭环交流调压调速系统突加、突卸负载时的过渡过程曲线 态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器”，或省略此项内容。）5*如果需要，本实验台可通过DA01单元的微分开关SM（拨向下方），实现转速微分负反馈。本单

42、元转速微分负反馈的RC参数按通用性配置，不尽完美。若欲调整，必须从DSA01挂箱内部本单元的电路板中变更，务请注意。 6实验完毕，将阶跃开关拨向下方，待电机停转后，依次切除主电路和控制电路，最后断开总电源。六、思考题21电流内环在“双闭环交流调压调速系统” 中的主要作用是什么？22试分析“双闭环交流调压调速系统”的抗负载扰动能力？23“双闭环交流调压调速系统” ，在其它参数不变且为恒转矩负载的条件下，分别改变反馈系数、，系统的电机转速n和定子电流I s 将有何变化？与相同条件的“双闭环直流调速系统”相比有何异同？24有时在“转速、电流双闭环交流调速系统” 中，还引入“给定积分器” ，其主要目的

43、是什么？实验三 绕线转子异步电动机串级调速系统一、实验目的1熟悉“绕线转子异步电动机串级调速系统”的组成、主要单元调试及其静态参数整定。2熟悉“绕线转子异步电动机串级调速系统” 的起动方法与过程。3分析、研究“绕线转子异步电动机串级调速系统”的静态特性及其特点。 二、实验内容1系统的单元调试及系统静态参数的整定。2“绕线转子异步电动机串级调速系统”的起、制动控制。3“绕线转子异步电动机串级调速系统”的静态特性测试。3分析、研究“绕线转子异步电动机串级调速系统”起、制动过渡过程的动态性能。三、实验设备与仪器1综合实验台主体（主控制箱）及其主控电路、转速变换（DD02）、电流变换单元（DD06）。

44、2触发电路挂箱II(DST02)3可控硅主电路挂箱(DSM01)4串级调速辅助挂箱(DSM03)5给定挂箱(DAG01)6调节器挂箱I(DSA01)7控制器挂箱I(DSC01) 8绕线转子异步电动机+ 磁粉制动器+旋转编码器机组9慢扫描双踪示波器。10数字万用表等测试仪器。11微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。四、实验电路的组成“异步电动机串级调速系统”是一种既简单又实用的交流调速系统，但只适用于“绕线转子异步电动机” 。“绕线转子异步电动机串级调速系统”通常有两种起动方式，即间接起动方式和直接起动方式。间接起动方式的串级调速，通常适用于不需要从零到额定转速作全范

45、围调速的系统，如调速范围要求不大又不经常起动的泵类、压缩机类等生产机械。绕线转子异步电动机间接起动方式的串级调速系统，其组成框图如图31所示，具体接线见附图23。如图所示，系统主要由“DG01”、“DC04”、“DT04 GTI”、“DSM01”、“DSM03” 和“转速变换（BS）”、“电流检测及变换电路（DD06）”以及主控电路、绕线转子异步电动机 +磁粉制动器+旋转编码器机组等组成。图3-1 绕线转子异步电动机串级调速系统方框图五、实验步骤与方法（一）实验电路的连接、检查及固有特性测试。采用间接起动控制方式，起动操作的顺序为：先接通“主接触器KM” ，使逆变器在额定给定（必须满足“最低调

46、速值对应的30°min90°）处等待工作。然后接通“接触器KS1”，接入转子起动电阻RS、使绕线转子异步电动机的定子回路与电网接通，电机以转子串电阻方式起动。待电机起动至调速范围内的最低转速nmin（Smax）时，接通“接触器KS2”电动机接向串级调速装置，同时断开“接触器KS1”切断起动电阻R。此后，电动机即按串级调速方式继续加速直至给定运行。停车时系统无制动作用，必须先断开“接触器KS2”（使电动机转子回路与串级调速装置脱离），以防止断开主电路时电动机转子侧感生断闸高压而损坏整流器与逆变器，最后待逆变结束后断开主接触器KM。本实验台由专门电路按顺序自动实现以上控制过程，

47、原理见“串级调速辅助挂箱（DSM03）使用说明书” 。1按挂箱使用说明书检查、调整本实验系统所使用的各单元环节，清楚本实验系统及其单元环节的基本原理和作用。2按附图23连接系统，“状态切换” 置“交流调速” 、“串调投入方式”置“间接” ，并检查各单元极性是否符合要求；将给定单元（DG01）的极性开关S1、阶跃开关S2拨向上方，并置正、负给定为0；负载调为0，经实验指导教师检查无误后，闭合总电源开关，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。3闭合控制电路（左下面板控制按钮 ON），用“慢扫描双踪示波器”检查“触发单元（GT I）” 的零位以及G1G6各相脉冲是否对称，并确保当U*n0时，m

48、in30°，若有误差可微调“偏置”或“±min”。详细整定方法见“触发电路挂箱II（DST02）”调试说明。图3-2 绕线电动机固有特性测试4为了分析、比较串调时的调速特性，有必要先测试“绕线转子异步电动机” 的“固有特性” ，为此应将“绕线转子异步电动机” 的转子电阻短接，即将绕线转子异步电动机的三个转子引出端子短接，同时与接触器Ks1、Ks2的相应端子分开，如图32所示。改接线后务必认真检查、确保无误。5闭合主电路，起动“电动机” 至nnnom；增加负载给定，使负载转矩在 “0TGnomTGm”之间，分别读取五组转速n和电流Te，其中TGnom可由转速nnnom时读取，

49、TGm时为一特殊点，注意读取TGm和nm 并录入表32；TG略大于TGm后进入负阻特性区，表31 绕线转子异步电动机固有特性实验数据Te（N·m）0TG1TGnomTG3TGmTGbT*e Te TGmn（rmin）n0 (S0)n1 (S1)nnom (Snom)n3 (S2)nm (Sm)nb (Sb)S （n0n）n0注意观察转速n的变化，并读取堵转时的负载转矩TGb，计算相应的转差率S（n0n）n和负载转矩比T*e Te TGm，将各数据录于表31；最后，先减小负载给定至0、减小给定至0，待电机停止后分断主电路，并将负载给定置0。（二）系统静态参数测试1按附图23恢复正常接线

50、，并认真检查确保无误；依次闭合主电路、接触器Ks1，绕线转子异步电动机串电阻起动。调节“串调投入单元” 的电位器Rps，直至转速为调速范围内的最低转速nmin（Smax）时，接触器Ks1释放、Ks2吸合，自动进入串级调速系统，锁定“串调投入单元” 的电位器Rps 。2逐步增加正向给定U*n 直至电机空载转速nn0，同时观察运行情况（若有异常，立即按急停开关终止实验），读取此时之给定压U*nm录于表32并保持之。用“慢扫描双踪示波器” 检查此时的触发脉冲相位应接近max90°。表32 绕线转子异步电动机串级调速系统主要静态参数给定（V）负载转矩（N.m）原 始 数 据 （按电机样本或说

51、明书录入）定子额定参数转子电阻、电感U*nmTGnom TGm Pnom（W）nnom（r p m）USnom（V）ISnom （A）Rr（）Lr（mH）3增大负载给定直至电机的转速nnnom ，读取此时之负载转矩TG（此即是电机的额定定子电流Isnom与额定转矩T e nom），录于表32。最后缓慢减少给定至0 ，待电机转速低于nmin后主电路，电机停止后置负载转矩为0 。（三）绕线转子异步电动机串级调速时的机械特性1闭合主电路，待电机转速nnmin，即接触器Ks1释放、Ks2闭 合，系统投入串级调速后，增大给定至U*nU*nm（90°）、nn0；逐步增加负载给定使负载转矩Te 在“0TGnomTGm”之间 ，读取五组转速 n 和转矩Te录于表33；用慢扫描双踪示波器观察并临摹“转子整流器” 输出电压Ud 在负载加大过程中的波形变化；计算转差率S（n0n）n0和负载转矩比T*eTeTGm录于表33，Te略大于TGm后，注意观察转速n的变化；最后缓慢减少给定至0，待电机转速接近nmin后减小负载转矩为0。表33 绕线转子异步电