实验七 双闭环三相异步电机串级调速系统实验
一、实验目的
(1)熟悉双闭环三相异步电机串级调速系统的组成及工作原理。 (2)掌握串级调速系统的调试步骤及方法。 (3)了解串级调速系统的静态与动态特性。
二、实验所需挂件及附件 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 DJK02-1三相晶闸管触发电路 DJK04 电机调速控制实验I DJK08可调电阻、电容箱 DJK10 变压器实验 DD03-3电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表 DJ13-1 直流发电机 DJ17 三相线绕式异步电动机 D42 三相可调电阻 慢扫描示波器 万用表 该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块。 该挂件包含“给定”、“调节器I”、“调节器II”、“转速变换”、“电流反馈与过流保护”等几个模块。 该挂件包含“三相不控整流”和“心式变压器”等模块。 自备 自备 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 三、实验线路及原理
异步电动机串级调速系统是较为理想的节能调速系统，采用电阻调速时转子损耗为PS=SPM，这说明了随着S的增大效率η降低，如果能把转差功率PS的一部分回馈电网就可提高电机调速时效率，串级调速系统采用了在转子回路中附加电势的方法，通常使用的方法是将转子三相电动势经二极管三相桥式不控整流得到一个直流电压，由晶闸管有源逆变电路来改变转子的反电动势，从而方便地实现无级调速，并将多余的能量回馈至电网，这是一种比较经济的调速方法。
本系统为晶闸管亚同步双闭环串级调速系统，控制系统由“速度调节器”、“电流调节器”、“触发电路”、“正桥功放”、“转速变换”等组成。其系统原理图如图7-2所示。
在本实验中DJK04上的“调节器I”做为“速度调节器”使用，“调节器II”做为“电流调节器”使用；若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。
四、实验内容
(1)控制单元及系统调试。
(2)测定开环串级调速系统的静态特性。 (3)测定双闭环串级调速系统的静态特性。 (4)测定双闭环串级调速系统的动态特性。 五、预习要求
(1)复习电力拖动自动控制系统(交流调速系统)教材中有关异步电机晶闸管串级调速系统的内容，掌握串级调速系统的工作原理。
(2)掌握串级调速系统中逆变变压器副边绕组额定相电压的计算方法。 六、思考题
(1)如果逆变装置的控制角β＞90°或β＜30°，则主电路会出现什么现象?为什么要对逆变角β的调节范围作一定的要求?
(2)串级调速系统的开环机械特性为什么比电动机本身的固有特性软?
图7-1 线绕式异步电动机串级调速系统原理图
七、实验方法
(1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试
①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。
②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
③用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。
④观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。
⑤将DJK04上的“给定”输出Ug直接与DJK02-1上的移相控制电压Uct相接，将给定开关S2
拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器，用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=150°(注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角，它的0°是从自然换流点开始计算，而单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算，两者存在相位差，前者比后者滞后30°)。
⑥适当增加给定Ug的正电压输出，观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。
⑦用8芯的扁平电缆，将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连，使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。
⑧将DJK02-1面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连，并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”，观察正桥VT1～VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。
(2)控制单元调试 ①调节器的调零
将DJK04中“调节器I”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“调节器I”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“调节器I”成为P (比例)调节器。调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量调节器I“7”端的输出，使输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中“调节器II”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接到“调节器II”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“调节器II”成为P（比例）调节器。调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量调节器的“11”端，使之输出电压尽可能接近于零。
②调节器I的整定
把“调节器I”的“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成I为PI (比例积分)调节器，将调节器I的输入端接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到调节器I的“3”端。当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压为-6V；当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，使之输出电压尽可能接近于零。
③调节器II的整定
把“调节器II”的“9”、“10”短接线继续短接，使调节器成为P（比例）调节器，将调节器II的输入端接地线去掉，将DJK04的给定输出端接到“调节器II”的“4”端。当加正给定时，调整负限幅电位器RP2，使之输出电压尽可能接近于零 ；把“调节器II”的输出端与DJK02-1上的移相控制电压Uct端相连，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，使脉冲停在逆变桥两端的电压为零的位置。去掉“9”、“10”两端的短接线，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“9”、“10”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器。
④电流反馈的整定
直接将DJK04的给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，三相交流调压输出接三相线绕式异步电动机，测量三相线绕式异步电动机单相的电流值和电流反馈电压，调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1，使电流Ie=1A时的电流反馈电压为Ufi=6V。
⑤转速反馈的整定
直接将DJK04的给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端，输出接三相线绕式异步电动机，测量电动机的转速值和转速反馈电压值，调节“转速变换”电位器RP1，使n=1200rpm时的转速反馈电压为Ufn=-6V。 (3)开环静态特性的测定
①将系统接成开环串级调速系统，直流回路电抗器Ld接20OmH，利用DJK10上的三相不控整流桥将三相线绕式异步电动机转子三相电动势进行整流，逆变变压器采用DJK10上的三相心式变压器，Y/Y接法，其中高压端A、B、C接DJK01电源控制屏的主电路电源输出，中压端Am、Bm、Cm接晶闸管的三相逆变输出。R (将D42三相可调电阻的两个电阻接成串联形式)和Rm (将D42三相可调电阻的两个电阻接成并联形式)调到电阻阻值最大时才能开始试验。
②测定开环系统的静态特性n =f(T)，T可按交流调压调速系统的同样方法来计算。在调节过程中，要时刻保证逆变桥两端的电压大于零。 n(rpm) U2=UG(V) I2=IG(A) T(N.m) (4)系统调试
①确定“调节器I”和“调节器II”的转速、电流反馈的极性。
②将系统接成双闭环串级调速系统，逐渐加给定Ug，观察电机运行是否正常，β应在30°～ 90°之间移相，当一切正常后，逐步把限流电阻Rm减小到零，以提升转速。
③调节“调节器I”和“调节器II”外接的电阻和电容值（改变放大倍数和积分时间），用慢扫描示波器观察突加给定时的动态波形，确定较佳的调节器参数。
(5)双闭环串级调速系统静态特性的测定
测定n为1200rpm 时的系统静态特性n=f（T）：
n（rpm） U2=UG（V） I2=IG（A） T（N.m） 1200 n为800rpm 时的系统静态特性n=f（T）： n(rpm) U2=UG (V) I2=IG (A) T(N.m) (6)系统动态特性的测定
用双踪慢扫描示波器观察并用记忆示波器纪录:
①突加给定启动电机时，转速n(“转速变换” 的“3”端)，和电机定子电流I“电流反馈与过流保护”的“2”端）的动态波形。
②电机稳定运行时，突加、突减负载（20%=>100%Ie）时n和I的动态波形。 八、实验报告
(1)根据实验数据画出开环、闭环系统静态机械特性n=f（T），并进行比较。 (2)根据动态波形，分析系统的动态过程。 九、注意事项
(1)参见实验六的注意事项。
(2)在实验过程中应确保β< 90°内变化，不得超过此范围。 (3)逆变变压器为三相心式变压器，其副边三相电压应对称。
(4)应保证有源逆变桥与不控整流桥间直流电压极性的正确性，严防顺串短路。 (5)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。
去年我们做的实验是实验二实验三（一起3小时）、实验四（3小时）。
电机控制实验指导书
