电力电子与电力传动综合实验指导书doc 36页.docx
- 文档编号:11425310
- 上传时间:2023-03-01
- 格式:DOCX
- 页数:59
- 大小:649.49KB
电力电子与电力传动综合实验指导书doc 36页.docx
《电力电子与电力传动综合实验指导书doc 36页.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力电子与电力传动综合实验指导书doc 36页.docx(59页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电力电子与电力传动综合实验指导书doc36页
电力电子与电力传动综合实验指导书(doc36页)
第一部分绪论
本指导书是根据《电力电子与电力传动》课程实验教学大纲编写的,适用于电气工程及其自动化专业。
一、本课程实验的作用与任务
电力电子与电力传动实验是《电力电子技术》、《电力拖动控制系统》课程中重
要的实践环节,通过实验,使学生加深对课堂教学内容的理解,培养学生使用某些设备的能力和运用实验方法研究电力电子技术、电力拖动自动控制的初步能力。
对于进一步加强理论和实践相结合,提高学生分析问题、解决问题的能力有重要意义。
本课程实验的主要任务是提高学生动手能力,在试验过程中遇到问题,能够分析思考和解决。
对于实验结果能够按照理论知识进行解释,从而可以深化所学理论知识,把理论和实践统一起来。
二、本课程实验的基础知识
电力电子与电力传动实验的内容主要包括单闭环不可逆直流调速系统、双闭环
不可逆直流调速系统、逻辑无环流可逆直流调速系统、双闭环控制可逆直流脉宽调速系统(H桥)、三相异步电机变频调速、半桥型开关稳压电源的性能研究、反激式电流控制开关稳压电源实验、直流斩波电路的性能研究等内容。
三、本课程实验教学项目及其教学要求
序
号
实验项目名称
学
时
教学目标、要求
1
单闭环不可逆直流调速系统
2
主电路、控制电路的接线。
对于实验过程中的问题能够解决,
解释、记录实验数据。
2
双闭环不可逆直流调速系统
2
主电路、控制电路的接线。
对于实验过程中的问题能够解决,
解释、记录实验数据。
3
逻辑无环流可逆直流调速系
统
2
主电路、控制电路的接线。
对于实验过程中的问题能够解决,
解释、记录实验数据。
4
双闭环控制可逆直流脉宽调
速系统(H桥)
2
主电路、控制电路的接线。
对于实验过程中的问题能够解决,
解释、记录实验数据。
5
三相异步电机变频调速实验
2
主电路、控制电路的接线。
对于实验过程中的问题能够解决,
解释、记录实验数据。
熟练掌握数字示波器的使用。
6
半桥型开关稳压电源的性能研究
2
主电路、控制电路的接线。
对于实验过程中的问题能够解决,
解释、记录实验数据。
熟练掌握数字示波器的使用。
7
反激式电流控制开关稳压电源实验
2
主电路、控制电路的接线。
对于实验过程中的问题能够解决,
解释、记录实验数据。
熟练掌握数字示波器的使用。
8
直流斩波电路的性能研究
2
主电路、控制电路的接线。
对于实验过程中的问题能够解决,
解释、记录实验数据。
熟练掌握数字示波器的使用。
图1-1转速单闭环系统原理图
图1-2电流单闭环系统原理图
一、实验所需挂件及附件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块
2
DJK02晶闸管主电路
3
DJK02-1三相晶闸管触发电路
该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块
4
DJK04电机调速控制实验I
该挂件包含“给定”,“电流调节器”,“速度变换”,“电流反馈与过流保护”等几个模块
5
DJK08可调电阻、电容箱
6
DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表
或者“DD03-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表”
7
DJ13-1直流发电机
8
DJ15直流并励电动机
9
D42三相可调电阻
10
示波器
TDS210
11
万用表
MF47
二、实验内容与步骤
(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=120°。
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)Uct不变时的直流电机开环外特性的测定
①按接线图分别将主回路和控制回路接好线。
DJK02-1上的移相控制电压Uct由DJK04上的“给定”输出Ug直接接入,直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。
②先闭合励磁电源开关,按下DJK01“电源控制屏”启动按钮,使主电路输出三相交流电源,然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug,使电动机慢慢启动并使转速n达到1200rpm。
③改变负载电阻R的阻值,使电机的电枢电流从Ied直至空载。
即可测出在Uct不变时的直流电动机开环外特性n=f(Id),测量并记录数据下表:
n(rpm)
Id(A)
(3)Ud不变时直流电机开环外特性的测定
①控制电压Uct由DJK04的“给定”Ug直接接入,直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,将给定的输出调到零。
②按下DJK01“电源控制屏”启动按钮,然后从零开始逐渐增加给定电压Ug,使电动机启动并达到1200rpm。
③改变负载电阻R,使电机的电枢电流从Ied直至空载。
用电压表监视三相全控整流输出的直流电压Ud,保持Ud不变(通过不断的调节DJK04上“给定”电压Ug来实现),测出在Ud不变时直流电动机的开环外特性n=f(Id),并记录于下表:
n(rpm)
Id(A)
(4)基本单元部件调试
①移相控制电压Uct调节范围的确定
直接将DJK04“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,“三相全控整流”输出接电阻负载R,用示波器观察Ud的波形。
当给定电压Ug由零调大时,Ud将随给定电压的增大而增大,当Ug超过某一数值Ug'时,Ud的波形会出现缺相现象,这时Ud反而随Ug的增大而减少。
一般可确定移相控制电压最大允许值为Uctmax=0.9Ug',即Ug的允许调节范围为0~Uctmax。
如果我们把输出限幅定为Uctmax的话,则“三相全控整流”输出范围就被限定,不会工作到极限值状态,保证六个晶闸管可靠工作。
记录Ug'于下表:
Ug'
Uctmax=0.9Ug'
将给定退到零,再按“停止”按钮,结束步骤。
②调节器的调整
A、调节器的调零
将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻40K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端,用导线将“5”、“6”短接,使“电流调节器”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电流调节器“7”端的输出,使调节器的输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻13K接到“速度调节器”的“8”、“9”两端,用导线将“9”、“10”短接,使“电流调节器”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电流调节器的“11”端,使调节器的输出电压尽可能接近于零。
B、正负限幅值的调整
把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉,将DJK08中的可调电容0.47μF接入“5”、“6”两端,使调节器成为PI(比例积分)调节器,然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端,当加一定的正给定时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为最小值即可,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,使速度调节器的输出正限幅为Uctmax。
把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉,将DJK08中的可调电容0.47μF接入“8”、“9”两端,使调节器成为PI(比例积分)调节器,然后将DJK04的给定输出端接到电流调节器的“4”端,当加正给定时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为最小值即可,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,使电流调节器的输出正限幅为Uctmax。
C、电流反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,整流桥输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零。
按下启动按钮,从零增加给定,使输出电压升高,当Ud=220V时,减小负载的阻值,调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1,使得负载电流Id=l.3A时,“2”端If的的电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数β=Ufi/Id=4.615V/A。
D、转速反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压Uct的输入端,“三相全控整流”电路接直流电动机负载,Ld用DJK02上的200mH,输出给定调到零。
按下启动按钮,接通励磁电源,从零逐渐增加给定,使电机提速到n=150Orpm时,调节“速度变换”上转速反馈电位器RP1,使得该转速时反馈电压Ufn=-6V,这时的转速反馈系数α=Ufn/n=0.004V/(rpm)。
(5)转速单闭环直流调速系统
①按图1-1接线,在本实验中,DJK04的“给定”电压Ug为负给定,转速反馈为正电压,将“速度调节器”接成P(比例)调节器或PI(比例积分)调节器。
直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,给定输出调到零。
②直流发电机先轻载,从零开始逐渐调大“给定”电压Ug,使电动机的转速接近n=l200rpm。
③由小到大调节直流发电机负载R,测出电动机的电枢电流Id,和电机的转速n,直至Id=Ied,即可测出系统静态特性曲线n=f(Id)。
n(rpm)
Id(A)
(6)电流单闭环直流调速系统
①按图1-2接线,在本实验中,给定Ug为负给定,电流反馈为正电压,将“电流调节器”接成比例(P)调节器或PI(比例积分)调节器。
直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上200mH,将给定输出调到零。
②直流发电机先轻载,从零开始逐渐调大“给定”电压Ug,使电动机转速接近n=l200rpm。
③由小到大调节直流发电机负载R,测定相应的Id和n,直至电动机Id=Ied,即可测出系统静态特性曲线n=f(Id)。
n(rpm)
Id(A)
三、实验报告
(1)根据实验数据,画出Uct不变时直流电动机开环机械特性。
(2)根据实验数据,画出Ud不变时直流电动机开环机械特性。
(3)根据实验数据,画出转速单闭环直流调速系统的机械特性。
(4)根据实验数据,画出电流单闭环直流调速系统的机械特性。
(5)比较以上各种机械特性,并做出解释。
四、实验注意事项
(1)双踪示波器有两个探头,可同时观测两路信号,但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上,否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。
为此,为了保证测量的顺利进行,可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘,只使用其中一路的地线,这样从根本上解决了这个问题。
当需要同时观察两个信号时,必须在被测电路上找到这两个信号的公共点,将探头的地线接于此处,探头各接至被测信号,只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号,而不发生意外。
(2)电机启动前,应先加上电动机的励磁,才能使电机启动。
在启动前必须将移相控制电压调到零,使整流输出电压为零,这时才可以逐渐加大给定电压,不能在开环或速度闭环时突加给定,否则会引起过大的启动电流,使过流保护动作,告警,跳闸。
(3)通电实验时,可先用电阻作为整流桥的负载,待确定电路能正常工作后,再换成电动机作为负载。
(4)在连接反馈信号时,给定信号的极性必须与反馈信号的极性相反,确保为负反馈,否则会造成失控。
(5)直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用,转速也不要超过1.2倍的额定值。
以免影响电机的使用寿命,或发生意外。
(6)DJK04与DJK02-1不共地,所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。
五、思考题
(l)P调节器和PI调节器在直流调速系统中的作用有什么不同?
(2)实验中,如何确定转速反馈的极性并把转速反馈正确地接入系统中?
调节什么元件能改变转速反馈的强度?
(3)改变“电流调节器”及“速度调节器”的电阻、电容参数,对系统有什么影响?
实验二双闭环不可逆直流调速系统实验
一、实验目的
(1)了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。
(3)研究调节器参数对系统动态性能的影响。
二、实验原理
许多生产机械,由于加工和运行的要求,使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中,因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。
为缩短这一部分时间,仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统,其性能还不很令人满意。
双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节,可获得良好的静、动态性能(两个调节器均采用PI调节器),由于调整系统的主要参量为转速,故将转速环作为主环放在外面,电流环作为副环放在里面,这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。
实验系统的原理框图组成如下:
启动时,加入给定电压Ug,“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出,使电动机以限定的最大启动电流加速启动,直到电机转速达到给定转速(即Ug=Ufn),并在出现超调后,“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和,最后稳定在略低于给定转速值下运行。
系统工作时,要先给电动机加励磁,改变给定电压Ug的大小即可方便地改变电动机的转速。
“电流调节器”、“速度调节器”均设有限幅环节,“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定,利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。
“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压Uct,利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制αmax的目的。
图2-1双闭环直流调速系统原理框图
三、实验所需挂件
序号
型号
备注
1
DJK01电源控制屏
该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块
2
DJK02晶闸管主电路
3
DJK02-1三相晶闸管触发电路
该挂件包含“触发电路”,“正反桥功放”等几个模块
4
DJK04电机调速控制实验I
该挂件包含“给定”,“电流调节器”,“速度变换”,“电流反馈与过流保护”等几个模块
5
DJK08可调电阻、电容箱
6
DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表
或者“DD03-3电机导轨﹑光码盘测速系统及数显转速表”
7
DJ13-1直流发电机
8
DJ15直流并励电动机
9
D42三相可调电阻
10
示波器
TDS210
11
万用表
MF47
四、实验内容与步骤
(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=120°。
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)双闭环调速系统调试原则
①先单元、后系统,即先将单元的参数调好,然后才能组成系统。
②先开环、后闭环,即先使系统运行在开环状态,然后在确定电流和转速均为
负反馈后,才可组成闭环系统。
③先内环,后外环,即先调试电流内环,然后调试转速外环。
④先调整稳态精度,后调整动态指标。
(3)控制单元调试
①移相控制电压Uct调节范围的确定
直接将DJK04给定电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,“正桥三相全控整流”输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零(对DZSZ-1,将输出电压调至最小位置,当启动后,再将输出线电压调到200V)。
按下启动按钮,给定电压Ug由零调大,Ud将随给定电压的增大而增大,当Ug超过某一数值Ug'时,Ud的波形会出现缺相的现象,这时Ud反而随Ug的增大而减少。
一般可确定移相控制电压的最大允许值Uctmax=0.9Ug',即Ug的允许调节范围为0~Uctmax。
如果我们把输出限幅定为Uctmax的话,则“三相全控整流”输出范围就被限定,不会工作到极限值状态,保证六个晶闸管可靠工作。
记录Ug'于下表:
Ug'
Uctmax=0.9Ug'
将给定退到零,再按停止按钮切断电源,结束步骤。
②调节器的调零
将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻120K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端,用导线将“5”、“6”短接,使“电流调节器”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电流调节器“7”端的输出,使调节器的输出电压尽可能接近于零。
将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻13K接到“速度调节器”的“8”、“9”两端,用导线将“9”、“10”短接,使“电流调节器”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电流调节器的“11”端,使调节器的输出电压尽可能接近于零。
③调节器正、负限幅值的调整
把“速度调节器”的“5”、“6”短接线去掉,将DJK08中的可调电容0.47μF接入“5”、“6”两端,使调节器成为PI(比例积分)调节器,然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“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,使之输出电压为最小值即可。
把“电流调节器”的“8”、“9”短接线去掉,将DJK08中的可调电容0.47μF接入“8”、“9”两端,使调节器成为PI(比例积分)调节器,然后将DJK04的给定输出端接到电流调节器的“4”端,当加正给定时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为最小值即可,当调节器输入端加负给定时,调整正限幅电位器RP1,使电流调节器的输出正限幅为Uctmax。
④电流反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端,整流桥输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零。
按下启动按钮,从零增加给定,使输出电压升高,当Ud=220V时,减小负载的阻值,调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1,使得负载电流Id=l.3A时,“2”端If的的电流反馈电压Ufi=6V,这时的电流反馈系数β=Ufi/Id=4.615V/A。
⑤转速反馈系数的整定
直接将“给定”电压Ug接DJK02-1上的移相控制电压Uct的输入端,“三相全控整流”电路接直流电动机负载,Ld用DJK02上的200mH,输出给定调到零。
按下启动按钮,接通励磁电源,从零逐渐增加给定,使电机提速到n=150Orpm时,调节“速度变换”上转速反馈电位器RP1,使得该转速时反馈电压Ufn=-6V,这时的转速反馈系数α=Ufn/n=0.004V/(rpm)。
(4)开环外特性的测定
①DJK02-1控制电压Uct由DJK04上的给定输出Ug直接接入,“三相全控整流”电路接电动机,d用DJK02上的200mH,L直流发电机接负载电阻R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零。
②按下启动按钮,先接通励磁电源,然后从零开始逐渐增加“给定”电压Ug,使电机启动升速,调节Ug和R使电动机电流Id=Ied,转速到达1200rpm。
③增大负载电阻R阻值(即减小负载),可测出该系统的开环外特性n=f(Id),记录于下表中:
n(rpm)
Id(A)
将给定退到零,断开励磁电源,按下停止按钮,结束实验。
(5)系统静特性测试
①按图2-1接线,DJK04的给定电压Ug输出为正给定,转速反馈电压为负电压,直流发电机接负载电阻R,Ld用DJK02上的200mH,负载电阻放在最大值,给定的输出调到零。
将速度调节器,电流调节器都接成P(比例)调节器后,接入系统,形成双闭环不可逆系统,按下启动按钮,接通励磁电源,增加给定,观察系统能否正常运行,确认整个系统的接线正确无误后,将“速度调节器”,“电流调节器”均恢复成PI(比例积分)调节器,构成实验系统。
②机械特性n=f(Id)的测定
A、发电机先空载,从零开始逐渐调大给定电压Ug,使电动机转速接近n=l200rpm,然后接入发电机负载电阻R,逐渐改变负载电阻,直至Id=Ied,即可测出系统静态特性曲线n=f(Id),并记录于下表中:
n(rpm)
Id(A)
B、降低Ug,再测试n=800rpm时的静态特性曲线,并记录于下表中:
n(rpm)
Id(A)
C、闭环控制系统n=f(Ug)的测定
调节Ug及R,使Id=Ied、n=l200rpm,逐渐降低Ug,记录Ug和n,即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。
n(rpm)
Ug(V)
(6)系统动态特性的观察
用慢扫描示波器观察动态波形。
在不同的系统参数下(“速度调
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力电子与电力传动综合实验指导书doc 36页 电力 电子 传动 综合 实验 指导书 doc 36