交流電力牽引系統(tǒng)實驗

1、實驗二 交流電力牽引系統(tǒng)實驗一實驗?zāi)康?.了解交流傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，調(diào)速特性及其對電網(wǎng)的影響；2.了解脈沖整流器的原理和控制方法；3.了解交流牽引系統(tǒng)牽引和制動原理和不同的控制方法；4.了解交流傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和實驗方法；5.了解交流傳動和直流傳動的優(yōu)點。二實驗內(nèi)容 1.脈沖整流器和逆變器牽引和制動原理驗證；2.交流傳動系統(tǒng)對電網(wǎng)的諧波和無功污染分析；三實驗原理及線路1交直交牽引傳動系統(tǒng)工作原理 交直交牽引傳動系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。圖2-1 交直交牽引傳動系統(tǒng)原理圖從圖中可見，交直交牽引傳動系統(tǒng)主要由整流器、逆變器和中間直流環(huán)節(jié)三大部分組成。整流器為脈沖整流器（也稱四象限整流器），作用

2、是將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流，同時通過控制脈沖整流器的輸入側(cè)電壓，使輸入脈沖整流器的電流與電網(wǎng)電壓同相位，達到整個系統(tǒng)的功率因數(shù)為1的目的，從而使整個交直交牽引控制系統(tǒng)滿足電網(wǎng)諧波和功率因數(shù)的要求。中間儲能環(huán)節(jié)為電容儲能，為逆變器提供支撐直流電壓，此類型的交直交牽引傳動系統(tǒng)也叫做電壓型交直交牽引傳動系統(tǒng)。逆變器為三相電壓型逆變器，采用矢量控制方法，將直流電變換成電壓和頻率均可調(diào)的交流電，為感應(yīng)電機供電，實現(xiàn)電機的各種工況的運轉(zhuǎn)。詳細(xì)工作原理見教材相關(guān)章節(jié)。2實驗線路 交直交牽引傳動系統(tǒng)電氣系統(tǒng)原理圖如圖2-2所示。包括：配電柜、控制臺、交直交傳動柜和電動機組。配電柜為整個實驗系統(tǒng)提供主電路、輔助

3、電路電源及控制電源。交直交傳動柜和交流電動機共同完成交流傳動的模擬控制，控制臺完成對交直交傳動柜的控制。在控制臺內(nèi)設(shè)有中央控制單元ccu，在交直交傳動柜內(nèi)設(shè)有交流傳動控制單元dcu2，這兩個單元構(gòu)成整個交直交實驗系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)。控制網(wǎng)絡(luò)采用modbus現(xiàn)場總線。圖2-2 交直交牽引傳動系統(tǒng)電氣系統(tǒng)原理圖ccu-中央控制單元 dcu2-交流傳動控制單元具體的實驗線路主電路和交流輔助電路如圖2-3所示。主電路采用電壓型交直交變頻電路，包括脈沖整流器u1，牽引逆變器u2，中間儲能環(huán)節(jié)支撐電容c1c4，三相感應(yīng)電動機m以及連接電抗器ul1等。輔助電路包括交流輔助電路和直流輔助電路兩部分。其中交流輔助電

4、路主要為牽引傳動系統(tǒng)中的輔助系統(tǒng)提供電源，包括一個輔助變流器ur，單相輔助風(fēng)機mf1、mf2，三相輔助通風(fēng)機m511等。直流輔助電路主要是24v直流電源、蓄電池等，用于ccu和dcu2的電源供圖2-3 交直交牽引傳動實驗系統(tǒng)主電路和輔助電路圖u1-脈沖整流器 u2-逆變器 ul1-連接電抗器 c1,c2,c3,c4-支撐電容 r-放電電阻 r401-充電電阻 km401-四象限主接觸器km402-充電接觸器 mf1,mf2-輔助風(fēng)機 km403-風(fēng)機接觸器 kz1,kz2-散熱器過熱保護器 ur-輔助變流器 m511-輔助通風(fēng)機pv1-交流輸入電壓指示表 pv2-中間電壓指示表 pv3-交流輸

5、出電壓指示表 tv1-交流輸入電壓傳感器 tv2-四象限輸出電壓傳感器 tv4,tv5-交流輸出電壓傳感器ta1交流輸入電流傳感器 ta2,ta3-交流輸出電流傳感器 kj1、kj2、kj3-接觸器動作指令信號 qa401-輔助風(fēng)機手動空氣開關(guān) 給。具體實驗線路見圖2-4所示。系統(tǒng)中的各種開關(guān)、接觸器和傳感器的信號進入交直交傳動柜，并通過modbus網(wǎng)絡(luò)傳給控制臺完成各種控制。圖2-4 直流輔助電路圖ccu-中央控制單元 dcu2-交流傳動控制單元 qa106-蓄電池充電斷路器 qa108-交直交傳動柜控制電源斷路器 qa109-控制臺控制電源斷路器四實驗設(shè)備及儀器1交直/交直交牽引傳動綜合實

6、驗臺2雙蹤示波器3萬用表4fluke-f43b 電能質(zhì)量分析儀五實驗方法 1牽引控制a、閉合啟動開關(guān)，主控單元dcu2接到命令后，首先閉合四象限主接觸器km401，進入充電環(huán)節(jié)，此時充電接觸器km402斷開。在延時一段的充電時間后，dcu2通過電壓傳感器tv1進行充電電壓檢測，充電電壓達到設(shè)定值后，主控單元dcu2閉合充電接觸器km402切除充電電阻r401，完成充電過程。用萬用表記錄充電電壓值。b、選擇控制臺上交流電機的“向前/向后選擇開關(guān)”到向前位置，旋轉(zhuǎn)“啟動”開關(guān)到右，啟動四象限變流器，當(dāng)中間直流電壓為600v時，選擇“牽引/制動選擇開關(guān)”到牽引工況。此時電機開始低速轉(zhuǎn)動。 c、右旋力

7、矩電位器，通過dcu2分別調(diào)節(jié)四象限整流器與牽引逆變器的控制環(huán)節(jié)，改變電動機端電壓與頻率，改變電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使電機轉(zhuǎn)速到25003000rpm.d、用示波器記錄電動機的線電壓(2263,2273)和線電流波形及電機電壓的輸入頻率。用電能質(zhì)量分析儀測量交直交牽引傳動系統(tǒng)的輸入側(cè)電壓和電流波形。注意電壓和電流的相位關(guān)系，并記錄在報告上。用電能質(zhì)量分析儀分析系統(tǒng)輸入電流的諧波以及系統(tǒng)的功率因數(shù)并記錄。（電能質(zhì)量分析儀黑表筆接xz401,紅表筆接xz402，電流鉗接xz401）e、啟動直流電機。方向選擇開關(guān)與交流電機一致，“工況選擇開關(guān)”為制動位置，右旋“啟動”旋鈕，調(diào)節(jié)力矩電位器，改變直流電機

8、的勵磁電壓和電樞電壓，使直流電機勵磁為77a，電樞電流此時大約為50a。記錄此時電機的線電壓和線電流波形，以及電機端電壓、頻率及轉(zhuǎn)速數(shù)值。同時記錄系統(tǒng)輸入側(cè)的電壓和電流波形，分析諧波和功率因數(shù)。f、停車。左旋直流電機的力矩電位器到頭，分?jǐn)嘀绷麟姍C的方向、工況和啟動開關(guān)，左旋交流電機的力矩電位器到頭，分?jǐn)嘟涣麟姍C的方向，工況和啟動開關(guān)，電機停止。2制動狀態(tài)a、閉合啟動開關(guān)，主控單元dcu2接到命令后，首先閉合接觸器km401，進入充電環(huán)節(jié)。在延時一段的充電時間后，dcu2通過電壓傳感器tv401進行充電電壓檢測，充電結(jié)束后，主控單元dcu2閉合接觸器km402切除充電電阻，完成充電過程。b、旋轉(zhuǎn)

9、“向前/向后選擇開關(guān)”到向前位置，“牽引/制動選擇開關(guān)”到制動工況。 c、旋轉(zhuǎn)力矩電位器，通過dcu2分別調(diào)節(jié)四象限整流器與牽引逆變器的控制環(huán)節(jié)，改變電動機端電壓與頻率，也就改變電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。記錄電動機的線電壓和線電流波形。測量交直交牽引傳動系統(tǒng)的輸入側(cè)電壓和電流波形。用電能質(zhì)量分析儀分析系統(tǒng)輸入電流的諧波以及系統(tǒng)的功率因數(shù)并記錄。d、啟動直流電機。選擇方向與交流電機一致，工況開關(guān)到牽引，右旋“啟動開關(guān)”，右旋力矩電位器，調(diào)節(jié)直流電機電樞電流到77a。記錄輸入電流的諧波以及系統(tǒng)的功率因數(shù)。六實驗報告1整理，描繪實驗中記錄的各種數(shù)據(jù)、波形，并標(biāo)出幅值與寬度。注意對于交直交系統(tǒng)輸入側(cè)的電壓和電