機車電傳動及控制實驗指導書1

1、機車電傳動及控制實驗指導書2006、1227交流調(diào)速SPWM變頻電路及電壓頻率控制輸出特性一、實驗目的 1、了解單相全橋逆變電路的工作原理及正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)調(diào)頻、調(diào)壓的工作原理 2、了解單相異步電動機變頻調(diào)速的原理及異步電動機變頻調(diào)速的基本參數(shù)、V/F曲線 3、掌握三相異步電動機交流調(diào)速(SPWM)的基本原理和實現(xiàn)方法二、實驗設備 1、電力電子實驗臺 (主機) 2、RTDJ41單相電容運轉電動機 (掛箱) 3、RTDJ10可調(diào)電阻器 (掛箱) 4、RTDL17單相異步電動機SPWM變頻調(diào)節(jié)箱 (掛箱) 5、RTDL14-2A三相異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng) (掛箱)6、RTDJ37線繞式異步

2、電機轉子專用箱；7、RTDJ36三相線繞式異步電機（接法）；8、測試轉接盒；9、根據(jù)自己的方案需要的實驗設備。 10、雙蹤示波器 11、萬用表三、實驗原理圖1、單相SPWM變頻調(diào)速圖2、三相SPWM變頻調(diào)速圖1和圖2所示分別為單相和三相SPWM變頻調(diào)速的主電路。單相異步電動機變頻調(diào)速原理與三相異步電動機基本相同，下面以三相異步電動機的調(diào)速原理來說明，由電機學可知，電機的轉速表達式為：其中f1為定子供電頻率；P為電機的磁極對數(shù)；S為轉差率，由上式可知改變定子供電頻率f1可以改變電機的同步轉速，從而實現(xiàn)了在轉差率S保持不變情況下的轉速調(diào)節(jié)，為了保持電機的最大轉矩不變，必須維持電機氣隙磁通恒定，因而

3、要求定子供電電壓也隨頻率作相應調(diào)整。即在忽略定子阻抗壓降的情況下，所以其中，為常數(shù)。為使氣隙磁通恒定，在改變定子頻率的同時必須同時改變電壓U1，即。從而實現(xiàn)近似的恒磁通調(diào)速。在額定頻率以上調(diào)速時，定子電壓不可能再與頻率成正比地升高，只能保持在額定值，即U1=U1N ，此時氣隙磁通隨著頻率f1的升高反而比例下降，這一段可看作近似恒功率調(diào)速。f1U1NNf1N恒轉矩調(diào)速恒功率調(diào)速U1圖3、異步電動機變頻調(diào)速的控制特性四、實驗內(nèi)容1、構建交流調(diào)速SPWM變頻電路,研究SPWM調(diào)制的發(fā)生原理，測定與SPWM調(diào)制有關的各種波形；2、研究比較在不同的U1/f1比值下系統(tǒng)的特性。五、實驗方法 1、按下實驗臺

4、主電源電路面板上的啟動按鈕，打開RTDL17掛箱的電源開關，通過頻率設定按鈕改變正弦波的頻率分別為30Hz、50Hz、60Hz,用示波器觀察比較并記錄RTDL17面板上S1、 S2處的正弦波和三角波信號,觀察并記錄G1G4四個功率器件分別對應的1、2、3、4處的控制信號，注意比較它們的相位關系。2、取下所有觀察孔處的導線，按連線圖連接電路，電源由直流調(diào)速電源的線電壓提供，將頻率分別設定為30Hz、50Hz、60Hz，觀察并記錄U0處的輸出電壓波形,并與理論值相比較。 3、改變掛箱上“V/F曲線選擇”的鈕子開關狀態(tài)（總共有16中狀態(tài)，撥到上面表示“1”，撥到下面，表示“0”），觀察在不同的V/F

5、值下，正弦波的頻率和輸出電壓變化關系；4、按圖2連接三相SPWM變頻調(diào)速電路，（異步電動機的三相定子繞組為Y接，轉子繞組短接），將“調(diào)頻模式選擇開關”置于“調(diào)頻調(diào)壓方式”處，將調(diào)頻方式開關置于“模擬”處，打開電源開關，改變頻率，觀察并記錄頻率分別為20Hz、30Hz、40Hz 、50Hz、55Hz、60Hz時電機的轉速變化（三相SPWM調(diào)速時，RTDL14掛箱的S、V、P三個端子都懸空的時候，表示調(diào)制方式設定在SPWM方式下）。記錄在不同V/F曲線下定子電壓、頻率和電機轉速的關系。特別提示:觀察G1G4的控制信號1、2、3、4時必須斷開直流母線電壓雙蹤示波器的兩探頭的地線都與示波器的外殼相連,

6、所以兩個探頭的地線不能同時接在同一電路的不同電位點上,否則這兩點會通過示波器的外殼發(fā)生短路；當需要同時觀察兩個信號時,必須在被測電路上找到這兩個信號的公共點,將探頭的地線接于此處,而探頭接至各被測信號。六、實驗報告1. 畫出與SPWM調(diào)制有關的信號波形，說明SPWM的基本原理；2. 畫出SPWM變頻器輸出的V/F曲線，分析在0.5Hz50Hz和50Hz60Hz它對正弦信號的影響；七、思考題1. SPWM波形是如何產(chǎn)生的？輸出電壓頻率、逆變器中全控器件開關頻率各由什么因素決定？全控器件開關頻率對輸出電壓的影響如何？2. 改變V/F的比值，有何實際意義？直流調(diào)速多段橋整流電路及其性能分析一、 實驗

7、目的了解單相一段和多段橋整流直流調(diào)速電路的工作原理，分析比較一段橋和多段橋電路結構、性能和電氣參數(shù)的異同，如諧波、功率因素等。得出結論，總結規(guī)律或改進方案。二、 實驗設備1. 電力電子實驗臺；2. RTDL28多段橋整流電路；3. RTDL11給定、負載及吸收電路；4. RTDJ10可調(diào)電阻器；5. 測試轉接盒；6. RTDL08掛箱；7. 示波器；8. 根據(jù)自己的方案需要的實驗設備。三、 實驗原理圖中所示為兩端半控整流電路，變壓器次邊繞組分成電壓相等的兩端IN1和IN2，各自接半控橋式整流電路，兩個半控橋串聯(lián)，D1D4提供直流續(xù)流通道，兩個半控橋進行順序控制。首先控制SCR1和SCR2，閉鎖

8、SCR3和SCR4；然后SCR1和SCR2滿開放，并維持滿開放，控制SCR3和SCR4。當SCR3和SCR4滿開放時，輸出電壓為額定值。四、 實驗內(nèi)容1. 研究一段橋和兩段橋半控整流電路帶阻感負載時的輸入電流、輸出電壓和負載電流的波形。2. 分析比較在相同負載，相同輸出電壓時，一段橋和兩段橋整流電路輸入電流的諧波和功率因素。五、 實驗方法1. 按照原理圖連接實驗線路。電源由直流調(diào)速電源的線電壓提供，選用RTDL11掛箱上的變壓器，電阻R由RTDL11負載電阻和RTDJ10可調(diào)電阻并聯(lián)得到，電感L用RTDL08掛箱上的700mH電感和RTDJ10掛箱的電抗串聯(lián)而成。2. 利用示波器對RTDL28

9、實驗箱上的脈沖輸出測試點進行測試，調(diào)節(jié)給定電位器，觀察并記錄脈沖的變化。其中，給定電壓通過面板上的鈕子開關可以有兩種方式：外給定和內(nèi)給定。當鈕子開關撥到“內(nèi)”，采用內(nèi)給定方式，調(diào)節(jié)面板上的內(nèi)給定電位器；當鈕子開關撥到“外”，采用外給定方式，將面板上的外給定接線口和RTDL11掛箱的給定連接。3. 用示波器觀察負載電壓Ud波形，調(diào)節(jié)給定電壓的大小，觀察并記錄不同移相控制角Ud的波形。調(diào)節(jié)給定電壓，第一段橋?qū)ǎ旱谝欢螡M開放，調(diào)節(jié)第二段橋：U1 ，變壓器次邊電壓有效值；1、2 ，第一段橋和第二段橋移相控制角 0o30o 60o90o120o150o一段橋Ud1（記錄值）Ud1（計算值）兩段橋Ud2

10、（記錄值）Ud2（計算值）4. 給其中的一段橋接220V交流輸入電壓，另一橋不接電源，調(diào)節(jié)給定信號電位器，記錄不同移相控制角時的輸出電壓大小，觀察輸入電流的波形，并對輸入電流進行諧波和功率因素分析。 0o30o 60o90o120o150oUd（記錄值）功率因素ia諧波總畸變率5. 變壓器原邊接220V交流輸入，兩次邊繞組為110V交流輸出，分別接入兩段橋整流電路，保持前一個步驟的負載不變，并且以前一步的輸出電壓大小為參考點，觀察在相同輸出電壓時輸入電流的大小，并對輸入電流進行諧波和功率因素分析。Ud功率因素ia諧波總畸變率六、 實驗報告1. 記錄四路觸發(fā)信號的波形，觀察它們在不同給定電壓Ug下的變化；2. 選定一個移相控制角，畫出在該移相控制角下一段橋和兩段橋的輸出電壓Ud波形；3. 接上感性負載后，觀察交流輸入電流的波形，并分析在一段橋和兩段橋情況下的功率因素和諧波總畸變率，記錄下數(shù)據(jù)，得出結論。七、 思考題1. 分析比較半控整流電路接純電阻負載和感性負載時在工作上的差別；半控整流電路都有幾種接法，分析比較他們的異同，從而得出最優(yōu)的接法；2. 從功率因素和諧波總畸變率兩個角度分析，為什么在得到相同