实验五 双闭环三相异步电动机串级调速系统
一．实验目的
1. 熟悉双闭环三相异步电动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．实验内容
1. 控制单元及系统调试
2. 测定开环串级调速系统的机械特性。 3. 测定双闭环串级调速系统的静特性。 4. 测定双闭环串级调速系统的动态波形。
三．实验系统组成及工作原理
绕线式异步电动机串级调速，即在转子回路中引入附加电动势进行调速。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，再由晶闸管有源逆变电路代替电动势，从而方便地实现调速，并将能量回馈至电网，这是一种比较经济的调速方法。
本系统为晶闸管闭环串级调速系统。控制系统由速度调节器ASR、电流调节器ACR、触发装置GT、速度变换器FBS，电流变换器FBC等组成，其系统原理图如图5－1所示。
四．实验设备和仪器
1. 电力电子及电气传动教学实验台主控制屏，MCL－35三相变压器组件 2. MCL－33挂箱、MEL－03挂箱、MEL－11电容挂箱
3. 电机导轨及测速发电机、直流发电机M01、绕线式异步电动机M09 4. 二踪慢扫描示波器、光线示波器 ? 绕线式异步电动机M09的参数为：
PN＝100W，UN＝220V (Y接)，IN＝0.55A，nN＝1350 r/min，MN＝0.68 N.m
五．注意事项
1. 本实验利用串级调速电路直接起动电机，不再另外加启动设备。所以开环控制时时，应使晶闸管逆变角β处于βmin位置。然后随起动过程加大β角，使逆变器的逆变电压缓慢降低，电机平稳加速。
2. α角的移相范围为 90°～150°，注意不可使α＜90°，否则会造成短路事故。 3. 注意绕线电机的转子有4个引出端，其中黑色为公共端，不需接线。
4. 接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋转到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的5、6端接入可调电容（预置7μF）。 5. 测取静特性时，注意电机电流不要超过额定值（0.55A）的1.5倍（0.8A）。 6. 起动电机时应把发电机负载电阻调到最大（逆时针旋到底），以免重载起动。
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六．实验操作
1．主回路接线和触发脉冲的观察
(1) 按图6—1完成主回路接线。把Ublf接地，即用第一组三相全控桥。负载电阻Rz由MEL－03的两组电阻并联串联构成，同一手柄下的两只并联，然后再把并联的两组电阻串联，构成最大阻值为900Ω的电阻。限流电阻Rx取同一组的两只900Ω电阻并联。并把Rz和Rx调到最大。
(2) 接通±15V电源，但不接通主电源。用示波器观察MCL—33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀、幅值相同的双脉冲；将给定Ug输出直接接至Uct，改变Ug可看到脉冲相位的变化。
(3) 将触发脉冲的六个键开关“接通”，观察正桥晶闸管的触发脉冲是否正常（应有幅值为1～2V的双脉冲）。
2．测取调速系统开环工作的机械特性。
(1) 把触发电路控制输入端Uct直接接至给定环节Ug，三相全控桥输出端改为只接Rx 。接通±15V电源，把给定环节的正负给定电位器调到“0”，开关S1扳到负给定端。然后接通主电源，观察输出电压波形。通过调节偏移电压Ub，使Uct＝0时α≥90°。 (2) 按图6—1恢复主电路接线，Rx调到约100Ω。Ug调为一个较大的负值，如“-5V”。接通主电源起动机组。接通直流电机励磁电源。如果一切正常，逐渐减小Rx到零。 (3) 缓慢升高给定电压Ug（注意不可为正值），使电机空载转速n0=1200转/分。然后调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载的范围内测取5～7点，读取直流发电机电枢电压US和电流IS以及电动机转速n ，记入下表。 n (r/min) IS (A) US (V) 1200 0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 M (N.m) 用测得的直流发电机的运行数据计算被测电动机转矩M并填入上表，可按下式计算： M ＝ 9.55 ( IS US ＋ IS2 Rs ＋ P0 )／n
式中： M — 三相异步电动机电磁转矩；IS — 直流发电机电流；US — 直流发电机组空载损耗在不同转速下取不同数值：
机电压； Rs — 直流发电机电枢电阻；P0 — 机组空载损耗。
n =1500 r/min，P0 =13.5 W；n =1000 r/min，P0 = 10 W；n = 500 r/min，P0 ＝6 W。
3．速度反馈系数和速度反馈极性的调整
(1) 反馈系数的调整 把负载电阻增到最大，发电机励磁电源断开，升高给定电压Ug使转速最大，调节速度变换器FBS中速度反馈电位器RP，使反馈信号电压大小为5 V。 (2) 通过调换转速计到速度变换器之间的引线，使得速度反馈信号电压为负极性。
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4．闭环系统调试
(1) ACR限幅值的调整 ACR接成PI调节器，电容初选4uF。把Uct接至ACR输出端，ACR任一输入端接给定Ug，全控桥输出端改为只接Rx。接通电源。给出“Ug>+1V”调节RP2使负向限幅值约为“-3.5V”。给出“Ug<-1V”调节RP1使正向限幅值最小（应为<0.7V）。观察输出电压波形，通过调节偏移电压Ub使α≥90°。
(2) ASR限幅值的调整 ASR接成PI调节器，电容7uF。把正负向限幅值调为±5V 。 (3) 按图6—1接线，使整个系统接线完整无误。把Rz和Rx调至最大。接通±15V电源，把Ug调为零，接通主电源和励磁电源。逐渐调Ug到“+5V”，逐渐减小Rx直至零。 (4) 电流反馈系数调整 在逐渐减小Rz的同时调节FBC中的电流信号反馈电位器RP1，保证交流电动机定子电流≤0.7A（小于接近于），一直调节到Rz为零。至此就完成了反馈系数的调整。可以在零到最大值范围内反复调节Rz试验电流环的有效性。 (5) 用漫扫描示波器观察突加给定的动态波形，适当调节ASR和ACR的放大倍数及外接电容，确定较佳的调节器参数。
(6) 在不同的给定Ug和负载Rz下试验系统的稳定性，如果系统有振荡可减小两个调节器的放大倍数，适当调整积分电容。 至此，整个系统调试完毕。 5．双闭环串级调速系统静特性的测定
调节给定电压Ug，使电机空载转速n 0 = 650转/分。改变发电机负载电阻Rz，在空载至额定负载的范围内测取5～7点，读取直流发电机输出电压Us和电流Is以及电动机转速n ，并记入下表。 n (rpm) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Is (A) 0 Us (V) M (N.m) 继续减小Rz，转速开始大幅下降，在不同的转速下继续测量3~4点填入上表。利用前述公式可计算出各点电动机的输出转矩，进而得到静特性曲线n＝?(M) 。 6．系统动态特性的测试
用慢扫描示波器观测下列动态波形，并记录：
(1) 突加给定起动电机时的转速n、电动机定子电流I及ASR输出Ugi的波形。 (2) 电机稳定运行后，突加和突减负载时的n、I、Ugi的波形。
六．实验报告
1. 根据实测数据，画出开环机械特性和闭环系统静特性n＝?(M)，并进行比较。 2. 根据动态波形，分析系统的动态过程。
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+15VR1RP1S1S2R11UgCRP34R2-15VRP22GND图0--1 给定电路原理图57C2R5R6R7R4V5C3图0--2 速度变换器原理图C16RP1R101R34VD3+15V2R1R2VD1R9VD2YFSR8VD4C4运放RP2VD53RP3-15V图0--3 速度调节器ASR原理图11C29R6R7R2D1R1C110R31R11RP1C3VST18R8V52UβR12+15VRP2R18C4R13VST2R14V1C5D3V4R17R10R5R9YFCD2R4V334UZ7运放5VST3R15R16V26RP3C6+15VUF图0--4 电流调节器ACR原理图
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