机车电传动及控制实验指导书1

机车电传动及控制实验指导书2006、12－27交流调速SPWM变频电路及电压频率控制输出特性一、实验目的1、了解单相全桥逆变电路的工作原理及正弦波脉宽调制(SPWM)调频、调压的工作原理2、了解单相异步电动机变频调速的原理及异步电动机变频调速的基本参数、V/F曲线3、掌握三相异步电动机交流调速(SPWM)的基本原理和实现方法二、实验设备1、电力电子实验台(主机)2、RTDJ41单相电容运转电动机(挂箱)3、RTDJ10可调电阻器(挂箱)4、RTDL17单相异步电动机SPWM变频调节箱(挂箱)5、RTDL14-2A三相异步电机变频调速系统(挂箱)6、RTDJ37线绕式异步电机转子专用箱；7、RTDJ36三相线绕式异步电机（△接法）；8、测试转接盒；9、根据自己的方案需要的实验设备。10、双踪示波器11、万用表三、实验原理5408540854085408145VAC330u/450VG1G2G3G4+Ud0VUVSPWM生成电路驱动、隔离电路G1G2G3G4图1、单相SPWM变频调速5408540854085408145VAC330u/450VG1G2G3G4G5G6+Ud0VUVWSPWM生成电路驱动、隔离电路G1G2G3G4G5G6图2、三相SPWM变频调速图1和图2所示分别为单相和三相SPWM变频调速的主电路。单相异步电动机变频调速原理与三相异步电动机基本相同，下面以三相异步电动机的调速原理来说明，由电机学可知，电机的转速表达式为：)1()1(601snspfno其中f1为定子供电频率；P为电机的磁极对数；S为转差率，由上式可知改变定子供电频率f1可以改变电机的同步转速，从而实现了在转差率S保持不变情况下的转速调节，为了保持电机的最大转矩不变，必须维持电机气隙磁通恒定，因而要求定子供电电压也随频率作相应调整。即111144.4NKNfE)44.41(1111NKNfE在忽略定子阻抗压降的情况下，11UE，所以CfU11其中，1144.41NKNc为常数。为使气隙磁通恒定，在改变定子频率的同时必须同时改变电压U1，即constfU11。从而实现近似的恒磁通调速。在额定频率以上调速时，定子电压不可能再与频率成正比地升高，只能保持在额定值，即U1=U1N，此时气隙磁通φ随着频率f1的升高反而比例下降，这一段可看作近似恒功率调速。图3、异步电动机变频调速的控制特性四、实验内容1、构建交流调速SPWM变频电路,研究SPWM调制的发生原理，测定与SPWM调制有关的各种波形；2、研究比较在不同的U1/f1比值下系统的特性。f1φU1NφNf1N恒转矩调速恒功率调速U1五、实验方法1、按下实验台主电源电路面板上的启动按钮，打开RTDL17挂箱的电源开关，通过频率设定按钮改变正弦波的频率分别为30Hz、50Hz、60Hz,用示波器观察比较并记录RTDL17面板上S1、S2处的正弦波和三角波信号,观察并记录G1～G4四个功率器件分别对应的1、2、3、4处的控制信号，注意比较它们的相位关系。2、取下所有观察孔处的导线，按连线图连接电路，电源由直流调速电源的线电压提供，将频率分别设定为30Hz、50Hz、60Hz，观察并记录U0处的输出电压波形,并与理论值相比较。3、改变挂箱上“V/F曲线选择”的钮子开关状态（总共有16中状态，拨到上面表示“1”，拨到下面，表示“0”），观察在不同的V/F值下，正弦波的频率和输出电压变化关系；4、按图2连接三相SPWM变频调速电路，（异步电动机的三相定子绕组为Y接，转子绕组短接），将“调频模式选择开关”置于“调频调压方式”处，将调频方式开关置于“模拟”处，打开电源开关，改变频率，观察并记录频率分别为20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、55Hz、60Hz时电机的转速变化（三相SPWM调速时，RTDL14挂箱的S、V、P三个端子都悬空的时候，表示调制方式设定在SPWM方式下）。记录在不同V/F曲线下定子电压、频率和电机转速的关系。特别提示:①观察G1～G4的控制信号1、2、3、4时必须断开直流母线电压②双踪示波器的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点上,否则这两点会通过示波器的外壳发生短路；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,而探头接至各被测信号。六、实验报告1.画出与SPWM调制有关的信号波形，说明SPWM的基本原理；2.画出SPWM变频器输出的V/F曲线，分析在0.5Hz~50Hz和50Hz~60Hz它对正弦信号的影响；七、思考题1.SPWM波形是如何产生的？输出电压频率、逆变器中全控器件开关频率各由什么因素决定？全控器件开关频率对输出电压的影响如何？2.改变V/F的比值，有何实际意义？主电源开关三相隔离变压器电源切换板启动、停止急停U3V3W3NG1G2G3G4频率设定放大减小正炫波发生器三角波发生器S1S2调制、延时电路1234隔离、驱动电路整流滤波电路2AU+U-Uo4uF主绕组副绕组AC115VRTDL17单相异步电动机SPWM变频调节箱电力电子实验台主电源电路RTDJ41单相电容运转电动机单相正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速电路接线图(1)K1K2K3K4V/F曲线选择外接线观察孔观察孔UVWN直流调速多段桥整流电路及其性能分析一、实验目的了解单相一段和多段桥整流直流调速电路的工作原理，分析比较一段桥和多段桥电路结构、性能和电气参数的异同，如谐波、功率因素等。得出结论，总结规律或改进方案。二、实验设备1.电力电子实验台；2.RTDL28多段桥整流电路；3.RTDL11给定、负载及吸收电路；4.RTDJ10可调电阻器；5.测试转接盒；6.RTDL08挂箱；7.示波器；8.根据自己的方案需要的实验设备。三、实验原理SCR1SCR2SCR3SCR4D15408D25408D35408D45408IN1(AC110V)IN2(AC110V)***~220VUVLRG1G2G3G4G1G2G3G4给定电压UgT1脉冲发生电路图中所示为两端半控整流电路，变压器次边绕组分成电压相等的两端IN1和IN2，各自接半控桥式整流电路，两个半控桥串联，D1~D4提供直流续流通道，两个半控桥进行顺序控制。首先控制SCR1和SCR2，闭锁SCR3和SCR4；然后SCR1和SCR2满开放，并维持满开放，控制SCR3和SCR4。当SCR3和SCR4满开放时，输出电压为额定值。四、实验内容1.研究一段桥和两段桥半控整流电路带阻感负载时的输入电流、输出电压和负载电流的波形。2.分析比较在相同负载，相同输出电压时，一段桥和两段桥整流电路输入电流的谐波和功率因素。五、实验方法1.按照原理图连接实验线路。电源由直流调速电源的线电压提供，选用RTDL11挂箱上的变压器，电阻R由RTDL11负载电阻和RTDJ10可调电阻并联得到，电感L用RTDL08挂箱上的700mH电感和RTDJ10挂箱的电抗串联而成。2.利用示波器对RTDL28实验箱上的脉冲输出测试点进行测试，调节给定电位器，观察并记录脉冲的变化。其中，给定电压通过面板上的钮子开关可以有两种方式：外给定和内给定。当钮子开关拨到“内”，采用内给定方式，调节面板上的内给定电位器；当钮子开关拨到“外”，采用外给定方式，将面板上的外给定接线口和RTDL11挂箱的给定连接。3.用示波器观察负载电压Ud波形，调节给定电压的大小，观察并记录不同移相控制角Ud的波形。调节给定电压，第一段桥导通：)cos1(4111UUd第一段满开放，调节第二段桥：)cos3(4121UUdU1，变压器次边电压有效值；α1、α2，第一段桥和第二段桥移相控制角α0o30o60o90o120o150o一段桥Ud1（记录值）Ud1（计算值）两段桥Ud2（记录值）Ud2（计算值）4.给其中的一段桥接220V交流输入电压，另一桥不接电源，调节给定信号电位器，记录不同移相控制角时的输出电压大小，观察输入电流的波形，并对输入电流进行谐波和功率因素分析。SCR1SCR2SCR3SCR4D15408D25408D35408D45408~220VUVLRG1G2G3G4G1G2G3G4给定电压UgT1脉冲发生电路R11Ω测试电阻R21Ω测试电阻一段桥电路Udα0o30o60o90o120o150oUd（记录值）功率因素ia谐波总畸变率5.变压器原边接220V交流输入，两次边绕组为110V交流输出，分别接入两段桥整流电路，保持前一个步骤的负载不变，并且以前一步的输出电压大小为参考点，观察在相同输出电压时输入电流的大小，并对输入电流进行谐波和功率因素分析。SCR1SCR2SCR3SCR4D15408D25408D35408D45408IN1(AC110V)IN2(AC110V)***~220VUVLRG1G2G3G4G1G2G3G4给定电压UgT1脉冲发生电路R11Ω测试电阻R21Ω测试电阻UdUd功率因素ia谐波总畸变率六、实验报告1.记录四路触发信号的波形，观察它们在不同给定电压Ug下的变化；2.选定一个移相控制角α，画出在该移相控制角下一段桥和两段桥的输出电压Ud波形；3.接上感性负载后，观察交流输入电流的波形，并分析在一段桥和两段桥情况下的功率因素和谐波总畸变率，记录下数据，得出结论。七、思考题1.分析比较半控整流电路接纯电阻负载和感性负载时在工作上的差别；半控整流电路都有几种接法，分析比较他们的异同，从而得出最优的接法；2.从功率因素和谐波总畸变率两个角度分析，为什么在得到相同的电压下使用两段桥？注意事项：1、电传动课的两次课内实验在一个时间段内完成，时间为3小时，请大家事先作好两个实验的预习。2、在安排的实验时间内，因故不能参加的同学，可与同学协商交换时间，对无故缺席的同学不再另行安排时间。3、本实验指导书由每位同学自行打印或复印。4、实验报告统一用A4纸打印，装订成册，在本课程的考试时统一上交。