电力电子实验打印版

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第一章 电力电子实验的基本要求及注意事项

§1-1 电力电子实验的重要性和基本要求

电力电子实验是《电力电子技术》课程理论与实践相结合的重要环节,由于电力电子技术的广泛应用,其重要性愈加突出,目前,电力电子技术已成为一门基础性和支持性很强的技术。电力电子技术是一门实用性很强的技术,因此实验环节就显得很重要。电力电子实验的目的就在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能,因此同学们在实验前一定要认真复习电力电子技术的有关内容,对实验有一个全面的了解,诸如实验线路如何连接?实验有哪几个步骤?要测量哪些波形、数据等?做了这些必要的准备工作后,就能在实验中做到心中有数。实验结束后通过对所得到波形、数据的整理、分析和计算,得出必要的结论,并写出完整的实验报告。整个实验过程中必须严肃认真,集中精力,以严谨的科学态度做好实验,切实掌握好电力电子这门技术。 一、实验前的准备

实验前应充分复习电力电子技术的有关内容,认真阅读《电力电子实验指导书》,了解实验目的、内容、方法与步骤,并应写出预习报告,其中包括实验名称、实验线路图、实验步骤、数据计算公式等。 二、实验的进行

1.每次实验以小组为单位,每组由2~3人组成并推选组长1人。组长负责组织实验的进行,合理分配接线、调节、测量及记录等项工作。 2.实验接线前应首先熟悉各个组件。

3.接线要讲究文明,即导线长短选取要合适,最好任意一个结点不要多于两根导线,并应尽量减少导线的相互交叉,提高实验的安全性。

4.接线完毕后务必请实验指导教师检查线路,确认合格后方可合闸进行实验。若实

验过程中需改换接线,一定要断电操作,并仍须经指导教师检查。

5.在实验操作过程中,如发生故障,首先应立即切断电源,并请指导教师检查分析故障原因,待故障排除后再进行实验。

6.实验完毕后,应先将数据交指导教师审阅,经指导教师认可后才允许拆线,然后将实验设备、导线及工具等整理归位。 三、实验报告

实验报告应根据实验目的、实测数据及在实验中观察和发现的问题,经分析研究得出结论,或通过分析讨论写出心得体会。实验报告应简明扼要,字迹清楚,图表整洁,结论明确,内容包括:

1.实验名称、专业班级、组别、姓名、同组同学姓名、实验日期。 2.扼要写出实验目的和实验项目。

3.绘出实验所用线路图。

4.整理实验中记录下的各个波形。

5.绘制曲线时必须使用坐标纸,图纸尺寸不应小于80380(毫米3毫米),坐标比例应适当选取,曲线要用曲线板光滑绘出,不在曲线上的点仍要按实际数据予以标出。 6.结论部分。根据实验结果进行计算分析,最后得出结论乃是由实践上升到理论的巩固提高过程,是实验报告很重要的一部分。结论可以根据不同实验方法所得结果进行比较,讨论各种不同实验方法的优缺点,说明实验结果与理论是否相符及原因分析,亦可写出通过实验的收获和心得体会。

实验报告应写在统一规格的实验报告纸上,并保持清洁整齐。每次实验每人独立完成实验报告一份,按时交指导教师批阅。

§1-2 电力电子实验安全操作注意事项

电力电子实验所用电压为强电,因此安全问题相当重要,为确保实验时人身安全与设

备安全,要严格遵守实验室的安全操作规程,电力电子实验的安全操作注意事项如下: 一、人体不可接触带电线路或带电端子。

二、学生独立完成接线或改接线路后,必须经指导教师检查允许,招呼全组同学引起注意后,才可合上电源。实验中如发生故障,应首先立即切断电源,保护现场,并报告指导教师,待查清问题并妥善处理故障后,才能继续进行实验。

三、决不允许带电进行改接线路。

四、示波器使用时应注意不可同时测量主回路和控制回路。 五、实验室总电源由实验室工作人员掌管,其它人员不得擅自乱动。

第二章 电力电子教学实验

§2-1 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验

一、实验目的

1.熟悉MCL—31组件。

2.熟悉三相桥式全控整流有源逆变电路的接线及工作原理。

3.了解集成触发器的调整方法及各点波形。

二、实验内容

1.MCL—31的调试。

2.三相桥式全控整流电路。 3.三相桥式有源逆变电路。

4.观察整流或逆变状态下,模拟电路故障现象时的波形。

三、实验线路及原理

实验线路如图2—1所示。主电路由三相全控整流及作为逆变直流电源的三相不控整流桥电路组成。触发电路为数字集成电路,可输出经高频调制后的双窄脉冲链。

四、

1.电力电子及电气传动教学实验台主控制屏

2.MCL—31、MCL—32、MCL—33、MCL—35、MEL—03组件、二极管及开关板 3.二踪示波器

4.万用表

实验设备及仪器

五、实验方法

1.按图接线,未上主电源之前,检查晶闸管的脉冲是否正常。

①用示波器观察双脉冲观察孔,应有间隔均匀,幅度相同的脉冲串。

②检查相序用示波器观察“1”,“2”双脉冲观察孔波形,“1”脉冲超前“2”脉冲

60°,则相序正确,否则,应调整输入电源相序。

③用示波器观察每只晶闸管的控制极,阴极,应有幅度为1V—2V的脉冲。 注:将面板上的Ublf(当三相桥式全控整流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时)接地,将I组桥触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。

2.三相桥式全控整流电路

按图2—1接线,将Rp调至最大(450Ω)(若按图2—2接线时,则开关S1拨向左边短接线端)合上主电源。调节Uct,使α在30o~90o范围内变化,并用示波器观察并记录α=30o~90o时,整流电压Ud=f(t)晶闸管两端电压UVT1=f(t)的波形,并记录相应的Ud和交流输入电压U2的数值填入下表。注意电流不低于0.5A。

α Ud U2

3.电路模拟故障现象观察。在整流状态下,断开某一晶闸管元件的触发脉冲开关,则该元件无触发脉冲,即该支路不能导通,观察并纪录此时的Ud的波形。恢复脉冲,改变主回路电源的相序,使它与触发脉冲不对应,观察并纪录此时的Ud的波形。

4.三相桥式有源逆变电路

断开主电源开关后按图2—2接线,将开关S1拨向右边的不控整流桥,合主电源开 关,调节Uct,观察β=90°、120°、150°时,电路中Ud 、UVT1的波形,并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值填入下表。

β Ud U2 90° 120° 150° 30° 45° 60° 75° 90°

六、实验报告

1.根据三相桥式整流电路接线图画出实验电路的原理图,并做出三相全控桥式整流 电路的移相特性Ud=f(α)曲线。

2.画出三相桥式全控整流电路时,α角为60°时Ud 、UVT1的波形。 2.画出三相桥式有源逆变电路时,β角为120°时Ud 、UVT1的波 形。

4.简单分析模拟故障现象。

图2-1 三相桥式全控整流电路接线图

图2-2三相桥式全控整流及有源逆变电路接线图

§2-2 实验二 三相交流调压电路实验

一、实验目的

1.加深理解三相交流调压电路的工作原理。 2.了解三相交流调压电路带不同负载时的工作情况。 3.了解三相交流调压电路触发电路原理。

二、实验内容

三相交流调压电路带电阻负载实验。

三、实验线路及原理

实验线路如图2-3所示。三相交流调压器为三相三线制,由于没有中线,每相电流必须从另一相构成回路。交流调压应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。本实验采用的是后沿固定,前沿可变的宽脉冲链。

四、实验设备及仪器

1.电力电子及电气传动教学实验台主控制屏

2.MCL—31、MCL—32、MCL—33、MCL—35、MEL—03组件 3.二踪示波器 4.万用表

五、实验方法

1.按图接线,未上主电源之前,检查晶闸管的脉冲是否正常。 ①用示波器观察双脉冲观察孔,应有间隔均匀,幅度相同的双脉冲。

②检查相序,用示波器观察“1”,“2”双脉冲观察孔波形,“1”脉冲超前“2”脉冲60°,则相序正确,否则,应调整输入电源相序。

③用示波器观察每只晶闸管的控制极,阴极,应有幅度为1V—2V的脉冲。

2.三相交流调压器带电阻性负载

按图构成调压器主电路,使用I组晶闸管VT1 ~VT6,其触发脉冲已通过内部连线接 好,只要将I组触发脉冲的六个开关拨至“接通”即可,接上三相电阻负载(每相可采用 两900Ω电阻并联),并调节电阻负载至最大。

①合上主电源。用示波器观察并纪录α=30°——150°时的输出电压及晶闸管VT1的 电压波形UVT1,并纪录相应的输出电压有效值U数值填入下表。

②减小负载电阻的数值,注意可调电阻要对称地减小,否则电阻会过载。使每相电阻为450Ω的一半以及1/4。重复观察输出电压的波形。

③将负载中点与电源中点连接后,观察并记录U的波形有什么变化? ④丢失脉冲时,观察输出波形的变化情况并记录。 3.实验记录

α U 30° 45° 60° 75° 90° 105° 120° 135° 150°

六、实验报告

1.仿照书上做出原理图并作不同相位触发时的U=f(α)的曲线。

2.作出三相负载α=90°的波形和晶闸管电压UVT1的波形。

3.讨论分析实验中出现的问题。

图2— 3 三相交流调压电路接线图

§2-3 实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速实验

一、实验目的

1.了解双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的工作原理。 2.掌握双闭环晶闸管不可逆直流调速系统的调试步骤。

二、实验内容

1.各控制单元调试。 2.测定电流反馈系数。

3.测定开环机械特性及闭环静特性。 4.闭环控制特性的测定。 5.观察、记录系统动态波形。

三、实验线路及原理

实验线路如图2-4所示。双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节,由于调速系统调节的主要量为转速,故转速环作为主环放在外面,电流环作为副环放在里面,这样可抑制电网电压波动对转速的影响。

系统工作时,先给电动机加励磁,改变给定电压的大小即可方便地改变电机地转速。ASR、ACR均有限幅环节,ASR的输出作为ACR的给定,利用ASR的输出限幅可达到限制启动电流的目的,ACR的输出作为移相触发电路的控制电压,利用ACR的输出限幅可达到限制α

min

和β

min

的目的。

四、实验设备及仪器

1.电力电子及电气传动教学实验台主控制屏

2.MCL—31、MCL—32、MCL—33、MCL—35、MEL—03组件、MEL—11组件 3.二踪示波器

4.万用表 5.直流电动机M03

1.系统开环连接时,不允许突加给定信号Ug启动电机,同时,三相主电源输出U、V、W尽可能从0伏起调。

2.空载启动。

3.进行闭环调试时,若电机转速达最高速且不可调,注意转速反馈的极性是否接错。

六、实验方法

1.按图接线,未上主电源之前,检查晶闸管的脉冲是否正常。

①用示波器观察双脉冲观察孔,应有间隔均匀,幅度相同的双脉冲。

②检查相序,观察“1”,“2”双脉冲观察孔波形,“1”脉冲超前“2”脉冲60°,则相序正确,否则,应调整输入电源相序。

③用示波器观察每只晶闸管的控制极,阴极,应有幅度为1V—2V的脉冲。

2.双闭环调速系统调试原则 先部件,后系统。即先将各单元的特性调好,然后才能组成系统。

②先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行,然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。

③先内环,后外环。即先调试电流内环,然后调试转速外环。 3.开环外特性的测定

Uct由给定信号Ug直接接入。

②使Ug=0,调节偏移电压电位器,使α稍大于90°,合上主电路电源开关,逐渐增加给定电压Ug,使电机启动、升速,调节Ug使电机空载转速n0=1500r/min。改变负载,在直流电机空载至额定范围,测取7~8点,读取电机转速n,电枢电流Id,测出系统的开环外特性n=f(Id)。

n(r/min) I(A)

注意,若给定电压Ug为零时,电机缓慢转动,则表明α太小,需后移。 4.单元部件调试

速度调节器(ASR)和电流调节器(ACR)的原理图见第一章。 ① 速度调节器(ASR)的调试 a.调整输出正、负限幅值

“5”、“6”端接MEL-11挂箱,使ASR调节器为PI调节器,加入一定的输入电压, 调整正、负限幅电位器RP1、RP2,使输出正负值等于±5V。

b. 测定输入输出特性

将“5”、“6”端短接,使ASR调节器为P调节器,向调节器输入端逐渐加入正负电 压,测出相应的输出电压,直至输出限幅值,并画出曲线。

② 电流调节器(ASR)的调试 调整输出正、负限幅值 :

“9”、“10”端接MEL-11挂箱,使ASR调节器为PI调节器,加入一定的输入电压,调整正、负限幅电位器RP1、RP2,使脉冲前移α≤30°,使脉冲后移β=30°,反馈电位器RP3逆时针旋到底,使放大倍数最小。

5.系统调试 ①电流环调试

a.系统开环,即控制电压Uct由给定信号Ug直接接入,开关S拨向左边,主回路接入电阻Rd(由MEL-03的两只900Ω电阻并联)。逐渐增加给定电压,用示波器观察晶闸管整流桥两端波形在一个周期内,电压波形应有6个对称波头平滑变化。

b.增加给定电压,减小主回路串接电阻Rd,直至Id=1.1Ied,在调节MCL-32上的电流反馈电位器RP,使电流反馈电压近似等于速度调节器ASR的输出限幅值。

c.MCL-31的G输出电压Ug接至ACR的“3”端,ACR的输出“7”端接Uct,即系统接入已接成PI调节器的ACR组成电流单闭环系统。ASR的“9”、“10”端接MEL-11电容器,可预置7μF,同时,反馈电位器RP3逆时针旋到底,使放大倍数最小。逐渐增加给定电压Ug,使之等于速度调节器ASR的输出限幅值(+5V),观察主回路电流是否大于或等于1.1Ied,如果Id过大,则应调整电流反馈电位器,使电流反馈电压增加,直至Id<1.1Ied;如Id

②速度变换器的调试

a.系统开环,即给定信号Ug直接接至Uct,Ug作为输入给定,逐渐加正给定,当转速n=1500r/min时,调节MCL-03上的(速度变换器)中速度反馈电位器RP,使速度反馈电压为+5V左右, 计算速度反馈系数。

b.速度反馈极性判断

ASR构成转速单闭环系统,即给定信号Ug接至ASR的第“2”端,ASR

的第“3”端接至Uct。调节Ug(Ug为负电压),若稍加给定,电机转速即达最高速且调节Ug不可控,则表明单闭环系统速度反馈极性有误。但若接成转速-电流双闭环系统,由于给定极性改变,故速度反馈极性可不变。

6.系统特性测试

ASR、ACR均接成PI调节器接入系统,形成双闭环不可逆系统。 ①机械特性n=f(Id)的测定

Ug,使电机空载转速至1500r/min,在空载至额定负载范围内测

7~8点,可测出系统静特性曲线。

n(r/min) I(A)

闭环控制特性n=f(Ug)的测定

Ug,记录给定电压Ug和电机转速n,可测出闭环控制特性n=f(Ug)

特性曲线。

n(r/min) Ug(V)

六、实验报告

1.根据实验数据,画出闭环控制特性曲线。

2.根据实验数据,画出闭环机械特性曲线,并计算静差率。

3.根据实验数据,画出系统开环机械特性曲线,计算静差率,并与闭环机械特性进

行比较。

图2-4

§2-4 实验四 双闭环三相异步电动机串级调速实验

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静态特性。 3.测定双闭环串级调速系统的静态特性。 4.测定双闭环串级调速系统的动态特性。

三、实验线路及原理

实验线路如图2-5所示。绕线式异步电动机串级调速,即在转子回路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,并将能量反馈至电网。

本实验控制系统是由速度调节器ASR、电流`调节器ACR、触发装置GT、脉冲放大器MF、速度变换器FBS、电流变换器FBC等组成。

四、实验设备及仪器

1.电力电子及电气传动教学实验台主控制屏

2.MCL—31、MCL—32、MCL—33、MCL—35、MEL—03、MEL—11、二极管及开关板组件

3.M09绕线式异步电动机、M03直流电动机及测速发电机 4.二踪示波器 5.万用表

五、注意事项

1.本实验是利用串级调速装置直接起动电机,不再另外附加设备,所以在电动机起动时,必须使晶闸管逆变角β处于β慢减少电机平稳加速。

2.在本实验中α角的移相范围为900~1500,注意不可使α﹤900,否则易造成短路事故。

绕线式异步电动机的转子有4个引出端,其中1个为公共端不需接

线。

4.接入ASR构成转速反馈时,为了防止振荡可预先将ASR的RP3电位器逆时针旋到底,使调节器放大倍数最小,同时ASR的“5”、“6”端接入可调电容(7μF)。

5.测取静特性时,必须注意电流不许超过电动机的额定值(0.55A)。 6.连接三相主电源时不可接错相序。逆变变压器的高低压绕组不可接错。 7.系统开环时,不允许突加给定信号Ug起动电机。

8.起动电机时,需将直流电动机的负载电阻旋钮逆时针旋到底,以免带载起动。 9.改变接线时,必须断开主电源同时使系统给定为零。 10.绕线式异步电动机的参数及接线:

PN=100W、UN=220V、IN=0.55A、nN=1350r/min、MN=0.68、Y接线。

min位置。然后才能加大β

角,使逆变器的逆变电压缓

六、实验方法

1.移相触发电路的调试(主电路不加电)

① 用示波器观察双脉冲观察孔,应有间隔均匀,幅度相同的双脉冲;将G输出直接 接至Uct,调节Uct脉冲相位应可调。

② 将触发脉冲的六个琴键开关“接通”,观察组晶闸管的触发脉冲是否正常(应有幅度为1V—2V的双脉冲)。

③ 触发电输出脉冲应在300≤β≤900范围内可调。可通过对偏移电压调节电位器以及 ASR输出电压的调整实现。例如:使ASR输出为0V,调节偏移电压实现β=300;再保持偏移电压不变,调节ASR的限幅电位器RP1,使β=900。

2.控制单元调试

① 速度调节器(ASR)和电流调节器(ACR)的原理图见第一章。 速度调节器(ASR)的调试 a.调整输出正、负限幅值

5”、“6”端接MEL-11挂箱,使ASR调节器为PI调节器,加入一定的输入电压, 调整正、负限幅电位器RP1、RP2,使输出正负值等于±5V。

b.测定输入输出特性

将“5”、“6”端短接,使ASR调节器为P调节器,向调节器输入端逐渐加入正负电 压,测出相应的输出电压,直至输出限幅值,并画出曲线。

② 电流调节器(ASR)的调试

: “9”、“10”端接MEL-11挂箱,使ASR调节器为PI调

节器,加入一定的输入电压,调整正、负限幅电位器RP1、RP2,使脉冲前移α≤30°,使脉冲后移β=30°,反馈电位器RP3逆时针旋到底,使放大倍数最小。

3.系统调试 ① 电流环调试

a.系统开环,即控制电压Uct由给定信号Ug直接接入,开关S拨向左边,主回路接入电阻Rd(由MEL-03的两只900Ω电阻并联)。逐渐增加给定电压,用示波器观察晶闸管整流桥两端波形在一个周期内,电压波形应有6个对称波头平滑变化。

b.增加给定电压,减小主回路串接电阻Rd,直至Id=1.1Ied,在调节MCL-32上的电流反馈电位器RP,使电流反馈电压近似等于速度调节器ASR的输出限幅值。

c.MCL-31的G输出电压Ug接至ACR的“3”端,ACR的输出“7”端接至Uct,即系统接入已接成PI调节器的ACR组成电流单闭环系统。ASR的“9”、“10”端接MEL-11电容器,可预置7μF,同时,反馈电位器RP3逆时针旋到底,使放大倍数最小。逐渐增加给定电压Ug,使之等于速度调节器ASR的输出限幅值(+5V),观察主回路电流是否大于或等于1.1Ied,如果Id过大,则应调整电流反馈电位器,使电流反馈电压增加,直至Id<1.1Ied;如Id

② 速度变换器的调试

a.系统开环,即给定信号Ug直接接至Uct,Ug作为输入给定,逐渐加正给定,当转速n=1500r/min时,调节MCL-03上的(速度变换器)中速度反馈电位器RP,使速度反馈电压为+5V左右, 计算速度反馈系数。

b.速度反馈极性判断

ASR构成转速单闭环系统,即给定信号Ug接至ASR的第“2”端,ASR

的第“3”端接至Uct。调节Ug(Ug为负电压),若稍加给定,电机转速即达最高速且调节Ug不可控,则表明单闭环系统速度反馈极性有误。但若接成转速-电流双闭环系统,由于给定极性改变,故速度反馈极性可不变。

4.求取调速系统在无转速负反馈时的开环工作机械特性。

① 断开ASR(MCL—31)的“3”至Uct(MCL—33)的俩连接线,G(给定)直接加至Uct,且Ug调至零。

② 合上主控制屏的绿色按钮开关。缓慢地调节给定电压Ug,使电动机的空载转速n0

=1300转/分,调节直流电动机负载电阻,在空载至额定负载的范围内测取7~8点,读取直流发电机的电流IG、电压UG以及被测电动机的转速n和输出转矩M。

序号 1 2 3 4 5 6 7 n(r/min) IG UG M

表中:M式中:

2?9.55(IGUG?IGRS?P0)/n

M——三相异步电动机电磁转矩 IG——直流发电机电流 UG——直流发电机电压 RS——直流发电机电枢电阻

P0——机组空载损耗。不同转速下取不同数值:

n=1500r/min P0=13.5W n=1000r/min P0=10W n=500r/min P0=6W 5.闭环系统调试

① 用示波器观察 将MCL—31的G(给定)输出电压Ug接至 MCL—31上ASR的 “2”端,ACR的输出“7”端接至Uct。

② 调节Uct使ACR饱和输出,调节限幅电位器RP1使β=30°。

合上主控屏按钮开关,调节给定电压Ug,使电机空载转速n0=1300转/分,观察电机运行是否正常。调节ASR、ACR的外接电容及放大倍数调节电位器,用示波器观察突加给定的动态波形,确定较佳的调节器参数。

4.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n0=1300转/分,调节直流发电机的负载电阻,在空载至额定负载的范围内测取7~8点,读取直流发电机的电流IG、电压UG以及被测电动机的转速n和输出转矩M。

序号 1 2 3 4 5 6 7 表中:M式中:

M——三相异步电动机电磁转矩 IG——直流发电机电流 UG——直流发电机电压 RS——直流发电机电枢电阻

P0——机组空载损耗。不同转速下取不同数值:

n=1500r/min P0=13.5W n=1000r/min P0=10W n=500r/min P0=6W

n(r/min) IG UG M 2?9.55(IGUG?IGRS?P0)/n

六、实验报告

1.根据实验数据画出开环、闭环系统静特性n=f(M),并进行比较。

2.根据动态波形,分析系统的动态过程。

图2-5

三相异步电动机串级调速系统接线图

§2-5 实验五 变频器应用实验

一、实验要求及目的

1.请详细阅读附录C变频器使用说明的内容。

二、实验内容

1.用频率设定旋钮和开关控制异步电机的启动和正、反转运行。

2.异步电机可程式自动运转模式一的运行。 3.异步电机可程式自动运转模式二的运行。

三、实验线路

实验线路如图2—6所示。三相交流电源为三相三线制,异步电机定子绕组接成星形,转子绕组短接中性点不接。

MCL-32L1UL2L3VWR开关MEL-12S正传T二极管及开关板S1反传+-多功能输出MUV变 频 器图2-6变频器应用实验接线图

W

四、实验设备及仪器

1.电力电子及电气传动教学实验台主控制屏

2.MCL—32、MEL—12、二极管及开关板组件

3.M09绕线式异步电机—M03直流电动机—测速发电机实验机组

五、实验方法

1.用频率设定旋钮和开关控制异步电机的启动和正、反转运行:

按图接线合上主电源,反复几次闭合主电源变频器方能正常工作。用MODE键将显示区显示为参数设定画面“P 00”时:

①设定频率指令来源,使主频率输入由频率设定旋钮控制。 ②设定运转指令来源,使电机运行由“开/关”控制。 ③设定最高操作频率为50Hz。

④设定最大电压频率为50Hz。 ⑤将设定步骤、参数整理记录予下表

序号 1 2 3 4

⑥用MODE键将显示区画面返回到频率设定画面“F0. 00”,闭合“开/关”开关启动电机,调节频率设定旋钮使电机旋转,拨动“正转/反转”开关使电机可正、反转运行。 ⑦将频率设定旋钮调节到零位置,断开“开/关”开关使电机停止运行。

2.异步电机可程式自动运转模式一的运行:

①设定第一至第七段速频率,设参数值为七段不同的频率值,最高段速频率不得超过 最高操作频率的设定值。

②设定多功能输入,使参数功能为可程式自动运转。 ③设定多功能输出,使参数功能为程式运转中指示。 ④设定多功能输出,使参数功能为程式运转阶段完成指示。 ⑤设定可程式自动运转模式,使参数功能为自动运行循环运转。

⑥设定可程式自动运转方向,使参数功能以二进位7bit的方式再转成10进位的数值输入本参数,设七个段速不同的运转方向。

⑦设定第一至第七段速的每一段运行时间,设参数值为所需运行时间,设定值是以乘上10倍的秒数为运行时间。

⑧用MODE键将显示区画面返回到频率设定画面“F0. 00”, 闭合开关S1启动电机进行自动循环运转。并记录电机的转速和运转方向以及设定的参数值。

参数代码 参数原值 新设定值

⑨断开S1开关使电机停止运行。

3.异步电机可程式自动运转模式二的运行:

此模式的运行只需要将可程式自动运转模式参数值改设为自动运行循环运转并STOP间隔模式。其他步骤同上。

4.上述实验完成后,用MODE键将显示区显示为参数设定画面“P 00”,设定参数 锁定/重置,使所有参数的设定值重置为出厂设定值。

5.实验记录

第一段速 第二段速 第三段速 第四段速 第五段速 第六段速 第七段速 转 速 频 率 运转方向 运转时间

六、实验报告

根据记录的转速和运转方向以及设定的参数值,作转速——时间n=f(t)的曲线。并根

据描绘的两条曲线,指出它们的不同点。

附录 电力电子实验所用设备和仪器

附录A 电力电子教学实验台面板介绍和使用说明

电力电子教学实验台在设计时充分考虑学生的特点,强调学生的动手能力,加深对理论的理解,同时考虑到教师的需要,为教师进行科研开发创造条件。本实验台对器件参数、特性、各种驱动电路、不同的串并联缓冲电路进行研究,还对由各种器件组成的典型线路以及交直流调速系统进行研究。可进行三相桥式全控整流及有源逆变、三相交流调压、双闭环三相异步电机串级调速实验,力争通过实验,使学生能在对电力电子器件的应用有深刻了解的基础上,逐步提高,学以致用,最终达到能独立设计电路。本实验台紧密结合教材,线路典型,面板美观,学生动手方便,保护功能完善,可靠性高等优点。

华why纬MCL-31低压控制电路及仪表电力电子及电气传动教学实验台MCL-33触发电路及晶闸管主回路浙江大学求是公司MEL-03三相可调电阻器MCL-07电力电子器件的特性及驱动电路MEL-12MEL-11变频器电容器MCL-32电原控制屏MCL-35三相变压器MCL-36锯齿波触发电路 图A-1

电力电子教学实验台示意图

一、MCL—31面板

MCL—31由G(给定),零速封锁器(DZS),速度变换器(FBS),转速调节器(ASR),电流调节器(ACR),仪表组成。主要用于调速实验,可进行交流调速或直流调速的双闭环控制,也可用于调压或斩波控制。

1.G(给定): 原理图如图A-2。

它的作用是得到连续调节的给定信号和下列几个阶跃的给定信号: (1)0V突跳到正电压,正电压突跳到0V; (2)0V突跳到负电压,负电压突跳到0V; (3)正电压突跳到负电压,负电压突跳到正电压。

+15VR1S1RP1R2RP2S2-15V

图A-2给定原理图

正负电压可分别由RP1、RP2两个多圈电位器调节大小(调节范围为0-?13V左右)。数值由面板右边的数显窗读出。

只要依次扳动S1、S2的不同位置即能达到上述要求。

(1)若S1放在“正给定”位,扳动S2由“零”位到“给定”位即能获得0V突跳到正电压的信号,再由“给定”位扳到“零”位能获得正电压到0V的突跳;

(2)若S1放在“负给定”位,扳动S2,能得到0V到负电压及负电压到0V的突跳; (3)S2放在“给定”位,扳动S1,能得到正电压到负电压及负电压到正电压的突跳。 使用注意事项:给定输出有电压时,不能长时间短路,特别是输出电压较

高时,否则容易烧坏限流电阻。

2.FBS(速度变换器):

速度变换器FBS用于转速反馈的调速系统中,将直流测速发电机的输出电压变换成适用于控制单元并与转速成正比的直流电压,作为速度反馈。

其原理图如图A-3所示。

使用时,将测速发电机的输出端接至速度变换器的输入端1和2。

(1)一路经电位器RP2至转速表,转速表(0—?2000n/s)己装在电机导轨上。

(2)另一路经电阻R1及电位器RPl,由电位器RPl中心抽头输出,作为转速反馈信号,反馈强度由电位器RPl的中心抽头进行调节,由

1电位器RPl输出的信号,同时作为零速封锁反映转速的电平信号。输出端为3和4。

元件RPl装在面板上。 3.ASR(速度调节器):

速度调节器ASR的功能是对给定和反馈两个

R1C13RP2n 2RP14输入量进行加法,减法,比例,积分和微分等运算, 图A-3 速度变换器原理图 使其输出按某一规律变化。它由运算放大器,输入与反馈网络及二极管限幅环节组成。其原理图如图A-4所示。

转速调节器ASR也可当作电压调节器AVR来使用。

速度调节器采用电路运算放大器,它具有两个输入端,同相输入端和倒相输入端,其输出电压与两个输入端电压之差成正比。电路运算放大器具有开环放大倍数大,零点漂移小,线性度好,输入电流极小,输出阻抗小等优点,可以构成理想的调节器。图A-4中,由二极管VD4,VD5和电位器RP2,RP3组成正负限幅可调的限幅电路。由C2,R9组成反馈微分校正网络,有助于抑制振荡,减少超调,R15,C1组成速度环串联校正网络。场效应管V5为零速封锁电路,当4端为0V时VD5导通,将调节器反馈网络短接而封锁,4端为-13V时,VD5夹断,调节器投入工作。RPl为放大系数调节电位器。

元件RPl,RP2,RP3均安装在面板上。电容C1两端在面板上装有接线柱,电容C2两端也装有接线柱,可根据需要外接电容。

C2UfnR5R9R10C6R15R16C1RP1V5VD3+15VRP2VD4UsrR6R11C72-3+4156R217VD5RP3-15V

R14 图A-4 速度调节器原理图 4.ACR(电流调节器):

电流调节器适用于可控制传动系统中,对其输入信号(给定量和反馈量)时进行加法、减法、比例、积分、微分、延时等运算,或者同时兼做上述几种运算。以使其输出量按某种预定规律变化。它是由下述几部分组成:运算放大器、两极管限幅、互补输出的电流放大级、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等。

电流调节器与速度调节器相比,增加了4个输入端,其中2端接过流推β(有源逆变)信号,来自电流变换器的过流信号Uβ,当该点电位高于某值时,VST1击穿,正信号输入,ACR输出负电压使触发电路脉冲后移。Uz、UF端接逻辑控制器的相应输出端,当这二端为高电平时,三极管V1、V2导通,将Ugt和Ugi信号对地短接,用于逻辑无环流可逆系统。

晶体管V3和V4构成互补输出的电流放大级,当V3、V4基极电位为正时,V4管(PNP型晶体管)截止,V3管和负载构成射极跟随器。如V3、V4基极电位为负时,V3管(NPN型晶体管)截止,V4管和负载构成射极跟随器。接在运算放大器输入端前面的阻抗为输入阻抗网络。改变输入和反馈阻抗网络参数,就能得到各种运算特性。

元件RPl、RP2、RP3装在面板上,C1、C2的数值可根据需要,由外接电容来改变。

C2R5C6R9R10R15R16C1RP1+15VV5VST1R6C7R7VST2R3V1R8VST3R4V2R13C9R12C8R11VD3+15VRP2R18V32-3+4156R217V4R14-15VRP3R19-15V 图A-5 电流调节器原理图

5.零速封锁器(DZS):

零速封锁器的作用是当调速系统处于静止状态,即速度给定电压为零,同时转速也确为零时,封锁调节系统中的所有调节器,以避免静止时各放大器零漂引起可控硅整流电路有输出,使电机爬行的不正常现象。原理电路如图A-6所示。

R7R11R151封锁解除+15VVD1S3VD2R3R4R16R12+15V2R8R19A1:ALF35323-+-15V131211894011D:C10VD11124011D:A3VD12VST4VT131R25R234011D:D8R27+15VR28R29R20VD9电 路 与 上 相 同图A-6 零速封锁器

它的总输入输出关系是:

(1)当1端和2端的输入电压的绝对值都小于0.07V左右时,则3端的输出电压应为0V ;

(2)当1端和2端的输入电压绝对值或者其中之一或者二者都大于0.2V时,其3端的输出电压应为-15V;

(3)当3端的输出电压己为-15V,后因1端和2端的电压绝对值都小于0.07V,使3端电压由-15V变为0V时,需要有100毫秒的延时。

3端为0V时输入到各调节器反馈网络中的场效应管,使其导通,调节器反馈网络短路而被封锁,3端为-15V时输入到上述场效应管使其夹断,而解除封锁。

二、MCL—32面板

MCL—32板是主电源输出板,它包括电流变送器与过流过压保护电路。 1.主电源输出:

U、V、W输出230V线电压。

2.FBC+FA(电流变送器与过流保护):

A-

7。

(1)电流变送器

流进线电流,以获得与变流器电流成正比的直流电压信号,零电流信号和过电流逻辑信号。

TAl,TA2,TA3,反映电流大小的信号经三相桥式整流电

路整流后加至9R1、9R2、VD7及RP1、9R3、9R20组成的各支路上,其中:

a.9R2与VD7并联后再与9R1串联,在其中点取零电流检测信号。 b.将RP1的可动触点输出作为电流反馈信号,反馈强度由RPl进行调节。

C.将可动触点RP2与过流保护电路相联,输出过流信号,可调节过流动作电流的大小。

(2)过流保护(FA)

当主电路电流超过某一数值后(2A左右),由9R3,9R20上取得的过流信号电压超过运算放大器的反向输入端,使D触发器的输出为高电平,使晶体三极管V由截止变为导通,

+15V9R4A:BDALEDRP275DQ2-519R153CLX+66SRQ49R6+15VSA9R5VD89R17K19R13TA2TA39R29R1RP1VD79C19R209R3TA19V14IoIf

图A-7 电流变送器与过流保护原理图

结果使继电器K的线圈得电,继电器K由释放变为吸合,它的常闭触点接在主回路接触器的线圈回路中,使接触器释放,断开主电路。并使发光二极管亮,作为过流信号指示,告诉操作者已经过流跳闸。

SA为解除记忆的复位按钮,当过流动作后,如过流故障已经排除,则须按下以解除记忆,恢复正常工作。

三、MCL—33面板

MCL--33由脉冲控制及移相,双脉冲观察孔,第一组可控硅,第二组可控硅及二极管,RC吸收回 路,平波电抗器L组成。

1.脉冲控制及移相:

本实验台输出相位差为60,经过调制的“双窄”脉冲(调制频率大约为3—10KHz),触发脉冲分别由两路功放进行放大,分别由Ublr和Ublf进行控制。当Ublf接地时,第一组脉冲放大电路进行放大。当Ublr接地时,第二组脉冲放大电路进行工作,脉冲移相由Uct 端的输入电压进行控制,当Uct端输入正信号时,脉冲前移,Uct端输入负信号时,脉冲后移,移相范围为0一160。偏移电压调节电位器RP调节脉冲的初始相位,不同的实验初始相位要求不一样。

2.双脉冲及同步电压观察孔:

°

°°

双脉冲观察孔输出一个经过调制的双脉冲,同步电压观察孔输出相电压为30V左右的同步电压,用双踪示波器分别观察同步电压和双脉冲,可比较双脉冲的相位。

使用注意事项:双脉冲及同步电压观察孔在面板上为小孔,仅能接示波

器,不能输入任何信号。

3.RC吸收回路可消除整流引起的振荡。当做调速实验时需接在整流桥输出端。平波电抗器可作为电感性负载使用,电感值分别为50mH、100mH、200mH、700mH,在1A范围内基本保持线性。

使用注意事项:外加触发脉冲时,必须通过琴键开关切断内部触发脉冲 四、MCL—36面板

MCL—36面板为锯齿波同步移相触发电路专用组件。面板左上方装有同步变压器原边绕组的接线柱,外加同步电压220V。

锯齿波同步移相触发电路由同步检测,锯齿波形成,移相控制,脉冲形成,脉冲放大等环节组成,其原理图如图A-8所示。

由VDl,VD2,C1,R1等元件组成同步检测环节,其作用是利用同步电压来控制锯齿波产生的时刻和宽度。由VSTl,V1,R3等元件组成的恒流源电路及V2,V3,C2等组成锯齿波 形成环节。控制电压Uct偏移电压Ub及锯齿波电压在V4基极综合叠加,从而构成移相控制环节。V5,V6构成脉冲形成放大环节,脉冲变压器输出触发脉冲。

元件RP装在面板上,同步变压器副边己在内部接好。

+15VR112RP1VST1V1VD23V3Uct4V5V456G1K1G2K2V67

同步电压VD1C1R3V2C2RP2-15V-15V图A-8

五、MCL一07面板

MCL一07面板由GTR驱动电路、MOSFET驱动电路、IGBT驱动电路、PWM发生器、主电路等部分组成。

1.GTR电路:内含光电藕合器、比较器、贝克箝位电路、GTR功率器件、串并联缓冲电路、保护电路等。可对光藕的特性(延迟时间、上升时间、下降时间),贝克电路对GTR导通、关断特性的影响,不同的串、并联电路对GTR开关的影响以及保护电路的工作原理进行研究和分析。

2.MOSFET电路:内含高速光藕、比较器、推挽电路、MOSFET功率器件等。可对高速光藕、推挽驱动电路、MOSFET的开启电压、导通电阻RON、跨导gm、反向输出特性、转移特性、开关特性进行研究。

3.IGBT电路:采用富士IGBT专用驱动芯片EXB841,线路典型,外扩过流保护电路。可对EXB841的驱动电路各点波形以及IGBT的开关特性进行研究。 特点:

(1)线路典型,注重对基本概念的了解,力求通过实验,使学生对自关断器件的特性有比较深刻的理解。

(2)由于接线比较多,设计时充分考虑到学生实验时可能产生的误操作,保护功能完善,可靠性高。 使用注意事项:

(1)面板上有比较多的钮子开关控制电源,需注意钮子开关的通断。

(2)GTR采用较低频率的PWM波形驱动,MOSFET、IGBT采用较高的PWM波形驱动。 (3)由于接线头采用防转动叠插头,使用时需注意防转动叠插头导线的导通,以免观察不到波形。

六、其它组件配置: 1. 实验机组:

直流电动机M03:PN=185W,UN=220V,IN=1.1A,n=1500r/min。 绕线式异步电机M09:PN=100W,UN=220V,IN=0.55A,n=1350r/min。 电机导轨及测速发电机。

2.MCL一35 三相变压器220V、0.4A/ll0V、0.8A。 3.MEL—03电阻箱:可调电阻器。 4.MEL—11电容箱:六组可调电容。 5.MEL—12变频器。 6.二极管及开关板。

附录B SS—7804示波器使用说明

一、简介

8IWATSUOSCILLOSCOPEFUNCTIONTRIG LEVELTIME/DIV96SS-780440MHzPOSITION5AUTONORMSGL/RST7POSITIONVOLTS/DIVCH1ADDDC/ACGNDPOSITIONVOLTS/DIVCH2INVDC/ACGND4POWERINTENREADOUTFOCUSSCALESTBY ONCH1123CH2EXTTRIG

图B-1 示波器前面板图

①电源:将AC电源至ON/STBY。

②屏幕辉度等的调整。 ③校正电压输出及接地。

CAL连接器:输出校正电压信号。用于仪器的操作检测和探头波形的调整。 ⊥接地:用于接地测量。

①重复扫描

选择AUTO或NORM键。AUT0指示灯亮时表示选择了AUT0模式,NORM灯亮时表示选择了NORM模式。

AUT0 若触发信号的频率为如下几种情况,触发在自激过程中将会不稳定。此时,可将触发设置为NORM。

A.扫描时间为10ms/div;近似为l0Hz或更少; B.扫描时间在5ms/div左右:近似为50Hz或更少;

允许在50Hz或更多的扫描速率上触发。无正确触发信号时将空运行。

NORM 允许在所有的扫描速率上触发。NORM触发尤其适于低频信号和低重复信号。没有足够的触发信号时将不会自动触发。当触发源CHl和CH2与GND耦合时,扫描空运行。

②单次扫描 选择单次扫描. 操作方法及步骤:

在扫描模式中按SCL/RST(SGL/RST灯亮)选择单次扫描.当READY指使灯亮时表示正在等待信号输出。当触发信号产生时扫描将受一次影响;READY指使灯灭时,在CHOP模式中,所有通道同时扫描。在ALT模式时,只有一个通道被扫描。再按一下SGL/RST,选择另一次单次触发。 7.触发 ①选择触发源。

操作方法及步骤:

CHl:用输入到CHl的信号做触发源。 CH2:用输入到CH2的信号做触发源。

LINE:用电源做触发源。用于观察电源频率的信号。

EXT:用外触发信号做触发源。外信号通过前面板的EXT INPUT接入。 注意:外触发信号的最大值为土400V。避免输入信号超过该值。

VERT:用小序号通道的信号做触发源。当ADD选用时参见表2。 表1 当ADD未用时 表2 当ADD选用时

显示通道 CH1 CH2 CH1,CH2

②触发耦合 选择触发耦合模式。 操作方法及步骤:

按COUPL键选择触发耦合(AC,DC,HFREJ,或LFREJ)。 AC: 阻去触发信号中的DC成分。下限频率为100Hz。

DC:信号所有成分都可通过。 ③触发斜率 选择触发斜率。

操作方法及步骤:按SLOPE键选择斜率(+或-)。

+:扫描在波形的上升沿开始。 -:扫描在波形的下降沿开始。 ④触发电平

旋转TRIG LEVEL调节触发电平,当触发信号产生时,TRIG’D指示灯亮,有时在显示数值的右边显示“?”,表示若AC耦合或VARIABLE被设置时将不能直接读取。 8.水平显示

按下水平模式的A或X—Y选择A或X—Y。

按下A键,选择A扫描。按下X—Y键,选择X—Y模式,则CH1作为X轴,(CH1,CH2,ADD)中的一个作为Y轴显示,该模式适用于观测磁滞曲线,Lissajous图形等。 三、光标测量和频率计

用光标测量时间和频率差值(Δt,l/Δt)及电压差值(ΔV)。

选择测量对象,按Δt –ΔV-OFF键,选择ΔV (电压量测)或 Δt (时间量测)。

同步信号CH1 CH2 CH1 显示通道 ADD CH1,ADD CH2,ADD CH1,CH2,ADD 同步信号CH1 CH1 CH2 CH1

光标的操作:

当选择Δt或ΔV时,将显示两条测量光标。

旋转FUNCTl0N钮调整光标位置。当FUNCTl0N被按下或连续按下时,是对位置方向粗 调。

每按一次TCK/CR键,光标及其序号按如下顺序改变: C1(光标1)→C2(光标2)→TCK(跟踪)→C1(光标1) 1.时间间隔(Δt)及频率(1/Δt)的测量

按Δt –ΔV-OFF键,选择Δt。

显示光标1和光标2,时间间隔(Δt)及频率(1/Δt )的测量值显示于屏幕的左下角,移动光标1和2至需要测量的位置。

设置光标1,按TCK/C2键,选择Cl(光标1),功能显示为f:H—C1,光标1上方的 高亮点表示光标l可移动,旋转FUNCTI0N钮将光标1移至测量位置。

设置光标2,按TCK/C2键,选择C2(光标2),功能显示为f:H—C2,光标2上方的 高亮点表示光标2可移动,旋转FUNCTI0N钮将光标2移至测量位置。

最新光标l和2间的时间间隔(Δt)及频率(1/Δt)测量值显示于屏幕的左下角。 设置跟踪,按TCK/C2键,选择TCK(跟踪),功能显示为f:H—TRACK,光标1和2上方的高亮点表示光标1和2可同时移动。旋转FUNCTI0N钮时,光标l和2移动,但光标间的距离不变。

重新设置t测量,按Δt –ΔV-OFF键,选择0FF(不显示光标)。

2.电压ΔV的测量

按Δt –ΔV-OFF键,选择ΔV。

显示V光标1和V光标2,光标1和光标2间的ΔVl和ΔV2测量值显示于屏幕的左下 角,移动光标1和2至测量位置。

设置光标1

按TCK/C2键,选择V—Cl(光标1),功能显示为f:V—C1,V光标1左边的高亮点表 示光标l可移动。旋转FUNCTl0N钮,将光标l移至测量位置。

设置光标2

按TCK/C2键,选择V—C2(光标2),功能显示为f:V—C2,V光标2左边的高亮点表 示光标2可移动。旋转FUNCTl0N钮,将光标2移至测量位置。

最新光标1和2间的电压ΔVl和ΔV2的测量值显示于屏幕的左下角。在显示的测量结 果中,对于打开的通道CHl,CH2,CH3,只有两个小序号的通道是有效的。

设置跟踪

按TCK/C2键,选择TCK(跟踪),功能显示为f:V—TRACK,光标l和2左方的高亮点 表示光标1和2都可移动。旋转FUNCTI0N钮时,光标l和2移动,但光标间的距离不变。 重新设置ΔV测量,按Δt –ΔV-OFF键,选择0FF(不显示光标)。

3.用频率计测量输入信号的频率。

设置A触发,A触发设置后,测量值连续显示于屏幕的右下角。选定的触发源是测量的目标。对于RERT模式中的A触发源,输入于小序号通道的信号有效;当A触发没有设置时,或当输入信号超过量测的频率范围时,显示0Hz。

附录C VFD—M变频器使用说明

VFD—M变频器是台达高性能2迷你型交流马达驱动器。VFD—M变频器系采用高品质之元件、材料及融合最新的微电脑控制技术制造而成。变频器的功能很丰富,有一百多项设置参数,这里仅提供给使用者与实验有关的参数设定、及相关注意事项。如果读者今后工作中希望能够正确地操作交流马达变频器,请认真进行实验并且根据不同的变频器种类详细阅读有关变频器说明书的内容。

注意:* 在交流马达驱动器内部的电子元件对静电特别敏感,因此不可将异物置入交流马达驱动器内部或触摸主电路板。

* 切断交流电源后,交流马达驱动器数位操作器指示灯未熄灭前,表示电容未放完电荷,请勿触摸内部电路及零组件。

* 绝不可将交流马达驱动器输出端子U,V,W连接至AC电源。

一、 数位操作器按键说明

数位操作器LC—M2E位于变频器中央位置,可分为两部分:显示区和按键控制区。显示区提供参数设定规划模式及显示不同的运转状态。按键控制区为使用者与变频器沟通介面。

1.按键说明 见图C-1 2.LED指示说明

LED指示区

显示区显示输出频率、电流、各参数设定值及异常内容。LED指示区显示变频器运行的状态。编程/功能显示键显示变频器状态、参数设定、设定频率、输出电流、正/反转、物理量等。资料确认键修改参数后按此键可将设定资料输入。频率设定旋钮可设定此旋钮作为主频率输入调节钮。运转指令键启动运行?£停止/重置键停止运行及异常中断可复归。上/下键选择参数、修改资料等。

图C-1 变频器面板示意图

3.数位操作器操作说明

使用数位操作器可以修改显示区显示的内容,可以设定和修改变频器的控制参数。也

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/riqg.html

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