一、實訓目的
(1) 了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速系統(tǒng)的原理及組成。
(2) 了解轉子串電阻的繞線式異步電機在調節(jié)定子電壓調速時的機械特性。
(3) 通過測定系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，進一步了解交流調壓系統(tǒng)中電流環(huán)和轉速環(huán)的作用。
(4) 提高對系統(tǒng)分析及故障分析處理的能力
二、實訓所需掛件及附件
| 序號 | 型 號 | 備 注 |
| 1 | GDQ01電源控制屏 | |
| 2 | DK03 晶閘管主電路 | |
| 3 | DK04三相晶閘管觸發(fā)電路 | |
| 4 | DK06電機調速控制電路I | |
| 5 | DQ29-2 可調電阻器 | |
| 6 | DQ03-1電機導軌、測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉速表 | |
| 7 | DQ07-1 直流發(fā)電機 | |
| 8 | DQ11 三相線繞式異步電動機 | |
| 9 | GDQ12 線繞式異步電機轉子專用箱 | |
| 10 | 慢掃描示波器 | 自備 |
| 11 | 萬用表 | 自備 |
三、實訓線路及原理
圖4-10 雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速系統(tǒng)原理圖
異步電動機采用調壓調速時，由于同步轉速不變和機械特性較硬，因此對普通異步電動機來說其調速范圍很有限，無實用價值，而對力矩電機或線繞式異步電動機在轉子中串入適當電阻后使機械特性變軟其調速范圍有所擴大，但在負載或電網(wǎng)電壓波動情況下，其轉速波動嚴重，為此常采用雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。
雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速系統(tǒng)的主電路由三相晶閘管交流調壓器及三相繞線式異步電動機組成。控制部分由“調節(jié)器Ⅰ、Ⅱ”、 “速度變換”、“觸發(fā)電路”、“功放電路”等組成。其系統(tǒng)原理框圖如圖4-10所示：
整個調速系統(tǒng)采用了速度、電流兩個反饋控制環(huán)。這里的速度環(huán)作用基本上與直流調速系統(tǒng)相同，而電流環(huán)的作用則有所不同。在穩(wěn)定運行情況下，電流環(huán)對電網(wǎng)擾動仍有較大的抗擾作用，但在啟動過程中電流環(huán)僅起限制最大電流的作用，不會出現(xiàn)最佳啟動的恒流特性，也不可能是恒轉矩啟動。
異步電動機調壓調速系統(tǒng)結構簡單，采用雙閉環(huán)系統(tǒng)時靜差率較小，且比較容易實現(xiàn)正、反轉，反接和能耗制動。但在恒轉矩負載下不能長時間低速運行，因低速運行時轉差功率 Ps=SPM 全部消耗在轉子電阻中，使轉子過熱。
四、實訓內容
(1) 測定三相繞線式異步電動機轉子串電阻時的機械特性。
(2) 測定雙閉環(huán)交流調壓調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性。
(3) 測定雙閉環(huán)交流調壓調速系統(tǒng)的動態(tài)特性。
五、實訓方法
(1)DK03和DK04上的“觸發(fā)電路”調試
①打開GDQ01總電源開關，操作“電源控制屏”上的“三相電網(wǎng)電壓指示”
開關，觀察輸入的三相電網(wǎng)電壓是否平衡。
②將GDQ01的“三相同步信號輸出”端和DK04“三相同步信號輸入”端相連,打開DK04電源開關，撥動 “觸發(fā)脈沖指示”鈕子開關，使“窄”的發(fā)光管亮。
③觀察A、B、C三相的鋸齒波，并調節(jié)A、B、C三相鋸齒波斜率調節(jié)電位器（在各觀測孔左側），使三相鋸齒波斜率盡可能一致。
④將DK06上的“給定”輸出Ug直接與DK04上的移相控制電壓Uct相接，將給定開關S2撥到接地位置（即Uct=0），調節(jié)DK04上的偏移電壓電位器，用雙蹤示波器觀察A相同步電壓信號和“雙脈沖觀察孔” VT1的輸出波形，使α=120°。
⑤適當增加給定Ug的正電壓輸出，觀測DK04上“脈沖觀察孔”的波形，此時應觀測到單窄脈沖和雙窄脈沖。
⑥將DK04面板上的Ulf端接地，用20芯的扁平電纜，將DK04的“正橋觸發(fā)脈沖輸出”端和DK03“正橋觸發(fā)脈沖輸入”端相連，并將DK03“正橋觸發(fā)脈沖”的六個開關撥至“通”，觀察正橋VT1～VT6晶閘管門極和陰極之間的觸發(fā)脈沖是否正常。
(2)控制單元調試
①調節(jié)器的調零
將DK06中“速度調節(jié)器”所有輸入端接地，用導線將“5”、“6”短接，使“電流調節(jié)器”成為P (比例)調節(jié)器。調節(jié)面板上的調零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調節(jié)器“7”端的輸出，使調節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。
將DK06中“電流調節(jié)器”所有輸入端接地，用導線將“9”、“10”短接，使“電流調節(jié)器”成為P（比例）調節(jié)器。調節(jié)面板上的調零電位器RP3，用萬用表的毫伏檔測量電流調節(jié)器的“11”端，使調節(jié)器的輸出電壓盡可能接近于零。
②調節(jié)器正、負限幅值的調整
直接將DK06的給定電壓Ug接入DK04移相控制電壓Uct的輸入端，三相交流調壓輸出的任意兩路接一電阻負載（DQ29-2可調電阻器），放在阻值最大位置，用示波器觀察輸出的電壓波形。當給定電壓Ug由零調大時，輸出電壓U隨給定電壓的增大而增大，當Ug超過某一數(shù)值Ug＇時，U 的波形接近正弦波時，一般可確定移相控制電壓的最大允許值Uctmax=Ug＇，即Ug的允許調節(jié)范圍為0～Uctmax。記錄Ug＇于下表中：
| Ug＇ | |
| Uctmax=Ug＇ |
把“電流調節(jié)器”的“9”、“10”短接線去掉，使調節(jié)器成為PI（比例積分）調節(jié)器，然后將DK06的給定輸出端接到電流調節(jié)器的“4”端，當加正給定時，調整負限幅電位器RP2，使之輸出電壓為最小值即可，當調節(jié)器輸入端加負給定時，調整正限幅電位器RP1，使電流調節(jié)器的輸出正限幅為Uctmax。
③電流反饋的整定
直接將DK06的給定電壓Ug接入DK04移相控制電壓Uct的輸入端，三相220V交流電A相，B相，C相經(jīng)過DK06上的“電流互感器”對應連接到DK03上的主電路輸入，電流變換器的輸出“TA1、TA2、TA3”無需接（內部已接到電路板），三相交流調壓輸出接三相線繞式異步電動機，測量三相線繞式異步電動機單相的電流值和電流反饋電壓，調節(jié)“電流反饋與過流保護”上的電流反饋電位器RP1，使電流Ie=0.5A時的電流反饋電壓為Ufi=3V。
④轉速反饋的整定
直接將DK06的給定電壓Ug接入DK04移相控制電壓Uct的輸入端，輸出接三相線繞式異步電動機，測量電動機的轉速值和轉速反饋電壓值，調節(jié)“速度變換”電位器RP1，使n =1300rpm時的轉速反饋電壓為Ufn=-6V。
(3)機械特性n =f(T)測定
①將DK06的“給定”電壓輸出直接接至DK04上的移相控制電壓Uct，電機轉子回路接GDQ12轉子電阻專用箱，直流發(fā)電機接負載電阻R (DQ29-2可調電阻，將兩個900Ω接成串聯(lián)形式)，并將給定的輸出調到零。
②直流發(fā)電機先輕載，調節(jié)轉速給定電壓Ug使電動機的端電壓=Ue。
轉矩可按下式計算:
(5-1) 式中，T為三相線繞式異步電機電磁轉矩，IG為直流發(fā)電機電流，UG為直流發(fā)電機電壓，Ra為直流發(fā)電機電樞電阻，Po為機組空載損耗。
③調節(jié)Ug，降低電動機端電壓，在2/3Ue時重復上述實驗，以取得一組機械特性。
在輸出電壓為Ue時：
| n(rpm) | |||||||
| U2=UG (V) | |||||||
| I2=IG（A） | |||||||
| T(N·m) |
| n(rpm) | |||||||
| U2=UG (V) | |||||||
| I2=IG（A） | |||||||
| T(N·m) |
①確定“電流調節(jié)器”和“速度調節(jié)器”的限幅值和電流、轉速反饋的極性。
②將系統(tǒng)接成雙閉環(huán)調壓調速系統(tǒng)，電機轉子回路仍每相串3Ω左右的電阻，逐漸增大給定Ug，觀察電機運行是否正常。
(5)系統(tǒng)閉環(huán)特性的測定
①調節(jié)Ug使轉速至n=1200rpm，從輕載按一定間隔調到額定負載，測出閉環(huán)靜態(tài)特性n =f（T）
| n(rpm) | 1200 | ||||||
| U2=UG（V） | |||||||
| I2=IG（A） | |||||||
| T(N·m) |
| n(rpm) | 800 | ||||||
| U2=UG (V) | |||||||
| I2=IG (A) | |||||||
| T(N·m) |
用慢掃描示波器觀察:
①突加給定啟動電機時的轉速n(“速度變換”的 “3”端)及電流I(“電流反饋與過流保護”的“2”端) 及“速度調節(jié)器”輸出的“6”端的動態(tài)波形。
②電機穩(wěn)定運行，突加、突減負載(20%Ie<=>100%Ie)時的n、I的動態(tài)波形。
八、實驗報告
(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出開環(huán)時電機的機械特性n=f（T）。
(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)特性n=f（T），并與開環(huán)特性進行比較。
(3)根據(jù)記錄下的動態(tài)波形分析系統(tǒng)的動態(tài)過程。
九、注意事項
(1)在做低速實驗時，實驗時間不宜過長，以免電阻器過熱引起串接電阻數(shù)值的變化。
(2)轉子每相串接電阻為3Ω左右，可根據(jù)需要進行調節(jié)，以便系統(tǒng)有較好的性能。
(3)計算轉矩T時用到的機組空載損耗Po為5W左右。