机车电传动及控制实验指导书190070

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
「、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
1、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SPW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、R TDJ37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
3E -弋
*
图2、三相SPWM 变频调速
图1和图2所示分别为单相和三相 SPWI 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：
60 f ,
n - （1 一 s ） = n 。

（1 一 s ）
P
其中fi 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 fl
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
E^4.44f 1N 1K N1
ESN E
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SPW M ：频电路，研究SPW 碉制的发生原理，测定与SPW 碉制有关的各种波形;
2、 研究比较在不同的 U/f 1比值下系统的特性。

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
在忽略定子阻抗压降的情况下,
E 1 U 1，所以
其中, 1
c =
4.44N 1K N
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 似的恒磁通调速。

U ,即5二const 。

从而实现近
f 1
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U=U N ,
此时气隙磁通0随着频率f 1的升高反而比例下降，这一段可看作近似恒功率调速。

U 1
f 1N
f 1
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SPWh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？
I T 1 l V
直流调速多段桥整流电路及其性能分析
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。

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。

~220V
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
实验设备
实验原理
SCR1
D1 5408
IN1(AC110V)
G2
SCR2
D2 5408
IN2(AC110V)
G3
SCR3
D3 5408
G4
SCR4
D4 5408
T1
G1
G1 G2 G3 G4
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。

1
调节给定电压，第一段桥导通：Ud = • COS〉J
4
1
第一段满开放，调节第二段桥：Ud = U i（3 co^ 2）
4
i i、 2
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。

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。

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a,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。