电力电子技术室实验指导书

电力电子技术室实验指导书内容摘要：

冲时对应相有电流流过，使用时接步进电机各对应相。 (7)48伏直流电源输出：此处提供一直流电源，最低输出为 48伏。 (8)电源开关：系统电源总开关。 (9)把手固定孔。 (10)面板固定 孔。 (11)48V 电源保险：。 (12)系统电源总保险：。 2） 技术指标 最高运行频率： 1024Hz 工作条件： 供电电源 AC220177。 10%， 50Hz 工作温度 10℃～ +40℃ 储存温度 20℃～ +60℃ 相对湿度 ＜ 85％ RH(25℃ ) 海拔高度 ＜ 4000 m 其他要求 避免 剧烈振动、敲击，周围空气无酸、碱、盐等腐蚀性气体。 重量： 3） 功能： 单步运行、连续运行和预置步数运行； 三相步进电机的单三拍、双三拍及三相六拍运行； 步进电机的可逆运行； 可扩展四相、五相步进电机实验。 4） 使用说明 （ 1）开启电源开关，面板上的脉冲频率显示器将显示“ 0”；运行状态指示器进入动态自检过程显示：“ — — — — — — — — — — — — — — — ” ，而后显示停在“可控运转”与“固定频率连续运转”选择界面“ S E t . . .” 处。 此时有如下两种选择： 22 A：按“数位”进入“可控运转”状态并显示系统初态“ – 1 3 – ”即单步正转三相单三拍控制方式。 各按键功能说明如下： 设置键：手动单步运行方式和连续运行方式选择，“ — ”代表单步运行方式，“ — 3000”代表连续运行方式。 拍数键：单三拍、双三拍、三相六拍等运行方式的选择。 “一”代表单三拍，“二”代表双三拍，“三”代表三相六拍。 相数键：电机相数（三相、四相、五相）的选择。 “ 3”、“ 4”、“ 5”分别代表三相、四相、五相步进电动机。 转向键：电机正反转选择。 “ — 1”代表正转，“ 1— ”代表反转。 数位键：预置步数的数据位设置。 小数点循环指示。 数据键：预置步数位的数据设置。 0~9 循环显示。 执行键：执行当前运行状态。 复位键：由于意外原因导致系统死机时可按此键，返回系统初态。 B：按“数据”进入 “固定频率连续运转”状态并显示系统初态“ . . . . .”。 此时按下“执行”键电机按 1024Hz 的脉冲频率连续运转，再按下“执行”键电机停止运转。 此状态下其他按键无效。 （二）步进电机实验装置 该装置系统由步进电动机、刻度盘、指针以及弹簧测矩机构组成。 步进电动机技术数据 型号 55BF004Ⅱ 相数：三相 每相绕组电阻： 46Ω 每相静态电流： 直流励磁电压： 30V 装置结构 (1)本装置已将步进电动机紧固在实验架上，步进电动机的绕组已按星形（“ V”形）接好并已将四个引出线接在装置的四个接 线端上。 运行时只需将这四个接线端与智能控制箱的对应输入端相连接即可。 (2)步进电动机转轴上固定有红色指针及力矩测量盘，底面是刻度盘（刻度盘的最小分度为 1 度）。 (3)本装置门形支架的上端，装有定滑轮和一固定支点（采用卡簧结构）， 50N的弹簧秤连接在固定支点上；另一个 50N 的弹簧称通过丝线与定滑轮、测量盘、棘轮机构等连接。 装置的下方设有棘轮机构。 整套系统由丝绳把棘轮机构、定滑 23 轮、弹簧秤、力距测量盘等连接起来构成一套完整的力距测量系统。 二、步进电动机实验 （一）实验目的 通过实验加深对步进电动 机的驱动电源和电机工作情况的了解。 掌握步进电动机基本特性的测定方法。 （二）预习要点 了解步进电动机的工作情况和驱动电源。 步进电动机有哪些基本特性。 怎样测定。 （三）实验项目 单步运行状态 角位移和脉冲数的关系 平均转速和脉冲频率的关系 矩频特性的测定 最大静力矩特性的测定 计算机控制实验 （四）实验线路及操作步骤 实验设备 RTDJ17 步进电机控制箱（或 RTDJ171） 步进电机实验装置 RTT01 直流电压、毫安、安培表 感应式手持转速表 (自备 ,若没有此相应实验可不做 ) 基本实验电路的外部接线如下表： RTDJ17 挂箱 步进电机实验装置 A， A’ 分别接 A， A’ B， B’ 分别接 B， B’ C， C’ 分别接 C， C’ 步进电机组件的使用说明及实验操作步骤 (1) 单步运行状态 24 接通电源，将控制系统设置于单步运行状态，步进电机走一步距角，绕组相应的发光管发亮，再不断按运行键，步进电机转子也不断作步进运动。 改变电机转向，电机作反向步进运动。 (2) 角位移和脉冲数 的关系 控制系统接通电源，设置好预置步数，按运行键，电机运转，观察并记录电机偏转角度，再重设置另一置数值，按执行键，观察并记录电机偏转角度于表中，并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。 步数 = 步 序 号 实际电机偏转角度 理论电机偏转角度 步数 = 步 序 号 实际电机偏转角度 理论电机偏转角度 (3) 平均转速和脉冲频率的关系 接通电源，将控制系统设置于连续运行状态，再按运行键，电机连续运转，记录脉冲频率表的数值及转速表的数值， 测量频率 f与对应的转速 n，即 n=f（ f）。 (4) 矩频特性的测定 置步进电机为逆时针转向，试验架上左端挂 50N 的弹簧秤，右端挂 50N 的弹簧秤，两秤下端的弦线套在皮带轮的凹槽内，控制电路工作于连续方式，使步进电机启动运转，旋转棘轮机构手柄，弹簧秤通过弦线对皮带轮施加制动力矩 [力矩大小 2( DFFT  ）小大]，仔细测定对应频率的最大输出动态力矩（电机失步前的力矩）即为步进电机的矩频特性 T=f（ f）。 (5) 静力矩特性 T=f（ I） 关闭电源，将 一只 5安直流电流表串入 A 相绕组回路，把弦 线一端串在皮带轮边缘上的小孔并固定，另一端盘绕皮带轮凹槽几圈后结在 50N 弹簧秤下端的勾子上，弹簧秤的另一端通过弦线与定滑轮、棘轮机构连接。 接通电源， 控制电路工作于单步运行状态，按单步运行至电机不再前进 并停到 A 相， 读取并记录弹簧秤的最大值即为对应电流 I 的最大静力矩 Tmax 值 25 （ 2max DFT ）。 (6) 计算机控制步进电机 配有 RTDJ171 的用户，将面板扭子开关掷于“计算机控制”端，计算机控制脉冲信号从面板 DB9 输入，实验人员编写相应控制软件实现计算机控制步进电机。 RTDJ171 面板上的 DB9 各脚功能定义如下： DB91： A 相控制脉冲 DB93： B 相控制脉冲 DB95： C 相控制脉冲 DB98： GND （ 五）实验报告 经过上述实验后，须对照实验内容写出数据总结并对电机实验加以小结。 （六）思考题 影响步进电机步距的因素有哪些。 对实验用步进电机，采用何种方法步距最小。 平均转速和脉冲频率的关系怎样。 为什么特别强调是平均转速。 最大静力矩特性是怎样的特性。 由什么因素造成。 对该步进电机矩频特性加以评价，能否再进 行改善。 若能改善应从何处着手。 各种通电方式对性能的影响。 26 实验四 三相异步电动机的起动与调速 一、 实验目的 通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。 二、 预习要点 1． 复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指针。 2． 复习异步电动机的调速方法。 三、 实验项目 1． 直接起动 2． 星形 三角形（ Y△ ）起动。 3． 线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻启动 4． 线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻调速 四、 实验设备 1． 三相自耦调压器 2． 指针式模拟电流表（自备） 3． RTZN09 智能存储式真有效值电源表 4． RTT061 继电器、接触 器控制 5． RTDJ35 三相鼠笼式异步电动机 6． RTDJ471 电机导轨 、 旋转编码器 7． RTDJ37 线绕式异步电动机转子启动与调速电阻箱 8． RTDJ10 三相可调电阻（ 900Ω ） 五、 实验线路及操作步骤 1． 三相鼠笼式异步电机直接起动实验 电机选用 RTDJ35，电压表选用 RTZN09，电流表选用 RTZN08。 安装电机使电机和校正直流电机同轴联接，旋紧固定螺丝。 按图 41接线，电机绕组为 △ 接法。 图 41 异步电动机直接起动 实验前先把交流调压器调到零位，然后接通电源。 按下电机实验台的“启动”开关，调节 实验控制屏的调压器，使输出电压达电机额定电压 220V，按下实验台的停止开关，等电机完全停止旋转后，再按下电机实验控制台起动开关，使电机全压起动，电流表受起动电流冲击而偏转，电流表的最大偏转虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。 按下电机实验台的“停止”开关，将实验控制屏调压器退到零位，用销钉将校正过的直流电机转子销住，按下电机实验台的起动开关，调节实验控制屏调V 电源控制屏 三相调压器输出WAUV3 ~M 27 压器，使电机电流达 23 倍额定电流，读取电压值 UK、电流值 IK，转矩值 MK，实验时通电时间不应超过 10 秒，以 免绕组过热。 按下电机实验台停止开关，拔出销钉。 将数据记入下表： 表 41 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 Uk(V) Ik(A) Tk(Nm) 对应于额定电压时的起动转矩 Tst和起动电流 Ist按下式计算： Tst=(Ist/IK)2 TK 式中 IK—— 起动实验时的电流值， A； TK—— 起动实验时的转矩值， . Ist=(UN/UK)I K 式中 UK—— 起动实验时的电压值， V； UN—— 电机额定电压， V。 2． 星形 —— 三角形（ Y△ ） a) 除了 实验 1 项所用设备外，再增加 Y△ 起动设备，编号为RTDJ131 b) 实验线路原理图如图 42。 为了定性地和 1实验比较，量程不变。 3）三相双郑开关合向右边（ Y接法）。 合上电源开关，把控制屏的调压器调到零位，按下电机实验台的起动开关，调节控制屏的调压器使逐渐升压至电机额定电压 220 伏。 断开电源开关，待电机停转。 图 42 三相鼠笼式异步电机 YΔ 起动 4）合上电源开关，观察启动瞬间电流，然后把 S合向左边，使电机三角接法，观察起动过程中电流表的偏转角度以与其它起动方法作定性比较。 线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻起动，设备 RTDJ36， RTDJ37 电源控制屏 三相调压器输出VCWZSUVAAB YX 28 电源控制屏三相调压器输出3 ~WV   VUAM   图 43线绕式异步电机转子 1） 按图 43接线 2） 转子每相串入电阻分别为 2Ω、 5Ω、 15Ω 3） 调压器退到零位，轴伸端装上圆盘和弹簧秤。 4） 接通交流电源，调节输出电压，在定子电压为 180V 时，转子绕组分别串入不同阻值时，测取定子电流和转矩。 5） 实验时通电时间不应超过 10秒以免绕组过热。 数据记入表 42 中。 表 42 Rst（ Ω ） 0 2 5 15 Ist（ A） Tst（ Nm） 线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻调速 1）实验线路同图 43。 同轴连接校正直流电机 MG 作为线饶式异步电动机 M的负载。 电路接好后，将转子附加电阻调至最大。 2）合上电源开关，使电机空载启动，保持调压器输出电压为电机额定电压 220V，转子附加电阻调至零。 3）调节校正电机励磁电流 If 为校正值（ 100Ma），再调节直流发电机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩 T2 不变，改变转子附加电阻（每相电阻分别为 0Ω、 2Ω、 5Ω、 15Ω），测相应的转速记录于表 43 表 43 Rst（ Ω ） 0 2 5 15 N(r/min) 六、 实验报告 1． 比较异步电动机不同起动方法的优缺点。 2． 由起动实验资料求下述三种情况下的起动电流和起动转矩： （ 1） 外施额定电压 UN.（直接启动） （ 2）外施电压为 UN/31/2。 （ Y△ 起动） （ 3）外施电压为 UK/KA，式中 KA为起。