电气设备综合实验（电机）实验报告.doc

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1、1成绩:日期：电气设备综合实验（电机）实验报告姓名：学号：任课老师：2实验日期: 年 月 日 实验地点：智能电网 105 室 同组姓名: 实验成绩：实验一 单相交流调压电路实验一、实验目的：1加深理解单相交流调压电路的工作原理。2加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。 二、实验内容：1单相交流调压器带电阻性负载。2单相交流调压器带电阻电感性负载。 三、实验主要仪器设备：1MCL 系列教学实验台主控制屏。2MCL01 组件。3MCL02 组件。4MCL05 组件。5MEL03 三相可调电阻器。6MEL02 三相芯式变压器。7双踪示波器8万用表 四、实验示意图：MEL-02MCL-01MCL-

2、02 220V /110V 、 、 、 、 、 、V T 1V T 4RPG1G3K1K3、Uct220V 、 、 、 、MCL-05MCL-01G7UUVVWWL1L2L31U11U22U12U21V 11V 22V 12V 21W11W22W12W2AVA: 、2.5AV: 、300VL: 、700mHG1、K1、VT1G3、K3、VT4RP、MEL-03、900、1-1、AKGL(700mL)五、实验数据记录：3306090120 U(V)六、实验结果的计算及曲线：=30 u=f（t） 、uVT= f（t）波形 =60 u=f（t） 、uVT= f（t）波形=90 u=f（t）uVT=

3、f（t）波形 =120 u=f（t）uVT= f（t）波形 u=f（t）i=f（t） =450 u=f（t）i=f（t） u=f（t）i=f（t）七、对实验结果实验中某些现象的分析讨论：4实验日期: 年 月 日 实验地点：智能电网 105 室 同组姓名: 实验成绩：实验二 采用自关断器件的单相交流调压电路实验一、实验目的：1掌握采用自关断器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与使用场合。2熟悉 PWM 专用集成电路 SG3525 的组成、功能、工作原理与使用方法。 二、实验内容：1PWM 专用集成电路 SG3525 性能测试2控制电路相序与驱动波形测试3带与不带电感时负载与 MOS

4、管两端电压波形测试4在不同占空比条件下，负载端电压、负载端谐波测试。 三、实验主要仪器设备：1MCL-11 实验挂箱 2万用表 3双踪示波器 四、实验示意图：V T 1V T 2V D2V D1FuRsTLCR220V、2-1、 、五、实验数据记录：（1）锯齿波周期与幅值测量。开关 S2 合上：T= ms A= V开关 S2 断开：T= ms A= V（2）输出最大与最小占空比测量。Dmax= %Dmin= %5不同占空比 D 时的负载端电压测试D U（伏） 六、实验结果的计算及曲线： 控制电路的 13、14 与地端间波形控制电路的 12、15 与地端间波形主电路的 9 与 10 及 11 与

5、 10 端间波形不带电感时负载两端电压波形不带电感时 MOS 管两端电压波形带电感时负载两端电压波形带电感时 MOS 管两端电压波形不同占空比 D 时的负载端电压测试与灯泡亮度比较画出负载电压 U 与占空比 D 之间的关系曲线。七、对实验结果实验中某些现象的分析讨论：6实验日期: 年 月 日 实验地点：智能电网 105 室 同组姓名: 实验成绩：实验三 直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性一、实验目的： 了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性。 二、实验内容： 1.电动及回馈制动特性 2.电动及反接制动特性 3.能耗制动特性 三、实验主要仪器设备：1MCL 系列教学实验台主控制屏。2ME

6、L03 三相可调电阻器。3MEL09 三相可调电阻器。4万用表 四、实验示意图：五、实验数据记录： 表 1-1 UN=220V IfN= AI2(A)n(r/min)表 1-2 UN=220V IfN= AI2(A) 7n(r/min) 表 1-3 R2=900 UN=220V IfN= AI2(A) n(r/min) 表 1-4 R2=450 UN=220V IfN= AI2(A) n(r/min) 表 1-5 R2=225 UN=220V IfN= AI2(A) n(r/min) 六、实验结果的计算及曲线：1.电动特性2.电动及回馈制动特性电动及反接制动特性能耗制动特性8实验日期: 年 月

7、 日 实验地点：智能电网 105 室 同组姓名: 实验成绩：实验四 双闭环三相异步电动机调压调速系统实验一、实验目的：1熟悉相位控制交流调压调速系统的组成与工作。2了解并熟悉双闭环三相异步电动机调压调速系统的原理及组成。 3了解绕线式异步电动机转子串电阻时在调节定子电压调速时的机械特性。4通过测定系统的静特性和动态特性进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 二、实验内容：1测定绕线式异步电动机转子串电阻时的人为机械特性。2测定双闭环交流调压调速系统的静特性。3测定双闭环交流调压调速系统的动态特性。 三、实验主要仪器设备：1MCL 系列教学实验台主控制屏。2MCL18 组件（适合 MCL

8、)或 MCL31 组件（适合 MCL） 。3MCL33 组件或 MCL53 组件（适合 MCL、） 。4电机导轨及测速发电机、直流发电机5MEL03 三相可调电阻器(或自配滑线变阻器 450，1A)6绕线式异步电动机 7MEL11 组件 8直流电动机 M03 9双踪示波器。 10万用表 四、实验示意图9四、实验数据记录：开环特性。 n(r/min) IG(A) UG(V) M(N.m) 系统闭环特性 n(r/min) IG(A) UG(V) M(N.m) 五、实验结果的计算及曲线： 开环机械特性闭环机械特性六、对实验结果实验中某些现象的分析讨论：10实验日期: 年 月 日 实验地点：智能电网

9、105 室 同组姓名: 实验成绩：实验五 双闭环三相异步电动机串级调速系统实验一、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特性。3测定双闭环串级调速系统的静特性。4测定双闭环串级调速系统的动态特性。 三、实验主要仪器设备：1MCL 系列教学实验台主控制屏。2MCL18 组件（适合 MCL)或 MCL31 组件（适合 MCL） 。3MCL33 组件或 MCL53 组件（适合 MCL、） 。4电机导轨及测速发电机、直流发电机5MEL03 三

10、相可调电阻器(或自配滑线变阻器 450，1A)6绕线式异步电动机 7MEL11 组件 8直流电动机 M03 9双踪示波器。 10万用表 四、实验示意图：11五、实验数据记录开环机械特性 n(r/min) IG(A) UG(V) M(N.m) 闭环机械特性 n(r/min) IG(A) UG(V) M(N.m) 六、实验结果的计算及曲线：开环机械特性.闭环机械特性七、对实验结果实验中某些现象的分析讨论：12实验日期: 年 月 日 实验地点：智能电网 105 室 同组姓名: 实验成绩：实验六 异步电动机 SPWM 与电压空间矢量变频调速系统一、实验目的：1通过实验掌握异步电动机变压变频调速系统的组

11、成及工作原理。2加深理解用单片机通过软件生成 SPWM 波形的工作原理与特点。以及不同调制方式对系统性能的影响3熟悉电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）的工作原理与特点。4掌握异步电动机变压变频调速系统的调试方法。 二、实验内容：1连接有关线路，构成一个实用的异步电动机变频调速系统。2过压保护、过流保护环节测试。3采用 SPWM 数字控制时，不同输出频率、不同调制方式（同步、异步、混合调制）时的磁通分量、磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT 两端电压波形测试。4采用电压空间矢量控制时，不同输出频率、不同调制方式时的磁通分量、磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT 两端电压波形测试。5低频补偿特性测试。

12、三、实验主要仪器设备：1MCLI 型电机控制教学实验台2MCL09 变频调速系统组件3电机导轨及测速发电机4慢扫描示波器5双踪示波器 四、实验示意图：13五、实验数据记录：六、实验结果的计算及曲线： 采用 SPWM 控制，输出频率 50Hz 条件下磁通波形。 同步 异步 混合采用空间矢量控制，输出频率 50Hz 条件下磁通波形。 同步 异步 混合采用 SPWM 控制，输出频率 50Hz 条件下定子电压波形。 同步 异步 混合80C196MC微机控制系统图7-3 变频调速系统原理框图驱动过压保护过流保护RS232启动限流1AUFU故障检测+电流检测C1K2+M +故障 信号+UFI1243IPM

13、14采用空间矢量控制，输出频率 50Hz 条件下定子电压波形。 同步 异步 混合采用 SPWM 控制，输出频率 50Hz 条件下定子电流波形。 同步 异步 混合采用空间矢量控制，输出频率 50Hz 条件下定子电流波形。 同步 异步 混合采用 SPWM 控制，输出频率 50Hz 条件下 IGBT 两端电压波形。 同步 异步 混合采用空间矢量控制，输出频率 50Hz 条件下 IGBT 两端电压波形。 同步 异步 混合对实验结果实验中某些现象的分析讨论：15电力电子、电机控制系统 MATLAB 仿真 1单相桥式全控整流电路仿真 单相桥式全控整流电路如图 1-1 所示，电路由交流电源 u1、整流变压器

14、 T、晶闸管 VT14、负载 R 以及触发电路组成。ACu1u2VT1VT2VT4VT3VT2 VT4R触发器2VT1 VT3触发器1T图 1-1 单相桥式全控整流原理电路图 1-2 单相桥式晶闸管整流电路仿真模型图 1-3 =45时电源 u、脉冲 ug1、ug2、iT1、iT2、负载电流 id、输出电压 ud波形。2. 三相桥式全控整流电路仿真三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，完整的三相桥式全控整流电路由整 流变压器、6 个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成（见图 2-2） 。6 个晶闸 管依次相隔 60触发，将电源交流电整流为直流电。三相桥式整流电路必须采用双脉冲触 发

15、或宽脉冲触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一 个） ，整流变压器采用三角形/星形联结。VT1VT3VT4VT6VT5VT2R整流变压器同步变压器触 发 器六路触发脉冲图 2-1 三相桥式全控整流原理电路图 2-2 三相桥式整流电路的仿真模型仿真结果如图 2-3 所示，本仿真设置算法 Ode23tb，在万用表的参数设置中已经点选 Plot selected measurements 项，系统仿真后自动绘制被选要测量的参数波形。图 2-3 万用表自动绘制要测量的波形16图 2-4 三相电压电流测量的四个波形图 2-5 电源 Ua有效值的上升曲线 三、三相桥式半控整流

16、电路仿真 在三相桥式整流电路里，在任何瞬间，只控制一个晶闸管导通，相串联的另一个器件 是一个不可控二极管，此即为半控整流电流，如图 3-1 所示。VT1VT3VD4VD6VT5VD2R触 发 器六路触发脉冲图 3-1 三相桥式半控整流原理电路由三相交流电供电，负载电阻 R=1，采用子系统技术创建仿真模型、对其进行仿真 并观察仿真结果。图 3-1 三相桥式半控整流电路的仿真模型图 3-2 三相桥式半控整流电路的仿真模型的子系统图 3-3 三相桥式半控整流电路的仿真模型波形4. 三相桥式整流及逆变电路仿真VT1VT3VT4VT6VT5VT2R整流变压器同步变压器触 发 器六路触发脉冲L图 4-1

17、三相桥式整流及逆变原理电路将三相桥式全控整流电路（阻感性负载）的仿真模型的负载端添加一直流电源 E(DC65V)，阻感性负载为 R=2、L=0.01H，除去三相测量电路并去除同步 6 脉冲触发器 的同步变压器即成为三相桥式全控整流及逆变仿真模型。 对模型进行仿真，即可得到仿真曲线，控制角 =30、90、150。仿真曲线图自17上而下依次为负载电流 Id、负载电压 ud。 当 =30时，变流装置工作在整流状态，负载电压虽然波动，但为正值；当 =90 时变流装置工作在中间状态，负载电压波形以横坐标为轴，上下对称波动，平均值为 0； 当 =150时，变流装置工作在逆变状态，负载电压为负值波动；负载电

18、流方向不变，负 载电压方向的变化，致使能量传递方向的改变。图 4-2 三相桥式全控整流及逆变仿真模型图 4-3 三相桥式全控整流及逆变仿真曲线（=30）图 4-4 三相桥式全控整流及逆变仿真曲线（=90）图 4-5 三相桥式全控整流及逆变仿真曲线（=150） 5. 正弦波脉宽调制逆变器仿真三相电压源 SPWM 逆变器的原理如图 5-1 所示，根据脉宽调制技术可知，即比较以 正弦波为调制波与三角波为载波，在曲线的交点处产生脉冲的前后沿，以形成与正弦波等 效的等幅矩形脉冲序列波。DCV1V3V5V4V6V2D1D3D5D4D6D2NUV WZ图 5-1 三相电压源 SPWM 逆变器的原理电路三相电

19、压源 SPWM 逆变器的仿真模型如图 5-1 所示。此模型是将 DC250V 的直流电通 过 SPWM 逆变器变成交流电消耗在三相阻感性负载上。图 5-2 三相电压源 SPWM 逆变器的仿真模型图 5-3 输出交流 f=50Hz 调制度 m=0.8 时的仿真曲线(电压波形、电流波形)图 5-4 输出交流 f=50Hz 调制度 m=0.4 时的仿真曲线(电压波形、电流波形)图 5-5 输出交流 f=100Hz 调制度 m=0.8 时的仿真曲线(电压波形、电流波形)图 5-6 A 相阻感性负载电流有效值（m=0.8；m=0.4） 6. 升降压(Buck-Boost)直流斩波器仿真升降压变换器是由电

20、压源、电流转换器、电压负载组成的，中间部分含有一级电感储 能电流转换器。它是一种输出电压可以高于也可以低于输入电压的单管非隔离直流变换器， 输出电压的极性和输入电压的极性相反，输入电流和输出电流都是脉动的，但是由于滤波 电容的作用，负载电流应该是连续的，原理如图 6-1 所示UsUTULUDUoILIoIDCLITTD-+-186-1 升降压(Buck-Boost)直流斩波器电路设采用 IGBT 升/降压式斩波器的电源电压 Us=100V，电路中，电阻负载 R=10，滤波 电容 C=100F，储能电感 L=0.3mH，二极管 Diode 为向电容 C 放电提供通路。要求输出电 压 Uo100V

21、 与 Uo100V，IGBT 的开关频率为 10kHz。试创建仿真模型并对其进行仿真， 用示波器观察各电压、电流波形，并用实时数字显示模块测量其输出电压。图 6-2 采用 IGBT 升/降压式斩波器仿真模型图 6-3 升/降压式斩波器的 ud、iL、iIGBT、iD仿真波形(D=0.6 时 Uo=150V)图 6-4 升/降压式斩波器的 ud、iL、iIGBT、iD仿真波形(D=0.4 时 Uo=66.67V) 7单相交流调压电路仿真 家用台灯用 40W 的白炽灯接于单相交流 220V(50Hz)电源，若灯光需要向暗调节，当采 用晶闸管的单相交流调压电路控制时，试创建仿真模型并对其进行仿真。

22、由晶闸管控制的单相交流调压电路如图 7-1 所示，反并联连接的晶闸管 VT1 和 VT2 组 成了交流双向开关，在交流输入电压的正半周，VT1 导通，在交流输入电压的负半周， VT2 导通，控制晶闸管的导通时刻，可以调节负载两端的电压VT1VT2uiuoio图 7-1 单相交流调压电路图 7-2 采用晶闸管的单相交流调压电路仿真模型图 7-3 =/3 时， u、iL、uL仿真波形图 8三相交流调压电路仿真三相交流调压器的原理电路如图 8-1 所示，三相交流电压 U380V，阻抗负载 R=1,L=1mH。试对其电路进行仿真。 仿真电路如图 8-2 所示，星形连接的三相交流电源串联三相电压电流测量

23、模块后，经 三相反并联连接的晶闸管向三相阻抗负载 RL 供电，用同步 6 脉冲发生器触发三相反并联 的晶闸管实现三相交流调压。VT1VT2iaZaUaVT3VT4ibZbUbVT5VT6icZcUc图 8-1 三相交流调压器原理电路图 8-2 三相交流调压器仿真模型图 8-3 三相交流调压器仿真模型子系统19图 8-4 三相交流调压器当 =30u、iL、uab1、ubc1、uca1仿真波形图 9. 开环直流调速系统仿真图 9-1 开环直流调速系统由给定环节、脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、 直流电动机等部分组成.M+U*n+-UdVL图 9-1 开环直流调速系统电气原理图要求：1.系统的

24、建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示转速、电流和转矩曲线。图 9-2 开环直流调速系统仿真模型图 9-3 开环直流调速系统转速、电流和转矩曲线 10. 单闭环有静差转速负反馈调速系统仿真 图 10-1 单闭环有静差直流调速系统由给定环节、速度调节器、脉冲触发器、晶闸管整 流桥、平波电抗器、直流电动机、速度反馈环节等部分组成。M+-UdLTGRP1RP2UctIdUnR0R0R1Rba1 -+U*n+-图 10-1 单闭环有静差转速负反馈调速系统电气原理图要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示转速、电流和转

25、矩曲线。图 10-2 单闭环有静差转速负反馈调速系统仿真模型图 10-3 单闭环有静差转速负反馈调速系统电气转速、电流和转矩曲线2011. 单闭环无静差转速负反馈调速系统仿真 图 11-1 单闭环无静差直流调速系统由给定环节、速度调节器、脉冲触发器、晶闸管整 流桥、平波电抗器、直流电动机、速度反馈环节、限流环节等部分组成.M+-UdLTGRP1RP2UctIdUnR0R0R1Rba1 -+U*n+-VTVZTA Ui+图 11-1 单闭环无静差转速负反馈调速系统电气原理图要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示转速、电流和转矩曲线。图 11-2

26、 单闭环无静差转速负反馈调速系统仿真模型图 11-3 单闭环无静差转速负反馈调速系统转速、电流和转矩曲线 12. 双闭环直流调速系统仿真 图 12-1 双闭环直流调速系统，主电路由交流电源、脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波 电抗器、直流电动机等部分组成，控制电路包括：给定环节、速度调节器 ASR、电流调节 器 ACR、限幅器、反相器、电流反馈环节、速度反馈环节等。M+-UdLTGUctIdGT-U*n+TAACRASR-UnUnUiU*iUi图 12-1 转速电流双闭环直流调速系统电气原理图要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示转速、电流和转矩

27、曲线。图案 12-2 转速电流双闭环直流调速系统仿真模型21图 12-3 转速电流双闭环直流调速系统转速、电流和转矩曲线13. 开环 PWM 可逆直流调速系统仿真MPWM调制和驱动UsVT1VT2VT3VT4VD1VD2VD3VD4I1i2Ub1Ub2Ub3Ub4Ub1Ub2Ub4Ub3UctU图 13-1 直流 PWM-M 系统主电路要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3 观察仿真结果，显示转速、电流和转矩曲线。图 13-2 开环直流 PWM-M 调速系统仿真模型图 13-3 开环直流 PWM-M 调速系统转速、电流和转矩曲线（正转）图 13-4 开环直流 P

28、WM-M 调速系统转速、电流和转矩曲线（反转）图 13-3 开环直流 PWM-M 调速系统触发信号 Ug、电机电枢电压 Ua 波形 14. 单闭环 PWM 可逆直流调速系统仿真M+TGUct-U*n+TAASR-UnUnUPWDLDGDPWMGMFA图 14-1 单闭环控制的脉宽调速系统原理图要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3 观察仿真结果，显示转速、电流和转矩曲线。22图 14-2 单闭环控制的脉宽调速系统仿真模型图 14-3PWM 发生器模型子系统图 14-4 单闭环控制的脉宽调速系统转速、电流和转矩曲线15. 双闭环直流脉宽可逆调速系统仿真M+TGUc

29、t-U*n+-TAACRASR-UnUnUiU*iUiUPWDLDGDPWMGMFA图 15-1 双闭环控制的脉宽调速系统原理图要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示转速、电流和转矩曲线。图 15-2 双闭环控制的脉宽调速系统仿真模型图 15-3 双闭环控制的脉宽调速系统转速、电流和转矩曲线 16单闭环交流电动机调压调速系统仿真ASRMTG+-U*nUnUctGTVVC图 16-1 单闭环交流电动机调压调速系统原理图要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示电流、转速和转矩曲线。图 16-2 单

30、闭环交流电动机调压调速系统仿真模型图 16-3 单闭环交流电动机调压调速系统电流、转速和转矩曲线23图 16-4 单闭环交流电动机调压调速系统定子磁链轨迹17绕线转子异步电动机双闭环串极调速系统仿真TGM 3ASRACRGTTIUILdTAURU*nUnU*iUi +-图 17-1 绕线转子异步电动机双闭环串极调速系统原理图要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示电流、转速和转矩曲线。图 17-2 绕线转子异步电动机双闭环串极调速系统模型图 17-3 绕线转子异步电动机双闭环串极调速系统电流曲线图 17-4 绕线转子异步电动机双闭环串极调速系统

31、转速曲线 18. 转速开环恒压频比的交流调速系统仿真ttUf*f(t)fUU/f曲线工作频率升降速时间电压补偿PWM发生器驱动电路DCV1V3V5V4V6V2D1D3D5D4D6D2UV WM通用型三相PWM逆变器的主电路原理图PWM变频变压的基本控制原理图图 18-1 转速开环恒压频比的交流调速系统要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示电流、转速和转矩曲线。图 18-2 转速开环恒压频比的交流调速系统仿真模型图 18-3 转速开环恒压频比的交流调速系统电流、转速和转矩曲线图 18-4 转速开环恒压频比的交流调速系统电流、转速和转矩曲线（放大）2419. SPWM 内置波仿调速系统真 原理图见图 18-1 要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示电流、转速和转矩曲线。图 19-1 SPWM 内置波调速系统仿真模型图 19-2 SPWM 内置波调速系统电流、转速和转矩曲线20. SPWM 外置波调速系统仿真 原理图见图 18-1. 要求：1.系统的建模和模型参数设置。2.控制电路建模和模型参数设置。3.观察仿真结果，显示电流、转速和转矩曲线。图 20-1 SPWM 外置波调速系统仿真模型图 20-1 SPWM 外置波调速系统电流、转速和转矩曲线