交流電力牽引系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)二 交流電力牽引系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解交流傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，調(diào)速特性及其對(duì)電網(wǎng)的影響；2.了解脈沖整流器的原理和控制方法；3.了解交流牽引系統(tǒng)牽引和制動(dòng)原理和不同的控制方法；4.了解交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)方法；5.了解交流傳動(dòng)和直流傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.脈沖整流器和逆變器牽引和制動(dòng)原理驗(yàn)證；2.交流傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的諧波和無功污染分析；三實(shí)驗(yàn)原理及線路1交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理 交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。圖2-1 交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖從圖中可見，交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要由整流器、逆變器和中間直流環(huán)節(jié)三大部分組成。整流器為脈沖整流器（也稱四象限整流器），作用

2、是將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流，同時(shí)通過控制脈沖整流器的輸入側(cè)電壓，使輸入脈沖整流器的電流與電網(wǎng)電壓同相位，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)為1的目的，從而使整個(gè)交直交牽引控制系統(tǒng)滿足電網(wǎng)諧波和功率因數(shù)的要求。中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)為電容儲(chǔ)能，為逆變器提供支撐直流電壓，此類型的交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)也叫做電壓型交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。逆變器為三相電壓型逆變器，采用矢量控制方法，將直流電變換成電壓和頻率均可調(diào)的交流電，為感應(yīng)電機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的各種工況的運(yùn)轉(zhuǎn)。詳細(xì)工作原理見教材相關(guān)章節(jié)。2實(shí)驗(yàn)線路 交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)電氣系統(tǒng)原理圖如圖2-2所示。包括：配電柜、控制臺(tái)、交直交傳動(dòng)柜和電動(dòng)機(jī)組。配電柜為整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供主電路、輔助

3、電路電源及控制電源。交直交傳動(dòng)柜和交流電動(dòng)機(jī)共同完成交流傳動(dòng)的模擬控制，控制臺(tái)完成對(duì)交直交傳動(dòng)柜的控制。在控制臺(tái)內(nèi)設(shè)有中央控制單元ccu，在交直交傳動(dòng)柜內(nèi)設(shè)有交流傳動(dòng)控制單元dcu2，這兩個(gè)單元構(gòu)成整個(gè)交直交實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)采用modbus現(xiàn)場(chǎng)總線。圖2-2 交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)電氣系統(tǒng)原理圖ccu-中央控制單元 dcu2-交流傳動(dòng)控制單元具體的實(shí)驗(yàn)線路主電路和交流輔助電路如圖2-3所示。主電路采用電壓型交直交變頻電路，包括脈沖整流器u1，牽引逆變器u2，中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)支撐電容c1c4，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)m以及連接電抗器ul1等。輔助電路包括交流輔助電路和直流輔助電路兩部分。其中交流輔助電

4、路主要為牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中的輔助系統(tǒng)提供電源，包括一個(gè)輔助變流器ur，單相輔助風(fēng)機(jī)mf1、mf2，三相輔助通風(fēng)機(jī)m511等。直流輔助電路主要是24v直流電源、蓄電池等，用于ccu和dcu2的電源供圖2-3 交直交牽引傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主電路和輔助電路圖u1-脈沖整流器 u2-逆變器 ul1-連接電抗器 c1,c2,c3,c4-支撐電容 r-放電電阻 r401-充電電阻 km401-四象限主接觸器km402-充電接觸器 mf1,mf2-輔助風(fēng)機(jī) km403-風(fēng)機(jī)接觸器 kz1,kz2-散熱器過熱保護(hù)器 ur-輔助變流器 m511-輔助通風(fēng)機(jī)pv1-交流輸入電壓指示表 pv2-中間電壓指示表 pv3-交流輸

5、出電壓指示表 tv1-交流輸入電壓傳感器 tv2-四象限輸出電壓傳感器 tv4,tv5-交流輸出電壓傳感器ta1交流輸入電流傳感器 ta2,ta3-交流輸出電流傳感器 kj1、kj2、kj3-接觸器動(dòng)作指令信號(hào) qa401-輔助風(fēng)機(jī)手動(dòng)空氣開關(guān) 給。具體實(shí)驗(yàn)線路見圖2-4所示。系統(tǒng)中的各種開關(guān)、接觸器和傳感器的信號(hào)進(jìn)入交直交傳動(dòng)柜，并通過modbus網(wǎng)絡(luò)傳給控制臺(tái)完成各種控制。圖2-4 直流輔助電路圖ccu-中央控制單元 dcu2-交流傳動(dòng)控制單元 qa106-蓄電池充電斷路器 qa108-交直交傳動(dòng)柜控制電源斷路器 qa109-控制臺(tái)控制電源斷路器四實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1交直/交直交牽引傳動(dòng)綜合實(shí)

6、驗(yàn)臺(tái)2雙蹤示波器3萬用表4fluke-f43b 電能質(zhì)量分析儀五實(shí)驗(yàn)方法 1牽引控制a、閉合啟動(dòng)開關(guān)，主控單元dcu2接到命令后，首先閉合四象限主接觸器km401，進(jìn)入充電環(huán)節(jié)，此時(shí)充電接觸器km402斷開。在延時(shí)一段的充電時(shí)間后，dcu2通過電壓傳感器tv1進(jìn)行充電電壓檢測(cè)，充電電壓達(dá)到設(shè)定值后，主控單元dcu2閉合充電接觸器km402切除充電電阻r401，完成充電過程。用萬用表記錄充電電壓值。b、選擇控制臺(tái)上交流電機(jī)的“向前/向后選擇開關(guān)”到向前位置，旋轉(zhuǎn)“啟動(dòng)”開關(guān)到右，啟動(dòng)四象限變流器，當(dāng)中間直流電壓為600v時(shí)，選擇“牽引/制動(dòng)選擇開關(guān)”到牽引工況。此時(shí)電機(jī)開始低速轉(zhuǎn)動(dòng)。 c、右旋力

7、矩電位器，通過dcu2分別調(diào)節(jié)四象限整流器與牽引逆變器的控制環(huán)節(jié)，改變電動(dòng)機(jī)端電壓與頻率，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)轉(zhuǎn)速到25003000rpm.d、用示波器記錄電動(dòng)機(jī)的線電壓(2263,2273)和線電流波形及電機(jī)電壓的輸入頻率。用電能質(zhì)量分析儀測(cè)量交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入側(cè)電壓和電流波形。注意電壓和電流的相位關(guān)系，并記錄在報(bào)告上。用電能質(zhì)量分析儀分析系統(tǒng)輸入電流的諧波以及系統(tǒng)的功率因數(shù)并記錄。（電能質(zhì)量分析儀黑表筆接xz401,紅表筆接xz402，電流鉗接xz401）e、啟動(dòng)直流電機(jī)。方向選擇開關(guān)與交流電機(jī)一致，“工況選擇開關(guān)”為制動(dòng)位置，右旋“啟動(dòng)”旋鈕，調(diào)節(jié)力矩電位器，改變直流電機(jī)

8、的勵(lì)磁電壓和電樞電壓，使直流電機(jī)勵(lì)磁為77a，電樞電流此時(shí)大約為50a。記錄此時(shí)電機(jī)的線電壓和線電流波形，以及電機(jī)端電壓、頻率及轉(zhuǎn)速數(shù)值。同時(shí)記錄系統(tǒng)輸入側(cè)的電壓和電流波形，分析諧波和功率因數(shù)。f、停車。左旋直流電機(jī)的力矩電位器到頭，分?jǐn)嘀绷麟姍C(jī)的方向、工況和啟動(dòng)開關(guān)，左旋交流電機(jī)的力矩電位器到頭，分?jǐn)嘟涣麟姍C(jī)的方向，工況和啟動(dòng)開關(guān)，電機(jī)停止。2制動(dòng)狀態(tài)a、閉合啟動(dòng)開關(guān)，主控單元dcu2接到命令后，首先閉合接觸器km401，進(jìn)入充電環(huán)節(jié)。在延時(shí)一段的充電時(shí)間后，dcu2通過電壓傳感器tv401進(jìn)行充電電壓檢測(cè)，充電結(jié)束后，主控單元dcu2閉合接觸器km402切除充電電阻，完成充電過程。b、旋轉(zhuǎn)

9、“向前/向后選擇開關(guān)”到向前位置，“牽引/制動(dòng)選擇開關(guān)”到制動(dòng)工況。 c、旋轉(zhuǎn)力矩電位器，通過dcu2分別調(diào)節(jié)四象限整流器與牽引逆變器的控制環(huán)節(jié)，改變電動(dòng)機(jī)端電壓與頻率，也就改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。記錄電動(dòng)機(jī)的線電壓和線電流波形。測(cè)量交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入側(cè)電壓和電流波形。用電能質(zhì)量分析儀分析系統(tǒng)輸入電流的諧波以及系統(tǒng)的功率因數(shù)并記錄。d、啟動(dòng)直流電機(jī)。選擇方向與交流電機(jī)一致，工況開關(guān)到牽引，右旋“啟動(dòng)開關(guān)”，右旋力矩電位器，調(diào)節(jié)直流電機(jī)電樞電流到77a。記錄輸入電流的諧波以及系統(tǒng)的功率因數(shù)。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1整理，描繪實(shí)驗(yàn)中記錄的各種數(shù)據(jù)、波形，并標(biāo)出幅值與寬度。注意對(duì)于交直交系統(tǒng)輸入側(cè)的電壓和電