【文章內(nèi)容簡介】 工作曲線的其他有關(guān)數(shù)據(jù)。 對于不能直接顯示被試電動機(jī)輸出機(jī)械功率的負(fù)載設(shè)備或不論采用何種負(fù)載設(shè)備但效率要求采用間接測定的（或稱為損耗分析法），負(fù)載試驗(yàn)的目的則是為準(zhǔn)確得被試電動機(jī)的效率、功率及轉(zhuǎn)差率等而測取一些有關(guān)數(shù)據(jù)，一般為若干組定子電流、三相輸入功率、轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)速）、定子電阻等。 試驗(yàn)方法 被試電機(jī)通過聯(lián)軸器與直 流電機(jī)連接。當(dāng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)動的時(shí)候，帶動直流電動機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，從而產(chǎn)生輸出電壓，直流發(fā)電機(jī)反饋到設(shè)備區(qū)的直流電動機(jī)上或可控硅直流電源上，由于直流發(fā)電機(jī)消耗能量，所以在發(fā)電機(jī)軸上就產(chǎn)生一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 如果增加直流發(fā)電機(jī)的勵磁，則發(fā)電機(jī)的磁極的磁性將增強(qiáng)，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速不便的情況下 E=Ceφn，發(fā)電機(jī)的輸出電壓將增加，消耗在設(shè)備區(qū)直流電源上的功率也就相應(yīng)增加，從而負(fù)載的轉(zhuǎn)矩也就增加，所以通過改變直流發(fā)電機(jī)的勵磁來改變電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 小。 測試應(yīng)該在被試電機(jī)接近熱狀態(tài)下進(jìn)行，以直流發(fā)電機(jī)作為負(fù)載，在額定功率和額 定頻率，改變負(fù)載，在 ～ 倍額定功率范圍內(nèi)測取 6～ 8 點(diǎn)讀數(shù)，每點(diǎn)同時(shí)測量 :三相電壓，三相電流，輸入功率，功率因數(shù)，轉(zhuǎn)差率，輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)差率實(shí)際上是通過測出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，由式 (24)計(jì)算出來的。 S=(nsnr)/ns (24) 式中 : ns定子磁場的轉(zhuǎn)速 (r/Min)。 nr轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速 (r/Min)。 ns =60f/p。f電源頻率 Hz。 p電機(jī)極對數(shù)。 功率因數(shù) :電機(jī)的功率因數(shù)可以按式 (25)確定 : ?cos =P1/(3U1I1) (25) 式中 : P1輸入功率 W。 U1線電壓 V。 I1定子線電流 A。 但是通常采用兩瓦特表法，可用式 (26)校核由上面的計(jì)算公式得到功率因數(shù)值 : ?cos =1/ 22121 )]/()[(31 WWWW ??? (26) 其中 W1， W2為兩個瓦特表的測量值。 若兩種計(jì)算公式計(jì)算出來的結(jié)果相差不大于 1%，則表明結(jié)果是正確的。在此測試 系統(tǒng)中，功率因數(shù)是直接從功率分析儀中直接讀取。 如果限于設(shè)備對立式和 3O0kW 以上的電動機(jī)或大于 8 極、 2OOkW 以上的電動機(jī)，允許按照相關(guān)的圓圖法或等值電路法求取額定功率時(shí)的工作特性。 由以上介紹可以看到，要進(jìn)行溫升試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn)是必須要配備相關(guān)的試驗(yàn)設(shè)備，下面介紹試驗(yàn)用交流電源的相關(guān)內(nèi)容。 對試驗(yàn)用交流電源的要求 試驗(yàn)用交流電源設(shè)備包括電力變壓器、調(diào)壓器、交流發(fā)電機(jī)組等，它們又可分為單相和三相、電壓固定或可調(diào)、單頻率、多頻率和可調(diào)頻率、工頻、中頻等多種類型。 選用時(shí)，除按使用要求選擇設(shè)備額定容量等 有關(guān)性能參數(shù)外，還有兩個不易直接測量到的指標(biāo) 諧波電壓因數(shù)和三相電源的對稱性應(yīng)予以考慮。 對諧波電壓因數(shù)的要求 正弦交流電的諧波電壓因數(shù)又稱為 HVF 值，其求取公式是 HVF= ?nn2U （ 31） 式中 Un以額定電壓 UN為基的 n 次 諧波 電壓的標(biāo)幺值； 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 n諧波 次數(shù)，對三相電源不包括 3 及 3 的倍數(shù)。通常取 n≤ 13。 諧波 電壓因數(shù)可通過示波器測得各次 諧波 后，再由式（ 31）求得，也可利用專用的測量儀器直接測得。 對用于 電機(jī)試驗(yàn)的正弦交流電源，在進(jìn)行電機(jī)溫生試驗(yàn)時(shí)， HVF 應(yīng)不大于 ；其他試驗(yàn)， HVF 應(yīng)不大于 。 電機(jī)試驗(yàn)電源的分類 電力變壓器 電力變壓器是將電網(wǎng)輸送的高壓電轉(zhuǎn)換成常用低壓電的電源設(shè)備 ,有單相和三相、干式和油浸、自冷和風(fēng)冷之分。 試驗(yàn)電源變壓器就是電力變壓器，如果專為試驗(yàn)站設(shè)置一個電源變壓器，則應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)站的環(huán)境條件、試驗(yàn)設(shè)備的總?cè)萘恳约笆褂寐实纫蛩貙ψ儔浩鬟M(jìn)行選擇。這里最主要的是參考做為試驗(yàn)主要電源設(shè)備之一的調(diào)壓器的額定容量來選擇。一般情況下，電力變壓器的容量大對試驗(yàn)本身來 講是有利的，但容量過大就會帶來設(shè)備投資大、運(yùn)行損耗高等不利問題。通常電力變壓器的額定容量應(yīng)為調(diào)壓器容量的 1～ 倍。 三相感應(yīng)調(diào)壓器 在電機(jī)試驗(yàn)電源設(shè)備中，三相感應(yīng)調(diào)壓器是最常用的主要設(shè)備。在試驗(yàn)中，被試電機(jī)的三相電源一般直接來自它的輸出端，所以它的性能好壞將直接影響被試電機(jī)測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度。 選擇電機(jī)試驗(yàn)用三相調(diào)壓器主要考慮以下三方面的因數(shù)； （ 1）試驗(yàn)電機(jī)的最大容量（或額定電流）。其與三相調(diào)壓器的額定容量和最大負(fù)載電流的關(guān)系見表 31； （ 2）被試電機(jī)的額定電壓 UN，調(diào)壓器最高電壓應(yīng) ≥ ，最低電壓應(yīng)≤ 。 （ 3）電壓波形的諧波因數(shù)及三相電壓對稱性應(yīng)符合電機(jī)試驗(yàn)的要求。 表 31 三相調(diào)壓器的試驗(yàn)?zāi)芰?[調(diào)壓比為 380/（ 0～ 650） 三相調(diào)壓器 試驗(yàn)電機(jī)最大容量（三相異步電動機(jī)）（ kW） 額定容量 （ kVA） 最大負(fù)載電流（ A） 溫升及負(fù)載試驗(yàn) 滿壓堵轉(zhuǎn)試驗(yàn) 100 50 40 13 160 142 63 17 200 178 90 25 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 250 222 110 30 400 355 160 50 630 560 250 75 1000 890 400 125 交流單頻率發(fā)電機(jī)組 交流單頻率發(fā)電機(jī)組分工頻 (50HZ)、 60 HZ和中頻（ 400、 500、 1000 HZ）三種。 工頻機(jī)組常用于電網(wǎng)三相電壓經(jīng)常波動、嚴(yán)重不平衡或波形正弦性畸變率較大的場合，同時(shí)也可做為可調(diào)壓電源使用。它可由一臺由電網(wǎng)供電的電動機(jī)（異步機(jī)或同步機(jī)，同步機(jī)較好，異步機(jī)則應(yīng)選用轉(zhuǎn)差率在 1%以下者）拖動一臺同極數(shù)的同步發(fā)電機(jī)組成。發(fā)電機(jī)他勵或自勵。 60 HZ機(jī)組主要 用于做 60 HZ電機(jī)試驗(yàn)的電源。性能較好的是用一臺由 50HZ電網(wǎng)供電的 10 極同步電動機(jī)同軸拖動一臺 12 極同步發(fā)電 機(jī)組成的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)他勵。這種機(jī)組輸出電壓頻率比較穩(wěn)定。 中頻發(fā)電機(jī)組是中頻電動機(jī)電器的專用電源，在低壓大容量電機(jī)繞組進(jìn)行匝間耐電壓試驗(yàn)時(shí)也有應(yīng)用。中頻電源恩 400、 500、 1000HZ 三個檔次。電動機(jī)也有同步電動機(jī)、直流電動機(jī)和異步電動機(jī)三種，第一種最好。 交流變頻發(fā)電機(jī)組 (簡稱變頻機(jī)組 ) 交流變頻發(fā)電機(jī)組可用做不同頻率電動機(jī)的試驗(yàn)電源 ,但其主要用途是在對拖法做溫生和負(fù)載試驗(yàn)時(shí)作陪試電機(jī) (負(fù)載電機(jī) )的變頻電源。它輸出的交流電的頻率可在被試電機(jī)額定頻率的 80%～ 120%范圍內(nèi)調(diào)整，電壓可在陪 試電機(jī)額定電壓的 20%～ 130%范圍內(nèi)調(diào)整。專用陪試電機(jī)調(diào)頻電源時(shí)，其輸出電壓的正弦性畸變率可放寬一些要求。 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 變頻機(jī)組硬件設(shè)計(jì) 變頻機(jī)組的組成 “ 四機(jī)組 ” 變頻電源機(jī)組 用于中小容量電機(jī)試驗(yàn)的變頻機(jī)組可由四臺電機(jī)組成 ,由一臺由電網(wǎng)供電的交流同步(或異步 )電動機(jī)同軸拖動一臺直流電機(jī) ,再用一臺直流電機(jī)拖動一臺交流他勵同步發(fā)電機(jī)組成兩個半套機(jī)組 ,然后 ,兩臺直流電機(jī)進(jìn)行電的連結(jié)。兩臺直流機(jī)構(gòu)為他勵，如圖 31 所示。 圖 31 四臺電機(jī)組成的變頻機(jī)組 “兩機(jī)組”變頻電 源機(jī)組 由一臺由電網(wǎng)電源供電的無級調(diào)速異步電動機(jī)拖動一臺他勵同步發(fā)電機(jī)組成的變頻電源機(jī)組，簡稱“兩機(jī)組”變頻機(jī)組。 無級調(diào)速電機(jī)可采用三相換向器電動機(jī)和其他調(diào)速范圍在 80%～ 100%同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以內(nèi)的調(diào)速電動機(jī)。 兩機(jī)組變頻機(jī)組設(shè)備投資少，使用也很方便，但它一般只能發(fā)出小于被試電機(jī)額定頻率的電壓，所以只能做溫升和負(fù)載試驗(yàn)時(shí)陪試電機(jī)的電源。 變頻機(jī)組的運(yùn)行 本設(shè)計(jì)課題主要采用變頻機(jī)組中的“四機(jī)組”變頻機(jī)組作為電源來進(jìn)行電機(jī)試驗(yàn)。 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 32 用變頻發(fā)電機(jī)組做陪試電機(jī)電源的試驗(yàn)線路 變頻機(jī)組作 為試驗(yàn) 電源的優(yōu)缺點(diǎn) 作為電機(jī)試驗(yàn)的試驗(yàn)電源，變頻機(jī)組與其他試驗(yàn)電源相比有以下優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：用變頻電源供電的反饋加載法調(diào)節(jié)方便、平穩(wěn)、陪試電機(jī)和被試電機(jī)同型號時(shí)，可方便地“換位”可節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間，節(jié)約電能。 缺點(diǎn)：但設(shè)備較多，造價(jià)高。在用大容量機(jī)組試驗(yàn)小電機(jī)時(shí)，會造成“大馬拉大車”而浪費(fèi)能源另外機(jī)組占用場地大。 變頻機(jī)組運(yùn)行中 同步電機(jī)的起動 在 變頻 機(jī)組中，同步電動機(jī)與直流發(fā)電機(jī)共軸，通過其旋轉(zhuǎn)帶動直流發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，在控制線路的設(shè)計(jì)中，同步電動機(jī)的啟動問題是同步電動機(jī)電氣控制設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，只有較好的 解決的啟動問題，才能為整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工作打下良好的基礎(chǔ)。 同步電動機(jī)的起動 同步電機(jī)僅在同步轉(zhuǎn)速時(shí)才能產(chǎn)生恒定的同步電磁轉(zhuǎn)矩。起動時(shí)若把定子直接投入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子加上直流勵磁，則定子旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子磁場靜止不動，定、轉(zhuǎn)子磁場之間具有相對運(yùn)動，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩快速地正、負(fù)交變，平均轉(zhuǎn)矩為零，電機(jī)不能自動起動。因此，要把同步電動機(jī)起動起來，必須借助于其他方法。 多數(shù)同步電動機(jī)都用異步起動法來起動。為此，在電動機(jī)的主極極靴上裝設(shè)籠型起動繞組（類似于感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的籠型繞組）。 同步電動機(jī)異步起動時(shí)的線路圖如圖 33 所示。 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 33 同步電動機(jī)異步起動時(shí)的線路圖 起動時(shí)，先把勵磁繞組接到限流電阻，然后把定子繞組接到三相交流電網(wǎng)。這樣，依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子起動繞組中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的異步電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)便能起動起來。待轉(zhuǎn)速上升到接近于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再將勵磁電流接入勵磁繞組，使轉(zhuǎn)子建立主磁場；此時(shí)依靠定、轉(zhuǎn)子磁場相互作用所產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩，再加上凸極效應(yīng)所引起的磁阻轉(zhuǎn)矩，通常便可將轉(zhuǎn)子牽入同步。一般來講，負(fù)載越輕，加入直流勵磁時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率越小，就越易進(jìn)入同步。 起動繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn) 矩 Te（起動） 類似感應(yīng)電動機(jī)的異步電磁轉(zhuǎn)矩，如圖 44 所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到 （即轉(zhuǎn)差率 s=）時(shí)，起動繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩值稱為牽入轉(zhuǎn)矩。起動時(shí)，要求起動轉(zhuǎn)矩 Tst大，牽入轉(zhuǎn)矩 Tpi也要大。 異步起動時(shí)，勵磁繞組不能開路，否則定子旋轉(zhuǎn)磁場會在匝數(shù)較多的勵磁繞組中感應(yīng)出高電壓，易使勵磁繞組擊穿或引起人身事故。但也不能直接短路，否則勵磁繞組（相當(dāng)于一個單相繞組）中的感應(yīng)電流與氣隙磁場相作用，會產(chǎn)生顯著的“單軸轉(zhuǎn)矩” Te(單軸 )，使合成電磁 Te轉(zhuǎn)矩在 附近產(chǎn)生明顯的下凹（見圖 34），使重載起 動時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速停滯在 附近而不能繼續(xù)上升。為減少單軸轉(zhuǎn)矩，可在勵磁繞組內(nèi)接入一個限流電阻，其阻值約為勵磁繞組本身電阻的 5～ 10 倍。 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 34 同步電動機(jī)異步起動時(shí)的線路圖 這里設(shè)計(jì)的同步電機(jī)起動方法如下： 圖 35 中我們可以看到線路采取在電動機(jī)定子側(cè)用自耦變壓器降壓啟動，轉(zhuǎn)子部分則為按頻率原則加入勵磁，勵磁電源由直流發(fā)電機(jī)供給。 線路組成：極性繼電器、時(shí)間繼電器、過電流繼電器、交流接觸器等。 保護(hù)：降壓啟動沒有聯(lián)鎖保護(hù)，過電流繼電器則作過載保護(hù)。 同步電動機(jī)的啟動：合上 QF QF2，按上啟動按 鈕 SB2 同步電動機(jī)的停車：按動按鈕 SB1 圖 35 同步電動機(jī)起動設(shè)計(jì) 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第四章 PLC與上位機(jī)的通信 概述 早期的 PLC 主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)繼電接觸器的邏輯控制。隨著控制技術(shù)的發(fā)展及微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，其功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制范圍，使得 PLC 迅速滲透到工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，包括從單機(jī)自動化到工廠自動化，從機(jī)器人、柔性機(jī)械制造系統(tǒng)到工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)。 新一代的各類 PLC 都具有很強(qiáng)的通訊功能，它既能對遠(yuǎn)程的 I/O 進(jìn)行控制，又可實(shí)現(xiàn)PLC 和 PLC, PLC 和計(jì)算機(jī)之間的通信。通過二者的通信連接，可使 PLC 與計(jì)算機(jī)的功能互補(bǔ)， PLC 在控制方面可靠、方便，而計(jì)算機(jī)在圖形顯示、數(shù)據(jù)處理、打印報(bào)表以及中文顯示等方面有很強(qiáng)的功能。因此各 PLC 制造廠商紛紛開發(fā)出適合自己公司的各種型號PLC 與計(jì)算機(jī)通信的模塊。其中三菱電機(jī)率先開發(fā)了 MELSECNET 網(wǎng)絡(luò)，隨著集散控制及網(wǎng)絡(luò)化控制不斷普及，工業(yè)控制要求的不斷提高，傳統(tǒng)的 PLC 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展己成為趨勢。上位機(jī)與 PLC 之間的通訊實(shí)際上是計(jì)算機(jī)與 PLC 的上位連接模塊之間交換命令和響應(yīng)。上位連接模塊 能夠?qū)τ?jì)算機(jī)發(fā)送過來的字符串進(jìn)行分析，檢查資料格式，分析指令代碼。再根據(jù)指令代碼進(jìn)行相應(yīng)操作，并向計(jì)算機(jī)發(fā)出響應(yīng)信號，通知計(jì)算機(jī)已經(jīng)完成的操作或反映出通訊中的錯誤（ FCS 錯誤、代碼錯誤、奇偶校驗(yàn)錯誤）。由于整個系統(tǒng)采用上位機(jī)主動的通信方式， PLC 內(nèi)部不需要用特定的梯形圖編程語言來做下位機(jī)程序。 FX2N 系列 PLC 與計(jì)算機(jī)必須遵從 FXZN 系列 PLC 的特定通信協(xié)議， FX2N 有其自身獨(dú)有的通信幀格式，通信是建立在以 RS232C/RS422C/RS485C 標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的異步雙向通信。 變頻機(jī)組電氣控制 電機(jī)試驗(yàn) 系統(tǒng) 圖