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远程实境实验之三相异步电机负荷特性研究
发布人:马学条  发布时间:2020-08-24   动态浏览次数:10

  

远程实境实验之三相异步电机负荷特性研究

  

陈龙

(杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州)

本成果受2020年浙江省教育科学规划“疫情与教育”专项课题资助,课题编号:2020YQJY490


面对新型冠状病毒肺炎疫情,为确保广大师生生命安全和身体健康,最大限度阻断疫情传播扩散渠道,杭州电子科技大学中墨联合远程实验中心积极相应教育部“停课不停学”号召,开通了“远程实境实验”平台,为校内外师生提供实验预约、在线实验和教学服务,减少疫情对实践教学的影响。

 “远程实境实验”平台由远程实验终端、服务器、实验界面、实境实验端四部分组成,如图1所示。平台可24小时全天候开放运行,学生通过网络远程控制真实实验设备,并通过实验界面实时获取实验数据,使得学生在异地场景也能在线完成实物实验。

1“远程实境实验”平台结构组成

 “远程实境实验”平台教学目的如下:

1)开设高阶性、创新性、挑战度的实验教学项目;

2)通过信息化教学,着重培养学生解决复杂工程问题的能力;

3)通过远程实验消除现场操作面临的部分安全隐患。

本文将以综合创新实验中的:

基于远程实境实验平台进行三相异步电机负荷特性研究,完成频谱分析、相位检测、矢量合成等高阶性实验设计,引导学生探究不同负荷下三相异步电机电压与电流之间相位变化的本质原因,加深其对正弦交流电知识的理解和掌握。

一、 实验平台

三相异步电机远程实境实验平台如图2所示,配备了与真实工程环境中完全相同的三相交流变频电源、直流可调电源、工业级数据采集设备- Compact DAQ、扭矩仪、三相交流电机、他励直流电机、网络摄像头等。

2 三相异步电机远程实境实验平台

三相异步电机远程实境实验平台实验界面如图3所示,进行三相异步电机起动方式选择时,学生可根据实验要求对电机的绕组进行星形、三角形电路连接设计;进行固有机械特性测定时,可通过他励直流电机实现负载转矩的调节;进行负荷特性分析时,可进行相位检测、矢量合成、频谱分析等高阶性实验设计。

3 三相异步电机远程实境实验平台实验界面

二、远程实境实验准备

登陆杭州电子科技大学中墨联合远程实验中心网站,通过实验预约窗口,进行实验时间段选择和预约,如图4所示。

4 三相异步电机远程实境实验平台实验预约界面

在预约时间内,打开客户端“Remote Laboratory”,如图5所示,登录账号并选择实验台位和网络连接方式。

5 “Remote Laboratory”界面

三、负荷特性研究在线实验

1、三相异步电机星形、三角形起动电路设计

点击实验界面右下角“E.Diagram”按钮,打开控制电路设计窗口,可选择Simple(基础设计)和Matrix(进阶设计)两种设计方式,控制电路设计界面如图6所示。

6 三相异步电机起动电路设计

在控制电路设计界面,选择进阶设计方式,将三相绕组设计成星形或三角形接法,三相异步电机星形起动电路接线原理框图如图78所示。


7 三相异步电机星形起动电路接线原理


8 三相异步电机三角形起动电路接线原理

2、三相异步电机稳态运行的相量分析

点击左侧导航栏的“Time”按钮,打开三相异步电机电压及电流观测界面,如图9所示。分别从视频监控系统和电压及电流观测界面读取三相异步电机线、相电压及线、相电流的数值,并进行记录。

9 三相异步电机电压及电流观测界面

点击左侧导航栏的“Frequency”按钮,打开三相异步电机电压及电流频谱特性观测界面,如图10所示。调节三相交流电源的输出频率分别为30Hz35Hz时,观察A相绕组的电压、电流频谱变化情况;并分析引起电流频谱存在多个谐波的可能因素。

10 三相异步电机频谱特性观测界面

点击左侧导航栏的“Phases”按钮,打开三相异步电机三相电压及电流相位观测界面,如图11所示。打开直流电源,调节旋钮使输出电压在0-200 V范围内变化,观察不同负载下的电压值、电流值和相位,并分析引起数值变化的内在因素。

11 三相异步电机远程相位观测界面

点击左侧导航栏的“Vectors”按钮,打开三相异步电机三相合成矢量观测界面,如图12所示。在不同负载下,观察合成电压、合成电流及合成磁通量,并分析三相合成矢量是一个旋转量的原因。

12 三相异步电机矢量合成测量界面

3、三相异步电机功率测量与负荷特性分析

点击左侧导航栏的“Power”按钮,如图13所示。调节直流电源旋钮使输出电压由0-200 V范围内变化,观察有功功率、无功功率和视在功率数值,并分析各功率与电机负荷大小的相互关系。

13 三相异步电机功率因数特性测量界面

点击左侧导航栏的“Torque”按钮,如图14所示。打开交流电源“AC Power Source”,设定其电压为220 V、输出频率为50Hz;打开直流电源“DC Field Voltage”,调节旋钮使励磁电压UF0-250 V范围内变化。按表1要求记录三相异步工作电流I、转矩T、输出功率P的数值,并计算电机效率η

14 三相异步电机负荷特性测量界面

1 三相异步电机负荷特性测量表

UFV

0

50

100

150

200

250

IA

TN .m

PW

η%

4、实验数据分析

通过调节直流电动机励磁电压的大小,改变三相异步电机的加载负荷,记录不同负荷下电流、转矩、输出功率的数值,实验测量数据如表2所示。

2 三相异步电机负荷特性测量数据

UFV

0

50

100

150

200

250

IA

1.21

1.23

1.26

1.32

1.40

1.48

TN .m

0.09

0.28

0.54

0.86

1.15

1.40

PW

15

44

85

131

174

211

η%

17

38

54

63

68

71

根据表2数据,绘制三相异步电机负荷特性图,如图15所示。


15 三相异步电机负荷特性图

后记:

将信息化技术深度应用于实验教学中,通过三相异步电机负荷特性研究远程实境实验,有效地拓展了教学的时空领域,学生可随时随地在线预约实验,开展各类电机运转控制电路设计、测试、研究等工作。同时,远程实境实验平台配置了高清摄像机、拾音设备,让远程学习者有身临其境的体验,了解实验过程细节及实验结果。