机电传动控制实验指导书newWord格式.docx
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(9)严禁在实验室打闹和聊天。
三、实验内容
直流电机、交流电机方面的实验。
四、说明
本书实验图中的仪表根据实际需要选接或一表多测,不一定要同时全部接入。
附录:
试验装置用电机主要参数一览表
序号
型号
名称
功率
(W)
电压
(V)
电流
(A)
转速(r/min)
励磁电压(V)
励磁电流(A)
备注
1
RTDJ32
直流并励电动机
185
220
1.1
1600
<
0.16
双轴伸
2
RTDJ35
三相鼠笼式异步电动机
90
0.48
1420
△双轴伸
3
RTDJ36
三相绕线式异步电动机
100
220(Y)
0.55
4
RTDJ45
校正直流电动机
355
2.2
1500
0.18
5
RTDJ47-1
测速编码器部件
DC5V电源,500CP/r(60CP/r)
实验一、直流电机认识实验
一、实验目的
1.进行电机实验的安全教育和明确实验的基本要求。
2.认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件。
3.学习他励电机(并励电机接他励方式)的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法。
二、预习要点
1.直流电动机起动的基本要求。
2.直流电动机起动时,为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器?
3.直流电动机起动时,励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置?
为什么?
三、实验项目
1.了解实验装置中电机实验台的直流电机电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、可调电阻器、智能直流电压电流表RTZN02/RTT01、电动机RTDJ32的使用方法。
2.直流他励电动机电枢串电阻起动。
3.改变串入电枢回路电阻或改变串入励磁回路电阻时,观察电动机转速变化情况。
四、实验设备
1.RTZN02智能直流电压表、安培表
2.RTZN12智能转矩、转速、功率表
3.RTT16三相可调电阻器(90Ω)
4.RTT16-1三相可调电阻器(900Ω)
5.RTDJ32直流并励电动机
6.RTDJ45校正过直流电机
7.RTDJ47-1电机导轨、旋转编码器
五、实验说明及操作步骤
1.由实验指导人员讲解电机实验的基本要求,安全操作和注意事项。
介绍实验装置的使用方法。
2.仪表和三相可调电阻器的选择
仪表的量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择。
(1)电压量程的选择
如测量电动机两端为220伏的直流电压,选用RTZN02的直流电压表。
该电压表自动跳变量程,所以不用选择量程。
(2)电流量程的选择
因为额定电流为1.1A,测量电枢电流的电流表可选用RTZN02的直流安培表。
额定励磁电流小于0.16A,电流表选用直流毫安表。
(3)变阻器的选择
变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定。
3.直流他励电动机的起动
实验线路如图2-1所示。
图中M为直流并励电动机,选用RTDJ32,额定功率PN=185W,额定电压UN=220V,额定电流IN=1.1A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN<
0.16A。
MG为校正过直流电机,TG为旋转编码器(或测速发电机)。
直流电压电流表选用RTZN02。
R1选用RTT16两个阻值为90Ω的电阻器串联,作为直流并励电动机的起动电阻。
Rf1选用RTT-16中两个阻值为900Ω电流为0.41A的可调电阻器串联,作为直流并励电动机励磁回路串接的电阻。
接线完毕,把直流电机M与校正过的直流电机MG之间用联轴器直接联接,上紧定位螺丝,由旋转编码器TG配合RTZN12-1(或RTZN12)测量电动机的转速。
实验前应将电枢电压调节旋钮逆时针旋至最小位置,起动后应检查电压是否可调,如发现电压不能调节,应关机检查原因。
4.他励电动机起动和停机步骤
(1)接线时应切断电源。
接好线后检查接线是否正确,电表的极性、量程选择是否合理,励磁回路接线是否可靠。
然后,将起动电阻R1调到最大位置,调节电枢电源调压旋钮反时针旋转到最小位置,作好起动准备。
(2)将电源控制屏上钥匙开关转到开的位置(部分实验台没有锁开关),再按下面板启动按钮。
(3)将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小,打开励磁电源开关,接通励磁电源,使励磁电流量大。
(4)将电枢串联起动电阻R1调至最大,然后打开直流电机电枢电源开关,指示灯亮,电动机接通电枢电源,使电动机正常起动。
电压表和电流表均有读数。
(5)顺时针调节电枢电源调压旋钮,使电动机端电压加到220V。
减小起动电阻R1直至短接,起动完毕。
(6)直流他励电动机停机时,必须先切断电枢电源,然后断开励磁电源,同时必须将电枢串联的起动电阻R1调回到最大值,励磁回路串联的电阻Rn调回到最小值,给下次起动作好准备。
5.调节他励电动机的转速
分别改变串入电枢回路的调节电阻和励磁回路的调节电阻,观察转速变化情况。
6.改变电动机的转向
切断电源,将电枢两端或励磁绕组两端接线对调后,起动电机,观察电动机转向及转速表指针偏转方向。
六、注意事项
1.RTZN02直流电压表、电流表的电源插头,应插到实验台的电源插座中。
2.测量前注意仪表的量程、极性及其接法是否正确和得当,并及时纠正。
七、实验报告
1.画出直流他励电动机电枢串电阻起动的接线图。
说明电动机起动时,起动电阻R1和磁场调节电阻Rf应调到什么位置?
2.增大电枢回路的调节电阻,电机的转速是如何变化?
增大励磁回路的调节电阻,转速又如何变化?
3.用什么方法可以改变直流电动机的转向?
4.为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠?
实验二、直流并励电动机实验
1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。
2.掌握直流并励电动机的调速方法。
1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性?
并励直流电动机的工作特性是指当电机端电压U=常数,励磁电流If=常数时,带负载后,电动机的转速n、力矩T、电流I和效率η与输出功率的关系。
机械特性是指当电机端电压U=常数,励磁电流If=常数时,电动机的电磁转矩T和转速n之间的关系,即n=f(T)
2.直流电动机调速原理是什么
1.工作特性和机械特性
保持U=UN和If=IfN不变,测取n、T2、n=f(Ia)及n=f(T2)。
2.调速特性
(1)改变电枢电压调速
保持U=UN和If=IfN常值,T2=常值,测取n=f(U0)。
(2)改变励磁电流调速
保持U=UN,T2=常值,R1=0,测取n=f(If)。
(3)观察能耗制动过程
1.RTZN02智能直流电压表、电流表
2.RTZN12智能转矩、转速、功率表
3.RTT16三相可调电阻器(90Ω)
4.RTT16-1三相可调电阻器(900Ω)
5.RTDJ32直流并励电机
6.RTDJ45校正过直流电机
7.RTDJ47-1电机导轨、旋转编码器
五、实验线路及操作步骤
1、并励电动机的工作特性和机械特性
1)、按图1接线,其中R2为450Ω,用两个900Ω并联。
不接A1、A4和V2。
2)、打开励磁电源开关,调Rf2使If2=100mA。
3)、关励磁电源开关,拨下A2插线,拨下的两根插线端子接在一起;
接A1。
4)、启动直流并励电动机:
a.Rf2不动;
Rf1调至最小;
打开励磁电源开关。
b.将R1、R2调至最大;
电枢电源调压旋钮反时针旋转到最小;
打开电枢电源开关。
c.顺时针调节电枢电源调压旋钮,使电动机端电压U加到220V;
R1调到最小,起动完毕。
5)、保持U=UN(220V);
调Rf1到最小,记下If=IfN数值;
调R2,使Ia=IaN=1.2A,记下n=nN的数值。
计算:
IN=IaN+IfN=1.2+IfN的数值。
6)、保持U=UN,If=IfN,分6次逐次增大R2直到最大(即逐次减小电动机负载)。
分别测取6次的Ia、n、T2,填于表1中。
7)、电动机停机:
反时针旋转电枢电源调压旋钮到最小,关电枢电源开关;
断开励磁电源;
将R1调到最大,Rf1调到最小,R2调到最大。
Rf2不动。
表1U=UN=VIf=IfN=ARa=Ω
实验资料
Ia(A)
n(r/min)
T2(N.m)
计算资料
I(A)
P2(W)
η(%)
表中Ra对应于环境温度为0℃时电动机电枢回路的总电阻,可由实验室给出。
2.调速特性
(1)、改变电枢端电压的调速
1)、改变R2为900Ω;
调R2到最大。
2)、按五、1、4)步骤启动电动机;
3)、保持U=UN=220V;
调Rf1到最小,记下If=IfN数值;
计算IN=IaN+IfN=1.2+IfN;
计算I=0.5IN;
计算Ia=I-IfN,调R2,得Ia,并记下T2;
4)、保持T2的数值(通过调R2来保持),保持If=IfN,逐次增加R1,使R1从零调至最大值,即逐次降低电枢两端的电压Ua,每次测取电动机的端电压Ua,转速n和电枢电流Ia,共取5-6组资料,记录于表2中;
5)、电动机停机:
按五、1、7)进行。
表2If=IfN=AT2=N.m
Ua(V)
I(A)
(2)改变励磁电流的调速
1)、改变R2为1800Ω;
Rf1调到最小,记下If=IfN数值;
计算Ia=I-IfN值,调R2,得Ia,并记下T2值、记下n=nN值,并计算1.3nN值。
4)、保持T2值(通过调R2来保持)和U=UN的值,逐次增大磁场电阻Rf1,直至n=1.3nN,每次测取电动机的n、If、Ia,共取5-6组资料,记录于表3中;
5)、电动机停机:
表3U=UN=VT2=N.m
If(A)
(3)能耗制动
1)按图2接线。
不打开励磁电源,断开S,即让发电机空转。
断开S1,把Rf1调至零。
2)把R1调至最大,把电枢电源调压旋钮反时针旋转到最小;
把S1合至电枢电源,顺时针调节电枢电源调压旋钮,使电动机端电压U加到220V;
R1调到零。
3)运转正常后,把S1拨向空位(可以拔下一根连接电枢端的导线头即可)。
电机自由停机,记录停机时间。
4)重复2)步骤起动,待正常运转后,把S1拨向RL端,记录停机时间。
5)选择RL的不同阻值,重复实验4)步骤,观察对停机时间的影响。
六、实验报告
1.由表1计算出Ia、P2和η,并绘出n、T2、I、η与P2的工作特性及n=f(Ia)的特性曲线。
电动机输出功率P2=0.105nT2,式中输出转矩T2的单位为N.m,转速n的单位为r/min。
电动机输入功率P1=UI
电动机效率η=P2/P1ⅹ100%
电动机电枢电流:
Ia=I-IfN
由工作特性求出转速变化率:
△n=(n0-nN)/n0ⅹ100%
2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(Ua)和n=f(If)。
分析在恒转矩负载两种速度时的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。
3.能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系?
该制动方法有什么缺点?
七、思考题
1.并励电动机的速率特性n=f(Ia)为什么是略微下降?
是否会出现上翘现象?
上翘的速率特性对电动机运行有何影响?
答:
负载增加时,Ia的增大可能引起Φ的减小,所以会使n有上升的趋势,会引起电动机运行不稳定。
2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时,减小电枢端电压,为什么会引起电动机转速降低?
3.当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时,减小励磁电流会引起转速的升高,为什么?
4.并励电动机在负载运行中,当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”,为什么?
实验三、直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
掌握用实验方法测定他励直流电动机不同运行状态的机械特性。
1.改变直流电动机机械特性有哪些方法。
2.直流电动机在什么情况下,从电动机运行状态进入回馈制动状态。
直流电动机回馈制动时,能量传递关系,电势平衡方程式以及机械特性。
3.直流电动机反接制动时,能量传递关系,电动势平衡方程式以及机械特性。
1.电动及回馈制动状态下的机械特性。
2.电动及反接制动状态下的机械特性。
3.能耗制动状态下的机械特性。
1.RTDJ32直流并励电动机
2.RTDJ45校正过直流电机
3.RTDJ09三相可调电阻器(0~90Ω)
4.RTDJ10三相可调电阻器(0~900Ω)
5.RTZN02智能直流电压,电流表
6.RTZN12-1智能转矩,转速,功率表
7.RTDJ47-1电机导轨,测速编码器
8.RTDJ12波形测试及开关板
实验线路如下图所示。
图中电动机M选用RTDJ32(接成他励方式),MG选用RTDJ45作为M的负载。
M和MG间用联轴器直接联接。
直流电压,电流、毫安表选用RTZN02(或RTT01)挂箱。
测转速用RTZN12(RTZN12-1)挂箱。
1.R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性
(1)R1、R2分别选用RTDJ10的900Ω及RTDJ09的180Ω(两只90Ω串联)可调电阻。
R3、R4分别选用RTDJ10的1800Ω及2250Ω(两只900Ω串联再和两只900Ω并联相加)。
(2)测速编码器的输出接至RTZN12,R2、R3及R4阻值置最大位置,R1阻值置最小位置。
开关S1、S2选用RTDJ12挂箱上的对应开关,并将S1合向1电源端,S2合向2ˊ短接端(见下图)。
他励直流电动机机械特性测定实验接线图
(3)开机时需检查控制屏励磁电源开关及电枢电源开关都须在断开的位置,电枢电压调节旋扭逆时针旋到头,然后按次序先开启控制屏上的电源总开关再按下“开”按钮,随后接通励磁电源开关,最后检查R2阻值确在最大位置时接通电枢电源开关,逆时针旋转电枢电压调节旋扭使他励直流电动机M起动运转。
调节电枢电源电压为220V;
调节R2阻值至零位置,调节R3阻值,使电流表A3为100mA。
(4)调节电动机M的磁场调节电阻R1阻值,调节电机MG的负载电阻R4阻值,使电动机M的n=nN=1600r/min,If+Ia=IN=1.06A。
此时If=IfN。
保持电枢电源的电压表V1为220V,励磁电流表A1为IfN,A3为100mA。
增大R4阻值直至空载(拆掉开关S2的2ˊ上的短接线),测取电动机M在额定负载至空载范围的n、Ia,共取6-7组资料记录于表1中。
表1UN=220V;
IfN=______A
实数
验据
计数
算据
Pem(W)
Mem(N.m)
(5)关断电枢电源开关(同时电枢电压调节旋扭逆时针旋到头),再关断励磁电源开关,使电机停机。
R4改用RTDJ09的两只90Ω并联和两只90Ω串联共225Ω阻值,R3改用RTDJ10的四只900Ω串联共3600Ω阻值。
(6)将R1阻值调至最小位置,R2阻值调至最大位置,先接通励磁电源,再接通电枢电源(调至220V),起动直流电动机M。
随后将R2调至零值位置,再调节(减小)R3阻值,使MG的空载电压与电枢电源的电压值接近(在开关S2两端测量),并且极性相同,把开关S2合向1ˊ端。
(7)保持电枢电源电压U=UN=220V,If=IfN,调节R3阻值,使阻值增加,电动机转速升高,当电动机转速达理想空载转速时,此时A2表的电流值为0,继续增加R3阻值,使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速达2000转/分为止,测取n、Ia,共取6-7组资料记录于表2中。
表2UN=220V;
(8)停机(先断开电枢电源开关,再断开励磁电源开关,并将S2合向到2ˊ端)。
2.R2=400Ω时的电动及反接制动状态下的机械特性
(1)在确保断电条件下,改接图6-1,R1用RTDJ10的1800Ω可调电阻,R2用RTDJ10的两组900Ω电阻并联共400Ω阻值(每组800Ω阻值要相等,可用万用表电阻档调定),R3用RTDJ09的180Ω阻值,R4用DJ09的六只90Ω电阻串联共540Ω阻值。
(2)测速编码器的输出接至RTZN12,S1合向1端,S2合向2ˊ端(短接线仍拆掉),把电机MG电枢的二个插头对调,R1,R3置最小值,R2置400Ω阻值,R4置最大值。
(3)先接通励磁电源,再接通电枢电源(调至220V),使电动机M起动运转,在S2两端测量发电机MG的空载电压是否和电枢电源的电压极性相反,若极性相反,检查R4阻值确实在最大位置时可把S2合向1ˊ端。
(4)保持电动机的电枢电源电压U=UN=220V,If=IfN不变,逐渐减小R4阻值,使电机减速直至为零。
继续减小R4阻值,使电动机进入“反向”旋转,转速在反方向上逐渐上升,此时电动机工作于反接制动状态运行,直至电动机M的Ia=IaN,测取电动机在1、4象限的n、Ia共取7-9组资料记录于表3中。
表3UN=220VIf=IfN=____AR2=400Ω
(5)停机(必须记住先断电枢电源后断励磁电源的次序,并将S2合向到2ˊ端。
)
3.能耗制动状态下的机械特性
(1)图6-1中,R1用RTDJ10的1800Ω可调电阻,R2用RTDJ09的180Ω固定阻值,R3用RTDJ10的1800Ω与1800Ω并联共900Ω可调电阻,R4用RTDJ09的六只90Ω串联共540Ω可调电阻。
(2)S1合向2短接端,R1置最大位置,R3置最小值位置,R4置约270Ω阻值,S2合向1ˊ端。
(3)先接通励磁电源,再接通电枢电源,使电机MG起动运转,调节电枢电源电压为220V,调节R1使电动机M的If=IfN,调节R3使电机MG的If=100mA,调节R4,先减少R4阻值使电机M的能耗制动电流为IaN,然后逐次增加R4阻值,其间测取M的Ia、n共取5-7组资料记录于表4中。
表4UN=220VIf=IfN=____AR2=180Ω
(4)调节R2为90Ω固定阻值,重复上述实验操作步骤
(2),(3),测取M的Ia,n共取5-7组资料记录于表5中。
表5UN=220VIf=IfN=____AR2=90Ω
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