直流并励电动机的机械特性和调速.docx
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直流并励电动机的机械特性和调速
实验一直流并励电动机的机械特性和调速
一、实验目的
1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的机械特性。
2、掌握直流并励电动机的调速方法。
二、预习要点
1、什么是直流电动机的机械特性?
2、直流电动机调速原理是什么?
三、实验项目
1、机械特性
保持U=UN和If=IfN不变,测取n、T2,得到n=f(T2)
2、调速特性
(1)改变电枢电压调速
保持U=UN、If=IfN=常数,T2=常数,测取n=f(Ua)
(2)改变励磁电流调速
保持U=UN,T2=常数,测取n=f(If)
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名
称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
2
DJ23
校正直流测功机
1台
3
DJ15
直流并励电动机
1台
4
D31
直流电压、毫安、电流表
2件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D44
可调电阻器、电容器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
1
2、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44
3、并励电动机的机械特性
1)按图1-1接线。
校正直流测功机MG按他励发电机连接,在此作为直流电动机M的负载,用于测量电动机的转矩和输出功率。
Rf1选用D44的1800Ω阻值。
Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。
R1用D44的180Ω阻值。
R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图1-1直流并励电动机接线图
2)将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值,电枢串联起动电
阻R1调至最大值,接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动,其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。
3)M起动正常后,将其电枢串联电阻R1调至零,调节电枢电源的电压为
220V,调节校正直流测功机的励磁电流If2为校正值(100mA),再调节其负载
电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1,使电动机达到额定值:
U=UN,I=IN,n=nN。
此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。
4)保持U=UN,If=IfN,If2为校正值不变的条件下,逐次减小电动机负载。
测取电动机电枢输入电流Ia,转速n和校正电机的负载电流IF(由校正曲线查出
电动机输出对应转矩T2)。
共取数据9-10组,记录于表1-1中。
2
表1-1U=UN=VIf=IfN=mAIf2=mA
实Ia(A)
验
数
据
n(r/min)
IF(A)
T2(N·m)
4、调速特性
(1)改变电枢电压的调速
1)直流电动机M运行后,将电阻R1调至零,If2调至校正值,再调节负载
电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1,使M的U=UN,I=0.5IN,If=IfN记下此时
MG的IF值。
2)保持此时的IF值(即T2值)和If=IfN不变,逐次增加R1的阻值,降低
电枢两端的电压Ua,使R1从零调至最大值,每次测取电动机的端电压Ua,转
速n和电枢电流Ia。
3)共取数据8-9组,记录于表1-2中
表1-2If=IfN=mAT2=N·m
Ua(V)
n(r/min)
Ia(A)
(2)改变励磁电流的调速
1)直流电动机运行后,将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至
零,将MG的磁场调节电阻If2调至校正值,再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载,使电动机M的U=UN,I=0.5IN记下此时的IF值。
2)保持此时MG的IF值(T2值)和M的U=UN不变,逐次增加磁场电阻
阻值:
直至n=1.3nN,每次测取电动机的n、If和Ia。
共取7-8组记录于表
1-3中。
3
表1-3U=UN=VT2=N·m
n(r/min)
If(mA)
Ia(A)
五、实验报告
1、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
载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。
六、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?
为什么?
上翘的速率特性对电动机运行有何影响?
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“飞车”?
为什么?
4
实验二三相异步电动机的启动与调速
一、实验目的
1.通过实验掌握异步电动机的启动方式。
2.通过实验掌握异步电动机的调速方法。
二、预习要点
1、复习异步电动机有哪些启动方法和启动技术指标。
2、复习异步电动机的调速方法。
三、实验项目
1、鼠笼式异步电动机直接启动
2、鼠笼式异步电动机星形——三角形(Y-)降压启动
3、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动
4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名
称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1件
2
DJ16
三相鼠笼异步电动机
1件
3
DJ17
三相线绕式异步电动机
1件
4
DJ23
校正过的直流电机
1件
5
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
6
D32
交流电流表
1件
7
D33
交流电压表
1件
8
D51
波形测试及开关板
1件
9
DJ17-1
起动与调速电阻箱
1件
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D51、D31
5
3、三相鼠笼式异步电机直接启动试验
U
A
V
V
W
图2-1异步电动机直接启动
1)按图2-1接线。
电机绕组为接法。
异步电动机直接与测速发电机同轴联接,不联接负载电机DJ23。
2)把交流调压器退到零位,开启电源总开关,按下“开”按钮,接通三相交流电源。
3)调节调压器,使输出电压达电机额定电压220伏,使电机启动旋转,(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时,必须按下“关”按钮,切断三相交流电
源)。
4)再按下“关”按钮,断开三相交流电源,待电动机停止旋转后,按下
“开”按钮,接通三相交流电源,使电机全压启动,观察电机启动瞬间电流值(按
指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)。
表2-1
Ist(A)
4、三相鼠笼式异步电机星形——三角形(Y-)启动
B
U
A
AX
C
V
Y
V
W
A
S
CZ
Y
图2-2三相鼠笼式异步电机星形——三角形启动
6
1)按图2-2接线。
线接好后把调压器退到零位。
2)三刀双掷开关合向右边(Y接法)。
合上电源开关,逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏,打开电源开关,待电机停转。
3)合上电源开关,观察启动瞬间电流,然后把S合向左边,使电机()正常运行,整个启动过程结束。
观察起动瞬间电流表的显示值以与其它启动方法作定性比较。
表2-2
Ist(A)
5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动
电机定子绕组Y形接法
U
15Ω5Ω2Ω
A
15
Ω
5
Ω
2
Ω
V
V
W
15
Ω
5
Ω
2
Ω
图2-3线绕式异步电机转子绕组串电阻启动
1)按图2-3接线。
2)转子每相串入的电阻可用DJ17-1启动与调速电阻箱。
3)调压器退到零位。
4)接通交流电源,调节输出电压(观察电机转向应符合要求),在定子电压为
180伏,转子绕组分别串入不同电阻值时,测取定子电流。
5)试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。
数据记入表2-3中。
7
表2-3
R(Ω)
0
2
5
15
st
Ist(A)
6、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速
1)实验线路图同图2-3。
同轴联接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机
M的负载,MG的实验电路参考图1-1左接线。
电路接好后,将M的转子附加
电阻调至最大。
2)合上电源开关,电机空载起动,保持调压器的输出电压为电机额定电压
220伏,转子附加电阻调至零。
3)调节校正电机的励磁电流If为校正值(100mA),再调节直流发电机负载电
流,使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变,改变转子附加
电阻(每相附加电阻分别为0Ω、2Ω、5Ω、15Ω),测相应的转速记录于表2-4
中。
表2-4U=220VIf=mAT2=N·m
rst(Ω)02515
n(r/min)
五、实验报告
1、比较异步电动机不同启动方法的优缺点。
2、由启动试验数据求下述三种情况下的启动电流:
(1)外施额定电压UN。
(直接法启动)
(2)外施电压为UN3。
(Y-启动)
3、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对启动电流的影响。
4、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。
六、思考题
1、起动时的实际情况和上述假定是否相符,不相符的主要因素是什么?
8
实验三交流伺服电动机
一、实验目的
1、掌握交流伺服电动机的机械特性及调节特性的测量方法。
2、观察交流伺服电动机的自转现象。
二、预习要点
1、对交流伺服电动机有什么技术要求?
2、交流伺服电动机有几种控制方式?
3、何谓交流伺服电动机的机械特性和调节特性?
三、实验项目
1、测交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性
2、观察自转现象
四、实验方法
1、实验设备
序号
型
号
名
称
数量
备
注
1
D57
交流伺服电机控制箱
1件
2
JSZ-1
交流伺服电机实验装置
1件
圆盘半径为3cm
3
D32
交流电流表
1件
4
D33
交流电压表
1件
5
D41
三相可调电阻器
1件
6
示波器
1台
另配
7
光电转速表
1台
2、屏上挂件排列顺序
D57、D33、D32、D41
3、幅值控制
9
JSZ-1型交流伺服电机实验装置
U
组
力矩
V1Uf
绕
测量
磁
V
励
机构
控制绕组
UC
V2
光
W
T1
T2
电
计
127V
220V
N
图3-1交流伺服电动机幅值控制接线图
1)实测交流伺服电动机α=1(即UC=UN=220V)时的机械特性
(1)关断三相交流电源,按图3-1接线。
图中T1、T2选用D57挂件,V1、
V2选用D33挂件。
(2)启动三相交流电源,调节调压器,使Uf=220V,再调节单相调压器T2
使UC=UN=220V。
表3-1
Uf
=
V
C
V
U=
序号
F10(N)
F2(N)
T=(F10-F2)×3
(N.cm)
n(r/min)
(3)调节棘轮机构,逐次增大力矩T[T=(F10-F2)×3],将弹簧称读数及电
机转速记录于表3-1中。
2)实测交流伺服电动机α=0.75(即UC=0.75UN=165V)时的机械特性
(1)保持Uf
=220V
不变,调节单相调压器
T
2使
C
N
。
U=0.75U=165V
(2)重复上述步骤,将所测数据记录于表3-2中。
10
表3-2
Uf
=
V
C
V
U=
序号
F10(N)
F2(N)
T=(F10-F2)×3
(N.cm)
n(r/min)
3)实测交流伺服电动机的调节特性
(1)调节三相调压器使Uf=220V,松开棘轮机构,即电机空载。
逐次调节
单相调压器T2。
使控制电压UC
从220V逐次减小直到0V。
(2)将每次所测的控制电压
UC与电动机转速n记录于表3-3中。
表3-3
Uf=220V
U(V)
n(r/min)
4、观察交流伺服电动机“自转”现象
1)接线图同3-2,调节调压器使U1=127V,UC=220V,再将UC开路,观察电机有无“自转”现象。
图中T1、T2、C选用D57挂件。
A1、A2表选用D32上1A档。
V1、V2、V3选用D33
上300V档。
R1、R2选用D41挂件上90Ω并联90Ω共45Ω阻值并用万用表调定在
5Ω阻值。
示波器两探头地线应接图中N线,X踪和Y踪幅值量程一致,并设在
迭加状态。
T1
C
JSZ-1型交流伺服电机实验装置
U
V
A1
组
力矩
绕
220V
0
V1
V3
测量
2
磁
2
127V
R1
机构
N
励
控制绕组
示波器
X
IC
光
Y
A2
电
计
R2
T2
V2
UC
图3-2交流伺服电动机幅值——相位控制接线图
11
2)接线图同3-2一样,调节调压器使U1=127V,UC=220V,再将UC调到0V,
观察电机有无“自转”现象。
五、实验报告
1、作交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性
2、分析实验数据及实验过程中发生的现象
六、思考题
1、分析无“自转”现象的原因?
怎样消除“自转”现象?
12
实验四步进电动机实验
一、实验目的
1、通过实验加深对步进电动机的驱动电源和电机工作情况的了解。
2、掌握步进电动机基本特性的测定方法。
二、预习要点
1、了解步进电动机的工作情况和驱动电源。
2、步进电动机有哪些基本特性?
怎样测定?
三、实验项目
1、单步运行状态
2、角位移和脉冲数的关系
3、空载突跳频率的测定
4、空载最高连续工作频率的测定
5、定子绕组中电流和频率的关系
6、平均转速和脉冲频率的关系
7、矩频特性的测定
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名
称
数量
1
D54(BSZ-1)
步进电机控制箱
1台
2
BSZ-1
步进电机实验装置
1台
3
D41
三相可调电阻器
1件
4
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
5
双踪示波器
1台
2、屏上挂件排列顺序
D54、D31、D41
3、基本实验电路的外部接线
13
图5-1表示了基本实验电路的外部接线。
A
A
B
B
C
C
24V
0
图5-1步进电机实验接线图
4、步进电机组件的使用说明及实验操作步骤
(1)单步运行状态
接通电源,将控制系统设置于单步运行状态,或复位后,按执行键,步进电
机走一步距角,绕组相应的发光管发亮,再不断按执行键,步进电机转子也不断
作步进运动。
改变电机转向,电机作反向步进运动。
(2)角位移和脉冲数的关系
控制系统接通电源,设置好预置步数,按执行键,电机运转,观察并记录电
机偏转角度,再重设置另一步数值,按执行键,观察并记录电机偏转角度于表
5-1、表5-2中,并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。
表5-1步数=步
序号实际电机偏转角度理论电机偏转角度
表5-2步数=步
序号实际电机偏转角度理论电机偏转角度
(3)空载突跳频率的测定
控制系统置连续运行状态,按执行键,电机连续运转后,调节速度调节旋钮使频率提高至某频率(自动指示当前频率)。
按设置键让步进电机停转,再重新启动电机(按执行键),观察电机能否运行正常,如正常,则继续提高频率,直至电机不失步启动的最高频率,则该频率为步进电机的空载突跳频率。
记为Hz。
(4)空载最高连续工作频率的测定
14
步进电机空载连续运转后缓慢调节速度调节旋钮使频率提高,仔细观察电机
是否不失步,如不失步,则再缓慢提高频率,直至电机能连续运转的最高频率,
则该频率为步进电机空载最高连续工作频率。
记为Hz。
(5)定子绕组中电流和频率的关系
在步进电机电源的输出端串接一只直流电流表(注意+、-端)使步进电机连
续运转,由低到高逐渐改变步进电机的频率,读取并记录5-6组电流表的平均值、频率值于表5-3中,观察示波器波形,并作好记录。
表5-3
序号f(Hz)I(A)
(6)平均转速和脉冲频率的关系
接通电源,将控制系统设置于连续运行状态,再按执行键,电机连续运转,
改变速度调节旋钮,测量频率f与对应的转速n,即n=f(f)。
记录5-6组于表
5-4中。
表5-4
序号f(Hz)n(r/min)
(7)矩频特性的测定
置步进电机为逆时针转向,试验架上左端挂20N的弹簧秤,右端挂30N的
弹簧秤,两秤下端的弦线套在皮带轮的凹槽内,控制电路工作于连续方式,设定
频率后,使步进电机启动运转,旋转棘轮机构手柄,弹簧秤通过弦线对皮带轮施加制动力矩[力矩大小T(F大F小)?
D],仔细测定对应设定频率的最大输出动
2
15
态力矩(电机失步前的力矩)。
改变频率,重复上述过程得到一组与频率f对应
的转矩T值,即为步进电机的矩频特性T=f(f)。
记录于表5-5中。
表5-5D=cm
序号f(Hz)F大(N)F小(N)T(N.cm)
五、实验报告
经过上述实验后,须对照实验内容写出数据总结并对电机试验加以小结。
1、步进电机驱动系统各部分的功能和波形试验。
(1)方波发生器
(2)状态选择
(3)各相绕组间的电流关系
2、步进电机的特性
(1)单步运行状态:
步矩角
(2)角位移和脉冲数(步数)关系
(3)空载突跳频率
(4)空载最高连续工作频率
(5)绕组电流的平均值与频率之间的关系
(6)平均转速和脉冲频率的特性n=f(f)
(7)矩频特性T=f(f)
六、思考题
1、平均转速和脉冲频率的关系怎样?
为什么特别强调是平均转速?
2、各种通电方式对性能的影响?
16
实验五三相正弦波脉宽调制变频原理实验
一、实验目的
1、掌握正弦波脉宽调制变频的基本原理。
2、了解正弦波脉宽调制的载波、参考波、调制波的特点。
3、掌握低频补偿的原理。
二、预习要点
1、电机V/F变频调速的基本原理。
2、变频调速的优点。
三、实验项目
1、使用下位机控制:
1)连续改变频率观察电机的转速变化和工作情况
2、使用上位机控制:
1)给定频率观察电机转速变化和工作情况
2)观察电机在低频时,不同的补偿对电机工作的影响
3)观察额定频率设定,电机电压变化规律的不同
4)观察当补偿功能和电机频率设定,V/f曲线的变化
四、实验方法
17
1、实验设备
序号
型
号
名
称
数量
备
注
1
THRF-1型
DSP控制变频调速实验系统
1套
2
DJ24
三相鼠笼式异步电动机
1台
3
D33
交流指针式电压表
1件
4
串口通讯线
1件
2、实验原理
(1)正弦波SPWM变频调速方式:
正弦波脉宽调制法(SPWM)是最常用的一种调制方法,SPWM信号是通过三角波载波信号和正弦波信号相比较的方法产生,当改变正弦参考信号的幅值时,脉宽随之改变,从而改变了主回路输出电压的大小。
当改变正弦参考信号的频率时,输出电压的频率即随之改变。
正弦波调制方式的特点是脉冲等幅,调节脉冲的宽度,使各脉冲的面积和与正弦波的幅值相等(或成正比例),因此,PWM调制波形中的基波为这个正弦波的参考波。
在实际运用中对于三相逆变器,是由一个三相正弦波发生器产生三相参考正弦波信号,与一个公用的三角载波信号相比较,而产生三相调制波。
而用DSP实现这个正弦参考波由数字方式产生。
3、实验步骤
(1)电机按“Δ”接法入实验箱,实验箱通过串口与上位机相连,在输出三
相电源任意两相之间接入电压表,打开上位机软件dsp.exe,确认连接无误后,
打开实验箱控制电源(注意:
是控制电源,不是高压电源)。
(2)开控制电源后数码显示器显示1FFF。
观察实验箱上欠压指示灯和继电器工作指示灯的状态:
①继电器工作指示灯工作,欠压指示灯不工作,按下控制键盘中的“启动”键,然后按下“加速”键,可以看到电机转动几转后停止,继电器工作指示灯熄灭,欠压指示灯工作。
②继电器工作指示灯和欠压指示灯同时工作,先按下“欠压复
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- 直流 电动机 机械 特性 调速