《机电传动控制》实验指导书.doc

嘉兴学院机电传动控制专业实验指导书机电工程实验中心2010、9目录1 机电传动控制课程实验21.1 绪论21.2 实验项目指导3实验一 三相笼型异步电动机的正、反转控制3实验二 进电动机6实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验91 机电传动控制课程实验1.1 绪论按机电传动控制课程教学大纲要求，该实验总时数 6个学时。实验是机电传动控制课程的重要教学环节，通过实习，加深学对课程内容的理解，掌握对机电传动控制的实际运用能力。本实验要求学生实验前认真准备，完成实验预习报告或实验方案；实验时积极思考，多动手，学会正确使用常用的机床电器和电动机等电器的使用方法，能正确联接电路，了解机电传动中常见的传动方式；实验后要对实验现象和实验数据认真整理分析，编写出整洁的实验报告。1.2 实验项目指导实验一 三相笼型异步电动机的正、反转控制一实验目的1. 掌握三相笼型异步电动机可逆旋转控制电路的工作原理，加深理解电路中电气联锁与机械联锁的原理。2. 进一步熟悉异步电动机控制电路的接线方法。3. 学会可逆旋转控制电路的故障分析及排除故障的方法。二实验原理实验电气原理图如图所示。图 1-1 主电路 具有电气互锁的控制电路 具有复合互锁的控制电路三实验设备与器材三相笼型异步电动机 1台 万用表 1块电机拖动实验台及继电控制实验挂箱DT31各一个 导线 若干根四实验内容与记录（一）检查元器件及接线(1) 检查按钮、交流接触器、热继电器、三相刀开关、熔断器等所有电器元件质量是否良好，查看型号规格，明确使用方法。(2) 按电气原理图，遵循一般接线规律，正确连接电路。(3) 自检电路无误，经老师检查后，可接通电源。（二）通电实验1、具有电气互锁的控制电路。(1) 正反转运行。分别按SB2、SB3，观察电动机正反转运行情况，按SB1则停机。(2) 电气互锁、机械互锁控制的验证。同时按下SB2和SB3，接触器KM1和KM2均无电，电动机不转。按下正转按钮SB2，电动机正向运行，再按反转按钮SB3，观察电动机运行情况。2、具有复合互锁的控制电路操作步骤同1、的(1)、(2)，观察电动机运行情况。3、若在实验中出现异常现象，则断开电源，记录下故障现象 分析并排除故障，再通电实验。注意事项(1) 主电路KM1和KM2主触点的换相连线须正确。(2) 按钮SB2和SB3常开、常闭触点接成联锁线须正确，并仔细检查，以防“自起动”甚至造成短路故障。(3) 电动机不宜频繁持续由正转变反转，反转变正转，故不能频繁持续操作SB2和SB3。六实验预习与思考题(1) 若频繁持续操作SB2和SB3，会产生什么现象？为什么？(2) 同时按下SB2和SB3，会不会引起电源短路？为什么？(4) 当电动机正常正向反向运行时，很轻地碰一下反向起动按钮SB3正向起动按钮SB2，即未将按钮按到底，电动机运行状况如何？为什么？(5) 如何判断与检查，主电路是否倒相接线？七实验报告要求(1) 按下正、反转按钮，分析电动机旋转方向不变的故障原因。(2) 画出实验中出现故障的电路图，分析故障原因并写出排除故障的过程。实验二 进电动机一实验目的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掌握步时电动机基本特性的测定方法二实验原理1.基本实验的外部接线图21表示了基本实验电路的外部接线。图2-1 步进电机电路图2步进电机实验专用组件简介本节从使用角度简单介绍图21所采用的专用组件D31、DT07、DT08，其它组件参见有关章节。（1）步进电动机（D31）D31为三相反应式步进电动机，为本实验的控制对象。它有二个特点。(1)D31转子的非传动侧安装有将圆周等分240刻度的圆盘，当转子固定时，可由窗口观察电机的步矩角、角位移。(2)D31的定子在用手柄操作时可绕转子作相对位移（只要把机座上的二颗大头滚花螺钉松开）。以用于静力矩的测试。（2）步进电动机控制驱动组件（DT07）DT07的内部工作原理为：由方波发生器产生频率可调的方波信号送到频率显示器显示，并送到控制电路，控制电路根据面板设定开关的指令，将输入的方波信号处理成相应的步计数显示器显示和相应的驱动信号送驱动电路，驱动电路将信号进行功率放大驱动步进电机。（3）驱动电源（DT08）DT07驱动电流的主回路采用双电压供电方式，双电压电源即由DT08提供，使用时把DT08的一只二芯插头插进DT01的二芯插座中。3各项性能测试实验的准备首先确认步进电机定子紧固螺钉已拧紧，有关的电源开关已关断，按图21接线，依低压、高压驱动电源、控制电源的顺序上电，然后按复位按钮，若电机仍在转动，按停止按钮，使电机进入锁定方式，以下各项实验如无特殊说明，均以此为初始态。三实验设备与器材1. 三相反应式步进电动机D312. 步进电机控制驱动组件DT073. 驱动电源DT084. 电源控制屏DT015. 电机试验台DT066. 可调电阻箱DT217. 直流电流，电压表8. 双踪示波器四实验内容与记录（1）单步运行状态操作单步按钮，观察步进电机的刻度圆盘及运行情况，并求得步矩角。（2）角位移和脉冲数的关系将三/六拍开关，置于六拍位，使电路工作于置数方式，用拨盘预置数，调节频率至突跳频率以下（200400Hz之间），按复位与清0按钮，读取刻度圆盘上的刻度值，按启动按钮，待电机停转后，求取转过的角位移，并读取输入脉冲数（即步计数显示器上的值）。（3）空载突跳频率的测定将三/六拍开关置于六拍位，使电路工作于置数方式，（调节频率至200400Hz之间）用拨盘设定步数，按复位钮，观察步进电机起始位，启动电机，观察电机启动，运行是否正常、有否失步，确定当时的频率能否使步进电机正常运转，然后改变，重复上述进程，仔细测定能使电机不失步起动的最高频率，即为空载突跳频率。（4）空载最高连续工作频率的测定使电路工作于连续方式，降低频率启动电机后调高频率，仔细观察，测得步进电机能连续运转的最高频率即为步进电机空载最高连续工作频率。（5）转子振荡状态的观察使电路工作于连续方式，在频率的全部可调范围内，观察步进电机的运行情况。（6）定子绕组中的电流与频率的关系关闭高、低压驱动电源及控制电源，在U相绕组回路中串入一只5安直流电流表，将示波器探头接到R1U测量点，然后置电路工作于连续方式，降低频率，由低至高逐渐改变，读取平均电流值、频率，观察示波器波形，并作好记录。（7）平均转速和脉冲频率的关系将步进电机与测功机同轴联接，由测速发电机测速。置电路工作于连续方式，改变频率，测量并记录与频率f对应的转速n，即得nn（f）。（8）矩频特性的测定置测功机调压器至零位，置步进电机转向与测功机规定方向一致位置控制电路工作于连续方式，设定频率后，逐渐使测功机电压升高，仔细测定对应设定频率的最大输出动态力矩，改变频率，重复上述过程得到一组与频率f对应的转矩M值，即为步进电机的矩频特性Mf（f）。（9）最大静力矩特性Mmaxf（I）关断高、低压驱动电源，控制电源及测功机电源，将DT21电阻箱的三只旋钮至阻值零位，将六只可调电阻并接，串接入一只5安直流电流表后串入U相绕组回路（U1端为正，U2端为负），开启低压驱动电源和控制电源（注此时高压驱动电源不用）置步进电机工作于U相锁定状态。旋松步进定子紧固螺钉，用销钉锁住测功机的定转子，按测功机规定的运转方向操作手柄，缓慢转动步进电机的定子，读取记录测功机的最大力矩值，即为对应电流I的最大静力矩Mmax值，改变DT21（三只旋钮须基本同时缓慢变化，且停留位置应基本相同）使阻值逐渐增大，重复上述程度，可得一组电流I值及一组对应I值的最大静力矩Mmax值，即为Mmaxf（I），最大静力矩特性。六实验预习与思考题1影响步进电机步距的因素有哪些，对实验用步进电机，采用何法步距最小？2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？3最大静力矩特性是怎样的特性，由什么因素造成？4对D31矩频特性加以评价，能否再进行改善？若能从何处着手？5D31的突跳频率能否改善，若能从何处着手？七实验报告要求经过上述实验后，须对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）特性（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nn（f）（7）矩频特性Mf（f）（8）最大静力矩特性Mmaxf（I）实验三 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验一实验目的1. 了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理;2. 掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定;3. 研究调节器参数对系统动态特性的影响。二实验原理双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节。由于调速系统的主要参量为转速,故转速环作为主环放在外面,电流环作为副环放在里面,这样可抑制电网电压扰动对转速的影响,实验系统的组成如图3-1所示。图3-1实验系统的组成系统工作时,先给电动机加励磁,改变给定电压Ug的大小即可方便地改变电机的转速。ASR、ACR均设有限幅环节,ASR的输出作为ACR的给定,利用ASR的输出限幅可达到限制启动电流的目的;ACR的输出作为移相触发电路GT的控制电压,利用ACR的输出限幅可达到限制min的目的。启动时,当加入给定电压Ug后,ASR即饱和输出,使电动机以限定的最大启动电流加速启动,直到电机转速达到给定转速即Ug=Ufn,并在出现超调后,ASR退出饱和,最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。三实验设备与器材1. 主控制屏DT01A；2. DK01C和DK01D挂箱；3. 直流电动机-测功机-测速发电机组;4. DK03、DK15组件挂箱；5. 900电阻箱DT20;6. 双踪慢扫描示波器;7. 记忆示波器;8. 万用表。四实验内容与记录1.控制挂箱调试及开关设置与2实验中的方法相同。2.双闭环调速系统调试原则(1)先单元、后系统,即先将单元的特性调好,然后才能组成系统;(2)先开环、后闭环,即先使系统能正常开环运行,然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统;(3)先内环,后外环,即先调试电流内环,然后调转速外环;(4)先调整稳态精度,后调整动态指标。3.开环外特性的测定(1)控制电压Uct由给定器输出Ug直接接人。 (2)逐渐增加给定电压Ug ,使电机启动,升速;调节Ug和测功机负载,使电动机电流Id=Ied、转速n=ned;(3)改变测功机负载,即可测出系统的开环外特性n=fId,记录于下表中。4.单元部件调试(l)调节器的调零与4-2实验中的方法相同(2)调节器正、负限幅值的调整 按4-2实验中的方法确定移相控制电压Uct允许调节范围为0Uctmax电流调节器和速度调节器的调整方法与4-2实验中的方法相同。在本实验中,电流调节器的负限幅为0,正限幅为Uctmax;速度调节器的负限幅为6V ,正限幅为0。(3)电流反馈系数的整定 直接将给定电压Ug接人移相控制电压Uct的输入端,整流桥接电阻负载,测量负载电流值和电流反馈电压,调节电流变换器(FBC上的电流反馈电位器RP1,使得负载电流Id=l A时的电流反馈电压Ufi=6V ,这时的电流反馈系数=Ufi/Id=6V/A。(4)转速反馈系数的整定 直接将给定电压Ug接人移相控制电压Uct的输入端,整流电路接直流电动机负载,测量直流电动机的转速值和转速反馈电压值,调节速度变换器(FBS)上转速反馈电位器RPl,使得n=1500 r/min时的转速反馈电压Ufn=6V ,这时的转速反馈系数=Ufn/n=0.004V/(r/min。5.系统特性测试将ASR、ACR均接成P调节器后接人系统,形成双闭环不可逆系统,使得系统能基本运行,确认整个系统的接线正确元误后将ASR、ACR均恢复成PI调节器,构成实验系统。(1)机械特性n=f(Id)的测定a测功机先空载,调节转速给定电压Ug使电动机转速接近额定值,n=1400 r/min,然后慢慢使测功机加载,逐渐改变测功机负载,直至IdIed,即可测出系统静态特性曲线n=f(Id),并记录于下表中;b)降低Ug使IdIed，再测试n800r/min时的静态特性曲线并记录于下表。(2)闭环控制系统n=f(Ug)的测定 调节Ug及测功机负载,使Id=Ied、n =ned ,逐渐降低Ug,记录Ug和n ,即可测出闭环控制特性n=f(Ug)。6.系统动态特性的观察用双踪慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下(速度调节器的增益、速度调节器的积分电容、电流调节器的增益、电流调节器的积分电容、速度反馈的滤波电容、电流反馈的滤波电容),用记忆示波器观察、记录下列动态波形：(1)突加给定Ug启动时电动机电枢电流id(电流变换器2端)波形和转速n(速度变换器2端)波形;(2)突加额定负载(20%Ied100%Ied)时电动机电枢电流波形和转速波形;(3)突降负载(100%Ied20%Ied)时