机自-机电传动控制实验指导书.docVIP

实验一 直流他励电动机调压调速实验一、实验目的1.深入了解直流他励电动机的调速性能；2.进一步学习PLC控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。二、实验原理1.直流他励电动机的调速原理、调速方法电动机的调速就是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。从直流他励电动机机械特性方程式 式（1.1）可知，改变串入电枢回路的电阻Rad，电枢供电电压U或主磁通，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。（1）改变电枢回路外串电阻Rad如图1.1所示为串电阻调速的特性曲线，从图中可看出，在一定的负载转矩TL下，串入不同的电阻可以得到不同的转速，如在电阻分别为Ra、R3、R2、R1的情况下，可以得到对应于A、C、D和E点的转速nA、nC、nD和nE。在不考虑电枢回路的电感时，电动机调速时的机电过程（如降低转速）见图中沿ABC的箭头方向所示，即从稳定转速nA调至新的稳定转速nC。这种调速方法存在不少缺点，如机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；在空载或轻载时，调速范围不大；实现无级调速困难；在调速电阻上消耗大量电能等。图1.1 电枢回路串电阻调速的特性曲线（2）改变电动机电枢供电电压U改变电枢供电电压U可得到人为机械特性，如图1.2所示，从图中可看出，在一定负载转矩TL下，加上不同的电压UN、U1、U2、U3、，可以得到不同的转速na、nb、nc、nd、，即改变电枢电压可以达到调速的目的。这种调速方法的特点是：当电源电压连续变化时，转速可平滑无级调节，一般只能在额定转速以下调节；调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大；当TL=常数时，稳定运行状态下的电枢电流Ia与电压U无关，且=N，故电动机转矩T=KtNIa不变，属于恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调速；可以靠调节电枢电压来启动电动机，而不用其他启动设备。图1.2 改变电枢供电电压调速的特性（3）改变电动机主磁通改变电动机主磁通的机械特性如图1.3所示，从图中可看出，在一定的负载功率PL下，不同的主磁通N、1、2、，可以得到不同的转速na、nb、nc、，即改变主磁通可以达到调速的目的。这种调速方法的特点是：可以平滑无级调速，但只能弱磁调速，即在额定转速以上调节；调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1.2倍，所以，调速范围不大。调速时维持电枢电压U和电枢电流Ia不变，即功率P=UIa不变，属恒功率调速，所以，这种调速适合于对恒功率型负载进行调速，在这种情况下电动机的转矩T=KtIa要随主磁通的减小而减小。图1.3 改变电动机主磁通调速的特性曲线基于弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使用，即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。2.实验电路原理图本实验将实现上述调速方法中的“改变电动机电枢供电电压U调速”这种调速方式。实验电路图如图1.4所示。图1.4 直流他励电动机调速实验电路图电路的基本工作原理为：启动电动机前，先将调磁电位器R5调至最小（R5=0），将给定电位器R4调至使得电枢电压为UN。按下启动按钮，通过直流调速系统启动电动机，完成电动机启动过程后，保持R5不变，调节R4（在UN以下调节，即调小R4 ，顺时针旋转，调压调速），即可实现“改变电枢供电电压调速”。3.电路接线表本实验的电路接线表如下表1.1，不要遗漏VI+、VI的接线。（注：图1.4中方框内的接线已经在内部接好，不需再接线）表1.1 直流他励电动机调压调速实验电路接线表序号端子端子连接电缆序号端子端子连接电缆1PC端COM1PLC串行通信板通信电缆15Z2R4中导线2PC端COM2数据采集模块输出口（已接好）通信电缆16Z3R4右导线3PC端COM3PLC程序传送接口编程电缆17启动右X10导线4OUTD1导线18停止右X11导线5D2A2导线19启动左COM导线6A1OUT+导线20停止左COM导线7LC+F2导线21Y10Z4导线8F1R5左导线22COM3Z5导线9R5右LC导线23VI+OUT+导线10LCR5中导线24VI-OUT-导线11Z1R4左导线25导线4.测试软件界面本实验的测试软件界面如图1.5所示：图1.5 实验十测试软件界面三、实验步骤1.按表1.1接线（为了安全起见，接线时请务必断开QF5），先做“改变电枢供电电压调速”，故VI+接OUT+，VI接OUT。将调磁电位器R5逆时针调至最小（R5 =0），将给定电位器R4顺时针调至最大；2.征得老师同意后，合上断路器QF2、QF3和QF5，接通操作面板上的电源开关；3.运行PC机上的PLC工具软件FXGP_WIN-C，输入课前编好的PLC程序（或直接打开已经编制好的，路径为：HJD-DJ1程序实验10PLC-直流调速直流调速.PMW），确认程序无误后，将其写入到PLC并运行。步骤如下：1) 端口设置：【PLC】【端口设置】COM2；2）停止运行：【PLC】【遥控运行/停止】【中止】；3）程序写入：【PLC】【传送】【写出】【范围设置】，【终止步】设置为程序的步数，【确定】；4）运行程序：【PLC】【遥控运行/停止】【运行】。4.执行PLC中的“监控测试/开始监控”，PLC进入监控状态；5.运行PC机上的测试软件，路径为：HJD-DJ1程序实验10PC-直流调速直流调速.exe，屏幕上显示如图1.5所示测试软件界面；6.按下操作面板上的“启动”按钮，直流调速系统启动电动机；7.实现“改变电枢供电电压调速”：电动机启动过程完成后，保持R5不变，连续调节R4（在UN以下调节，即顺时针调小R4 ，调压调速），读取几组电枢电压U、电动机转速n并记录于表1.2中：（注：在如图1.5所示的测试软件界面里读取U、n）表1.2 “改变电枢供电电压调速”数据记录表电枢电压U（V）电动机转速n（r/min）四、实验说明及注意事项1.接线和拔线时，请务必断开QF5；2.QF5合上后，请不要用手触摸接线端子；3.请务必不能将导线一端接入直流电动机、直流调速系统的接线端子上，另一端放在操作台上而合上QF5。五、实验用仪器工具PC 机 1台PLC 1台直流他励电动机 1台直流调速系统 1套转矩转速传感器 1台电压传感器 1台电流传感器 1台电位器 2个断路器 2个按钮 2个实验导线 若干六、实验前的准备预习实验指导书及附录相关内容，编写好实验用程序。 实验二 直流他励电机调磁调速实验一、实验目的1.深入了解直流他励电动机的调速性能；2.进一步学习PLC控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。二、实验原理实验电路原理图同实验一电路的基本工作原理为：启动电动机前，先将调磁电位器R5调至最小（R5=0），将给定电位器R4调至使得电枢电压为UN。按下启动按钮，通过直流调速系统启动电动机，完成电动机启动过程后，保持R4不变，调节R5（在N以下调节，即调大R5 ，顺时针旋转，弱磁调速），即可实现“改变电动机主磁通调速”。3.电路接线表本实验的电路接线表如下表2.1，不要遗漏VI+、VI的接线。（注：图2.4中方框内的接线已经在内部接好，不需再接线）表2.1 直流他励电动机调磁调速实验电路接线表序号端子端子连接电缆序号端子端子连接电缆1PC端COM1PLC串行通信板通信电缆15Z2R4中导线2PC端COM3数据采集模块输出口（已接好）通信电缆16Z3R4右导线3PC端COM4PLC程序传送接口编程电缆17启动右X10导线4OUTD1导线18停止右X11导线5D2A2导线19启动左COM导线6A1OUT+导线20停止左COM导线7LC+F2导线21Y10Z4导线8F1R5左导线22COM3Z5导线9R5右LC导线23VI+F2导线10LCR5中导线24VI-F1导线11Z1R4左导线25导线4.测试软件界面本实验的测试软件界面如图2.5所示：图2.5 实验十一测试软件界面三、实验步骤1.按表2.1接线（为了安全起见，接线时请务必断开QF5）。将调磁电位器R5逆时针调至最小（R5 =0），将给定电位器R4顺时针调至最大；2.征得老师同意后，合上断路器QF2、QF3和QF5，接通操作面板上的电源开关；3.运行PC机上的PLC工具软件FXGP_WIN-C，输入课前编好的PLC程序（或直接打开已经编制好的，路径为：HJD-DJ1程序实验11PLC-直流调速直流调速.PMW），确认程序无误后，将其写入到PLC并运行。4.执行PLC中的“监控测试/开始监控”，PLC进入监控状态；5.运行PC机上的测试软件，路径为：HJD-DJ1程序实验11PC-直流调速直流调速.exe，屏幕上显示如图2.5所示测试软件界面；6.按下操作面板上的“启动”按钮，直流调速系统启动电动机；7.实现“改变电动机主磁通调速”：电动机启动过程完成后，保持R4不变，连续调节R5（在N以下调节，即顺时针调大R5 ，弱磁调速），励磁线圈电压U、电动机转速n并记录于表2.3中（注：在如图2.5所示的测试软件界面里读取U、n），并计算对应的励磁回路电流If ，计算公式为：其中，励磁线圈R = 1200表2.3 “改变电动机主磁通调速”数据记录表励磁线圈电压U（V）电动机转速n（r/min）励磁回路电流If（A）8.按下操作面板上的“停止”按钮，电动机停转 ；9.断开断路器QF2、QF3、QF5。四、实验报告要求画出PLC控制程序梯形图并写出相对应的指令代码；五、思 考 题1.电动机的调速在工程实际中有什么作用？“速度调节”与“速度变化”是否为同一个概念？有什么不同？2.直流电动机的这三种调速方法的应用范围分别是什么？在工程实际中，能否配合使用？实验三 三相交流异步电动机反接制动控制实验一、实验目的1.学习三相交流异步电动机反接制动的工作原理及制动特性；2.通过该实验，进一步学习和掌握PLC控制电路的结构和工作原理。二、实验原理1.三相交流异步电动机反接制动的工作原理、制动特性如果正常运行时异步电动机的三相电源的相序突然改变，即电源反接，这就改变了旋转磁场的方向，电动状态下的机械特性曲线就由第一象限的曲线1变成了第三象限的曲线2，如图3.1所示。但由于机械惯性的原因，转速不能突变，系统运行点a只能平移至特性曲线2之b点，电磁转矩由正变负，则转子在电磁转矩和负载转矩的共同作用下迅速减速，在从点b到点c的整个第二象限内，电磁转矩T和转速n的方向都相反，电动机进入反接制动状态。待n=0（点c），应将电源切断，否则电动机将反向启动运行。由于反接制动时电流很大，对鼠笼式电动机常在定子电路中串接电阻；对线绕式电动机则在转子电路中串接电阻，这时的人为机械特性如图3.1中的曲线3所示，制动时工作点由a点转换到d点，然后沿特性曲线3减速，至n=0（e点），切断电源。图3.1 三相交流异步电动机反接制动机械特性2.实验电路图下图3.2为三相交流异步电动机反接制动的实验电路图。图中左边为主回路，右边为控制回路。图3.2 三相交流异步电动机反接制动实验电路图电路的基本工作原理为：按下正向按钮，KA4线圈失电，KA3线圈得电其主触头闭合，KM4线圈得电其主触头闭合，电动机得电运行；反接制动时，按下反向按钮，KA3线圈失电，KA4线圈得电其主触头闭合，KM5线圈得电其主触头闭合，电源反接，反接制动开始，在反接制动作用下，电动机转速迅速下降，当转矩转速传感器所监测的转速n接近于0（如n=100r/min）时，PLC使KA3、KA4线圈同时失电，KM4、KM5线圈也将失电，其主触头断开，切断电源，其后，电动机在摩擦阻转矩的作用下，转速减至零而停车，整个反接制动过程完成。3.电路接线表本实验的电路接线表如下表3.1。（注：图3.2中方框内的接线已经在内部接好，不需再接线）表3.1 三相交流异步电动机反接制动控制实验电路接线表序号端子端子连接电缆序号端子端子连接电缆1PC端COM1PLC串行通信板通信电缆11KM5三联主触头2上V4导线2PC端COM4PLC程序传送接口编程电缆12KM5三联主触头2下JDV导线3U4KM4三联主触头1上导线13KM5三联主触头3上W4导线4KM4三联主触头1下JDU导线14KM5三联主触头3下JDU导线5V4KM4三联主触头2上导线15正向左X10导线6KM4三联主触头2下JDV导线16反向左X11导线7W4KM4三联主触头3上导线17停止左X12导线8KM4三联主触头3下JDW导线18正向右COM导线9KM5三联主触头1上U4导线19反向右正向右导线10KM5三联主触头1下JDW导线20停止右正向右导线4.实验的控制界面实验的控制界面如下图3.3所示：图3.3 三相交流异步电动机反接制动控制界面图三、实验步骤1.在操作面板上找到交流电动机、KM4、KM5、KA以及操作按钮“正向”、“反向”、“停止”所对应的接线端子；2.按表3.1完成控制电路的接线（为了安全起见，接线时请务必断开QF6）；3.经老师检查认可后，接通操作面板上的电源开关，接通QF2、QF3、QF6，并断开QF1、QF4、QF5，进行下面操作；4.运行PC机上的PLC工具软件FXGP_WIN-C，输入课前编好的PLC程序（或直接打开已经编制好的，路径为：HJD-DJ1 程序实验15反接制动.PMW），确认程序无误后，将其写入到PLC并运行。步骤如下：1) 端口设置：【PLC】【端口设置】COM2；2）停止运行：【PLC】【遥控运行/停止】【中止】；3）程序写入：【PLC】【传送】【写出】【范围设置】，【终止步】设置为程序的步数，【确定】；4）运行程序：【PLC】【遥控运行/停止】【运行】。5.按下实验程序控制界面上的“启动电机”按钮，启动电动机；6.电动机启动完成后，分别按下“电机制动”和“停止电机”按钮，观察电动机转速的变化。7.分别记录能反接动时与自然停车时的停止用时，并进行比较。四、实验说明及注意事项1.接线和拔线时，请务必断开QF6；2.QF6合上后，请不要用手触摸接线端子；3.请务必不能将导线一端接入交流电动机、KM4、KM5的接线端子上，另一端放在操作台上而合上QF6。五、实验用电器元件和工具三相交流异步电动机 1台转矩转速传感器 1台PLC 1台接触器 2个继电器 2个断路器 2个按钮 3个实验导线 若干六、实验前的准备预习实验报告，复习教材的相关章节；实验四 三相交流异步电机能耗制动控制实验一、实验目的1.学习三相交流异步电动机能耗制动的工作原理及制动特性；2.通过该实验，进一步学习和掌握PLC控制电路的结构和工作原理。二、实验原理1.三相交流异步电动机能耗制动的工作原理、制动特性异步电动机能耗制动的原理路线图一般为图4.1。进行能耗制动时，首先将定子绕组从三相交流电源断开(KM打开)，接着立即将以低压直流电源通入定子绕组(KM闭合)。直流电流通过定子绕组后，在电动机内部建立一个固定不变的磁场，由于转子在运动系统储存的机械能作用下继续旋转，转子导体内部就产生感应电动势和电流，该电流与恒定磁场相互作用产生作用方向与转子实际旋转方向相反的制动转矩。在它的作用下，电动机转速迅速下降，此时运动系统储存的机械能被电动机转换成电能后消耗在转子电路的电阻中。 图4.1能耗制动时的原理电路图 图4.2能耗制动时的机械特性曲线 能耗制动时的机械特性如图4.2所示。制动时系统运行点从特性曲线1之点a平移至特性曲线2之点b，在制动转矩和负载转矩的共同作用下沿特性曲线2迅速减速，直至n=0为止，当n=0时，T=0。所以，能耗制动能准确停车，不像电源反接制动那样，如不及时切断电源会使电动机反转。不过，当电动机停止后不应再接通直流电源，因为那样将会烧坏定子绕组。另外，制动的后阶段，随着转速的降低，能耗制动转矩也很快减小，所以制动较平稳，但制动的效果比电源反接制动差。可以用改变定子励磁电流或转子电路串入电阻(线绕式异步电动机)的大小来调节制动转矩，从而调节制动的强弱。由于制动时间很短，所以，通过定子的直流电流可以大于电动机的定子额定电流，一般取。1. 实验电路图下图4.3为三相交流异步电动机能耗制动的实验电路图。图中左边为主回路，右边为控制回路。图4.3 三相交流异步电动机能耗制动实验电路图电路的基本工作原理：控制回路中，首先按下“启动”按钮，继电器KA3线圈得电，使接触器KM4线圈得电，主回路中KM4触点闭合，使交流电机通电并启动；电动机正常运转后，按下“停止”按钮，继电器KA3断电、KA4得电，接触器KM4断电、KM5得电，主电路中KM4触点断开，KM5触点闭合，使定子绕组通入一恒定的低压直流电，就使电动机处于制动状态；在制动过程中，转矩转速传感器将电动机的转速反馈给PLC，当电动机当电动机转速接近为0(n=100r/min)时，继电器KA4断电，主电路中KM5断开，使交流电机上的直流电源断开，以免烧坏定子绕组。3.