电机及其运动控制实验报告

1、o h喩硼技*孝university of science and technology beijing电机及其运动控制实验报告学 院自动化专业班级口 班姓 名学 号412成 绩 2015年1月实验一直流他励电动机机械特性一. 实验目的了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性二. 预习要点1. 改变他励血流电动机械特性有哪吐方法？2. 他励血流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入冋馈制动状态？他励直流电 动机冋馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性乂是什么情况？3. 他励血流电动机反接制动时，能最传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。三. 实验项目1. 直流他励电动机机械特性。

2、2. 回馈制动特性3. 口由停及能耗制动。4. 反接制动。四. 实验设备及仪器1. nmel系列电机系统教学实验台主控制尿。2. 电机导轨及转速表(mmel-13)3. 三相可调电阻900q (nmel-03)4. 三相可调电阻90q (nmel-04)5. 波形测试及开关板(nmel-05b)6. 直流电压、电流、亳安表(nmel-06)7. 电机起动箱(nmel09)五. 实验方法及步骤1. 直流他励电动机机械特性及回馈制动特性接线图如图1-1图中直流电压表匕为220v nj*调直流稳压电源(电枢电源)自带,v?为mel-06上直 流电压表，量程为300v；直流电流农ma】、a|分別为直流

3、励磁及220v nj调直流稳压电源门带龜安表、安培拓 ma?、a?分別选用量程为200ma、5a的毫安表、安培表(nmel-06)ri选用1800 q欧姆电阻(nmel-03两只900q电阻相串联)r2选用180欧姆电阻(nmel-04中两90欧姆电阻相串联)r3选用3000q磁场调节电阻(nmel-09)ri选用2250q电阻（jij nmel-03中两只900q电阻相并联再加上两只900q电阻相串联）开关si、s2选用nmel-05中的双刀双掷开关。m为直流他励电动机m03,请抄写电机铭牌上的参数并填入下表中:表1-151onpn5if220v1.1a1600rpm185wg为直流发电机m

4、12,请抄写电机铭牌上的参数并填入卜表屮: 表1-25i、onpn5if220v0.55a1500rpmsow+u 可调直流稳压电源图11直流他励电动机机械特性实验线路图按图接线，在开启电源前，检查开关、电阻的设置；（1）开关si合向“1”端,s2合向“2”端。（2）电阻r至最小值,r2> r3、皿阻值最大位置。（3）直流励磁电源船形开关和220v可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。实验步骤。a. 按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220v电源船形开 关，使玄流电动机m起动运转，调节氏流可调电源，使v】读数为un=220伏，调节r?阻值 至零。b. 调直流电动机的

5、额定点（此时电动机运行在额定状态下，电枢电压，电枢电流，电 机转速都为额定值）调额定点时，先增大直流电动机的励磁电阻r”使转速为额定值，再减小发电机负载 电阻皿、r3（先调节&，再调节rj，使电枢电流增加，随着电流的增加，转速会下降， 要同时增大直流电动机的励磁电阻使转速保持在额定值，最后调到额定点。记录此时 的la. ns ifn值填入下表中。c. 测取m在额定负载至空载范围的n、la保持电动机的u=un=220v, ifiin不变,增大r3、ri阻值，记录n、h，直到r3、出增 大到授大值（空载状态）为止，此过程中记录数据填入下表中。表 135=220 伏1氓二 0.08 ala(

6、a)0.920.780.660.530.430.340.290.240.21n (r/min)160016181630165016701680169017001705d. 折掉开关s2的短接线，调节r3,使发电机g的空载电压为220伏，并极性与电动 机电枢电压相同。e. 保持电枢电压u二un=220v, i尸iz 把开关s2合向“1”端，此时开始记录数据，把 r4值减小，皿值减小到零后，再调节rs阻值使阻值逐渐增加，电动机m的转速升高，当 a|表的电流值为0时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加r*阻值，则电动机进入 第二象限回馈制动状态运行，rs阻值增加到最大时停止，此过程中记录数据填入

7、卜表中。表 1 -4un=220 伏1血=0.08 ala(a)-0.06-0.090l-0.14017-0.26-0.30-0.39-0.40n (r/min)157615821589159516041624163916631667记录完数据后调节直流可调电源的电位器，使w读数为un=0伏,r2阻值调至180q o2. 自由停车及能耗制动断电按图12接线，si的“2”端先空着不接线。“为450欧，r2为180欧。接好线后，把$合向“1”端,，r2置最大值。a. 按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220v电源船形开 关，使直流电动机m起动运转，调节直流可调电源，使v】读数

8、为5=220伏，调节r?阻值 至零。b. 电动机稳定运行后，把$合向“2”端，同时按下秒表记录自由停车时间。c. 断电，s的“2”端按图12接线，r3为900欧。接好线后，把si合向“1”端，r2 置最大值。按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220v电源船形 开关，使直流电动机m起动运转，调节直流口j调电源，使v】读数为5=220伏，调节r? 阻值至零。d. 电动机稳定运行后，把s】合向“2”端，同时按下秒表记录r3为900q能耗制动停 车时间。e. 断电,r3阻值改为1800欧。接好线后,把si合向“1”端,r2置最大值,r3置1800q。按次序先按下绿色“闭合”电源开

9、关、再合励磁电源船型开关和220v电源船形开关， 使直流电动机m起动运转，调节直流nj调电源，使v】读数为u、=220伏，调节r?阻值金零。f. 电动机稳定运行后，把s】合向“2”端，同时按下秒表记录&为1800q能耗制动停 车时间。记录完数据后调节直流町调电源的电位器，使w读数为un=0伏，r2阻值调至180q om 12可调直流稳压电源直流电机励磁电源£1r.图12自由停车及能耗制动接线图表1-3自由停车及能耗制动停车时间自由停车2.80s2.90s3sr3=900q1.55s1.65s1.50sr3=1800q1.80s2.00s1.90s3. 反接制动。实验步骤：a.

10、 断电按图1-3接线。把$合向“1”端，ri为450欧，r?为180欧。g为900欧 在未上电前，r2，r3置最大值。b. 按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220v电源船形开 关，使直流电动机m起动运转，调节直流可调电源，使w读数为un=220伏，调节r?阻值 至零。c. 电动机稳定运行后,把s1合向“2”端，同时按下秒表记录r3为900q反接制动停 车时间。并观察电流表电流极性的变化。d. 断电，r3阻值改为1800欧。按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源 船型开关和220v电源船形开关，使直流电动机m起动运转，调节直流可调电源，使v】读 数为un=220伏

11、，调节r2阻值至零。e. 电动机稳定运行后，把si合向“2”端，同时按下秒表记录&为1800q反接制动停 车时间。并观察电流表电流极性的变化。表1-4反接制动停车时间r3可调直流稳压电源r3=900q1.60s1.55s1.60sr3=1800q1.90sl.s5s1.90s直流电机励磁电源£1图1-3反接制动接线图六. 实验注意事项请根据电机参数止确选川测量仪表的量私七. 实验报告根据实验数据绘出电动机机械特性曲线机回馈制动制动特性illi线。1. 电动机的机械特性illi线如卜所示电动机的机械机械特性曲线0.10 i1580160016201640166016801700

12、1720电机转速n (r/min)(<)2 .电动机的回馈制动特性曲线如下所示电机的回馈制动曲线45o158016001620164016601680电机转速n(r/min)15 2 50.1o.2 -o-o3 5 -o4-八. 思考题1. 回馈制动实验屮，如何判别电动机运行在理想空载点？答：当电枢电流la=0 a时，电动机运行在理想空载转速。2. 直流电动机从笫-象限运行到笫二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩的方向是 否也不变？为什么？答：电磁转矩方向变化了，和转速n方向相同变为方向相反。这是由于此时n>no, 所以t从大于零变为小于零，电磁转矩从拖动性转矩变为制动性转矩。3.

13、 能耗制动电阻的大小对制动时间有何影响，为什么？答：能耗电阻越小，制动速度就越快，这是由于能耗电阻的减小，制动过程屮的电 枢电流就逐渐增大，制动转矩就越大，能量消耗就越大，同时机械特性1111线的斜率 变大，两者都促使制动速度变快。4. 反接制动电阻的人小对制动时间有何影响，为什么？在反接制动过程中电枢电流的 极性丿卫如何变化？答：反接电阻越小，制动速度就越快，这是由于反接电阻的减小，制动过程屮的电枢电 流就逐渐增人，制动转矩就越人，同时机械特性曲线的斜率变人，两者都促使制动速度变快。 而反接制动过程屮的电枢电流的极性则与制动前的电枢电流和反。实验二异步电机的t-s曲线测绘一. 实验目的用木电

14、机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩转羌曲线，并加 以比较。二. 预习要点1. 复习电机t-s特性曲线。2. t-s特性的测试方法。三. 实验项目鼠笼式异步电机的ts曲线测绘测。四. 实验原理界步电机的机械特性的图2-1所示。7|<5k t2-1异步电机的机械特性在某一转差率时，转炬有一最大值tm，称为 界步电机的最大转矩，sm称为临界转差率。几是异步 电动机对能产生的最大转矩。如果负载转矩tz>tin, 电动机将承担不了而停转。起动转矩t純是界步电动机 接至电源开始起动时的电磁转矩，此时s=1 (n=0)o 对于绕线式转子杲步电动机，转子绕组串联附加电阻, 便能

15、改变tq从而对改变起动特性。杲步电动机的机械特性对视为两部分组成，即当 负载功率转矩tzwtn时，机械特性近似为直线，称为机械特性的直线部分，又可称为工作 部分，因电动机不论带何种负载均能稳定运行；当时，机械特性为一曲线，称为机械 特性的曲线部分，对恒转矩负载或恒功率负载而言，因为电动机这一特性段与这类负载转矩 特性的配合，使电机不能稳定运行，而对于通风机负载，则在这一特性段上却能稳定工作。在本实验系统中，通过对电机的转速进行检测，动态调节施加于电机的转矩，产生随 着电机转速的下降，转矩随z下降的负载，使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。通过 读取不同转速下的转矩，对描绘出不同电机的ts曲线

16、。五. 实验设备1. mel系列电机系统教学实验台主控制屏。2. 电机导轨及测功机、转矩转速测量(mmel-13)。3. 交流表电机起动箱（mmel-001a）。4. 三相鼠笼式异步电动机m04o六. 实验方法1鼠笼式异步电机的t-s曲线测绘被试电机为三相鼠笼式界步电动机m04, y接法。与m04电机同轴安装。g为涡流测功机，按图22接线，其中电压表采用指针式ffr.-13或数字式均可，量程选用300v档，电流表采用数字式，可选0.75a量程档。起动电机前，将图2-2鼠笼式异步电机的t-s测绘接线图三和调压器旋钮逆时针调到底，并将mel-13中“转愆控制”和“转速控制”选择开关扳向“转速控制”

17、，并将“转速设定”调 节旋钮顺时针调到底。“突加负载”和“突减负载”选择开关扳向“突加负载”。实验步骤：（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220v, 起动交流电机。观察电机的旋转方向，是之符合要求。（2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，m04电机的负载将随z增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注 意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。）（3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测儿点, 填入表2-1 o表21un=220vy接法序号12345678

18、9转速（r/min）1464140012821023878758375228200转矩（n.m）0.040.240.410.480.470.450.380.360.36（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升， 直到升到空载转速为止，在这范围内，读出89组异步电机的转矩t,转速n,填入表22。表 2-2un=220vy 接法序号123456789转速（r/min）200208339528871950112112391467转矩（n.m）0.360.380.400.440.500.510.510.460.04七. 实验报告1. 在方格纸上，逐点绘出各种电机的

19、转矩、转速，并进行拟合，作出被试电机的ts 曲线。实验所用电机降速时的转矩和转速的关系曲线为电机的降速特性曲线0.10.2030.40.5转矩（n.m）ooooqqqq so o 0 a a a a 4 2 0 8 6 4 2 1 1 1 1(ug)瑕嫁0.6升速时的转矩和转速的关系曲线为(ug)ssz升速特性曲线2. 对这些电机的特性作一比较。本实验只用了一种电机，所以无法比较。八思考题电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因何在？答：因为有迟滞回线的影响，在降速和升速时，由于是铁磁材料的原因，在外磁场变化 时，有一部分磁场被铁磁材料吸收了，产生磁滞效应，这就导致了电机的降速特性和升速特 性

20、曲线不重合。实验三 三相异步电动机的起动与调速一. 实验目的通过实验掌握界步电动机的起动和调速的方法。二. 预习要点1. 复习界步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。2. 复习界步电动机的调速方法。三. 实验项目1. 异步电动机的直接起动。2. 异步电动机星形三角形（y-z）换接起动。3. h耦变压器起动。u!实验设备及仪器1. nmcel系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。2. 电机导轨及测功机、转炬转速测量（mmel-13）。3. 鼠笼式异步电动机（m04）。五.实验方法1.三相笼型异步电动机直接起动试验。按图3-1接线，电机绕组为接法。起动前，把转矩转速测量实验箱（mmel-

21、13）屮“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳 向“转矩控制”，检查电机导轨和mel-13 的连接是否良好。仪表的选择：交流电压表为数字式或 指针式均可，交流电流表则为指针式。a. 把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。调节 调压器，使输出电压达电机额定电压220伏'使电机起动旋转。（电机起动后，观察图3-1异步电机直接起动实验灘图mmel-13屮的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）b. 断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起 动，观察电机起动瞬间电流值

22、。c. 断开三相交流电源，将调压器退到零位。川起子插入测功机堵特孔屮，将测功机定转子堵住。d. 合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达23倍额定电流，读 取电压值uk、电流值ik、转矩值填入表中，注意试验时，通电时间不应超过10秒， 以免绕组过热。对应于额定电压的起动转矩tst和起动电流i比按下式计算：式中ik：起动试验时的电流值，a；tk：起动试验吋的转矩值，n.m；式中uk：起动试验时的电压值，v；5：电机额定电压，v；测罐值计算值uk (v)ik(a)tk (n.m)tst(n.m)ist(a)132.81.2340.411.1252.0442.星形三角形（y-a）起动按

23、图3-2接线，电压表、电流表的选择同前，开关s选用mmel-05boa. 起动前，把三相调 压器退到零位，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,使输出电压升高 至电机额定电压 un=220v,断开电源开关, 待电机停转。b. 待电机完全停转 后，合上电源开关，观察 起动瞬间的电流，然后把s合向左边（接法），电机进入止常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。3. 自耦变压器降压起动按图3-1接线。电机绕组为接法。a.先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断 开电源开关，待电机停转。b.待电机完

24、全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降圧起动，观察电流 表的瞬间读数值，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压un=220伏，整个 起动过程结束。4. 异步电动机改变定子电压调速按图3-1接线。电机绕组为接法。mmel-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择 开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。“突加负载”和“突减负载”选择开 关扳向“突加负载”a. 合上交流电源，调节调压器使z逐渐升压金额定电压，并在试验中保持此额定电压 不变。b. 调节mmel-13测功机“转矩设定”旋钮使z加载，使异步电动机的定了电流逐渐 上升，直至电流上升到异步电机的额定电流。c. 调节调压器使定子电压从220伏逐渐f降至电机不能正常运转。在此之间记录儿纽 定子电压值及对应的转速值填入卜表。定了电压220192.3178.8165.6159.2转速(r/min)1418138313381273123