自控元件实验报告

1、自动控制元件实验报告姓名： 陈国荣 学号：2012040307011班级： 34030701 指导教师： 刘浩 沈阳航空航天大学航空航天工程学部2014年12月实验一 直流电动机的起动和制动一. 实验目的1.学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。2.认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。3.学习并励电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法。二. 实验项目1.了解MELII电机实验台中的直流稳压电源、测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。2.用伏安法测直流并励电动机电枢绕组的冷态电阻。3.直流电机的起动、调速及改变转向。三实验设

2、备及仪器MEL-II电机实验台（MEL-03、MEL-04、MEL-05、MEL-06、MEL-09、MEL-11、MEL-13）M03电机、导线11根 四 实验操作步骤及数据1.直流仪表和变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）电压表量程的选择如测量电动机两端为220伏的直流电压，选用直流电压表应为300伏量程档。（2）电流量程的选择因为电动机的额定电流为1.1安。测量电枢电流的电表A1可选用直流电流表的2A量程档，励磁电流小于0.16安，电流表A2选用200mA量程挡。（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、。2.用伏安法测直流并励电动机电枢绕组的冷态电阻。接线原理见图1-1。U：可调直流电源 R：3000调节电阻（MEL-09） V：直流电压表（MEL-06） A：直流电流表（MEL-06） M：直流电机电枢（M03）直流U R M电 V源 A A 图1-1测电枢绕组直流电阻接线图 （1）经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使其最大。直流电压表应为300伏量程档。直流电流表的2A量程档。（2）按下主控屏绿色按钮后，打开直流电源的船形开关，检查电位器是否左旋到底，按下复位开关，并调节电位器使直流电源至220伏。调节R使电枢电流为0.2A（电流较小时，由于接触电阻存在可能误差较大，所以电流大一

4、些较好，以电机不转为好。）迅速测取电枢端电压UM及电流Ia。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，重复上述测量。填入表1-1。取不同的电枢电流两次，重复上述测量。填入表1-1。表1-1 室温 250C 序号U M（V）Ia（A）R（）平均Ra平均（）Raref()140.22523.524.428.9620625290.42022.992410243140.62026.91433.31326.73.计算基准工作温度时的电枢电阻 ref -基准工作温度，对于E级绝缘为750C : 室温Rref -换算到基准工作温度时电枢绕组电阻R0-电枢绕组实际冷态电阻 0-实际冷态时电枢绕组温度4.直流他励

5、电动机的起动实验线路如图1-2所示。图中M为直流他励电机M03，其额定功率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。TG为测功机和测速发电机。直流电压电流表选用MEL 06 的直流表，R1选用MEL-09挂箱上电阻值为100、电流为1.22A的变阻器，作为直流他励电动机的起动电阻。Rf选用MEL-09挂箱上阻值为3000、电流为200mA的变阻器，作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。接好线后，检查M、G之间是否用联轴器直接联接好，电枢电源的电压应调节到约220V. 图1-2 直流他励电动机接线图他

6、励电动机起动步骤（1）接好线后检查接线是否正确，电表的极性、量程选择是否对，励磁回路接线是否牢靠。然后，将起动电阻R1调到阻值最大位置，磁场调节电阻Rf调到最小位置，作好起动准备。（2）将调压器调至零位，打开钥匙开关，主电源面板红色指示灯亮，再按下绿色按纽，红灯熄，绿灯亮。（3）打开下组件220V直流稳压电源开关，打开直流电机励磁电源开关，观察励磁电流表A2是否有数值。再按复位按钮，然后，调节直流电源电位器，即对M加电枢电压，使电机起动，电压表和电流表均应有读数。（4）电机起动后观察转速表的符号“-”表示反转，应为正转，若不正确，可将电枢两端接线对调或励磁绕组两端接线对调来纠正。调节电枢电源调

7、压旋钮，使电动机端电压加到220V。减小起动电阻R1，直至短接。他励电动机的转速调节电机电枢电阻Ra1/4Ra1/2Ra3/4Ra电机转速1688181017221739分别改变串入电枢回路的调节电阻（100）的阻值和励磁回路（3000）的调节电阻的阻值，观察转速变化情况。填表1-2 表1-2 If=122mA电机励磁电流（mA）1151009080电机转速13401401145515205.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。五.思考题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

8、么位置？为什么？答：电路接线图：起动电阻R1调到阻值最大位置，磁场调节电阻Rf调到最小位置。因为这样可以减小启动负载，同时增大启动转矩，使电机的启动更容易；防止启动时负载过大或启动转矩过小而无法启动。2. 增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？答：增大电枢回路的调节电阻，电机转速将会减小。基本不变。3. 用什么方法可以改变直流电动机的转向？答：切断电源，将电枢两端或励磁绕组两端接线对调，可以改变电机转向。4. 为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？答：因为如果电机运行过程中激磁绕组如果断开，电枢回路电流将会迅速上升，将会出现停车（可能会烧坏

9、电机）或飞车（过大的离心力将会使电枢绕组和转动部件损坏）现象。实验二 直流并励电动机的工作特性和机械特性一、实验目的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。二、实验项目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 、 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,R1 = 0,测取n = f(If)。（3）观察能耗制动过程三、实验步

10、骤及数据1、并励电动机的工作特性和机械特性实验线路如图3-1所示开关放置“1”。按照实验一方法起动直流并励电动机，其转向应符合要求。将电动机电枢调节电阻R1调至零，调节电枢电压调压旋钮、MEL-13挂箱上的转矩设置顶转纽（将开关置“转矩控制”）和电动机的磁场调节电阻Rf，调到其电动机的额定值U= UN,I=IN,n=nN,其励磁电流即为额定励磁电流IfN,在保持U= UN、 If= IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载。测取电动机电枢电流Ia,转速n和转矩 T2，共取6-7组数据，记录于表3-1中。表3-1 U= UN = 220V Ra =24.2实验数据Ia(A)1.10.8850.7

11、270.5870.4510.336n(r/min)135513831406142614491467T2 (N.m)1.431.21.00.80.60.4计算数据Ia(A)1.10.8850.7270.5870.4510.336P2(W)202.9173.8147.2119.591.061.4(%)83.889.392.092.591.783.1表中Ra对应于环境温度为0时电动机电枢回路的总电阻，可由实验一得到。2、调速特性（1）改变电枢端电压的调速直流电动机起动后，将电阻R1调至零，同时调节负载、电枢电压及电阻Rf，使U= UN,I = 0.5IN, If = IfN ,保持此时的T2 的值和

12、 If = IfN，逐次增加R1的值，即降低电枢两端的电压Ua，R1从零调至Ua，转速n和电枢电流Ia，共取6-7组数据，记录。表3-2 If = IfN = 0.117A T2 = 0.66 N.mUa(V)2202151210208206212n(r/min)143813911303122711301017Ia(A)0.5490.5600.5820.6050.6380.685图3-1 并励电动机接线图图3-2 并励电动机能耗制动接线图（2）改变励磁电流的调速直流电动机起动后，将电阻R1和电阻Rf调至零，同时调节电枢电压调压旋纽和转矩设定旋纽使之加载，使电动机U = UN,I = 0.5IN

13、, If = IfN保持此时的T2 值和U = UN的值，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n = 1.3nN,每次测取电动机的n、 If和Ia，共取6-7组数据，记录于表3-3中。表3-3 U = UN = 220V T2 =0.67N.mn(r/min)143115311629173318271920If (A)1.190.890.740.680.580.53Ia(A)0.5550.5720.5870.6040.6200.636四、实验报告1、由表3-1计算出P2和，并绘出n、T2 、 = f(Ia)及n = f(T2)的特性曲线。特性曲线：n的特性曲线：=F(Ia)的特性曲线：T2的特性曲线

14、：n=F(T2)的特性曲线：由工作特性求出转速变化率：n =（1470-1400）/1400*100%=5%3、 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。 调速特性曲线n=f（Ua）的曲线：n=f（If）的曲线： 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为：调压调速是在基速以下调节转速的方法，电压越小，转速越小。调压调速的优点：可实现无级调速、相对稳定性较好、调速范围较宽、调速经济性较好。调压调速的缺点：需要一套可控的直流电源。 弱磁调速是在基速以上调节转速的方法，励磁

15、电流减小，磁通变小，转速升高。弱磁调速的优点：控制方便、能量损耗小、可实现无级调速。弱磁调速的缺点：由于受电动机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，调速范围窄，一般要与调压调速配合使用。4、 能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？答：能耗制动时间与制动电阻RL的阻值的大小有关，制动电阻越大，制动过程的时间越长；反之制动时间越短。这是因为在能耗制动过程中，制动时间主要取决于T，T与制动电阻成正比，所以制动电阻越大，制动过程的时间越长。采用能耗制动方法停车的缺点在于在制动过程中，随着转速的下降，制动转矩随着减小，制动效果变差。六、思考题1、并励电动机的速率特

16、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？答：根据并励电动机的速率特性公式，若忽略电枢反应，当电枢回路电流增加时，转速下降；若考虑电枢反应的去磁效应，磁通下降可能引起转速的上升，即出现上翘现象。这样的变化与电枢回路电流增大引起的转速降相抵消，对电动机的影响是使电动机的转速变化很小。2、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？答：由直流电动机机械特性的表达式可知，转速与电枢电压成正比，与磁通量成反比，所以降低电压时转速下降。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

17、？答：由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以励磁电流减小时主磁通也随着减小。由机械特性的表达式可知，当磁通减小时转速升高。4、并励电动机在负载运行中，当励磁回路断线时是否一定会出现“飞速”？为什么？答：不一定。这是因为当电动机负载较轻时，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；但若电动机的负载为重载时，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电动机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，烧毁电枢绕组。实验三 三相笼型异步电动机的工作特性一、实验目的1、 用直接负载法测取三相笼型异步电动机的工作特性。2、 测定三相笼型异步电动机的参数。二、实验项目1、 测量定子绕组的冷

18、态电阻。2、 空载试验。3、 负载试验。三、实验步骤及数据三相笼型异步电机在本装置的编号是M04。1、 测量定子绕组的冷态直流电阻。将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。（1）伏安法测量线路图为图10-1。图10-1三相交流绕组电阻测量量程的选择：测量时通过的测量电流约为电机额定电流的10%，即为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆，因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，所以直流电

19、压表量程用20V档。按图10-1接线。将励磁电流源调至25mA。接通开关S1,调节励磁电流源使试验电流不超过电机额定电流的10%（为了防止因试验电流过大而引起绕组的温度上升），读取电流值，再接通开关S2,读取电压值。读完后，先打开开关 S2,再打开开关S1 。每一电阻测量三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻，记录于表10-1中。表10-1绕阻绕阻绕阻I(A)0.02750.02800.02840.02710.02750.02820.02830.02830.0296U(V)1.321.351.371.311.331.371.331.371.43R()52.652.852.753.453.45

20、3.552.652.552.7注意事项在测量时，电动机的转子须静止不动。测量通电时间不应超过1分钟。2、空载试验测量线路图为图10-2，电机绕组接法。（额定电压220V）图10-2 三相鼠笼异步电机接线图按图10-2接线。首先把交流调压器退到零位，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求。注意：调整相序时，必须切断电源。保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后在进行试验。调节电压由1.2倍额定电压开始逐次降低，直至电流或功率显著增大为止。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率，共读取79组数据，记录与表10-3中。表10-3序

21、号U(V)I(A)P(W)cosUUVUVWUwuUoIUIVIWIoPPPocoso151.2448.6250.30500.310.300.310.31-2.0612.2910.230.37257.9055.6057.0056.80.370.370.360.37-2.1217.3215.20.41362.6060.0161.5061.370.400.400.390.40-1.2320.7419.510.45466.6164.4566.3865.810.180.180.170.182.8011.1413.940.69570.2167.2669.1968.90.170.160.160.1632.

22、9310.7813.710.68674.6071.4573.7373.260.160.150.150.152.6910.7313.420.67778.9875.9378.8777.930.150.150.140.152.5610.8113.370.66注意：空载试验读取数据时，在额定电压附近应多测几点。3、负载试验选用设备与空载试验相同。图10-3a 三相笼型异步电机实验接线图（MEL-1、MEL-11A）调节调压器使之逐渐升压至额定电压（在做试验时保持电压恒定），并调节测功机转矩设定旋纽使之加载，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流，从这负载开始，逐渐减小负载直至

23、空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、转矩T2等数据，共读取56组数据，记录于表10-5中。表10-5 UN=220V()序号I(A)P(W)T2 (N.m)N(r/min)P2 (W)IUIVIWI1PPPo10.550.540.540.54-2.2834.8232.540.05630.33120.380.370.370.374.6625.6430.30.09110010.09830.460.460.450.462.0129.9131.920.078035.73340.490.490.480.49-2.1831.3129.130.055052.57650.510.510.

24、500.51-1.4731.8430.370.032700.826注意：在做负载试验时应保持定子输入电压为额定值，直流电机的励磁电流为规定值。四、实验报告1、计算基准工作温度时的相电阻由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻：rlef= rlc(235+ ref)/(235+ c)式中 rlef换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，；rlc定子绕组的实际冷态相电阻，；ref基准工作温度，对于E级绝缘为75；c实际冷态时定子绕组的温度，。绕阻绕阻绕阻I(A)0.02510.03010.03510.02510.03010.03510

25、.02510.03010.0351U(V)1.321.591.851.341.611.881.321.581.85R()52.652.852.753.453.453.552.652.552.7Rlef63.1263.3663.2464.0864.0864.263.126363.242、 作空载特性曲线：Io、Po、coso = f(Uo)答：Io的特性曲线：Po的特性曲线：COSo的特性曲线：4、 作工作特性曲线Pl、Il、n、S、cosl = f(P2)P1的特性曲线：I1的特性曲线：n的特性曲线：的特性曲线：S的特性曲线：COS1的特性曲线：由负载试验数据计算工作特性，填入表10-6中表1

26、0-6 U l=220V()序号电动机输入电动机输出计算值I1(A)P 1 (W)T2(N.m)n(r/min)P2 (W)S(%)(%)cos10.5432.540.05630.33195.81.010.140.3730.30.09110010.09826.733.30.190.4631.920.078035.73346.518.00.160.4929.130.055052.57666.38.80.140.5130.370.032700.826822.70.14六、思考题1、 由空载、短路试验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？答：读数时产生的误差，仪表的误差；由于实验时

27、线圈会发热，随着温度的升高，电阻也会跟着变化，这也会产生误差2、 由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差？答由直接负载法测得的电机效率主要可能引起误差的是测量读数时仪表产生的误差；由损耗分析法求得的电机效率主要可能引起误差的因素是由图像读数时产生的误差。实验四 三相异步电动机的起动与调速一、实验目的通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。二、实验项目1、 直接起动2、 星形三角形（Y-）起动。3、 绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。4、 绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。三、实验设备及仪器1、 MEL-II电机系统教学实验台2、 电机

28、导轨及测功机（MEL-13）3、 电机起动箱（MEL-09）4、 鼠笼式异步电机（M04）5、 绕线式异步电机（M09）6、 导线 18 根四、实验步骤1、三相笼型异步电机直接起动试验按图11-1接线，电机绕组为接法。图11-1 异步电机直接起动实验接线图实验前先把交流调压器退到零位，然后接通电源。增加电压使电机起动旋转。观察电机旋转方向。调整电机相序，使电机旋转方向符合要求。调整相序时，必须切断电源。调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，打开开关，等电机完全停止旋转后，再合上开关，使电机全压起动，电流表受起动电流冲击，电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种

29、起动方法的起动电流作定性的比较。断开开关，将调压器退到零位，把电机堵住，合上开关，调节调压器，使使电机电流达23倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK、试验时通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。打开开关，对应于额定电压时的起动转矩TS t和起动电流IS t按下式计算： TSt = (Ist / IK) ²TK式中 IK起动试验时的电流值，A;TK起动试验时的转矩值N.m。Ist = (UN / UK) IK式中 UK起动试验时的电压值，V;UN电机额定电压，V。2、星形三角形（Y-）起动实验线路原理如图11-2。图11-2三相异步电机星形三角形起动把调压器退到零位，合上电源开关，三相双掷开关合向右边（Y接法），调节调压器使逐渐升压至电机额定电压220伏，打开电源开关，待电机停转后，再合上电源开关，再把S合向左边，（接法）正常运行，整个起动过程结束。观察起动过程中电流表的最大显示值以与其它起动方法作定性比较。3、绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动实验线路图如图11-3，电机定子绕组Y形接法。图11-3 绕线式异步电机转子绕组串电阻起动按图11-3接线。转子串入的电阻（MEL-09）可由刷形开关来调节。调整相序使电机旋转方向符合要求，把调压器退到零位，电机堵住，（见使用说明）定子加电压为180伏，转子绕组串入不同电阻时，测定