自控元件实验报告.docx
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自控元件实验报告
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MEL—II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。
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：
3000Ω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）
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
UM（V）
Ia（A）
R（Ω）平均
Ra平均（Ω）
Raref（Ω）
1
4
0.2
25
23.5
24.4
28.9
6
20
6
25
2
9
0.4
20
22.9
9
24
10
24
3
14
0.6
20
26.9
14
33.3
13
26.7
3.计算基准工作温度时的电枢电阻
θref---------基准工作温度，对于E级绝缘为750Cθ:
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Θ0-------实际冷态时电枢绕组温度
4.直流他励电动机的起动
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100Ω、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3000Ω、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
Ra
1/4Ra
1/2Ra
3/4Ra
电机转速
1688
1810
1722
1739
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1-2If=122mA
电机励磁电流（mA）
115
100
90
80
电机转速
1340
1401
1455
1520
5.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应调到什么位置？
为什么？
答：
①电路接线图：
②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：
①增大电枢回路的调节电阻，电机转速将会减小。
②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3-1U=UN=220VRa=24.2Ω
实验
数据
Ia（A）
1.1
0.885
0.727
0.587
0.451
0.336
n（r/min）
1355
1383
1406
1426
1449
1467
T2（N.m）
1.43
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
计算
数据
Ia（A）
1.1
0.885
0.727
0.587
0.451
0.336
P2（W）
202.9
173.8
147.2
119.5
91.0
61.4
η（%）
83.8
89.3
92.0
92.5
91.7
83.1
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3-2If=IfN=0.117AT2=0.66N.m
Ua（V）
220
215
1210
208
206
212
n（r/min）
1438
1391
1303
1227
1130
1017
Ia（A）
0.549
0.560
0.582
0.605
0.638
0.685
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,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3-3U=UN=220VT2=0.67N.m
n（r/min）
1431
1531
1629
1733
1827
1920
If（A）
1.19
0.89
0.74
0.68
0.58
0.53
Ia（A）
0.555
0.572
0.587
0.604
0.620
0.636
四、实验报告
1、由表3-1计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f（Ia）及n=f（T2）的特性曲线。
①特性曲线：
n的特性曲线：
η=F（Ia）的特性曲线：
T2的特性曲线：
n=F（T2）的特性曲线：
②由工作特性求出转速变化率：
Δn=（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。
1调速特性曲线
n=f（Ua）的曲线：
n=f（If）的曲线：
2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
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