传动控制系统考试说明及讨论题参考答案Word文档格式.docx
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松开SB1
后，电机逐渐减速，最后停止转动。
图2-1点动控制线路
2、三相异步电动机自锁控制线路：
当按下SB2时，KM1灯发亮，
线圈保持得电，触头闭合，实现自锁，电
机加速，最后以1420r/min转动。
而按
下SB1，整个回路断开，电机减速，最后
停止转动。
图2-2自锁控制线路
3、三相异步电动机点动、自锁控制线路：
按下SB2再松手后，KM1线圈保持
得电，KM1触头闭合，实现自锁电机M继续
运转；
运转半分钟后按下，然后松开，电
机M停转；
如果连续按下和松开SB3，此时
属于点动控制状态，但如果按下松开的频率
过高，则会出现连续运转的现象，这是因为
出现了继电器接点竞争。
最后，按下SB1
松手后电机M停转。
图2-3点动、自锁控制线路
4、倒顺开关正反转控制线路（选做）：
开关Q1合向“左合”位置，电机正转。
开关Q1合向“断开”位置后，再扳向“右合”位置，
电机由正转变为反转。
图2-4倒顺开关正反转控制线路
5、接触器联锁正反转控制线路：
按下
，电机M正转，KM1
灯亮，线圈保持得电，主触头保持闭合，
当松开
时，KM1辅助常开触头仍然
闭合，实现自锁，同时，KM1辅助常闭
触头仍然断开，实现对
的互锁。
按
下
，电机M停止运转，其它接触器
的触点都断开。
，电机M反
转，实现自锁与联锁的情况与按下
相同。
图2-5接触器联锁正反转控制线路
6、按钮联锁正反转控制线路：
，电机M正转，反转
控制电路无法打开，KM1灯亮，线圈保
持得电，主触头保持闭合，当松开
时，KM1辅助常开触头仍然闭合，实现
自锁。
，电机M停止运转，其
它接触器的触点都断开。
，电
机M反转，正转控制电路无法打开，
KM2灯亮，线圈保持得电，当松开
时，KM2辅助常开触头仍然闭合，实现
图2-6按钮联锁正反转控制线路
7、按钮和接触器双重联锁正反转控制线路：
自锁，同时，KM1辅助常闭触头仍然断
开，实现对
，电机
M停止运转，其它接触器的触点都断开。
，电机M反转，正转控制电路
无法打开，KM2灯亮，线圈保持得电，
时，KM2辅助常开触头仍然
闭合，实现自锁，同时，KM辅助常闭
触头仍然断开，实现对的
互锁。
。
图2-7按钮和接触器双重联锁正反转控制线路
8、采用PLC控制线路实验：
图2-8主电路图2-9PLC控制系统接线图
写入程序后，按SB1按钮，松开后电机延时5s正转；
按SB2按钮，松开后电机延时5s反转，按下SB3按钮，电机停止转动。
PLC梯形图和指令表：
四、讨论题
1.试分析什么叫点动，什么叫自锁，并比较图2-1和图2-2的结构和功能上有什么区别？
答：
在工作状态中对电动机的控制要求是一点一动，即按一次按钮动一下，连续按则连续动，不按则不动，这种动作常称为“点动”。
接触器利用自己的触头保持自己的线圈得电，从而保证电机长期工作的线路结构称为自锁环节。
图2-2比图2-1多了一个接触器KM1，图2-1在功能上可以实现点动工作和连续工作，但不能长期连续工作；
而图2-2可以实现长期连续工作，但不能实现点动工作。
2.图2-2电路能否对电动机实现过流、短路、欠压和失压保护？
图中热继电器FR能对电动机实现过流保护，当电动机过载时，热继电器的热元件就发热，将其在控制电路内的动断触点断开，接触器线圈失电，触点断开，电动机停转；
熔断保险器FU能对电动机实现短路保护，当电路发生短路或严重过载时，熔断保险器的熔体能自动迅速熔断，从而切断电路，起保护作用；
在控制线路中，若电源暂停供电或电压降低，接触器线圈KM1就失电，触点断开，电动机脱离电源而得到保护，过后单电源电压恢复时，不重新按启动按钮，电动机就不会自动启动；
失压保护就是不提供电源电压，此时电动机不运转。
3.接触器和按钮的联锁触点在继电接触控制中起到什么作用？
接触器的联锁触点是继电器的殿后线圈使使常闭触点断开实现联锁，属于电气联锁；
而按钮的联锁触点则是利用按钮按下时使其常闭开关断开来实现联锁的，属于机械联锁。
4.在图2-4中，欲使电机反转，为什么要把手柄扳到“停止”使电动机M停转后，才能扳向“反转”使之反转，若直接扳至“反转”会造成什么后果？
若直接扳至“反转”，电动机的工作状态相当于反接电源制动，制动期间电枢电动势E和电源电动势是串联相加的，因此会产生较大的电枢电流，在串接的限流电阻不够的情况下易产生过流。
5.试分析图2-4、2-5、2-6、2-7各有什么特点？
并画出运行原理流程图。
特点：
2-4倒顺开关正反转控制线路结构简单，易于直接操作，安全性低。
流程图：
2-5接触器联锁正反转控制线路，利用继电器实现电气联锁保护。
2-6按钮联锁正反转控制线路，利用复合按钮实现机械联锁保护。
2-7按钮和接触器双重联锁正反转控制线路，利结构较复杂，利用复合按钮和继电器实现电气和机械的双重联锁保护。
6.图2-5、2-6虽然也能实现电动机正反转直接控制，但容易产生什么故障，为什么？
图2-7比图2-5和2-6有什么优点？
答：
图2-5由于继电器的响应时间有可能出现瞬间短路的情况；
图2-6可能由于触点处电弧的吸合或机械按钮的失效也造成系统短路。
图2-7采用按钮和接触器双重联锁保护，可以实现电机正反转的直接切换，系统的可靠度和安全性提高。
7.简单说明采用继电器、接触器控制电机正反转实验与采用PLC控制实验的优缺点。
继电器、接触器控制：
优点是控制电器结构简单、价格便宜、应用广泛，能够满足生产机械一般的生产要求；
缺点是电器接线复杂，容易出错，所用到的电器较多，对于操作人员的要求高。
PLC控制：
优点是接线简单、操作方便、有监视和诊断功能，安全性高，易于实现自动化控制。
缺点是价格昂贵，操作人员需具备较好的编程能力。
8.针对PLC与继电控制线路工作方式上的不同，如何避免在PLC扫描周期小于接触器动作响应时间情况下出现正反转回路短路？
可以在PLC程序中添加延时程序，使正反转切换过程中被切断的接触器瞬时动作，而接通的接触器要延时一段时间才动作，以保证系统工作的可靠性。
汕头大学实验报告
学院:
工学院系:
机电专业:
机电年级:
2007成绩:
姓名:
苏满佳学号:
07601220组员:
陈显怀实验时间:
2010427指导教师:
陈少波
____________________________________________________________________
实验二直流电机起动、制动、机械特性和调速特性测试实验
通过实验，掌握以下几点基本知识和实验操作方法技巧：
●实验过程的安全操作及注意事项；
●认识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。
●掌握用实验方法测取直电动机的工作特性和机械特性。
●掌握直流电动机起动、调速与制动的控制方法。
●掌握测定直流电机调速特性的方法。
●了解直流他励电动机（即并励电动机按他励方式接线）在各种运转状态下的机械特性。
二、实验设备及控制屏上挂件排列顺序
1、实验设备
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
DJ23
校正直流测功机
DJ15
直流并励电动机
D31
直流数字电压、毫安、安培表
2件
D42
三相可调电阻器
1件
D44
可调电阻器、电容器
D51
波形测试及开关板
D41
图3-1测电枢绕组直流电阻接线图
2、控制屏上挂件排列顺序
D51、D31、D42、D41、D31、D44
三、实验原理及步骤
1、用伏安法测直流并励电动机电枢的直流电阻。
调节R使电流分别达到0.20A、0.15A和0.1A（足够小，使电机不转），测取六组数据，取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值。
图3－2直流并励电动机接线图
2、并励电动机的工作特性、机械特性和调速特性。
（1）工作特性、机械特性：
正确连接线路，按要求设置相应元器件的初值，按调节提示调节相应元器件，测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。
（2）改变电枢端电压的调速特性：
在
（1）的基础上，保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia，调速过程中须保持If2值为校正值不变。
（3）改变励磁电流的调速特性：
保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：
直至n＝1.3nN，nN为直流并励电机DJ15的额定转速，具体数值见电机铭牌。
每次测取电动机的n、If和Ia，调速过程中也须保持If2值为校正值不变。
图3-3直流他励电动机机械特性测定实验接线图
3、直流他励电动机机械特性。
（1）R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性：
正确连接线路，按要求设置相应元器件的初值，按调节提示调节相应元器件，保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，调节R3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，使电动机转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900r/min，测取M的n、Ia。
（2）R2=400Ω时的电动运行及反接制动状态下的机械特性：
按要求改接图3-3，保持电动机的“电枢电源”电压U=UN=220V，If=IfN不变，逐渐减小R4阻值，使电机减速直至为零。
把转速表的正、反开关打在反向位置，继续减小R4阻值，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于电势反接制动状态运行，直至电动机M的Ia=IaN，测取电动机在1、4象限的n、Ia共取12～13组数据。
（3）能耗制动状态下的机械特性：
按要求改接图3-3，先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使校正直流测功机MG起动运转，调节“电枢电源”电压为220V，调节R1使电动机M的If=IfN，调节R3使电机MG励磁电流为100mA，先减少R4阻值使电机M的能耗制动电流Ia=0.8IaN,然后逐次增加R4阻值，其间测取M的Ia、n共取8-9组数据。
把R2调定在90Ω阻值，重复上述实验操作步骤
（2）、（3），测取M的Ia、n共取5-7组数据。
四、实验结果与分析
1、用伏安法测直流并励电动机电枢的直流电阻。
实验中测量数据如下表：
表3-1室温23℃
序号
U（V）
I（A）
R（平均）（Ω）
Ra（Ω）
Raref（Ω）
4.1
0.2
Ra11=20.5
Ra1=20.8
21.2
4.2
Ra12=21.0
Ra13=21.0
3.3
0.15
Ra21=22.0
Ra2=21.8
Ra22=22.0
3.2
Ra23=21.3
2.3
0.11
Ra31=20.9
Ra3=20.9
Ra32=20.9
Ra33=20.9
即电枢电阻
2、并励电动机的工作特性、机械特性和调速特性。
（1）工作特性、机械特性：
测得数据如下：
表3－2U＝UN＝219VIf=IfN=71.4mAIf2=97.9mA
实
验
数
据
Ia（A）
1.13
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.35
0.30
n（r/min）
1600
1610
1615
1630
1640
1650
IF（A）
0.86
0.76
0.67
0.58
0.47
0.39
0.29
0.19
0.14
0.09
T2（N·
m）
0.82
0.73
0.65
0.57
0.49
0.41
0.32
0.27
0.22
计
算
P2（W）
150.7
138.2
123.0
109.9
96.4
83.6
69.9
54.9
46.6
38.0
P1（W）
263.1
234.6
212.7
190.8
168.9
147.0
125.1
103.2
92.2
81.3
η（％）
57.3
58.9
57.8
57.6
57.0
56.8
55.9
53.2
50.5
46.7
Δn（％）
由此可得η＝f（Ia）及n＝f（T2）的特性曲线
由图和数据表格可以看出，负载越大，电机效率越高。
实验中改变电枢电流Ia并不能使得转速n有明显的变化，因此实验测量的点不能太多，实验精度也有限，使得n＝f（T2）曲线难以连出较平滑的曲线，用插值估算法克求得空载时，转速
r/min，因此转速变化率
（2）改变电枢端电压的调速特性：
表3－3If＝IfN＝71.4mAT2＝0.43N·
m
=0.33A
Ua（V）
220
210
200
190
180
170
160
153
147
1620
1550
1460
1390
1330
1250
1160
1110
1070
0.54
0.52
0.51
0.45
0.43
0.42
因此得n＝f（Ua）曲线
可以看出，在负载恒定的情况下，电机转速与电枢电压满足线性关系，因此电枢电流也满足此正相关线性关系。
（3）改变励磁电流的调速特性：
表3－4U＝UN＝220VT2＝0.47N·
mIf=0.36A
1450
1480
1510
1540
1595
1700
1830
If（mA）
95.5
89.0
83.2
74.5
68.9
63.4
57.9
0.53
0.59
0.63
0.72
可得n=f（If）曲线如下图所示。
可以看出，在负载恒定的情况下，电机转速与励磁电流是负相关的，随着励磁电流的增加，电枢电流降低。
可以看出两种调速方法的实验结果与理论模型：
相吻合。
比
较两种调速方法可知：
①调节电枢电压能使转速与调节信号按线性变化，利于实现其控制，缺点是并励接法下电枢电压过高则会同时增加电枢电流和励磁电流，导致内电阻功耗过大，电机发热严重；
②调节励磁电流以改变转速的方法能使电机发热问题不过于严重，但从曲线可看出，转速与励磁电流并不是线性相关的，因此不利于控制，而且高转速情况下电机的输出转矩较低。
表3-5UN=220VIfN=7.14mA
Ia（A）
1.10
0.20
1570
1590
表3-6UN=220VIfN=71.4mA
0.10
0.05
-0.10
-0.20
-0.30
-0.50
-0.60
-0.62
-0.65
1655
1740
1780
1790
1890
1900
1920
（2）R2=400Ω时的电动运行及反接制动状态下的机械特性：
表3-7UN=220VIfN=71.4mAR2=400Ω
0.33
0.55
0.62
0.75
0.93
650
380
90
-100
-260
-310
-430
-500
-630
-800
-1450
（3）能耗制动状态下的机械特性：
表3-8R2=180ΩIfN=71.4mA
1500
1350
1230
1140
1050
970
880
800
表3-9R2=90ΩIfN=71.4mA
810
740
680
630
570
520
480
440
如上图所示，可看出：
①R2=0时电动机械特性曲线是通过调节串接在测功机电枢绕组上的电阻来改变电机负载的大小，从而改变电机的输出功率的，可以看出此时电机的电枢电流与其转速成线性关系。
②R2=0时回馈制动状态下的机械特性：
逐次增大R3，可使直流测功机的励磁电流降低，此时测功机转速逐渐增大，直至达到电动机的空载转速时，使得电枢电流为零，此后转速继续增大，电动机中电磁转矩与其转速方向相反，电枢电流反向，以发电机的形式向电源回馈电能，直到达到一个新的平衡为止。
③R2=400Ω时的电动运行及反接制动状态下的机械特性：
本实验的反接制动属于倒拉反接制动。
实验中先保证M和MG的电枢电压极性相反，通过减小电阻R4使得测功机电枢电流增大而增大其转矩，当增大到电动机转矩T时，电机开始停下来，转速为零，当继续增大负载转矩时，电机开始反转，此时，电机的电动势与电枢电压方向相同，处于反接制动状态。
④能耗制动状态下的机械特性：
为了方便测量，该部分的实验实际上是一个等效模拟的实验，它并非是能耗制动过程的实时反应。
能耗制动是撤除外施电枢电压U后，利用串接与电枢绕组上的电阻消耗能量以起制动作用。
实验中，通过调节测功机的电枢电流以改变其转速，等效求出电机能耗制动过程中不同转速下的能耗制动电流（根据这这电流，选取能耗制动的电阻）。
可以看出，随着假想的时间推移，电枢电流与转速同步降低，电机原有的机械能转化成电能后消耗在串接电阻上，电机被制动。
五、思考题
1、用什么方法可以改变直流电动机的转向？
①反接制动：
包括电源反接制动及倒拉反接制动；
②有位能负载的能耗制动；
③继电器、PLC等对电机的正反转控制。
直流他励电动机原理图
2、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动机转速降低？
如右所示直流他励电动机的原理图，电枢电路电动势平衡方程：
，可得电机的转速特性：
，又由电磁转矩方程：
，其中
和
为常数。
当电动机负载转矩和励磁电流不变时，可知电枢电流
不变，此时若减小电枢电压，转速n将降低。
3、在电动机轻载及额定负载时，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？
由电磁转矩方程
可知，当电动机轻载时，电枢电流很小，由
可知增大电枢回路电阻电机转速变化很小；
当电机处在额定负载时，如果增大电枢回路的调节电阻电机转速将有较大幅度的降低。
增大励磁回路的调节电阻，励磁电流降低，
减小，由
可知，不管电机处于轻载还是额定负载，其转速均增大。
4、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？
显然励磁电流降低，磁链
减小，由机械特性方程
可知电机转速降升高。
直流并励电动机机械特性接线图
5、并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？
为什么？
如右图所示，直流并励电动机的机械特性方程为：
或
，可知当磁场回路断线时，磁链
为零，此时不管电机处于空载、轻载还是额定载荷，电机将发生飞车事故。
直流他励电动机反馈制动
的机械特性
6、回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点？
如右图所示直流他励电动机反馈制动的机械特性可知，电动机运行在理想空载点时有两个基本特性，即T=0和
实验中转速测量仪不易读准转速，因此判别电动机的理想空载点依据是实验电路中的
表的电流值为0。
电枢电流为零，输出转矩为零，电动机空载。
实验三交流电机起动、制动及工作特性和调速特性测试
1、通过实验掌握异步电动机的起动和制动的方法。
2、通过实验掌握三相异步
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