机电传动实验指导书Word文件下载.docx
《机电传动实验指导书Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电传动实验指导书Word文件下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
5
D32
交流电流表
6
D33
交流电压表
7
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
8
D41
三相可调电阻器
9
D42
10
D44
可调电阻器、电容器
11
D51
波形测试及开关板
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D34-3、D51、D31、D44、D42、D41、D31
3、RS=0时的电动及再生发电制动状态下的机械特性。
图6-2三相线绕转子异步电动机机械特性的接线图
（1）按图6-2接线，图中M用编号为DJ17的三相线绕式异步电动机，额定电压：
220V,Y接法。
MG用编号为DJ23的校正直流测功机。
S1、S2、、S3选用D51挂箱上的对应开关，并将S1合向左边1端，S2合在左边短接端（即线绕式电机转子短路），S3合在2'
位置。
R1选用D44的180Ω阻值加上D42上四只900Ω串联再加两只900Ω并联共4230Ω阻值，R2选用D44上1800Ω阻值，RS选用D41上三组45Ω可调电阻（每组为90Ω与90Ω并联），并用万用表调定在36Ω阻值，R3暂不接。
直流电表A2、A4的量程为5A，A3量程为200mA，V2的量程为1000V，交流电表V1的量程为150V，A1量程为2.5A。
转速表n置正向1800r/min量程。
（2）确定S1合在左边1端，S2合在左边短接端，S3合在2'
位置，M的定子绕组接成星形的情况下。
把R1、R2阻值置最大位置，将控制屏左侧三相调压器旋钮向逆时针方向旋到底，即把输出电压调到零。
（3）检查控制屏下方“直流电机电源”的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开位置。
接通三相调压“电源总开关”，按下“开”按钮，旋转调压器旋钮使三相交流电压慢慢升高，观察电机转向是否符合要求。
若符合要求则升高到U=110V，并在以后实验中保持不变。
接通“励磁电源”，调节R2阻值，使A3表为100mA并保持不变。
（4）接通控制屏右下方的“电枢电源”开关，在开关S3的2'
端测量电机MG的输出电压的极性，先使其极性与S3开关1'
端的电枢电源相反。
在R1阻值为最大的条件下将S3合向1'
（5）调节“电枢电源”输出电压或R1阻值，使电动机从接近于堵转到接近于空载状态，其间测取电机MG的Ua、Ia、n及电动机M的交流电流表A1的I1值，共取8-9组数据录于表6-6中。
表6-6U=110VRS=0ΩIf=mA
Ua（V）
Ia（A）
n（r/min）
I1（A）
（6）当电动机接近空载而转速不能调高时，将S3合向2'
位置，调换MG电枢极性（在开关S3的两端换）使其与“电枢电源”同极性。
调节“电枢电源”电压值使其与MG电压值接近相等，将S3合至1'
端。
保持M端三相交流电压U=110V，减小R1阻值直至短路位置（注：
D42上6只900Ω阻值调至短路后应用导线短接）。
升高“电枢电源”电压或增大R2阻值（减小电机MG的励磁电流）使电动机M的转速超过同步转速n0而进入回馈制动状态，在1700r/min～n0范围内测取电机MG的Ua、Ia、n及电动机M的定子电流I1值，共取6-7组数据记录于表6-7中。
表6-7U=110VRS=0Ω
4、RS=36Ω时的电动及反转性状态下的机械特性
（1）开关S2合向右端36Ω端。
开关S3拨向2'
端，把MG电枢接到S3上的两个接线端对调，以便使MG输出极性和“电枢电源”输出极性相反。
把电阻R1、R2调至最大。
（2）保持电压U=110V不变，调节R2阻值，使A3表为100mA。
调节“电枢电源”的输出电压为最小位置。
在开关S3的2'
端检查MG电压极性须与1'
的“电枢电源”极性相反。
可先记录此时MG的Ua、Ia值，将S3合向1'
端与“电枢电源”接通。
测量此时电机MG的Ua，Ia，n及A1表的I1值，减小R1阻值（先调D42上四个900Ω串联的电阻）或调高“电枢电源”输出电压使电动机M的n下降，直至n为零。
把转速表置反向位置，并把R1的D42上四个900Ω串联电阻调至零值位置后应用导线短接，继续减小R1阻值或调高电枢电压使电机反向运转。
直至n为-1300r/min为止，在该范围内测取电机MG的Ua，Ia，n及A1表的I1值。
共取11-12组记录于表6-8中。
（3）停机（先将S2合至2'
端，关断“电枢电源”再关断“励磁电源”，调压器调至零位，按下“关”按钮）。
表6-8U=110VRS=36ΩIf=mA
5、能耗制动状态下的机械特性
（1）确认在“停机”状态下。
把开关S1合向右边2端，S2合向右端（RS仍保持36Ω不变），S3合向左边2'
端，R1用D44上180Ω阻值并调至最大，R2用D42上1800Ω阻值并调至最大，R3用D42上900Ω与900Ω并联再加上900Ω与900Ω并联共900Ω阻值并调至最大。
。
（2）开启“励磁电源”，调节R2阻值，使A3表If=100mA，开启“电枢电源”，调节电枢电源的输出电压U=220V，再调节R3使电动机M的定子绕组流过I=0.6IN=0.36A并保持不变。
（3）在R1阻值为最大的条件下，把开关S3合向右边1'
端，减小R1阻值，使电机MG起动运转后转速约为1600r/min，增大R1阻值或减小电枢电源电压（但要保持A4表的电流I不变）使电机转速下降，直至转速n约为50r/min，其间测取电机MG的Ua，Ia及n值，共取10-11组数据记录于表6-9中。
（4）停机。
[同4（3）]
（5）调节R3阻值，使电机M的定子绕组流过的励磁电流I=IN=0.6A。
重复上述操作步骤，测取电机MG的Ua，Ia及n值，共取10-11组数据记录于表6-10中。
表6-9RS=36ΩI=0.36AIf=mA
表6-10RS=36ΩI=0.6AIf=mA
6、绘制电机M-MG机组的空载损耗曲线P0=f（n）。
（1）拆掉三相线绕式异步电动机M定子和转子绕组接线端的所有插头，R1用D44上180Ω阻值并调至最大，R2用D44上1800Ω阻值并调至最大。
直流电流表A3的量程为200mA，A2的量程为5A，V2的量程为1000V，开关S3合向右边1'
（2）开启“励磁电源”，调节R2阻值，使A3表If=100mA，检查R1阻值在最大位置时开启“电枢电源”，使电机MG起动运转，调高“电枢电源”输出电压及减小R1阻值，使电机转速约为1700r/min，逐次减小“电枢电源”输出电压或增大R1阻值，使电机转速下降直至n=100r/min，在其间测量电机MG的Ua0、Ia0及n值，共取10-12组数据记录于表6-11中。
表6-11
Ua0（V）
Ia0（A）
五、实验注意事项
调节串联的可调电阻时，要根据电流值的大小而相应选择调节不同电流值的电阻，防止个别电阻器过流而引起烧坏。
六、实验报告
1、根据实验数据绘制各种运行状态下的机械特性。
计算公式：
式中T——受试异步电动机M的输出转矩（N·
m）；
Ua——测功机MG的电枢端电压（V）；
Ia——测功机MG的电枢电流（A）；
Ra——测功机MG的电枢电阻（Ω），可由实验室提供；
P0——对应某转速n时的某空载损耗（W）。
注：
上式计算的T值为电机在U=110V时的T值，实际的转矩值应折算为额定电压时的异步电机转矩。
2、绘制电机M—MG机组的空载损耗曲线P0=f（n）。
实验二步进电动机
步进电动机又称脉冲电机，是数字控制系统中的一种重要的执行元件，它是将电脉冲信号变换成转角或转速的执行电动机，其角位移量与输入电脉冲数成正比；
其转速与电脉冲的频率成正比。
在负载能力范围内，这些关系将不受电源电压、负载、环境、温度等因素的影响，还可在很宽的范围内实现调速，快速启动、制动和反转。
随着数字技术和电子计算机的发展，使步进电机的控制更加简便、灵活和智能化。
现已广泛用于各种数控机床、绘图机、自动化仪表、计算机外设，数、模变换等数字控制系统中作为元件。
一、使用说明
D54步进电机实验装置由步进电机智能控制箱和实验装置两部分构成。
（一）步进电机智能控制箱
本控制箱用以控制步进电机的各种运行方式，它的控制功能是由单片机来实现的。
通过键盘的操作和不同的显示方式来确定步进电机的运行状况。
本控制箱可适用于三相、四相、五相步进电动机各种运行方式的控制。
因实验装置仅提供三相反应式步进电动机，故控制箱只提供三相步进电动机的驱动电源，面板上也只装有三相步进电动机的绕组接口。
1、面板示意图（见附录）
2、技术指标
功能：
能实现单步运行、连续运行和预置数运行；
能实现单拍、双拍及电机的可逆运行。
电脉冲频率：
5Hz～1KHz
工作条件：
供电电源AC220V±
10%，50Hz
环境温度-5℃～40℃
相对湿度 ≥80%
重量：
6kg
尺寸：
390×
200×
230mm3
3、使用说明
（1）开启电源开关，面板上的三位数字频率计将显示“000”；
由六位LED数码管组成的步进电机运行状态显示器自动进入“9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程，而后停显在系统的初态“┤.3”。
（2）控制键盘功能说明
设置键：
手动单步运行方式和连续运行各方式的选择。
拍数键：
单三拍、双三拍、三相六拍等运行方式的选择。
相数键：
电机相数（三相、四相、五相）的选择。
转向键：
电机正、反转选择。
数位键：
预置步数的数据位设置。
数据键：
预置步数位的数据设置。
执行键：
执行当前运行状态。
复位键：
由于意外原因导致系统死机时可按此键，经动态自检过程后返回系统初态。
（3）控制系统试运行
暂不接步进电机绕组，开启电源进入系统初态后，即可进入试运行操作。
1）单步操作运行：
每按一次“执行键”，完成一拍的运行，若连续按执行键，状态显示器的末位将依次循环显示“B→C→A→B…”；
由五只LED发光二极管组成的绕组通电状态指示器的B、C、A将依次循环点亮，以示电脉冲的分配规律。
2）连续运行：
按设置键，状态显示器显示“┤3000”,称此状态为连续运行的初态.此时,可分别操作“拍数”、“转向”和“相数”三个键，以确定步进电机当前所需的运行方式。
最后按“执行”键，即可实现连续运行。
三个键的具体操作如下（注：
在状态显示器显示“┤3000”状态下操作）：
a、按“拍数”键：
状态显示器首位数码管显示在“┤”、“
”、“
”之间切换，分别表示三相单拍、三相六拍和三相双三拍运行方式。
b、按“相数”键：
状态显示器的第二位，在“3、4、5”之间切换，分别表示为三相、四相、五相步进电机运行。
c、按“转向”键：
状态显示器的首位在“┤”与“├”之间切换，“┤”表示正转，“├”表示反转。
3）预置数运行：
设定“拍数”、“转向”和“拍数”后，可进行预置数设定，其步骤如下：
a、操作“数位”键，可使状态显示器逐位显示“0.”，出现小数点的位即为选中位。
b、操作“数据”键，写入该位所需的数字。
c、根据所需的总步数，分别操作“数位”和“数据”键，将总步数的各位写入显示器的相应位。
至此，预置数设定操作结束。
d、按“执行”键，状态显示器作自动减1运算，直减至0后，自动返回连续运行的初态。
4）步进电机转速的调节与电脉冲频率显示
调节面板上的“速度调节”电位器旋钮，即可改变电脉冲的频率，从而改变了步进电机的转速。
同时，由频率计显示出输入序列脉冲的频率。
5）脉冲波形观测
在面板上设有序列脉冲和步进电机三相绕组驱动电源的脉冲波形观测点，分别将各观测点接到示波器的输入端，即可观测到相应的脉冲波形。
经控制系统试运行无误后，即可接入步进电机的实验装置，以完成实验指导书所规定的各项实验内容。
（二）BSZ-1型步进电机实验装置
该装置系统由步进电动机、刻度盘、指针以及弹簧测力矩机构组成。
1、步进电动机技术数据
型号：
70BF10C
相数：
三相
每相绕组电阻：
1.2Ω
每相静态电流：
3A
直流励磁电压：
24V
最大静力矩：
6kgf.cm
2、装置结构
（1）本装置已将步进电动机紧固在实验架上，步进电动机的绕组已按星形（“Y”形）接好并已将四个引出线接在装置的四个接线端上。
运行时只需将这四个接线端与智能控制箱的对应输入端相连接即可。
（2）步进电动机转轴上固定有红色指针及力矩测量盘，底面是刻度盘（刻度盘的最小分度为1º
）。
（3）本装置门形支架的上端，装有定滑轮和一固定支点（采用卡簧结构），20N的弹簧秤连接在固定支点上，30N的弹簧秤通过丝线与下滑轮、测量盘、棘轮机构等连接。
装置的下方设有棘轮机构。
整套系统由丝绳把棘轮机构、定滑轮、弹簧秤、力矩测量盘等连接起来构成一套完整的力矩测量系统。
附录：
二、步进电动机实验
（一）实验目的
1、通过实验加深对步进电动机的驱动电源和电机工作情况的了解。
2、掌握步进电动机基本特性的测定方法。
（二）预习要点
1、了解步进电动机的工作情况和驱动电源。
2、步进电动机有哪些基本特性？
怎样测定？
（三）实验项目
1、单步运行状态
2、角位移和脉冲数的关系
3、空载突跳频率的测定
4、空载最高连续工作频率的测定
5、转子振荡状态的观察
6、定子绕组中电流和频率的关系
7、平均转速和脉冲频率的关系
8、矩频特性的测定及最大静力矩特性的测定
（四）实验线路及操作步骤
1、实验设备
D54（BSZ-1）
步进电机控制箱
1台
BSZ-1
步进电机实验装置
双踪示波器（另购）
2、屏上挂件排列顺序
D54、D31、D41
3、基本实验电路的外部接线
图7-2表示了基本实验电路的外部接线。
图7-2步进电机实验接线图
4、步进电机组件的使用说明及实验操作步骤
（1）单步运行状态
接通电源，将控制系统设置于单步运行状态，或复位后，按执行键，步进电机走一步距角，绕组相应的发光管发亮，再不断按执行键，步进电机转子也不断作步进运动。
改变电机转向，电机作反向步进运动。
（2）角位移和脉冲数的关系
控制系统接通电源，设置好预置步数，按执行键，电机运转，观察并记录电机偏转角度，再重设置另一置数值，按执行键，观察并记录电机偏转角度于表7-3、表7-4中，并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。
表7-3步数=步
实际电机偏转角度
理论电机偏转角度
表7-4步数=步
（3）空载突跳频率的测定
控制系统置连续运行状态，按执行键，电机连续运转后，调节速度调节旋钮使频率提高至某频率（自动指示当前频率）。
按设置键让步进电机停转，再重新启动电机（按执行键），观察电机能否运行正常，如正常，则继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频率。
记为Hz。
（4）空载最高连续工作频率的测定
步进电机空载连续运转后缓慢调节速度调节旋钮使频率提高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则再缓慢提高频率，直至电机能连续运转的最高频率，则该频率为步进电机空载最高连续工作频率。
（5）转子振荡状态的观察
步进电机空载连续运转后，调节并降低脉冲频率，直至步进电机声音异常或出现电机转子来回偏摆即为步进电机的振荡状态。
（6）定子绕组中电流和频率的关系
在步进电机电源的输出端串接一只直流电流表（注意+、-端）使步进电机连续运转，由低到高逐渐改变步进电机的频率，读取并记录5-6组电流表的平均值、频率值于表7-5中，观察示波器波形，并作好记录。
表7-5
f（Hz）
I（A）
（7）平均转速和脉冲频率的关系
接通电源，将控制系统设置于连续运行状态，再按执行键，电机连续运转，改变速度调节旋钮，测量频率f与对应的转速n，即n=f（f）。
记录5-6组于表7-6中。
表7-6
（8）矩频特性的测定
置步进电机为逆时针转向，试验架上左端挂20N的弹簧秤，右端挂30N的弹簧秤，两秤下端的弦线套在皮带轮的凹槽内，控制电路工作于连续方式，设定频率后，使步进电机启动运转，旋转棘轮机构手柄，弹簧秤通过弦线对皮带轮施加制动力矩[力矩大小
]，仔细测定对应设定频率的最大输出动态力矩（电机失步前的力矩）。
改变频率，重复上述过程得到一组与频率f对应的转矩T值，即为步进电机的矩频特性T=f（f）。
记录于表7-7中。
表7-7D=cm
F大（N）
F小（N）
T（N.cm）
（9）静力矩特性T=f（I）
关闭电源，控制电路工作于单步运行状态，将可调电阻箱的两只90Ω电阻并接（阻值为45Ω，电流2.6A），把可调电阻及一只5安直流电流表串入A相绕组回路（注意+、-端），把弦线一端串在皮带轮边缘上的小孔并固定，另一端盘绕皮带轮凹槽几圈后结在30N弹簧秤下端的勾子上，弹簧秤的另一端通过弦线与定滑轮、棘轮机构连接。
接通电源，使A相绕组通过电流，缓慢旋转手柄，读取并记录弹簧秤的最大值即为对应电流I的最大静力矩Tmax值（
），改变可调电阻并使阻值逐渐增大，重复上述过程，可得一组电流I值及对应I值的最大静力矩Tmax值，即为Tmax=f（I）静力矩特性。
共取4-5组记录于表7-8中。
表7-8D=cm
F（N）
Tmax（N.cm）
（五）实验报告
经过上述实验后，须对照实验内容写出数据总结并对电机试验加以小结。
1、步进电机驱动系统各部分的功能和波形试验。
（1）方波发生器
（2）状态选择
（3）各相绕组间的电流关系
2、步进电机的特性
（1）单步运行状态：
步矩角
（2）角位移和脉冲数（步数）关系
（3）空载突跳频率
（4）空载最高连续工作频率
（5）绕组电流的平均值与频率之间的关系
（6）平均转速和脉冲频率的特性n=f（f）
（7）矩频特性T=f（f）
（8）最大静力矩特性Tmax=f（I）
（六）思考题
1、影响步进电机步距的因素有哪些？
对实验用步进电机，采用何种方法步距最小？
2、平均转速和脉冲频率的关系怎样？
为什么特别强调是平均转速？
3、最大静力矩特性是怎样的特性？
由什么因素造成？
4、对该步进电机矩频特性加以评价，能否再进行改善？
若能改善应从何处着手？
5、各种通电方式对性能的影响？
实验三三相异步电机变频调速
一变频调速原理简介
异步电机转速基本公式为：
其中n为电机转速，f为电源频率，p为电机极对数，s为电机运行滑差。
滑差固定在最佳值时，改变f可以改变转速n。
为使电机在不同转速下运行在额定磁通，改变频率的同时必须成比例地改变输出电压的基波幅值。
这就是所谓的VVVF控制变频器。
工频50HZ电源整流后可以得到一个直流电压源。
对此直流电压进行PWM逆变控制，使变频器输出的PWM波形中的基波为予先设定的电压/频率比曲线所规定的电压频率数值。
因此，这个PWM的调制方法是其中的关键技术。
目前常用的变频器调制方法为SPWM，马鞍波PWM，和电压空间矢量PWM方式。
1、SPWM变频调速方式
正弦波脉宽调制法（SPWM）是最常用的一种调制方法，SPWM信号是通过用三角载波信号与正弦信号相比较的方法产生，当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变。
从而改变了主回路输出电压的大小。
当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。
在变频器中，输出电压的调整和输出频率的改变是同步协调地完成的，这称为VVVF（变压变频）
升级会员 