机电传动控制实验报告.docx
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机电传动控制实验报告
实验一、DDSZ-1型电机及电气技术实验指导及报告
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、熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
二、预习要点
1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器?
不串接会产生什么严重后果?
3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置?
为什么?
若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?
4、直流电动机调速及改变转向的方法。
三、实验项目
1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正直流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
2
DJ23
校正直流测功机
1台
3
DJ15
直流并励电动机
1台
4
D31
直流数字电压、毫安、安培表
2件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D44
可调电阻器、电容器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
2、控制屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44
五、实验说明及操作步骤
1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、用伏安法测电枢的直流电阻
图2-1测电枢绕组直流电阻接线图
（1）按图2-1接线，电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。
A表选用D31上的直流安培表。
开关S选用D51挂箱上的双刀双掷开关。
（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。
调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。
将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表2-1中。
（3）增大R使电流分别达到0.15A和0.1A，用同样方法测取六组数据列于表2-1中。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值
表2-1室温℃
序号
U（V）
I（A）
R（平均）（Ω）
Ra（Ω）
Raref（Ω）
1
Ra11=
Ra1=
Ra12=
Ra13=
2
Ra21=
Ra2=
Ra22=
Ra23=
3
Ra31=
Ra3=
Ra32=
Ra33=
表中：
（4）计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验直接测得电枢绕组电阻值，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电枢绕组电阻值：
式中Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。
（Ω）。
Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。
（Ω）。
θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75℃。
θa——实际冷态时电枢绕组的温度。
（℃）
3、直流仪表、转速表和变阻器的选择
直流仪表、转速表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，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。
（1）电压量程的选择
如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。
（2）电流量程的选择
因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流安培表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，选用直流毫安表的200mA量程档。
（3）电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。
（4）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，电枢回路R1可选用D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。
4、直流他励电动机的起动准备
按图2-2接线。
图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。
校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。
直流电流表选用D31。
Rf1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。
Rf2选用D42的1800Ω阻值的变阻器作为MG励磁回路串接的电阻。
R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R2选用D42上的900Ω串900Ω加上900Ω并900Ω共2250Ω阻值作为MG的负载电阻。
接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。
5、他励直流电动机起动步骤
图2－2直流他励电动机接线图
（1）检查按图2-2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢固。
然后，将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并确认断开控制屏下方右边的电枢电源开关，作好起动准备。
（2）开启控制屏上的钥匙开关，按下其上方的“启动”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2等于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M起动。
（3）M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正向偏转，若不正确，可拨动转速表上正、反向开关来纠正。
调节控制屏上电枢电源“电压调节”旋钮，使电动机电枢端电压为220伏。
减小起动电阻R1阻值，直至短接。
（4）合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2阻值，使MG的负载电流IF改变，即直流电动机M的输出转矩T2改变（调不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f（IF），可得到M不同的输出转矩T2值）。
（5）调节他励电动机的转速
分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf1，观察转速变化情况。
（6）改变电动机的转向
将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。
在断电情况下，将电枢（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表显示的转向。
六、注意事项
1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小，先接通励磁电源,使励磁电流最大,同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大,然后方可接通电枢电源。
使电动机正常起动。
起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。
2、直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。
同时必须将电枢串联的起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值。
给下次起动作好准备。
3、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。
4、若要测量电动机的转矩T2，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值：
100mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。
七、实验报告
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Rf1应调到什么位置?
为什么?
2、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？
3、用什么方法可以改变直流电动机的转向？
4、在他励直流电动机启动时，为什么要先加励磁电源后加电枢电源？
5、为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢固？
起动时电枢回路必须串联起动变阻器？
实验二、三相异步电动机的起动与调速实验指导及报告
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、预习要点
1、异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。
2、异步电动机的调速方法。
三、实验项目
1、直接起动
2、星形——三角形（Y-Δ）换接起动。
3、自耦变压器起动。
4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。
5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1件
2
DJ16
三相鼠笼异步电动机
1件
3
DJ17
三相线绕式异步电动机
1件
4
DJ23
校正直流测功机
1件
5
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
6
D32
数/模交流电流表
1件
7
D33
数/模交流电压表
1件
8
D43
三相可调电抗器（可选）
1件
9
D51
波形测试及开关板
1件
10
DJ17-1
起动与调速电阻箱
1件
11
DD05
测功支架、测功盘及弹簧秤（50N）
1套
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D51、D31、D43
3、三相鼠笼式异步电机直接起动试验
图4-5异步电动机直接起动
（1）按图4-5接线。
电机绕组为Δ接法。
异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接校正直流测功机DJ23。
电流表用D32上的指针表。
（2）把交流调压器退到零位，开启钥匙开关，按下“启动”按钮，接通三相交流电源。
（3）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，（如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“停止”按钮，切断三相交流电源）。
（4）再按下“停止”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下“启动”按钮，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（按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量）。
（5）安装DD05步骤：
断开电源开关，将调压器调至零位，除去圆盘上的堵转手柄，然后用细线穿过圆盘的小孔，在圆盘外的细线上应打一小结卡住。
将细线在圆盘外凹槽内绕1~3圈，留有一定的长度便于和弹簧秤相连。
用内六角扳手将圆盘固定在电机左侧的联接轴上，将测功支架装在与实验操作人员面对着导轨的另一侧，用偏心螺丝固定，最后用细线将弹簧秤与测功支架相连即可。
（6）合上开关，调节调压器，使电机电流为2～3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK，转矩值TK（圆盘半径乘以弹簧秤力），试验时通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。
对应于额定电压时的起动电流ISt和起动转矩TSt按下式计算：
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。
表4-8
测量值
计算值
UK（V）
IK（A）
F（N）
TK（N·m）
ISt（A）
Tst（N·m）
4、星形——三角形（Y-Δ）起动
图4-6三相鼠笼式异步电机星形——三角形起动
（1）按图4-6接线。
线接好后把调压器退到零位。
（2）三刀双掷开关合向右边（Y接法）。
合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，使电机旋转，然后断开电源开关，待电机停转。
（3）合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机（Δ）正常运行，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。
5、自耦变压器起动或用控制屏上调压器。
（1）用D43上的自耦调压器
1）按图4-7接线。
电机绕组为Δ接法（DJ16或WDJ24）。
2）三相调压器退到零位，开关S合向左边。
自耦变压器选用D43挂箱。
3）合上电源开关，调节调压器使输出电压达电机额定电压220伏，断开电源开关，待电机停转。
4）开关S合向右边，合上电源开关，使电机由自耦变压器降压起动（自耦变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%、60%和80%）并经一定时间
图4-7三相鼠笼式异步电动机自耦变压器法起动
再把S合向左边，使电机按额定电压正常运行，整个起动过程结束。
观察起动瞬间电流以作定性的比较。
（2）用控制屏上的调压器
1）按照图4-8接线。
电机选用DJ16三相鼠笼式异步电动机（按星形接法）。
2）将控制屏左侧调压旋钮逆时针旋转到底，使输出电压为零。
开关S合向右边。
3）按下“启动”按钮，接通交流电源，缓慢旋转控制屏左侧的调压旋钮，使三相调压输出端输出电压达分别到额定电压值的40％、60％、80％进行启动，观察每次起动瞬间电流以作定性的比较。
图4-8使用控制屏上的自耦调压器启动
6、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动
电机定子绕组Y形接法
图4-９线绕式异步电机转子绕组串电阻起动
（1）按图4-９接线。
电机为DJ17线绕式异步电动机。
（2）转子每相串入的电阻可用DJ17-1起动与调速电阻箱。
（3）调压器退到零位，为了便于安装DD05，把电动机放在一合适的位置且不与测速发电机相连，然后按照安装DD05的步骤安装好。
（4）接通交流电源，调节输出电压（观察电机转向应符合要求），在定子电压为180伏，转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流和转矩。
（5）试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。
数据记入表4-9中。
表4-9UK=V
Rst（Ω）
0
2
5
15
IK
F（N）
Ist（A）
Tst（N·m）
7、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速
（1）实验线路图同图4-8。
同轴联接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机M的负载，MG的实验电路参考图2-6接线。
电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。
（2）合上电源开关，电机空载起动，保持调压器的输出电压为电机额定电压220伏，转子附加电阻调至零。
（3）合上励磁电源开关，调节校正直流测功机的励磁电流If为校正值（100mA），再调节校正直流测功机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变，改变转子附加电阻（每相附加电阻分别为0Ω、2Ω、5Ω、15Ω），测相应的转速记录于表4-10中。
表4-10U=220VIf=mAIF=A（T2=N·m）
rst（Ω）
0
2
5
15
n（r/min）
五、实验报告
1、比较异步电动机不同起动方法的优缺点。
2、由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩：
（1）外施额定电压UN。
（直接法起动）
（2）外施电压为。
（Y-Δ起动）
（3）外施电压为UK/KA,式中KA为起动用自耦变压器的变比。
（自耦变压器起动）。
3、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。
4、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。
六、思考题
1、起动电流和外施电压成正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？
2、起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？
实验三、单相电容运转异步电动机实验指导及报告
一、实验目的
用实验方法测定单相电容运转异步电动机的技术指标和参数。
二、预习要点
1、单相电容运转异步电动机有哪些技术指标和参数？
2、这些技术指标怎样测定？
参数怎样测定？
三、实验项目
1、测量定子主、副绕组的实际冷态电阻。
2、有效匝数比的测定。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1件
2
DJ23
校正过的直流电机
1件
3
DJ20
单相电容运转异步电动机
1件
4
D32
数/模交流电流表
1件
5
D33
数/模交流电压表
1件
6
D34-3
智能型功率、功率因数表
1件
7
D31
直流数字电压、毫安、安培表
1件
8
D42
三相可调电阻器
1件
9
D44
可调电阻器、电容器
1件
10
D51
波形测试及开关板
1件
11
DD05
测功支架、测功盘及弹簧秤（50N）
1套
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D34-3、D31、D42、D51、D44
3、测量定子主、副绕组的实际冷态电阻，将数据记录于表4-16中。
测量方法见实验4-1，记录当时室温。
表4-16室温℃
主绕组
副绕组
I（mA）
U（V）
R（Ω）
4、有效匝数比的测定
图4-11单相电容运转异步电动机接线图
按图4-11接线，外配电容C选用D44上4uF电容。
（1）降压空载起动，将副绕组开路（打开开关S1）。
主绕组加额定电压220伏，测量并纪录副绕组的感应电势Ea。
（2）合上开关S1，再主绕组开路（打开开关S2）。
加电压Ua（Ua=1.25×Ea）施于副绕组，测量并记录主绕组的感应电势Em。
（3）主、副绕组的有效匝数比K按下式求得：
5、空载实验
（1）降压空载起动，再将副绕组开路（打开开关S1），主绕组加额定电压空载运转使机械损耗达稳定（15分钟）。
（2）从1.1～1.2倍额定电压开始逐步降低到可能达到的最低电压值即功率和电流出现回升时为止，其间测取电压、电流、功率。
共测取数据7～9组记录于表4-17中。
参数的计算方法见实验4-17
表4-17
序号
U0（V）
I0（A）
P0（W）
cosφ0
五、实验报告
1、由实验数据计算出电机参数。
2、由负载实验计算出电机工作特性：
P1、I1、η、cosφ、S=f（P2）。
六、思考题
1、由电机参数计算出电机工作特性和实验数据是否有差异？
是有哪些因素造成的？
2、电容参数该怎样确定？
电容怎样选配？
实验四、顺序控制线路实验指导及报告
一、实验目的
1、通过各种不同顺序控制的接线，加深对一些特殊要求机床控制线路的了解。
2、进一步加深学生的动手能力和理解能力，使理论知识和实际经验进行有效的结合。
二、选用部件
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DJ16
三相鼠笼异步电动机（△/220V）
1件
2
WDJ24
三相鼠笼异步电动机（△/220V）
1件
3
D61
继电接触控制挂箱
（一）
1件
4
D62
继电接触控制挂箱
（二）
1件
2、屏上挂件排列顺序
D61、D62
三、实验方法
1、三相异步电动机起动顺序控制
（一）：
按图8-8接线。
图中SB1、SB2、SB3、KM1、KM2、FR1选用D61挂件，FU1、FU2、FU3、FU4、Q1、FR2选用D62挂件，电机M1选用DJ16（△/220V），M2选用WDJ24（△/220V）。
（1）按下启动按钮，合上开关Q1，接通220V三相交流电源。
（2）按下SB1，观察电机运行情况及接触器吸合情况。
（3）保持M1运转时按下SB2，观察电机运转及接触器吸合情况。
（4）在M1和M2都运转时，能不能单独停止M2。
（5）按下SB3使电机停转后，先按SB2，分析电机M2为什么不能起动。
图8-8起动顺序控制
（一）
2、三相异步电动机起动顺序控制
（二）：
按图8-9接线。
图中SB1、SB2、SB3、FR1、KM1、KM2选用D61挂件，Q1、FU1、FU2、FU3、FU4、SB4、FR2选用D62挂件，M1选用DJ16，M2选用WDJ24。
（1）按下屏上起动按钮，合上开关Q1，接通220V三相交流电源。
（2）按下SB2，观察并记录电机及各接触器运行状态。
（3）再按下SB4，观察并记录电机及各接触器运行状态。
（4）单独按下SB3，观察并记录电机及各接触器运行状态。
（5）在M1与M2都运行时，按下SB1，观察电机及各接触器运行状态。
图8-9起动顺序控制
（二）
3、三相异步电动机停止顺序控制：
确保断电后，按图8-10接线。
图中SB1、SB2、SB3、FR1、KM1、KM2选用D61挂件，Q1、FU1、FU2、FU3、FU4、SB4、FR2选用D62挂件，电机M1用DJ16（△/220V），M2用WDJ24（△/220V）。
（1）按下屏上起动按钮，合上开关Q1，接通220V三相交流电源。
（2）按下SB2，观察并记录电机及接触器运行状态。
（3）同时按下SB4，观察并记录电机及接触器运行状态。
（4）在M1与M2都运行时，单独按下SB1，观察并记录电机及接触器运行状态。
（5）在M1与M2都运行时，单独按下SB3，观察并记录电机及接触器运行状态。
（6）按下SB3使M2停止后再按SB1，观察并记录电机及接触器运行状态。
图8-10停止顺序控制
四、讨论题
1、画出图8-8、8-9、8-10的运行原理流程图。
2、比较图8-8、8-9、8-10三种线路的不同点和各自的特点。
3、例举几个顺序控制的机床控制实例，并说明其用途。
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