直流并励电动机的机械特性和调速.docx
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直流并励电动机的机械特性和调速
实验一直流并励电动机的机械特性和调速
一、实验目的
1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的机械特性。
2、掌握直流并励电动机的调速方法。
二、预习要点
1、什么是直流电动机的机械特性？
2、直流电动机调速原理是什么？
三、实验工程
1、机械特性
保持U=UN和If=IfN不变，测取n、T2，得到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，测取n=f〔If〕
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
直流电压、毫安、电流表
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、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44
3、并励电动机的机械特性
1〕按图1-1接线。
校正直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。
Rf1选用D44的1800Ω阻值。
Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。
R1用D44的180Ω阻值。
R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图1－1直流并励电动机接线图
2〕将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。
3〕M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流If2为校正值〔100mA〕，再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机到达额定值：
U＝UN，I＝IN，n＝nN。
此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。
4〕保持U＝UN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。
测取电动机电枢输入电流
，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〕。
共取数据9-10组，记录于表1-1中。
表1－1U＝UN＝VIf=IfN=mAIf2=mA
实
验
数
据
Ia〔A〕
n〔r/min〕
IF〔A〕
T2〔N·m〕
4、调速特性
〔1〕改变电枢电压的调速
1〕直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，If＝IfN记下此时MG的IF值。
2〕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。
3〕共取数据8-9组，记录于表1-2中
表1－2If＝IfN＝mAT2＝N·m
Ua〔V〕
n〔r/min〕
Ia〔A〕
〔2〕改变励磁电流的调速
1〕直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG的磁场调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UNN记下此时的IF值。
2〕保持此时MG的IF值〔T2值〕和M的U＝UNN，每次测取电动机的n、If和Ia。
共取7－8组记录于表
1－3中。
表1－3U＝UN＝VT2＝N·m
n〔r/min〕
If〔mA〕
Ia〔A〕
五、实验报告
1、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。
六、思考题
1、并励电动机的速率特性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？
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？
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？
4、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？
实验二三相异步电动机的启动与调速
一、实验目的
1.通过实验掌握异步电动机的启动方式。
2.通过实验掌握异步电动机的调速方法。
二、预习要点
1、复习异步电动机有哪些启动方法和启动技术指标。
2、复习异步电动机的调速方法。
三、实验工程
1、鼠笼式异步电动机直接启动
2、鼠笼式异步电动机星形——三角形（Y-Δ）降压启动
3、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动
4、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
校正过的直流电机
1件
5
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
6
D32
交流电流表
1件
7
D33
交流电压表
1件
8
D51
波形测试及开关板
1件
9
DJ17-1
起动与调速电阻箱
1件
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D51、D31
3、三相鼠笼式异步电机直接启动试验
图2-1异步电动机直接启动
1）按图2-1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，不联接负载电机DJ23。
2）把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开〞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，使电机启动旋转，（如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关〞按钮，切断三相交流电源）。
4）再按下“关〞按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下
“开〞按钮，接通三相交流电源，使电机全压启动，观察电机启动瞬间电流值（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）。
表2-1
Ist〔A〕
4、三相鼠笼式异步电机星形——三角形（Y-Δ）启动
图2-2三相鼠笼式异步电机星形——三角形启动
1）按图2-2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，翻开电源开关，待电机停转。
3）合上电源开关，观察启动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机（Δ）正常运行，整个启动过程结束。
观察起动瞬间电流表的显示值以与其它启动方法作定性比拟。
表2-2
Ist〔A〕
5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动
电机定子绕组Y形接法
图2-3线绕式异步电机转子绕组串电阻启动
1）按图2-3接线。
2）转子每相串入的电阻可用DJ17-1启动与调速电阻箱。
3）调压器退到零位。
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。
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2-3中。
表2-3
Rst（Ω）
0
2
5
15
Ist（A）
6、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2-3。
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1-1左接线。
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）调节校正电机的励磁电流If为校正值（100mA），再调节直流发电机负载电流，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2-4中。
表2-4U=220VIf=mAT2=N·m
rst（Ω）
0
2
5
15
n（r/min）
五、实验报告
1、比拟异步电动机不同启动方法的优缺点。
2、由启动试验数据求下述三种情况下的启动电流：
（1）外施额定电压UN。
（直接法启动）
（2）外施电压为。
（Y-Δ启动）
3、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对启动电流的影响。
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？
实验三交流伺服电动机
一、实验目的
1、掌握交流伺服电动机的机械特性及调节特性的测量方法。
2、观察交流伺服电动机的自转现象。
二、预习要点
1、对交流伺服电动机有什么技术要求？
2、交流伺服电动机有几种控制方式？
3、何谓交流伺服电动机的机械特性和调节特性？
三、实验工程
1、测交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性
2、观察自转现象
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
备注
1
D57
交流伺服电机控制箱
1件
2
JSZ-1
交流伺服电机实验装置
1件
圆盘半径为3cm
3
D32
交流电流表
1件
4
D33
交流电压表
1件
5
D41
三相可调电阻器
1件
6
示波器
1台
另配
7
光电转速表
1台
2、屏上挂件排列顺序
D57、D33、D32、D41
3、幅值控制
图3-1交流伺服电动机幅值控制接线图
1〕实测交流伺服电动机α=1〔即UC=UN=220V〕时的机械特性
〔1〕关断三相交流电源，按图3-1接线。
图中T1、T2选用D57挂件，V1、V2选用D33挂件。
〔2〕启动三相交流电源，调节调压器，使Uf=220V，再调节单相调压器T2使UC=UN=220V。
表3-1Uf=VUC=V
序号
F10〔N〕
F2〔N〕
T=〔F10-F2〕×3
〔N〕
n〔r/min〕
〔3〕调节棘轮机构，逐次增大力矩T[T=〔F10-F2〕×3]，将弹簧称读数及电机转速记录于表3-1中。
2〕实测交流伺服电动机α=0.75〔即UCN=165V〕时的机械特性
〔1〕保持Uf=220V不变，调节单相调压器T2使UCN=165V。
〔2〕重复上述步骤，将所测数据记录于表3-2中。
表3-2Uf=VUC=V
序号
F10〔N〕
F2〔N〕
T=〔F10-F2〕×3
〔N〕
n〔r/min〕
3〕实测交流伺服电动机的调节特性
〔1〕调节三相调压器使Uf=220V，松开棘轮机构，即电机空载。
逐次调节单相调压器T2。
使控制电压UC从220V逐次减小直到0V。
〔2〕将每次所测的控制电压UC与电动机转速n记录于表3-3中。
表3-3Uf=220V
U〔V〕
n〔r/min〕
4、观察交流伺服电动机“自转〞现象
1〕接线图同3-2，调节调压器使U1=127V，UC=220V，再将UC开路，观察电机有无“自转〞现象。
图中T1、T2、C选用D57挂件。
A1、A2表选用D32上1A档。
V1、V2、V3选用D33上300V档。
R1、R2选用D41挂件上90Ω并联90Ω共45Ω阻值并用万用表调定在5Ω阻值。
示波器两探头地线应接图中N线，X踪和Y踪幅值量程一致，并设在迭加状态。
图3-2交流伺服电动机幅值——相位控制接线图
2〕接线图同3-2一样，调节调压器使U1=127V，UC=220V，再将UC调到0V，观察电机有无“自转〞现象。
五、实验报告
1、作交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性
2、分析实验数据及实验过程中发生的现象
六、思考题
1、分析无“自转〞现象的原因？
怎样消除“自转〞现象？
实验四步进电动机实验
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、掌握步进电动机根本特性的测定方法。
二、预习要点
1、了解步进电动机的工作情况和驱动电源。
2、步进电动机有哪些根本特性？
怎样测定？
三、实验工程
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、定子绕组中电流和频率的关系
6、平均转速和脉冲频率的关系
7、矩频特性的测定
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
D54（BSZ-1）
步进电机控制箱
1台
2
BSZ-1
步进电机实验装置
1台
3
D41
三相可调电阻器
1件
4
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
5
双踪示波器
1台
2、屏上挂件排列顺序
D54、D31、D41
3、根本实验电路的外部接线
图5-1表示了根本实验电路的外部接线。
图5-1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，再重设置另一步数值，按执行键，观察并记录电机偏转角度于表5-1、表5-2中，并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。
表5-1步数=步
序号
实际电机偏转角度
理论电机偏转角度
表5-2步数=步
序号
实际电机偏转角度
理论电机偏转角度
（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，那么继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，那么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，那么再缓慢提高频率，直至电机能连续运转的最高频率，那么该频率为步进电机空载最高连续工作频率。
记为Hz。
（5）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5-3中，观察示波器波形，并作好记录。
表5-3
序号
f〔Hz〕
I〔A〕
（6）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5-4中。
表5-4
序号
f〔Hz〕
n（r/min）
（7）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5-5中。
表5-5D=cm
序号
f〔Hz〕
F大〔N〕
F小〔N〕
T〔N〕
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局部的功能和波形试验。
（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〕
六、思考题
1、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？
2、各种通电方式对性能的影响？
实验五三相正弦波脉宽调制变频原理实验
一、实验目的
1、掌握正弦波脉宽调制变频的根本原理。
2、了解正弦波脉宽调制的载波、参考波、调制波的特点。
3、掌握低频补偿的原理。
二、预习要点
1、电机V/F变频调速的根本原理。
2、变频调速的优点。
三、实验工程
1、使用下位机控制：
1〕连续改变频率观察电机的转速变化和工作情况
2、使用上位机控制：
1〕给定频率观察电机转速变化和工作情况
2〕观察电机在低频时，不同的补偿对电机工作的影响
3〕观察额定频率设定，电机电压变化规律的不同
4〕观察当补偿功能和电机频率设定，V/f曲线的变化
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
备注
1
THRF-1型
DSP控制变频调速实验系统
1套
2
DJ24
三相鼠笼式异步电动机
1台
3
D33
交流指针式电压表
1件
4
串口通讯线
1件
2、实验原理
〔1〕正弦波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信号是通过三角波载波信号和正弦波信号相比拟的方法产生，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。
正弦波调制方式的特点是脉冲等幅，调节脉冲的宽度，使各脉冲的面积和与正弦波的幅值相等〔或成正比例〕，因此，PWM调制波形中的基波为这个正弦波的参考波。
在实际运用中对于三相逆变器，是由一个三相正弦波发生器产生三相参考正弦波信号，与一个公用的三角载波信号相比拟，而产生三相调制波。
而用DSP实现这个正弦参考波由数字方式产生。
3、实验步骤
〔1〕电机按“Δ〞接法入实验箱，实验箱通过串口与上位机相连，在输出三相电源任意两相之间接入电压表，翻开上位机软件，确认连接无误后，翻开实验箱控制电源〔注意：
是控制电源，不是高压电源〕。
〔2〕开控制电源后数码显示器显示1FFF。
观察实验箱上欠压指示灯和继电器工作指示灯的状态：
①继电器工作指示灯工作，欠压指示灯不工作，按下控制键盘中的“启动〞键，然后按下“加速〞键，可以看到电机转动几转后停止，继电器工作指示灯熄灭，欠压指示灯工作。
②继电器工作指示灯和欠压指示灯同时工作，先按下“欠压复位〞键，然后操作同①。
③继电器工作指示灯不工作，欠压指示灯工作，执行实验下一步。
使用下位机控制：
〔3〕确认以上操作完成以后，翻开高压开关，按下“启动〞键，数码显示器显示1F01，按“加速〞键和“减速〞键可使数码显示器在1F01和1F60之间变化，1F01和1F60分别对应1Hz和60Hz。
连续按动加速键和减速键观察电机的转速变化和工作情况，观察电压表指针的变化规律。
使用上位机控制：
〔4〕按下“停止〞键，电机停转，选择上位机控制，调制方式选为正弦波，然后通过上位机控制电机的加减速，观察电机的转速变化和工作情况。
在控制电机过程中，观察上位机软件显示波形的变化。
〔5〕用上位机频率给定功能，给电机突加给定频率，观察电机转速变化和工作情况。
〔6〕使用上位机低频补偿功能，观察电机在低频时，不同的补偿对电机工作有什么影响。
（7）使用上位机的正反转功能，观察电机是如何在正反转之间切换的。
（8）使用电机额定频率设定功能，观察选择50Hz和选择60Hz时电机电压的变化规律有什么不同。
（9）在使用补偿功能和电机频率设定时，观察V/f曲线有什么变化。
（10）从上位机停止电机，关闭高压，关闭控制电源，实验结束。
五、实验报告
1、画出正弦波脉冲的载波、参考波、调制波波形。
2、分析从1～50Hz范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。
3、分析从50Hz～60Hz范围内正弦波信号的幅值与频率的关系。
六、思考题
1、低频为什么要加补偿，补偿为什么不能加的过高，如果过高会出现什么情况。
七、考前须知
1、整个系统必须先开控制电源开关，并且在开机保护指示灯处于“灭〞的情况下才能开高压电源。
2、实验方法步骤要认真执行，否那么可能会导致电流过大，烧坏保险丝，影响实验继续进行。
3、系统禁止频繁地在过高和过低的频率间进行切换，以免过大的冲击电流影响模块的使用寿命。
实验六三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性
一、实验目的
了解三相线绕式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。
二、预习要点
1、如何利用现有设备测定三相线绕式异步电动机的机械特性。
2、测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。
3、如何根据所测出的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。
三、实验工程
1、测定三相线绕式转子异步电动机在RS=0时，电动运行状态和再生发电制动状态下的机械特性。
2、测定三相线绕转子异步电动机在RS=36Ω时，测定电动状态与反接制动状态
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