机电传动控制实验报告范本模板.docx
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机电传动控制实验报告范本模板
《机电传动控制》实验报告
天津理工大学机械工程学院
2014年9月
实验一直流他励电动机调速实验
一、实验目的
1.深入了解直流他励电动机的调速性能;
2。
进一步学习PLC控制系统硬件电路设计和程序设计、调试.
二、实验原理
1。
直流他励电动机的调速原理、调速方法
电动机的调速就是在一定的负载条件下,人为地改变电动机的电路参数,以改变电动机的稳定转速.
从直流他励电动机机械特性方程式
可知,改变串入电枢回路的电阻Rad,电枢供电电压U或主磁通Φ,都可以得到不同的人为机械特性,从而在负载不变时可以改变电动机的转速,以达到速度调节的要求,故直流电动机调速的方法有以下三种.
(1)改变电枢回路外串电阻Rad
如图7。
1所示为串电阻调速的特性曲线,从图中可看出,在一定的负载转矩TL下,串入不同的电阻可以得到不同的转速,如在电阻分别为Ra、R3、R2、R1的情况下,可以得到对应于A、C、D和E点的转速nA、nC、nD和nE.在不考虑电枢回路的电感时,电动机调速时的机电过程(如降低转速)见图中沿A→B→C的箭头方向所示,即从稳定转速nA调至新的稳定转速nC。
这种调速方法存在不少缺点,如机械特性较软,电阻愈大则特性愈软,稳定度愈低;在空载或轻载时,调速范围不大;实现无级调速困难;在调速电阻上消耗大量电能等.
图7.1电枢回路串电阻调速的特性曲线
(2)改变电动机电枢供电电压U
改变电枢供电电压U可得到人为机械特性,如图7。
2所示,从图中可看出,在一定负载转矩TL下,加上不同的电压UN、U1、U2、U3、…,可以得到不同的转速na、nb、nc、nd、…,即改变电枢电压可以达到调速的目的。
这种调速方法的特点是:
①当电源电压连续变化时,转速可平滑无级调节,一般只能在额定转速以下调节;
②调速特性与固有特性互相平行,机械特性硬度不变,调速的稳定度较高,调速范围较大;
③当TL=常数时,稳定运行状态下的电枢电流Ia与电压U无关,且Φ=ΦN,故电动机转矩T=KtΦNIa不变,属于恒转矩调速,适合于对恒转矩型负载进行调速;
④可以靠调节电枢电压来启动电动机,而不用其他启动设备.
图7.2改变电枢供电电压调速的特性
(3)改变电动机主磁通Φ
改变电动机主磁通Φ的机械特性如图7。
3所示,从图中可看出,在一定的负载功率PL下,不同的主磁通ΦN、Φ1、Φ2、…,可以得到不同的转速na、nb、nc、…,即改变主磁通可以达到调速的目的。
这种调速方法的特点是:
①可以平滑无级调速,但只能弱磁调速,即在额定转速以上调节;
②调速特性较软,且受电动机换向条件等的限制,普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1。
2倍,所以,调速范围不大。
③调速时维持电枢电压U和电枢电流Ia不变,即功率P=UIa不变,属恒功率调速,所以,这种调速适合于对恒功率型负载进行调速,在这种情况下电动机的转矩T=KtΦIa要随主磁通的减小而减小。
图7。
3改变电动机主磁通调速的特性曲线
基于弱磁调速范围不大,它往往是和调压调速配合使用,即在额定转速以下,用降压调速,而在额定转速以上,则用弱磁调速。
2.实验电路原理图
本实验将实现上述3种调速方法中的“改变电动机电枢供电电压U调速”、“改变电动机主磁通Φ调速”这两种调速方式.
实验电路图如图7。
4所示.
图7.4直流他励电动机调速
实验电路图
电路的基本工作原理为:
启动电动机前,先将调磁电位器R5调至最小(R5=0),将给定电位器R4调至使得电枢电压为UN。
按下启动按钮,通过直流调速系统启动电动机,完成电动机启动过程后,保持R5不变,调节R4(在UN以下调节,即调小R4,顺时针旋转,调压调速),即可实现“改变电枢供电电压调速”;保持R4不变,调节R5(在ΦN以下调节,即调大R5,顺时针旋转,弱磁调速),即可实现“改变电动机主磁通调速”
3.电路接线表
本实验的电路接线表如下表7.1,不要遗漏VI+、VI﹣的接线。
(注:
图7。
4中方框内的接线已经在内部接好,不需再接线)
表7.1直流他励电动机调速实验电路接线表
序号
端子
端子
连接电缆
序号
端子
端子
连接电缆
1
PC端
COM1
PLC串行通信板
通信电缆
15
R5右
LC-
导线
2
PC端
COM3
数据采集模块输出口(已接好)
RS232-485
转接头
16
LC-
R5中
导线
3
PC端
COM4
PLC程序传送接口
编程电缆
17
Z1
R4左
导线
4
OUT-
R2上
导线
18
Z2
R4中
导线
5
R2上
KM4
常开辅助触点上
导线
19
Z3
R4右
导线
6
KM4
常开辅助触点下
R2下
导线
20
启动右
X10
导线
7
R2下
R3上
导线
21
停止右
X11
导线
8
R3上
KM5
常开辅助触点上
导线
22
启动左
COM
导线
9
KM5
常开辅助触点下
R3下
导线
23
停止左
COM
导线
10
R3下
D1
导线
24
Y10
Z4
导线
11
D2
A2
导线
25
COM3
Z5
导线
12
A1
OUT+
导线
26
VI+
OUT+(“调压调速"时接此端子)
R5左(“调磁调速”时接此端子)
导线
13
LC+
F2
导线
27
VI—
OUT—(“调压调速”时接此端子)
R5中(“调磁调速”时接此端子)
导线
14
F1
R5左
导线
三、实验步骤
1.按表7.1接线(为了安全起见,接线时请务必断开QF5),先做“改变电枢供电电压调速”,故VI+接OUT+,VI-接OUT-.将调磁电位器R5逆时针调至最小(R5=0),将给定电位器R4顺时针调至最大;
2.征得老师同意后,合上断路器QF1和QF5,接通操作面板上的电源开关;
3.运行PC机上的PLC工具软件FXGP_WIN-C,输入课前编好的PLC程序(或直接打开已经编制好的,路径为:
HJD-DJ1机电传动控制教学实验系统\程序\PLC\直流调速.PMW),确认程序无误后,将其写入到PLC并运行.步骤如下:
1)端口设置:
【PLC】→【端口设置】→COM4;
2)停止运行:
【PLC】→【遥控运行/停止】→【中止】;
3)程序写入:
【PLC】→【传送】→【写出】→【范围设置】,【终止步】设置为程序的步数,【确定】;
4)运行程序:
【PLC】→【遥控运行/停止】→【运行】。
4。
执行PLC中的“监控测试/开始监控”,PLC进入监控状态;
5。
按下操作面板上的“启动”按钮,直流调速系统启动电动机;
6。
实现“改变电枢供电电压调速":
电动机启动过程完成后,保持R5不变,连续调节R4(在UN以下调节,即顺时针调小R4,调压调速),读取几组电枢电压U、电动机转速n并记录于表7。
2中:
(注:
在PLC监控状态下,电动机转速n的值从数据寄存器D0直接读取)
表7.2“改变电枢供电电压调速”数据记录表
电枢电压U(V)
电动机转速n(r/min)
7.实现“改变电动机主磁通调速”:
先按操作面板上的“停止”按钮,停止电动机,然后重复步骤1~5,唯一不同的是,接线时,VI+接R5左,VI-接R5中,并将给定电位器R4调回最大。
电动机启动过程完成后,保持R4不变,连续调节R5(在ΦN以下调节,即顺时针调大R5,弱磁调速),读取几组调磁电位器R5分压U、电动机转速n并记录于表7。
3中(注:
在PLC监控状态下,电动机转速n的值从数据寄存器D0直接读取),并计算对应的励磁回路电流If,计算公式为:
其中,励磁线圈R=1200Ω
表7。
3“改变电动机主磁通调速”数据记录表
调磁电位器R5分压U(V)
电动机转速n(r/min)
励磁回路电流If(A)
8.按下操作面板上的“停止”按钮,电动机停转;
9.断开断路器QF1、QF5。
四、实验说明及注意事项
1。
接线和拔线时,请务必断开QF5;
2.QF5合上后,请不要用手触摸接线端子;
3.请务必不能将导线一端接入直流电动机、直流调速系统的接线端子上,另一端放在操作台上而合上QF5.
五、实验用仪器工具
PC机1台
PLC1台
直流他励电动机1台
直流调速系统1套
转矩转速传感器1台
电压传感器1台
电流传感器1台
电位器2个
断路器2个
按钮2个
实验导线若干
六、实验前的准备
预习实验指导书及附录相关内容,编写好实验用程序.
七、实验报告要求
画出PLC控制程序梯形图并写出相对应的指令代码;
八、思考题
1。
电动机的调速在工程实际中有什么作用?
“速度调节”与“速度变化”是否为同一个概念?
有什么不同?
2.直流电动机的这三种调速方法的应用范围分别是什么?
在工程实际中,能否配合使用?
实验报告
学院(系)名称:
姓名
学号
专业
班级
实验项目
课程名称
课程代码
实验时间
实验地点
批改意见
成绩
教师签字:
实验内容
实验二三相交流异步电动机变频调速实验
一、实验目的
1.学习和掌握变频器的操作及控制方法;
2.深入了解三相异步电动机变频调速性能;
3.进一步学习PLC控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。
二、实验原理
1.三相交流异步电动机变频调速原理
通过改变三相异步电动机定子绕组电压的频率,可以改变转子的旋转速度,当改变频率的同时改变电压的大小,使电压与频率的比值等于常数,则可保证电动机的输出转矩不变。
变频器就是专用于三相异步电动机调频调速的控制装置.它的输入为单相交流电压(控制750W及以下的小功率电动机)或三相交流电压(控制750W以上的大功率电动机),而输出为幅值和频率均可调的三相交流电压供给三相异步电动机。
变频器的生产厂家很多,产品也很多,但基本原理相同.本实验中采用的是松下小型变频器VFO200W,有如下几种操作模式。
(1)运行/停止、正转/反转的操作模式:
对于电动机的启动/停止以及正反转的控制有外部操作和面板操作两种模式,通过专用参数的设定来实现。
面板操作模式:
通过变频器自带面板上的操作键实现运行/停止、正转/反转控制;
外部操作模式:
通过接在变频器专用输入端开关信号的接通、断开实现运行/停止、正转/反转。
(2)频率设定模式:
频率的设定分为面板设定、外部设定两种,通过专用参数的设定来实现。
面板设定模式是根据面板上的电位器或专用键来设定频率的大小。
外部设定模式可以通过变频器上专用输入端上的电位器、电压信号、电流信号、开关编码信号以及PWM信号来实现频率的设定.
2.实验电路图
本次实验的主要内容为“外部控制和外部电位器频率设定”。
实验电路图如图10.1所示。
图10。
1三相交流异步电动机变频调速
实验电路图
由图10。
1可知,运行时,PLC程序要使Y4为1,停止时要使Y4为0,频率大小通过改变1、2、3端连接的电位器位置来调节。
3.电路接线表
本实验的电路接线表如下表10。
1,不要遗漏这两条接线,VI+接JU,VI-接JV。
(注:
图10。
1中方框内的接线已经在内部接好,不需再接线)
表10.1三相交流异步电动机变频调速实验电路接线图
序号
端子
端子
连接电缆
序号
端子
端子
连接电缆
1
PC端
COM1
PLC串行通信板
通信电缆
9
R4中
J2
导线
2
PC端
COM4
PLC程序传送接口
编程电缆
10
R4右
J3
导线
3
启动右
X10
导线
11
COM2
J3
导线
4
停止右
X11
导线
12
JU
JDU
导线
5
启动左
COM
导线
13
JV
JDV
导线
6
停止左
COM
导线
14
JW
JDW
导线
7
Y4
J5
导线
15
VI+
JU
导线
8
R4左
J1
导线
16
VI-
JV
导线
三、实验步骤
1。
按表10。
1接线(为了安全起见,接线时请务必断开QF4);
2.征得老师同意后,合上断路器QF1和QF4,接通操作面板上的电源开关;
3.运行PC机上的PLC工具软件FXGP_WIN—C,输入课前编好的PLC程序(或直接打开已经编制好的,路径为:
HJD-DJ1机电传动控制教学实验系统\程序\PLC\变频调速.PMW),确认程序无误后,将其写入到PLC并运行.步骤如下:
1)端口设置:
【PLC】→【端口设置】→COM4;
2)停止运行:
【PLC】→【遥控运行/停止】→【中止】;
3)程序写入:
【PLC】→【传送】→【写出】→【范围设置】,【终止步】设置为程序的步数,【确定】;
4)运行程序:
【PLC】→【遥控运行/停止】→【运行】。
4.执行PLC中的“监控测试/开始监控”,PLC进入监控状态;
5.按操作面板上的“启动"按钮,变频器通电,如表10.2设定变频器参数;
表10。
2变频器主要参数设定
参数编号
设定数据
意义
Pr08
3
输入端J5的信号为“1"时,电动机正转,否则停止;
输入端J6的信号为“1”时,电动机反转,否则停止;
Pr09
2
外部电位器设定频率大小
参数设定操作步骤如下:
1)按动变频器面板上的“MODE”键,直到显示参数号Pr01;
2)按“↑"或“↓”键,调节参数号,使其为所需设定的参数号;
3)按“SET”键,进入修改参数状态,数字闪烁;
4)按“↑”或“↓”键,改变数字使其为所需设定的数字;
5)按“SET”键,设定值被写入;
6)重复2)、3)、4)、5)设定其它参数。
6。
调节电位器旋钮,使变频器的显示频率为10,读取数据寄存器D0里的转速值并记录于表10.2中;
表10.2实验记录表
显示频率(HZ)
速度(r/min)
10
15
20
25
30
35
40
45
7.调节电位器的旋钮,使变频器的显示频率分别为表10。
2中的显示频率设定值,重复步骤5;
8。
按“停止”按钮,电动机停转;
9.断开电源QF1、QF4。
四、注意事项
1。
接线和拔线时,请务必断开QF4;
2。
QF4合上后,请不要用手触摸接线端子;
3.请务必不能将导线一端接入交流电源、交流电动机、变频器的接线端子上,另一端放在操作台上而合上QF4。
五、实验用电器元件和工具
PC机1台
PLC1台
变频器1台
三相异步电动机1台
转矩转速传感器1台
电压传感器1台
断路器2个
按钮2个
实验导线若干
六、实验前的准备
预习实验指导书及附录相关内容,编写好实验用程序.
七、实验报告要求
1.画出PLC控制程序梯形图并写出相对应的指令代码;
2.已知电动机的转差率S=0.02,请计算表10。
2各频率下对应理论转速值,并与实测转速值进行比较,分析误差产生的主要原因。
八、思考题
1。
三相异步电动机调速的主要方法有几种?
2.为什么三相异步电动机调频调速时要同时改变电压的大小?
实验报告
学院(系)名称:
姓名
学号
专业
班级
实验项目
课程名称
课程代码
实验时间
实验地点
批改意见
成绩
教师签字:
实验内容
实验三步进电动机控制实验
一、实验目的
1.学习与掌握步进电动机及其驱动器的使用方法;
2.学习PLC在步进电动机控制方面的应用。
二、实验内容
本实验采用可调速脉冲输出指令“DPLSR",通过PLC的Y1输出端产生脉冲给步进电机驱动器,驱动步进电机按升降速方式运行。
(说明:
本实验所用PLC为晶体管输出型,其输出端Y0、Y1均可产生高速脉冲,其频率为10KHZ以下)
图11.1PLC控制接线图
三、实验步骤
1.学生根据图11。
1接线(虚线框外的线路已接好);
2.征得老师同意后,合上断路器QF1和QF2,接通操作面板上的电源开关;
3.运行PC机上的PLC工具软件FXGP_WIN—C,输入课前编好的PLC程序(或直接打开已经编制好的,路径为:
HJD-DJ1机电传动控制教学实验系统\程序\PLC\步进控制.PMW),确认程序无误后,将其写入到PLC并运行。
步骤如下:
1)端口设置:
【PLC】→【端口设置】→COM4;
2)停止运行:
【PLC】→【遥控运行/停止】→【中止】;
3)程序写入:
【PLC】→【传送】→【写出】→【范围设置】,【终止步】设置为程序的步数,【确定】;
4)运行程序:
【PLC】→【遥控运行/停止】→【运行】.
4.按“启动”按钮,接触器KM2的主触头闭合,步进电机得电;
5.按“正向”按钮或“反向"按钮,观察电动机的情况;
6.修改PLC程序,以改变步进电动机的转速、总旋转圈数,重复上述3、4、5步;
7.按“停止”按钮,接触器KM2的主触头断开,驱动器断电;
8.记录上述情况。
四、实验说明及注意事项
1.可调速脉冲输出指令“DPLSR”可控制步进电机按升降速方式运行,其使用方法如下:
其中:
S1的设定范围为:
10—20000HZ;
S2的设定范围为:
110—2,147,483,647PLS(因为DPLSR为32位运算指令);
S3的设定范围为:
5000ms以下;
D的规定:
(1)只能为Y0或Y1;
(2)一定为晶体管输出
2.本实验步进电机的步距角为1。
8度;
3.驱动器为细分驱动器,可实现1、2、4、8、16、32、64细分(其中:
1时为整步,2为半步)。
本实验采用32细分,驱动器向步进电机发32个脉冲,步进电机走一步。
4.根据2、3可知:
驱动器向步进电机每发送32*200个脉冲,步进电机旋转1圈.
五、实验用仪器工具
PC机1台
PLC1台
编程电缆1根
断路器(QF1、QF2)2个
继电器(KA1)1个
接触器(KM2)1个
驱动器1台
步进电动机1台
六、实验前的准备
预习实验报告及附录,并画出PLC控制程序梯形图.
七、实验报告要求
1.画出梯形图,写出指令代码;
2.分析实验结果。
八、思考题
1.如果向步进电机发送8000个脉冲,它将旋转多少转?
2.步进电机细分驱动和非细分驱动的主要区别是什么?
实验报告
学院(系)名称:
姓名
学号
专业
班级
实验项目
课程名称
课程代码
实验时间
实验地点
批改意见
成绩
教师签字:
实验内容