机电传动控制实验指导书(第二版)

吉林大学珠海学院《机电传动控制》课程实验指导书（第二版）主编：刘向阳谭颖琦机电工程系2009年9月前言本书是针对我院机电工程系机械设计制造及其自动化专业，配合《机电传动控制》这门必修专业基础课所编写的一本机电传动控制实验指导书。《机电传动控制》课程实验是与《机电传动控制》这门课相配套的电机系统综合实验。这门实验课是为了使学生更深刻地理解书本上的原理与结论，亲自动手进行验证，提高感性认识和解决问题的能力，使学生能更好地掌握理论知识。所以《机电传动控制》课程实验指导书是紧密结合学生学习的理论知识，根据教学大纲要求以实验报告形式所编写的一本实验指导书。本实验指导书根据课时要求与课程的重点内容，一共编写了五个实验：直流他励电动机启动和调速实验，鼠笼式异步电动机启动、调速和机械特性实验，线绕式异步电动机启动、调速和机械特性实验，步进电动机实验，交流伺服电动机实验。实验内容包括实验目的、预习要点、实验项目、实验设备及仪器、实验说明及操作步骤。由于编者水平有限，加之时间仓促，书中错误在所难免，恳请读者批评指正。编者2009年9月目录实验安全注意事项....................................................................................1实验一直流他励电动机启动和调速实验............................................2实验二鼠笼式异步电动机的启动、调速和机械特性......................6实验三线绕式异步电动机的启动、调速和机械特性....................11实验四步进电动机实验......................................................................16实验五交流伺服电机实验..................................................................201实验安全注意事项一、在实验之前检查实验台和各实验面板是否处于安全状态，检查联轴器是否连接可靠、电机是否固定、涡流测功机是否连接好等；在整个实验过程中注意人身、设备安全；二、在实验之前，熟悉实验台和各实验面板的功能、使用方法和注意事项；三、在实验之前，必须先结合教材预习实验指导书，完成实验指导书上的预习要点题目方可进行实验；四、在实验过程中，各小组按照实验指导书上的接线图接好线后必须经过实验老师检查通过后，才准予上电；五、在上电之前，应检查导线是否缠绕在电机轴上，人不要紧挨电机，避免上电后，电机轴高速运转时转轴伤到人；六、在实验过程中，如果发现不正常现象或不安全因素等，应立即“断开”；七、完成实验后，应按正确的顺序依次切断各电源，最后要断开控制屏上的漏电保护器，将实验用具摆放整齐，经实验老师许可后方可离开实验台，要养成良好的实验习惯。2实验一直流他励电动机启动和调速实验一．实验目的1．加深理解直流他励电动机的启动特性。2．熟悉直流他励电动机的调速特性及其调速方法。3．测绘直流他励电动机的机械特性。二．预习要点1．直流他励电动机的启动特性是什么？为限制其启动电流，一般有哪些方法？2．直流他励电动机的调速方法有哪些？3．怎样可以改变直流他励电动机的转向？4．什么是直流他励电动机的机械特性？其表达式是怎样的？三．实验项目1．直流他励电动机的启动。2．改变电枢回路的调节电阻R1来调节直流他励电动机的转速。3．改变电枢供电电压U来调节直流他励电动机的转速。4．直流他励电动机的转向改变。5．绘制直流他励电动机机械特性曲线图。四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13）3．直流并励电动机M034．直流电机仪表、电源（NMEL-18）（位于实验台主控制屏的下部）5．电机起动箱（NMEL-09）3五．实验说明及操作步骤1．接线图1-1直流他励电动机接线图R：电枢调节电阻（NMEL-09）Rf：磁场调节电阻（NMEL-09）M：直流并励电动机M03G：涡流测功机可调直流稳压电源和直流电机励磁电源均位于NMEL-18。V：可调直流稳压电源自带电压表A：可调直流稳压电源自带电流表mA：毫安表，位于直流电机励磁电源部。按图1-1接线，检查M、G之间是否用联轴器联接好，电机导轨和NMEL-13的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。测功机加载控制位于NMEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。实验开始时，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，以使电机的负载为零，使电机一开始处于空载状态。2．直流他励电动机的启动直流他励电动机启动时，首先要先将电机电枢调节电阻R调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小。问：为什么开始要将电机电枢调节电阻R调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小？答：4合上控制屏的漏电保护器，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，先打开励磁电源船形开关、再打开可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V电压。启动后，将电枢电阻R调至最小，使电机正常工作。注意：如果需要直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时，必须将电枢串联电阻R调回最大值，励磁回路串联的电阻Rf调到最小值，给下次起动作好准备。3．他励电动机的调速特性（1）改变串入电动机M03电枢回路的调节电阻R，观察转速的变化情况；问题：当改变电枢回路调节电阻R时，电机的转速发生怎么的变化？为什么？（2）改变串入电动机励磁回路的调节电阻Rf观察转速的变化情况；问题：当改变励磁回路调节电阻Rf时，电机的转速发生怎么的变化？为什么？（3）调节转矩设定电位器，使电机在不同的载荷下运行，注意转矩不要超过1.1N.m，观察转速变化情况填写表1-1。表1-1转矩从0N.m到1.1N.m平均取六组值序号123456转矩（N.m）转速（r/min）并用描点法绘制出直流他励电动机的机械特性曲线：54．改变电动机的转向将电枢回路调节电阻R1调至最大值，“转矩设定”电位器逆时针调到零，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机。将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。问：如果先断开励磁电源再断开电枢电源，会发生什么状况？从理论上来讲，是一种什么现象？请解释其原因。6实验二鼠笼式异步电动机的启动、调速和机械特性一．实验目的1．加深理解三相鼠笼式异步电动机的启动特性。2．熟悉并更好地理解三相鼠笼式异步电动机的调速方法。3．测绘三相鼠笼式异步电动机的机械特性曲线。二．预习要点1．鼠笼式异步电动机启动时本身有哪些特性？2．鼠笼式异步电动机有哪些启动方法？每种方法的各有什么特点？3．鼠笼式异步电动机的调速方法有哪些？4．鼠笼式异步电动机的机械特性n-T曲线测绘方法？三．实验项目1．鼠笼式异步电动机的直接启动。2．鼠笼式异步电动机星形——三角形（Y-△）换接启动。73．自耦变压器启动。4．鼠笼式异步电动机的机械特性曲线绘制。四．实验设备及仪器1．实验台主控制屏2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13、NMEL-14）3．交流电压表、电流表4．旋转指示灯及开关板（NMEL-05）。5．三相鼠笼式异步电动机M04。五．实验方法及步骤1．三相笼型异步电动机直接启动实验。首先按图2-1接线，电机绕组为△接法。注意：电压表要并联，电流表要串联，不要接错！图2-1异步电机直接启动实验接线图确定接好线之后，启动前，把转矩转速测量实验箱（NMEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和NMEL-13的连接是否良好。a．先把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。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。（电机起动后，观察NMEL-13中的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）b．断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，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。问：能不能观察得到电机启动瞬间电流值？思考为什么？c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵转孔中，将测功机定转子堵住，调节调压器，观察电流表的读数，使电机电流达2~3倍额定电流。注意实验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。82．自耦变压器降压起动按图2-1接线。电机绕组为△接法，同直接启动的连接方式一样。先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断开电源开关，待电机停转后，再接通三相交流电源，使电机处于自耦变压器降压启动状态（在110V启动），观察电机启动瞬间的电流值。再将电压调到150V，用同样的方法测量电机在150V和190V启动时，观察电机启动瞬间的电流值。将观察到的数值填入下表2-1并按以下公式算出启动转矩、启动电流。对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流Ist按下式计算：KKSTSTTIIT2)(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；KKNSTIUUI)(式中UK：起动试验时的电压值，V；UN：电机额定电压，V；表2-1测量值计算值UK（V）IK（A）TK（N.m）Tst(N.m)Ist(A)110150190从上表的数据可以得出什么结论？思考为什么降压后可以观察到启动电流的值？93．星形——三角形（Y-△）起动图2-2异步电机星形-三角形启动按图2-2接线，电压表、电流表的选择同前，开关S选用NMEL-05。注意三刀双掷开关和电机的连接方式！将开关合向右边接为Y接法，开关合向左边接为△接法。起动前，把三相调压器退到零位，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，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停转。待电机完全停转后，合上电源开关，观察起动瞬间的电流，然后把S合向左边（△接法），电机进入正常运行，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。再分别测出输出电压升高至110V、150V和190V时，采用Y启动和△启动的时的启动电流瞬时值，将观察到的数据填入表2-2。表2-2启动电压110V150V190V220VY启动△启动从上表可以得出什么结论？104.鼠笼式异步电动机的机械特性曲线测绘电机为三相鼠笼式异步电动机M04，△接法。G为涡流测功机，与M04电机同轴安装。起动电机前，将三相调压器旋钮逆时针调到底，并将NMEL-13中“转矩控制”和“转速控制”图2-3鼠龙式异步电机的M-S测绘接线图选择开关扳向“转矩控制”，并将“转矩控制”调节旋钮逆时针调到底。实验步骤：（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，起动交流电机。观察电机的旋转方向，是否符合要求。（2）顺时针缓慢调节“转矩控制”，在空载转速至200转/分范围内，测取8~9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表2-3，并绘制n-T机械特性曲线图。（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。）表2-3UN=220V△接法序号123456789转矩（n.M）00.20.40.60.81.01.21.41.5转速（r/min）11实验三线绕式异步电动机的启动、调速和机械特性一．实验目的1．加深理解三相线绕式异步电动机的启动特性。2．熟悉并更好地理解三相线绕式异步电动机的调速方法。3．测绘三相线绕式异步电动机的机械特性曲线。二．预习要点1．线绕式异步电动机启动时本身有哪些特性？2．线绕式异步电动机有哪些启动方法？每种方法的各有什么特点？3．线绕式异步电动机的调速方法有哪些？4．线绕式异步电动机