电机控制与拖动实验指导书样本.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除。电机控制与拖动实验指导书浙江大学机械电子控制研究所 .12目录目录1实验一 三相异步电动机的起动与调速2实验二 异步电机的M-S曲线测绘5实验三 三相同步电动机7实验四 直流她励电动机10实验五 交流伺服电机实验14实验六 直流伺服电机实验19实验七 步进电动机实验22实验一 三相异步电动机的起动与调速一实验目的1学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。2经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复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。2复习异步电动机的调速方法。三实验项目1了解教学实验台中的直流稳压电源、 涡流测功机
2、、 变阻器、 多量程直流电压表、 电流表、 毫安表及各种电动机的使用方法。2异步电动机的直接起动。3异步电动机星形三角形( Y-) 换接起动。4自耦变压器起动。5绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。6绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。四实验设备及仪器1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏( 含交流电压表) 。2指针式交流电流表。3电机导轨及测功机、 转矩转速测量( MEL-13、 MEL-14) 。4电机起动箱( MEL-09) 。5鼠笼式异步电动机( M04) 。6绕线式异步电动机( M09) 。五实验方法1由实验指导人员讲解电机实验的基本要求, 实验台各面板的布置及使用方
3、法, 注意事项。2三相笼型异步电动机直接起动试验。按图1-1接线, 电机绕组为接法。起动前, 把转矩转速测量实验箱( MEL-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MEL-13的连接是否良好。仪表的选择: 交流电压表为数字式或指针式均可, 交流电流表则为指针式。a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MEL-13中的转速表, 如出现电机转向图1-1 异步电机直接起动实验接线图不符合要求, 则须切断电源,
4、 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。注: 按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。电流表受起动电流冲击, 电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数, 但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。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特孔中, 将测功机定转子堵住。d合上三相交流电源, 调节调压器, 观察电流表, 使电机电流达23倍额定电流, 读取电压值UK、 电流值IK、 转矩值TK, 填入表1-1中, 注意试验时, 通电时间不应超过10秒, 以免绕
5、组过热。对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算: 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; 式中UK: 起动试验时的电压值, V; UN: 电机额定电压, V; 表1-1测 量 值计 算 值UK( V) IK( A) TK( N.m) Tst(N.m)Ist(A)图1-2 异步电机星形-三角形起动3星形三角形( Y-) 起动按图1-2接线, 电压表、 电流表的选择同前, 开关S选用MEL-05。a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
6、, 断开电源开关, 待电机停转。b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。4自耦变压器降压起动按图1-1接线。电机绕组为 接法。a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。b待电机完全停转后, 再合上电源开关, 使电机就自耦变压器, 降压起动, 观察电流表的瞬间读数值, 经一定时间后, 调节调压器使输出电机达电机额定电压UN=220伏, 整个起动过程结束。图1-3 绕线式异步电机转子绕组
7、串电阻起动实验接线图5绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动实验线路如图1-3, 电机定子绕组Y形接法。转子串入的电阻由刷形开关来调节, 调节电阻采用MEL-09的绕线电机起动电阻( 分0, 2, 5, 15, 五档) , MEL-13中”转矩控制”和”转速控制”开关扳向”转速控制”, ”转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。a起动电源前, 把调压器退至零位, 起动电阻调节为零。b合上交流电源, 调节交流电源使电机起动。注意电机转向是否符合要求。c在定子电压为180伏时, 逆时针调节”转速设定”电位器到底, 绕线式电机转动缓慢( 只有几十转) , 读取此时的转矩值Ist和Ist。d用刷形开关切
8、换起动电阻, 分别读出起动电阻为2、 5、 15的起动转矩Tst和起动电流Ist, 填入表1-2中。注意: 试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。表1-2 U=180伏Rst( ) 02515Tst( N.m) Ist( A) 6绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速实验线路同前。MEL-13中”转矩控制”和”转速控制”选择开关扳向”转矩控制”, ”转矩设定”电位器逆时针到底, ”转速设定”电位器顺时针到底。MEL-09”绕线电机起动电阻”调节到零。a合上电源开关, 调节调压器输出电压至UN=220伏, 使电机空载起动。b调节”转矩设定”电位器调节旋钮, 使电动机输出功率接近额定功率并保
9、持输出转矩T2不变, 改变转子附加电阻, 分别测出对应的转速, 记录于表1-3中。表1-3 U=220伏 T2= N.mRst( ) 02515n( r/min) 六实验报告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UN/。(Y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绕线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绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。 七思考题1起动电流和外施电压正比, 起动转矩和外施电
10、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? 实验二 异步电机的M-S曲线测绘一实验目的用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩转差曲线, 并加以比较。二预习要点1复习电机M-S特性曲线。2M-S特性的测试方法。三实验项目1鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。2绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。四实验原理图2-1 异步电机的机械特性异步电机的机械特性的图2-1所示。在某一转差率Sm时, 转矩有一最大值Tm, 称为异步电机的最大转矩, Sm称为临界转差率。Tm是异步电动机可能产生的最大转矩。如果负载转矩TzTm, 电动机
11、将承担不了而停转。起动转矩Tst是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩, 此时S=1( n=0) 。对于绕线式转子异步电动机, 转子绕组串联附加电阻, 便能改变Tst, 从而可改变起动特性。异步电动机的机械特性可视为两部分组成, 即当负载功率转矩TzTN时, 机械特性近似为直线, 称为机械特性的直线部分, 又可称为工作部分, 因电动机不论带何种负载均能稳定运行; 当SSm时, 机械特性为一曲线, 称为机械特性的曲线部分, 对恒转矩负载或恒功率负载而言, 因为电动机这一特性段与这类负载转矩特性的配合, 使电机不能稳定运行, 而对于通风机负载, 则在这一特性段上却能稳定工作。在本实验系统中, 经
12、过对电机的转速进行检测, 动态调节施加于电机的转矩, 产生随着电机转速的下降, 转矩随之下降的负载, 使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。经过读取不同转速下的转矩, 可描绘出不同电机的M-S曲线。五实验设备1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏; 2电机导轨及测功机、 转矩转速测量( MEL-13、 MEL-14) ; 3电机起动箱( MEL-09) ; 4三相鼠笼式异步电动机M04; 5三相绕线式异步电动机M09。六实验方法1鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘被试电机为三相鼠笼式异步电动机M04, Y接法。图2-2 鼠笼式异步电机的M-S测绘接线图G为涡流测功机, 与M04电机同轴安装。按图2
13、-2接线, 其中电压表采用指针式或数字式均可, 量程选用300V档, 电流表采用数字式, 可选0.75A量程档。起动电机前, 将三相调压器旋钮逆时针调到底, 并将MEL-13中”转矩控制”和”转速控制”选择开关扳向”转速控制”, 并将”转速设定”调节旋钮顺时针调到底。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, 是之符合要求。( 2) 逆时针缓慢调节”转速设定”电位器经过一段时间的延时后, M04电机的负载将随之增加, 其转速下降, 继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右( 注意: 转
14、速低于200转/分时, 有可能造成电机转速不稳定。) ( 3) 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2-1。 表2-1UN=220VY接法序号123456789转速( r/min) 转矩( n.M) ( 4) 当电机转速下降到200转/分时, 顺时针回调”转速设定”旋钮, 转速开始上升, 直到升到空载转速为止, 在这范围内, 读出8-9组异步电机的转矩M, 转速n, 填入表2-2。表2-2UN=220VY接法序 号123456789转速( r/min) 转矩( N.M) 七实验报告1在方格纸上, 逐点绘出各种电机的转矩、 转速, 并进行拟合
15、, 作出被试电机的M-S曲线。2对这些电机的特性作一比较和评价。八思考题电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因何在? 实验三 三相同步电动机一实验目的1掌握三相同步电动机的异步起动方法。2测取三相同步电动机的V形曲线。3测取三相同步电动机的工作特性。 二预习要点1三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。2三相同步电动机的V形曲线是怎样的? 怎样作为无功发电机( 调相机) ? 3三相同步电动机的工作特性怎样? 怎样测取? 三实验项目1三相同步电动机的异步起动。2测取三相同步电动机输出功率P20时的V形曲线。3测取三相同步电动机输出功率P2=0.5倍额定功率时的V 形曲线。4测取三相同步电动机的
16、工作特性。 四实验设备及仪器1实验台主控制屏; 2电机导轨及转速测量; 3功率、 功率因数表( NMCL-001) ; 4同步电机励磁电源( 含在主控制屏左下方, NMEL-19) ; 5直流电机仪表、 电源( 含在主控制屏左下方, NMEL-18) ; 6三相可调电阻器900( NMEL-03) ; 7三相可调电阻器90( NMEL-04) ; 8旋转指示灯及开关板( NMEL-05A) ; 9三相同步电机M08; 10直流并励电动机M03。五实验方法被试电机为凸极式三相同步电动机M08。1三相同步电动机的异步起动实验线路图如图3-1。实验开始前, MEL-13中的”转速控制”和”转矩控制”
17、选择开关扳向”转矩控制”, ”转矩设定”旋钮逆时针到底。R的阻值选择为同步发电机励磁绕组电阻的10倍( 约90欧姆) , 选用NMEL-04中的90电阻。开关S选用NMEL-05。图3-1 三相同步电动机接线图( MCL-11、 MEL-11B) 同步电机励磁电源( NMEL-19) 固定在控制屏的右下部。a把功率表电流线圈短接, 把交流电流表短接, 先将开关S闭合于励磁电流源端, 启动励磁电流源, 调节励磁电流源输出大约0.7A左右, 然后将开关S闭合于可变电阻器R( 图示左端) 。b把调压器退到零位, 合上电源开关, 调节调压器使升压至同步电动机额定电压220伏, 观察电机旋转方向, 若不
18、符合则应调整相序使电机旋转方向符合要求。c当转速接近同步转速时, 把开关S迅速从左端切换闭合到右端, 让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行, 异步起动同步电动机整个起动过程完毕, 接通功率表、 功率因数表、 交流电流表。2测取三相同步电动机输出功率P20时的V形曲线a按1方法异步起动同步电动机。使同步电动机输出功率P20。b调节同步电动机的励磁电流If并使If增加, 这时同步电动机的定子三相电流亦随之增加, 直至电流达同步电动机的额定值, 记录定子三相电流和相应的励磁电流、 输入功率。c调节同步电动机的励磁电流If使If使逐渐减小, 这时定子三相电流亦随之减小, 直至电流过最小值,
19、 记录这时的相应数据, d继续调小同步电动机的励磁电流, 这时同步电动机的定子三相电流反而增大直到电流达额定值, 在这过励和欠励范围内读取911组数据。数据记录于表3-1。表3-1 n=1500rmin; U=220V; P20序号三相电流(A)励磁电流(A)输入功率( W) IAIBICIIfPIPIIP12345表中 I = (IA + IB + IC)3P = P+ P3测取三相同步电动机输出功率P20.5 倍额定功率时的V形曲线。a按1方法异步起动同步电动机, 调节测功机”转矩设定”旋钮使之加载, 使同步电动机输出功率改变, 输出功率按下式计算: P2 = 0.105nT2 式中 n电
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