机电传动控制实验报告

《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

T K K R R K U

n t e ad a e 2

φφ+-=

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T L 下，串入不同的电阻可以得到不同的转速，如在电阻分别为R a 、R 3、R 2、R 1的情况下，可以得到对应于A 、C 、D 和E 点的转速n A 、n C 、n D 和n E 。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n A 调至新的稳定转速n C 。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T L下，加上不同的电压U N、U1、U2、U3、…，可以得到不同的转速n a、n b、n c、n d、…，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T L=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=KtΦN Ia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P L 下，不同的主磁通ΦN、Φ1、Φ2、…，可以得到不同的转速n a、n b、n c、…，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U N。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U N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

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U N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

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