電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)_實(shí)驗(yàn)報(bào)告1

1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱：電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 第2次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2015年xx月xx日實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：xxxxxxxxxxxx組號(hào)_ 學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxxxxx 姓名：xxxxxxxxxx指導(dǎo)老師：xxxxxxx 評(píng)定成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)二 直流他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)取直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性和機(jī)械特性。2掌握直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。 二、預(yù)習(xí)要點(diǎn) 1什么是直流電動(dòng)機(jī)的工作特性和機(jī)械特性? 2直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理是什么? 三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 1工作特性和機(jī)械特性（自然和人工）保持UUN和IfIfN不變，R1=0，測(cè)取n、M2、nf(Ia)及n=f(M2

2、)。 保持UUN和IfIfN不變，R1+Ra=100RaN，測(cè)取n、M2、nf(Ia)及n=f(M2)。2調(diào)速特性 (1)改變電樞電壓調(diào)速 保持UUN，IfIfN常值，M0常值，測(cè)取nf(Ua)。 (2)改變勵(lì)磁電流調(diào)速 保持UUN，M2常值，R10，測(cè)取nf(If)。四、實(shí)驗(yàn)線路及操作步驟 1、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性和機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)線路如圖21所示。圖21 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)接線圖（實(shí)驗(yàn)時(shí)接成他勵(lì)）電機(jī)選用D17直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，負(fù)載采用渦流測(cè)功機(jī)或其它裝置。按照實(shí)驗(yàn)一方法起動(dòng)直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)向從測(cè)功機(jī)端觀察為逆時(shí)針方向。將電動(dòng)機(jī)電樞調(diào)節(jié)電阻Rl調(diào)至零，同時(shí)調(diào)節(jié)直流電源調(diào)壓旋鈕，測(cè)功機(jī)的加載旋鈕和

3、電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻Rf，調(diào)到其電機(jī)的額定值UUN，IIN，nnN，其勵(lì)磁電流即為額定勵(lì)磁電流IfN，在保持U=UN和IIfN不變的條件下，逐次減小電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，即將測(cè)功機(jī)的加載旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)直至零。測(cè)取電動(dòng)機(jī)輸入電流I，轉(zhuǎn)速n和測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)矩M，共取67組數(shù)據(jù)，記錄于表21中，即為電機(jī)的自然機(jī)械特性。然后調(diào)節(jié)電樞電阻R1，（R1電阻可用90電阻箱串聯(lián)實(shí)現(xiàn)），使R1Ra100RaN，RaN 值可根據(jù)UN/IN求得，Ra值可根據(jù)實(shí)驗(yàn)一可得。在保持U=UN和IIfN不變的條件下，重新上述特性調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，測(cè)取電動(dòng)機(jī)輸入電流I，轉(zhuǎn)速n和測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)矩M，共取67組數(shù)據(jù)，記錄于表22中，即為電機(jī)的人工機(jī)械特性

4、。表21 U=UN _V If=If N_A R1_實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)I(A)n(r/min)M2(N·m）計(jì)算數(shù)據(jù)Ia(A)P2(W)(%)表22 U=UN _V If=If N_A R1_實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)I(A)n(r/min)M2(N·m）2調(diào)速特性 (1)改變電樞端電壓的調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，將電阻Rl調(diào)至零，同時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)載(測(cè)功機(jī))、直流電源及電阻Rf ，使UUN，I0.5IN，IfIfN，保持此時(shí)的M2的數(shù)值和IfIfN，逐次增加R1的阻值，即降低電樞兩端的電壓Ua，Rl從零調(diào)至最大值，每次測(cè)取電動(dòng)機(jī)的端電壓Ua，轉(zhuǎn)速n和輸入電流I，共取56組數(shù)據(jù)，記錄于表23中。表23 If=

5、IfN_A M2=_N·mUa(V)n(r/min)I(A)Ia(A) (2)改變勵(lì)磁電流的調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，將電阻Rl和電阻Rf調(diào)至零，同時(shí)調(diào)節(jié)直流調(diào)壓旋鈕和測(cè)功機(jī)加載旋鈕，使電動(dòng)機(jī)UUN，I0.5IN，IfIfN ，保持此時(shí)的M2數(shù)值和UUN的值，逐次增加磁場(chǎng)電阻Rf，直至n1.3nN，每次測(cè)取電動(dòng)機(jī)的n、If和I，共取56組數(shù)據(jù)，記錄于表24中。表24 U=UN _V M2=_N·mn(r/min)If (A)I(A)Ia(A) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1計(jì)算出Ia、P2和，并繪出n、M、nf(Ia)及nf(M2)的自然特性曲線。 電動(dòng)機(jī)輸出功率 P20.105nM2 式

6、中輸出轉(zhuǎn)矩M2的單位為NM，轉(zhuǎn)速n的單位為rmin。 電動(dòng)機(jī)輸入功 P1U（IaIfN） 電動(dòng)機(jī)效率 ×100 由工作特性求出轉(zhuǎn)速變化率： n×l00 2由表21在同一坐標(biāo)紙上畫出R1+Ra=100RaN時(shí)的人工機(jī)械特性曲線。3繪出并勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性曲線nf(U)和nf(If)。分析在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)兩種調(diào)速的電樞電流變化規(guī)律以及兩種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性和機(jī)械特性公式推導(dǎo)：所以，此時(shí)為電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性，該式即為電動(dòng)機(jī)的人工機(jī)械特性表21 U=UN _220_V If=If N_0.114_A R1_0_實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)I(A)0.480.620.7

7、70.901.061.221.38n(r/min)1500148414641447142614061388M2(N·m）0.2550.4550.6550.8551.0551.2551.455計(jì)算數(shù)據(jù)Ia(A)0.480.620.770.901.061.221.38P2(W)40.16 70.90 100.69 129.90 157.97 185.28 212.05 (%)30.73%43.91%51.77%58.23%61.16%63.13%64.52% 公式推導(dǎo)： 電動(dòng)機(jī)輸出功率 P20.105nM2 式中輸出轉(zhuǎn)矩M2的單位為NM，轉(zhuǎn)速n的單位為rmin。 電動(dòng)機(jī)輸入功 P1U（I

8、aIfN） 電動(dòng)機(jī)效率 ×100 由工作特性求出轉(zhuǎn)速變化率： n×l00 表22 U=UN _220_V If=If N_0.111_A R1_190_實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)I(A)0.330.390.460.520.550.59n(r/min)1069971876774734677M2(N·m）0.0280.1280.2280.3280.3780.428N與Ia的擬合公式為y = -126.45x + 1561.2，R2 = 0.99943，說(shuō)明擬合效果較好N與M2的擬合公式為y = -94.643x + 1525.9，R2 = 0.99902，說(shuō)明擬合效果較好N與Ia的擬合

9、公式為y = -1509x + 1564.4，R2 = 0.99907，說(shuō)明擬合效果較好N與M2的擬合公式為y = -972.84x + 1096.3，R2 = 0.99954，說(shuō)明擬合效果較好2調(diào)速特性 (1)改變電樞端電壓的調(diào)速表23 If=IfN_0.111_A M2=_0.354_N·mUa(V)216.7212.8205.8192.9185.3176.7n(r/min)149414821438135813011236I(A)0.54820.55430.56180.58280.59890.6185Ia(A)0.54820.55430.56180.58280.59890.618

10、5(2)改變勵(lì)磁電流的調(diào)速表24 U=UN _220_V M2=_0.35_N·mn(r/min)151016121691177618421915If (A)0.110.090.0790.070.0640.06I(A)0.550.560.580.590.590.60Ia(A)0.550.560.580.590.590.60分析：調(diào)壓調(diào)速是在基速以下調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法，電壓越小，轉(zhuǎn)速越小。調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：（1）可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；（2）相對(duì)穩(wěn)定性較好；（3）調(diào)速范圍較寬，D可達(dá)10-20；（4）調(diào)速經(jīng)濟(jì)性較好。調(diào)壓調(diào)速的缺點(diǎn)：需要一套可控的直流電源。 弱磁調(diào)速是在基速以上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法，勵(lì)磁電

11、流減小，磁通變小，轉(zhuǎn)速升高。弱磁調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：（1）控制方便，能量損耗??；（2）可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。弱磁調(diào)速的缺點(diǎn)：由于受電動(dòng)機(jī)機(jī)械強(qiáng)度和換向火花的限制，轉(zhuǎn)速不能太高，調(diào)速范圍窄，一般要與調(diào)壓調(diào)速配合使用。結(jié)論：由于調(diào)壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，所以為了充分發(fā)揮電機(jī)的性能，保證Ia=，所以應(yīng)該將其使用在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載上；同樣，作為恒功率調(diào)速，弱磁調(diào)速應(yīng)該使用在恒功率負(fù)載上，以做到調(diào)速特性與負(fù)載特性的匹配。在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，對(duì)于調(diào)壓調(diào)速（降速），電樞電流等于額定電樞電流，對(duì)于弱磁調(diào)速（升速），電樞電流將增大。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差分析1、由于在實(shí)驗(yàn)過程中電機(jī)轉(zhuǎn)速不夠穩(wěn)定，且線路存在電阻、雜散電感電容影響，所以引入了系統(tǒng)

12、誤差；2、由于實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器不夠精準(zhǔn)，示數(shù)波動(dòng)較大，所以引入了系統(tǒng)誤差；3、在讀取實(shí)驗(yàn)儀器的示數(shù)時(shí)，由于是人眼讀取數(shù)據(jù)，因而存在估讀、錯(cuò)讀、漏讀等可能，所以引入了人為誤差；4、由于長(zhǎng)時(shí)間使用，實(shí)驗(yàn)元器件的標(biāo)稱值與實(shí)際值不符，且各項(xiàng)性能都逐漸變差，所以引入了系統(tǒng)誤差；5、實(shí)驗(yàn)過程中由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速需要過較長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定下來(lái)，而在讀取轉(zhuǎn)速時(shí)可能轉(zhuǎn)速還沒有穩(wěn)定下來(lái)，所以引入了人為誤差；八、實(shí)驗(yàn)小結(jié)1、在做電機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于所做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，所以每次實(shí)驗(yàn)前應(yīng)該先預(yù)習(xí)一下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理論基礎(chǔ)知識(shí)，這樣做實(shí)驗(yàn)時(shí)才能夠事半功倍；2、 由于在測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，需要等待較長(zhǎng)時(shí)間，因此要有足夠的耐心，否則如果過于急躁，那么沒

13、有等到電機(jī)穩(wěn)定下來(lái)就讀取電機(jī)轉(zhuǎn)速，會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果引入很大的人為誤差；3、 由于電機(jī)控制步驟和注意事項(xiàng)較多，所以在做電機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該小心謹(jǐn)慎，不能夠過于急躁，避免發(fā)生事故；4、 直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，勵(lì)磁回路絕不可以斷開，即絕不可以失磁，因?yàn)槿绻Т?，由于剩磁作用電機(jī)的轉(zhuǎn)速將會(huì)迅速升高，有可能引發(fā)嚴(yán)重的事故；5、 只有使電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性和實(shí)際負(fù)載的特性相匹配，電動(dòng)機(jī)才可以得到充分利用，不過實(shí)際上，由于電動(dòng)機(jī)容量分成若干等級(jí)，有時(shí)候只能盡量接近而不能相等；九、思考題1并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的速率特性n=f(Ia)為什么是略微下降?是否出現(xiàn)上翹現(xiàn)象?為什么?上翹的速率特性對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行有何影響?答：，而一般電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬，斜率為負(fù)且較??；，在滿足一定條件的情況下，磁通下降可能引起轉(zhuǎn)速的上升，即出現(xiàn)上翹現(xiàn)象；這樣的變化與電樞回路電流增大引起的轉(zhuǎn)速降相抵消，對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響是使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小。2當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁電流不變時(shí)，減小電樞端壓，為什么會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低?答：，減小U，則轉(zhuǎn)速n下降。3 當(dāng)