机自-机电传动控制实验指导书.doc

实验一 直流他励电动机调压调速实验 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 式（1.1） 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1.1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1.1 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1.2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1.2 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1.3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1.3 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 本实验将实现上述调速方法中的“改变电动机电枢供电电压U调速”这种调速方式。 实验电路图如图1.4所示。 图1.4 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”。 3.电路接线表 本实验的电路接线表如下表1.1，不要遗漏VI+、VI﹣的接线。（注：图1.4中方框内的接线已经在内部接好，不需再接线） 表1.1 直流他励电动机调压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 Z2 R4中 导线 2 PC端 COM2 数据采集模块输出口（已接好） 通信电缆 16 Z3 R4右 导线 3 PC端 COM3 PLC程序传送接口 编程电缆 17 启动右 X10 导线 4 OUT－ D1 导线 18 停止右 X11 导线 5 D2 A2 导线 19 启动左 COM 导线 6 A1 OUT+ 导线 20 停止左 COM 导线 7 LC+ F2 导线 21 Y10 Z4 导线 8 F1 R5左 导线 22 COM3 Z5 导线 9 R5右 LC－ 导线 23 VI+ OUT+ 导线 10 LC－ R5中 导线 24 VI- OUT- 导线 11 Z1 R4左 导线 25 导线 4.测试软件界面 本实验的测试软件界面如图