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 TKRUnteade2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、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 nA、n C、n D 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、U 1、U 2、U 3、…，可以得到不同的转速na、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 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 =Φ N，故电动机转矩 T=KtΦ NIa 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 Φ N、 Φ 1、 Φ 2、…，可以得到不同的转速 na、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=KtΦ Ia 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（R 5=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1PC 端COM1PLC 串行通信板通信电缆 15 Z2 R4 中 导线2PC 端COM2数据采集模块输出口（已接通信电缆 16 Z3 R4 右 导线好）3PC 端COM3PLC 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 1.5 所示：图 1.5 实验十测试软件界面三、实验步骤1.按表 1.1 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（R 5 =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 QF2、QF3 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\程序\实验 10\PLC-直流调速\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】→COM2；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.运行 PC 机上的测试软件，路径为：HJD-DJ1\程序\ 实验 10\PC-直流调速\直流调速.exe，屏幕上显示如图 1.5 所示测试软件界面；6.按下操作面板上的“启动”按钮，直流调速系统启动电动机；7.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 UN 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 1.2 中：（注：在如图 1.5 所示的测试软件界面里读取 U、n）表 1.2 “改变电枢供电电压调速”数据记录表电枢电压 U（V ） 电动机转速 n（r /min）四、实验说明及注意事项1.接线和拔线时，请务必断开 QF5；2.QF5 合上后，请不要用手触摸接线端子；3.请务必不能将导线一端接入直流电动机、直流调速系统的接线端子上，另一端放在操作台上而合上 QF5。

五、实验用仪器工具PC 机 1 台PLC 1 台直流他励电动机 1 台直流调速系统 1 套转矩转速传感器 1 台电压传感器 1 台电流传感器 1 台电位器 2 个断路器 2 个按钮 2 个实验导线 若干六、实验前的准备预习实验指导书及附录相关内容，编写好实验用程序 实验二 直流他励电机调磁调速实验一、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、实验原理实验电路原理图同实验一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（R 5=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 R4 不变，调节 R5（在 Φ N 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 2.1，不要遗漏 VI+、VI﹣的接线 （注：图 2.4 中方框内的接线已经在内部接好，不需再接线）表 2.1 直流他励电动机调磁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COM3 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COM4 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+ F2 导线10 LC－ R5 中 导线 24 VI- F1 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 2.5 所示：图 2.5 实验十一测试软件界面三、实验步骤1.按表 2.1 接线（为了安全起见，接线时请务必断开 QF5） 。

将调磁电位器 R5 逆时针调至最小（R 5 =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 QF2、QF3 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\程序\实验 11\PLC-直流调速\直流调速.PMW） ，确认程序无误后，将其写入到 PLC 并运行4.执行 PLC 中的“监控测试/ 开始监控” ，PLC 进入监控状态；5.运行 PC 机上的测试软件，路径为：HJD-DJ1\程序\ 实验 11\PC-直流调速\直流调速.exe，屏幕上显示如图 2.5 所示测试软件界面；6.按下操作面板上的“启动”按钮，直流调速系统启动电动机；7.实现“改变电动机主磁通调速”：电动机启动过程完成后，保持 R4 不变，连续调节R5（在 Φ N 以下调节，即顺时针调大 R5 ，弱磁调速） ，励磁线圈电压 U、电动机转速 n 并记录于表 2.3 中（注：在如图 2.5 所示的测试软件界面里读取 U、n） ，并计算对应的励磁回路电流 If ，计算公式为： If其中，励磁线圈 R = 1200Ω表 2.3 “改变电动机主磁通调速”数据记录表励磁线圈电压 U（V） 电动机转速 n（r/min ） 励磁回路电流 If（A）8.按下操作面板上的“停止”按钮，电动机停转 ；9.断开断路器 QF2、QF3 、QF5。

四、实验报告要求画出 PLC 控制程序梯形图并写出相对应的指令代码；五、思 考 题1.电动机的调速在工程实际中有什么作用？“速度调节”与“速度变化”是否为同一个概念？有什么不同？2.直流电动机的这三种调速方法的应用范围分别是什么？在工程实际中，能否配合使用？实验三 三相交流异步电动机反接制动控制实验一、实验目的1.学习三相交流异步电动机反接制动的工作原理及制动特性；2.通过该实验，进。