实验一直流他励电动机调压调速和调磁调速实验.doc

实验一 直流他励电动机调压调速和调磁调速实验一、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2.1.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2.2.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”和“改变电动机主磁通f”这两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三、实验内容3.1.　 改变电动机电枢供电电压U调速1.　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”2.　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15Z2R4中导线2PC端COM2数据采集模块输出口（已接好）通信电缆16Z3R4右导线3PC端COM3PLC程序传送接口编程电缆17启动右X10导线4OUT－D1导线18停止右X11导线5D2A2导线19启动左COM导线6A1OUT+导线20停止左COM导线7LC+F2导线21Y10Z4导线8F1R5左导线22COM3Z5导线9R5右LC－导线23VI+OUT+导线10LC－R5中导线24VI-OUT-导线11Z1R4左导线25导线3.　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 调压调速测试软件界面4.　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（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】→COM1；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）3.2.　 改变电动机主磁通f调速1.　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”2.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1PC端COM1PLC串行通信板通信电缆15Z2R4中导线2PC端COM3数据采集模块输出口（已接好）通信电缆16Z3R4右导线3PC端COM4PLC程序传送接口编程电缆17启动右X10导线4OUT－D1导线18停止右X11导线5D2A2导线19启动左COM导线6A1OUT+导线20停止左COM导线7LC+F2导线21Y10Z4导线8F1R5左导线22COM3Z5导线9R5右LC－导线23VI+F2导线10LC－R5中导线24VI-F1导线11Z1R4左导线25导线3.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 调磁调速测试软件界面4.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（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ΦN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：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、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？ 七、实验报告要求。