实验1-他励直流电动机特性的测定实验报告

清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定1/15清华大学自动化系96班胡沛弦2009011512电力拖动与运动控制—实验1他励直流电动机特性的测定班级：自96班姓名：胡沛弦学号：2009011512同组：张凌宇清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定2/15清华大学自动化系96班胡沛弦2009011512【实验目的】认识他励直流电动机机组的组成，了解开环调速系统的基本组成用实验的方法测定他励直流电动机的参数和工作特性了解他励直流电动机的三种调速方法及其机械特性【实验内容】他励直流电动机的起动、制动和反向他励直流电动机工作特性的测定他励直流电动机调速特性的测定【实验设备及仪器仪表】电力电子与运动控制实验装置可变电阻器（滑线变阻器）万用表、测速表直流电动机机组【实验内容及步骤】他励直流电动机的起动、制动和反向实验系统的组成1)直流供电电源的构成为电动机机组提供的励磁电源及控制电路的电源电路原理图见图1-1。模块MC0101C为输入变压器模块，其中L1、L2和L3为三相电源进线端，接三相380V市电（实验装置中已连接好）。将标有2U3和2W3的端口分别与2V3端用U型短接桥连接，构成变压器副边星形输出。选取2U1、2V1和2W1三端与整流模块MC0308的输入端分别相连，此时的变压器输出相电压约为90V（15V+75V）。将滤波模块MC0601与整流模块MC0308用U型短接桥连接组成整流滤波电路。用U型短接桥连接滤波模块MC0601上的滤波电容。整流滤波电路的输出端作为逆变电路主电路的供清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定3/15清华大学自动化系96班胡沛弦2009011512电电源和直流电机的励磁电压使用。该直流供电电源的输出电压Ud在空载时约为220V。接通输入变压器模块MC0101C上的主电路电源开关，用万用表测量并确认滤波模块MC0601上的输出直流电压。【注意！】在实验过程中始终用输入变压器模块MC0101C上的开关控制主电路的通断。开关在“I”位置时主电路接通，开关在“O”位置时主电路断开。2)控制电路的构成及功能选择控制电路原理图见图1-2。直流电源模块MC0201D提供控制电路使用的＋15V、0V和－15V直流电压，由该模块上的电源开关控制其通断。将输入信号给定模块73402上下端的＋15V、0V和－15V用U型短接桥分别与其对应的各端连接好。再以相同方法继续连接驱动控制单元MC0510。PWM控制信号由驱动控制模块MC0510提供。该模块以单片机和IGBT驱动芯片为核心构成。在本实验中选择在“电机调速”工作模式下运行。将开关频率选择旋钮置于5千周档位。将模块73402的给定输出连接到MC0510模块的电机调速的“＋”端口，电机调速的“－”端口连接到MC0510模块的0V线上。将模块73402的－10V和＋10V端口用U型短接桥短接，将旋钮调节到中间的0V位置（外圈刻度为0V，内圈刻度为5V），给定范围为－10V到＋10V。清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定4/15清华大学自动化系96班胡沛弦20090115123)PWM斩波器的主要构成桥式逆变电路采用单相电压型全桥逆变电路，由IGBT模块MC2018实现。将MC0510模块的G1和E1、G2和E2、G3和E3以及G4和E4共4组IGBT驱动信号用合适长度的导线分别连接到IGBT模块MC2018上相应的G1和E1、G2和E2、G3和E3以及G4和E4。注意信号连接的对应关系。将MC2018模块上的4组IGBT单元VT1、VT2、VT3和VT4按照图1-2所示的连线方式连接，注意将VT1和VT2上下串联为一组桥臂，VT3和VT4上下串联为一组桥臂，两个桥臂再并联连接(缓冲电路已在模块内部连接好)。在确认电路已断电且Ud为零后，将直流电压Ud（图1-1中滤波器模块MC0601的“+”、“-”输出端）分别对应地连接到IGBT模块MC2018的直流电源电压Ud的“+”、“-”输入端。注意：切勿接错电源极性。4)电机机组的组成将两台直流电机73191对轴连接，分别作为电动机M和负载发电机G使用。并在一端连接测速发电机73109（实验室内机组已连接好）。两个电机的额定电压为220V，额定电流为1.8A，额定转速为2000转。电机的A1和A2为电枢端口，E1和E2为励磁端口。示意图见图1-3。清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定5/15清华大学自动化系96班胡沛弦2009011512【注意！】理论上直流电源产生模块可提供220V电压，但由于电路中电阻的存在使得实际实验中电枢两端最高只能加载到200V左右的电压。所以在实验中我们假定额定电流为1.3A，额定转速为1700转。实验步骤实验原理图如图1-4所示，实验在空载条件下进行，也就是发电机G的电枢回路开路。（1）将模块73402的旋钮调节到0V位置。用万用表测量给定的输出，确认为0V。将MC0601的直流输出加载到电动机M的励磁端E1和E2，作为励磁电源。将电动机的电枢“A1、A2”两端连接到模块MC1189上电动机图标M的两端，注意将模块上的开关放置于运行位置。将逆变电路MC2018的输出加载到模块MC1189的“＋、－”输入端。注意按下模块MC0510上的运行按钮，使驱动电路工作，此时运行指示灯点亮，电机调速指示灯点亮。（2）闭合主电路电源，为电机提供励磁电压，用万用表测量该电压值是否为220V左右。然后再闭合直流电源模块MC0201D的开关。测量励磁清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定6/15清华大学自动化系96班胡沛弦2009011512回路或电枢回路中的电流时可将电流表MC2004的I和0端口串联连接到相应的回路中。注意选择适合的电流表量程范围。（3）按下模块MC0510上的运行按钮，运行指示灯点亮。调节模块73402上的电位器旋钮，改变给定值，也就是改变PWM电路的占空比，使得加在电动机电枢两端的电压逐渐增大，电动机启动。注意此调节过程要缓慢均匀，防止突加电压产生的冲击电流。用万用表观测电枢两端的电压变化（平均值），直至电压加大到额定电压220V左右。理论上直流电源产生模块可提供220V电压，但由于电路中电阻的存在使得实际实验中电枢两端最高只能加载到200V左右的电压。当电机运行平稳后，在转速表模块MC1204上读取电机转速n，应为一个接近额定转速𝑛𝑁的值。（4）将MC0510上的运行按钮断开，切断驱动信号，使得电动机电枢开路，电动机处于自由停车状态，记录下停车时间。（5）将给定旋钮调回0V位置，电动机停止运行。将模块MC1189上的旋钮调回运行位置。然后重新调节给定旋钮，使电机加速到额定转速𝑛𝑁左右，将模块MC1189上的旋钮扳到能耗制动位置，实现能耗制动停车，记录下停车时间，与自由停车时间相比较。（6）将给定调回0V位置。将模块MC1189上的旋钮调回运行位置。反向调节给定旋钮，观察电动机转动的变化情况。【注意！】每次电机停车后都要把模块73402的给定调整回0V位置，保证下次启动时不会对电机电枢突加电压。他励直流电动机机械特性的测定实验电路组成按图1-5接线，在实验内容及步骤(1)中其它接线不变的情况下，将励磁电源并联至发电机G的E1和E2端口，在发电机G的电枢中串联滑线变阻器R，电阻值调至最大。将电流表串联到电动机M的电枢回路中。清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定7/15清华大学自动化系96班胡沛弦2009011512实验步骤（1）闭合主电路电源和控制电路电源，调节给定直至电动机电枢上的电压约为220V。（2）使电动机工作在额定状态下，即找额定点。保持电枢上的电压值不变，调节滑线变阻器的阻值，也就是改变负载功率的大小。注意串入发电机电枢回路的滑线变阻器初始阻值不要太小，以免造成电动机在启动时刻电枢电流过大。观察电枢电流的变化，直至电枢电流达到额定值1.3A左右，此时电机转速约为额定转速值𝑛𝑁，电机工作在额定点附近。这时电机的工作状态下所对应的励磁电流应该为额定励磁电流𝐼𝑓。测量并记录𝐼𝑁𝑓。（3）测量电机的工作特性，即做开环负载实验。在保证电动机电枢电压为220V不变的情况下，调节发电机电枢中串联的电阻R的大小，使得电动机从额定工作状态直到电动机空载（即让发电机的电枢回路开路），观察电动机电枢电流的变化和转速的变化，取5～6个点，记录下对应的转速n和电枢电流𝐼𝑎。清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定8/15清华大学自动化系96班胡沛弦2009011512他励直流电动机的三种调速方法实验电路的组成按图1-5所示接线，进行实验。每个实验测定2～3条机械特性曲线。实验步骤（1）电枢串电阻调速时他励电动机机械特性在电动机电枢回路中串联滑线变阻器𝑅1，改变加在电枢回路电阻的数值，使其大小为0～50Ω中的某一值。在发电机电枢回路中串联电阻𝑅2，改变𝑅2的大小，测试5～6个点。记录电动机电枢电流I𝑎和和转速n。测出此时的机械特性。串联电阻𝑅1的大小，可以通过公式1－1计算。测量内容：电枢两端电压U𝑎，电枢回路电流I𝑎，转速n和串联电阻𝑅1。做此项实验时，要保持电源电压为U𝑁=220V不变（即在负载变化时用万用表监测电源电压，如果减小，调节模块73402的给定旋钮，使之尽量回到220V），𝐼𝑓=𝐼𝑁𝑓。𝑅1=U𝑁−U𝑎I𝑎(Ω)公式1−1（2）降电压调速时他励电动机机械特性将电枢回路中串联的电阻𝑅1去除，直流电动机启动后，调节模块73402的给定输出，用万用表测量电机电枢上的电压值变化。改变发电机电枢中的电阻𝑅2的大小，从而改变负载电流的大小，𝑅2的大小为0～500Ω中的某一值，𝑅2从最大值开始，测试5—6个点，测出一条机械特性曲线。从U=𝑈𝑁到U=15𝑈𝑁，测试2—3条曲线。测试内容：电枢端电压𝑈a，电枢电流𝐼a，转速n。观察电枢电压与转速之间的关系并记录。（3）弱磁调速时他励直流电动机机械特性修改图1—5中电路，使电动机和发电机励磁电压相互独立，直接将MC0601输出端电压加载到发电机励磁回路两端，以便在对电动机励磁磁通进行调节时，发电机励磁电压不受影响。然后，在电动机M的励磁回路中串联接入电阻𝑅1，𝑅1的阻值首先调为0（最小）。将电流表串联接入励磁回路。电动机起动并运行平稳后，保持电枢上的电压U=𝑈𝑁，通过调节电动机励磁绕组串联电阻𝑅1的大小下得到不同的励清华大学电力拖动与运动控制实验1—他励直流电动机特性的测定9/15清华大学自动化系96班胡沛弦2009011512磁电流，减小𝐼𝑓使𝐼𝑓𝐼𝑁𝑓。改变发电机电枢中电阻𝑅2的大小，改变负载，记下转速n、电枢电流𝐼a和对应的励磁电流𝐼𝑓，测试5—6个点，测出一条特性曲线。改变电阻𝑅1的大小，改变励磁电流，再测出2—3条特性曲线。注意，不要使电动机转速超过1.2倍的额定转速。【实验注意事项】正确起动直流电动机。他励直流电动机每次起动时，必须先接通励磁电源，即先接通主电路电源，使励磁电流最大，然后才能接通电枢电源即控制回路直流电源。起动后，再根据实验要求调试，使电动机正常运行至平稳状态后，进行各项数据的测试记录。他励直流电动机停车时，必须先切断电枢电源，然后再断开励磁电源，同时注意必须将给定单元模块73402上的电位器旋转回0V位置，为下次起动做好准备。在做负载实验（即机械特性测定）时，要注意各电压表和电流表的读数，务必不要超过各项规定值，并且要注意仪表的量程和极性。调节发电机回路电阻时，建议电阻由小变大，即让电机转速由小变大。上电之前，请老师检查接线。【实验思考题】在供电电源电压恒定情况下，增大或减小电枢回路串联电阻的阻值，电动机的转速如何变化？改变励磁回路串联电阻的大小，转速如何变化？从中可以得到什么结论？解答：当供电电源