《机电传动控制》实验报告天津理工大学机械工程学院2014年9月实验一 直流他励电动机调速实验一、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T K K R R K Un t e ad a e 2φφ+-=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7.1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T L 下，串入不同的电阻可以得到不同的转速，如在电阻分别为R a 、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n A 、n C 、n D 和n E 。
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n A 调至新的稳定转速n C 。
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7.1 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7.2所示，从图中可看出，在一定负载转矩T L下，加上不同的电压U N、U1、U2、U3、…，可以得到不同的转速n a、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T L=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=KtΦN Ia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7.2 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7.3所示，从图中可看出，在一定的负载功率P L 下，不同的主磁通ΦN、Φ1、Φ2、…，可以得到不同的转速n a、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=KtΦIa要随主磁通的减小而减小。
图7.3 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3种调速方法中的“改变电动机电枢供电电压U调速”、“改变电动机主磁通Φ调速”这两种调速方式。
实验电路图如图7.4所示。
图7.4 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U N。
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U N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”；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”3.电路接线表本实验的电路接线表如下表7.1，不要遗漏VI+、VI﹣的接线。
（注：图7.4中方框内的接线已经在内部接好，不需再接线）表7.1 直流他励电动机调速实验电路接线表三、实验步骤1.按表7.1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QF1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机电传动控制教学实验系统\程序\PLC\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】→COM4；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.按下操作面板上的“启动”按钮，直流调速系统启动电动机；6.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U N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7.2中：（注：在PLC监控状态下，电动机转速n的值从数据寄存器D0直接读取）表7.2 “改变电枢供电电压调速”数据记录表7.实现“改变电动机主磁通调速”：先按操作面板上的“停止”按钮，停止电动机，然后重复步骤1~5，唯一不同的是，接线时，VI+接R5左，VI－接R5中，并将给定电位器R4调回最大。
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），读取几组调磁电位器R5分压U、电动机转速n并记录于表7.3中（注：在PLC监控状态下，电动机转速n的值从数据寄存器D0直接读取），并计算对应的励磁回路电流I f ，计算公式为：R UI f-=220其中，励磁线圈R = 1200Ω表7.3 “改变电动机主磁通调速”数据记录表8.按下操作面板上的“停止”按钮，电动机停转；9.断开断路器QF1、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、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。
七、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；八、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？实验报告学院（系）名称：姓名学号专业班级实验项目课程名称课程代码实验时间实验地点批改意见成绩教师签字：实验内容实验二三相交流异步电动机变频调速实验一、实验目的1.学习和掌握变频器的操作及控制方法；2.深入了解三相异步电动机变频调速性能；3.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1.三相交流异步电动机变频调速原理通过改变三相异步电动机定子绕组电压的频率，可以改变转子的旋转速度，当改变频率的同时改变电压的大小，使电压与频率的比值等于常数，则可保证电动机的输出转矩不变。
变频器就是专用于三相异步电动机调频调速的控制装置。
它的输入为单相交流电压（控制750W及以下的小功率电动机）或三相交流电压（控制750W以上的大功率电动机），而输出为幅值和频率均可调的三相交流电压供给三相异步电动机。
变频器的生产厂家很多，产品也很多，但基本原理相同。
本实验中采用的是松下小型变频器VFO 200W，有如下几种操作模式。
（1）运行/停止、正转/反转的操作模式：对于电动机的启动/停止以及正反转的控制有外部操作和面板操作两种模式，通过专用参数的设定来实现。
面板操作模式：通过变频器自带面板上的操作键实现运行/停止、正转/反转控制；外部操作模式：通过接在变频器专用输入端开关信号的接通、断开实现运行/停止、正转/反转。
（2）频率设定模式：频率的设定分为面板设定、外部设定两种，通过专用参数的设定来实现。
面板设定模式是根据面板上的电位器或专用键来设定频率的大小。
外部设定模式可以通过变频器上专用输入端上的电位器、电压信号、电流信号、开关编码信号以及PWM信号来实现频率的设定。
2.实验电路图本次实验的主要内容为“外部控制和外部电位器频率设定”。
实验电路图如图10.1所示。
图10.1 三相交流异步电动机变频调速实验电路图由图10.1可知，运行时，PLC程序要使Y4为1，停止时要使Y4为0，频率大小通过改变1、2、3端连接的电位器位置来调节。
3.电路接线表本实验的电路接线表如下表10.1，不要遗漏这两条接线，VI+接JU，VI－接JV。
（注：图10.1中方框内的接线已经在内部接好，不需再接线）表10.1 三相交流异步电动机变频调速实验电路接线图三、实验步骤1.按表10.1接线（为了安全起见，接线时请务必断开QF4）；2.征得老师同意后，合上断路器QF1和QF4，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机电传动控制教学实验系统\程序\PLC\变频调速.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】→COM4；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.按操作面板上的“启动”按钮，变频器通电，如表10.2设定变频器参数；表10.2 变频器主要参数设定参数设定操作步骤如下：1）按动变频器面板上的“MODE”键，直到显示参数号Pr01；2）按“↑”或“↓”键，调节参数号，使其为所需设定的参数号；3）按“SET”键，进入修改参数状态,数字闪烁；4）按“↑”或“↓”键，改变数字使其为所需设定的数字；5）按“SET”键，设定值被写入；6）重复2）、3）、4）、5）设定其它参数。