SYADMCS1型高级直流电机检测技术实验装置

1、SYADMCS-1智能型高级直流电机检测技术实验装置 实 验 指 导 书上海上益教育设备制造有限公司251579388目 录第一章 直流电机检测技术实验装置简介21-1 SYADMCS-1型高级直流电机检测技术实验装置简介21-2直流电动机知识的概述3第二章 直流电机检测实验82-1 直流电机的认识及冷态电阻的测量82-2 直流电动机空载特性实验102-3 直流电动机的负载实验142-4 直流电动机的换向与调速18第一章 直流电机检测技术实验装置简介1-1 SYADMCS-1型高级直流电机检测技术实验装置简介一、实验台功能概述SYADMCS-1型高级直流电机检测实验装置集直流电机对应

2、的机械特性、电气特性的测试和教学实验于一体，配套先进的检测控制手段，对以上各种运行方式进行定量分析，采集电机运行的各种参数。学生可通过一个嵌入式触摸屏实现采集数据的显示、系统控制、加载控制、直流调速控制等。一台基于WinCE (中文版 )操作系统 、内嵌Homebuilder嵌入版组态软件的触摸屏是唯一的人机界面，它在系统中作为数据输入、显示监控及控制终端。该终端采用RS-485接口采集模块进行通讯，数据采集模块将传感器的检测值上传给终端进行显示或用于监控，本款教学设备的终端还可下达操作指令给执行模块从而实现对程控设备的调节，进而实现对电机电枢电压及负载的控制。二、技术性能1、输入电源：单相电

3、源，220V±10% 50Hz。2、工作环境：温度-20+40 相对湿度85%(25) ，海拔4000m。3、装置容量：1KVA4、安全性能：设有电流型漏电保护装置。三、可完成实验内容1、直流电机的认识、冷态电阻的测量；电机的启动、停止、换向、调速、直流电机空载特性实验、特性曲线测定、加载实验、效率测定、转速测量等。四、实验安全注意事项：1、实验时，请按照本实验指导书进行操作，以防发生意外；2、系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内；3、实验完成后按下“停止”按钮，使电机停止运行，并关闭总电源；4、实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即按下“急停”按钮，切断电源。5、实

4、验中，磁粉制动器过热时，请减小加载电压。1-2直流电动机知识的概述一、直流电动机及其分类直流电动机就是将直流电能转换成机械能的电机。直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。1他励直流电机励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机。永磁直流电机也可看作他励直流电机。2并励直流电机并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。3串励直流电机

5、串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。4复励直流电机复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。 二、直流电动机的构造分为两部分：定子与转子。记住定子与转子都是由那几部分构成的，注意：不要把换向极与换向器弄混淆了，记住他们两个的作用。 定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。 转子包括：电枢铁芯，电

6、枢绕组，换向器，轴和风扇等。 直流电机的结构模型（1）定子定子就是发动机中固定不动的部分，它主要由主磁极、机座和电刷装置组成。主磁极是由主磁极铁芯（极心和极掌）和励磁绕组组成，其作用时用来产生磁场。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度分配最为合理，并用来阻挡励磁绕组。主磁极用硅钢片叠成，固定在机座上。机座也是磁路的一部分，常用铸钢制成。电刷是引入电流的装置，其位置固定不变。它与转动的交换器作滑动连接，将外加的直流电流引入电枢绕组中，使其转化为交流电流。直流电动机的磁场是一个恒定不变的磁场，是由励志绕组中的直流电流形成的磁场方向和励磁电流的关系由由有螺旋法则确定。在微型直流

7、电动机中，也有用永久磁铁作磁极的。（2）转子转子是电动机的转动部分，主要由电枢和换向器组成。电枢是电动机中产生感应电动势的部分，主要包括电枢铁芯和点数饶组。电枢铁芯成圆柱形，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放电枢绕组。通有电流的电枢绕组在磁场中受到电磁力矩的作用，驱动转子旋转，起了能量转换的枢纽作用，故称“电枢”。换向器又称整流子，是直流电动机的一种特殊装置。它是由楔形铜片叠成，片间用云母垫片绝缘。换向片嵌放在套筒上，用压圈固定后成为换向器再压装，在转轴上电枢绕组的导线按一定的规则焊接在换向片突出的叉口中。在换向器表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接起来，并实现将外部直流电

8、流转化为电枢绕组内的交流电流。 三、直流电动机的特点调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关，通常直流电动机的励磁方式有4种，掌握4种方式各自的特点。 1、直流他励电动机励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。

9、2、直流并励电动机 并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过他的励磁电流较小。 3、直流串励电动机励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。4 直流复励电动机电动机的励磁绕组与电枢绕组连接方式既有并联又有串联时，称为复励式。按串励绕组与并励绕组产生磁势方向的异同，又可将复励式电机分为差复励和积复励。串励绕组与并励绕组产生磁势方向相同时，称为积复励，串励绕组与并励绕组产生磁势方向相反时

10、，称为差复励。四、他励直流电动机的启动和反转电动机转子从静止状态开始转动，转速逐渐上升，最后达到稳定运行状态的过程称为启动。电动机在启动过程中，电枢电流Ia、电磁转矩Tem、转速n都随时间变化，是一个过渡过程。开始启动的一瞬间，转速等于零，这时的电枢电流称为启动电流，用Ist表示，对应的电磁转矩称为启动转矩，用Tst表示。一般对直流电动机的启动有如下要求。（1）启动转矩足够大（Tst> TL电动机才能顺利启动）。（2）启动电流要限制Ist在一定的范围内。（3）启动设备操作方便，启动时间短，运行可靠，成本低廉。 1、直接启动(全压启动)直接启动就是先接通励磁电源建立磁场，然后在他励直流电动

11、机的电枢上直接加以额定电压的启动方式。直接启动时启动电流将达到很大的数值，将出现强烈的换向火花，造成换向困难，还可能引起过流保护装置的误动作或引起电网电压的下降，影响其他用户的正常用电；启动转矩也很大，造成机械冲击，易使设备受损。因此，除个别容量很小的电动机外，一般直流电动机是不容许直接启动的。对于一般的他励直流电动机，为了限制启动电流，可以采用电枢回路串联电阻或降低电枢电压启动的启动方法。 2、电枢回路串电阻启动 电枢回路串电阻启动即启动时在电枢回路串入电阻，以减小启动电流, 电动机启动后，再逐渐切除电阻，以保证足够的启动转矩。电动机启动前，应使励磁回路串联附加的电阻为零，以使磁通达到最大值

12、，能产生较大的启动转矩。 电枢串电阻启动设备简单，操作方便，但能耗较大，它不宜用于频繁启动的大、中型电动机，可用于小型电动机的启动3、降低电枢电压启动(减压启动) 降低电枢电压启动，即启动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以减小启动电流 (一般限制在1.52IN)，电动机启动后，再逐渐提高电源电压，使启动电磁转矩维持在一定数值，保证电动机按需要的加速度升速，这种启动方法需要专用电源，投资较大，但启动电流小，启动转矩容易控制，启动平稳，启动能耗小，是一种较好的启动方法。 4、他励直流电动机的反转 要使电动机反转，必须改变电磁转矩的方向，而电磁转矩的方向由磁通方向和电枢电流的方向决定。所以，

13、只要将磁通F 或 电枢电流中的任意一个参数改变方向，电磁转矩即可改变方向。在控制时，通常直流电动机的反转实现方法有两种：（1）改变励磁电流方向保持电枢两端电压极性不变，将励磁绕组反接，使励磁电流反向，磁通F 即改变方向。（2）改变电枢电压极性保持励磁绕组两端的电压极性不变，将电枢绕组反接，电枢电流 即改变方向。 由于他励直流电动机的励磁绕组匝数多，电感大，励磁电流从正向额定值变到反向额定值的时间长，反向过程缓慢，而且在励磁绕组反接断开瞬间，绕组中将产生很大的自感电动势，可能造成绝缘击穿，所以实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。但在电动机容量很大，对反转速度变化要求不高的

14、场合，为了减小控制电器的容量，可采用改变励磁绕组极性的方法实现电动机的反转。 五、直流电动机的调速1. 弱磁调速，改变励磁电流即改变磁通（改变励磁电压，降压就升速，升压就降速）。但在弱磁调速中，励磁电压一定要有，如果没有励磁电压将会产生飞车，那是很危险的。2. 改变电枢电压。可实现无级调速，机械特性硬度不变，调速范围大，常用于恒转矩负载。3. 电枢回路串入调节电阻。导致机械特性变软，调速范围不大，不是无级调速。第二章 直流电机检测实验2-1 直流电机的认识及冷态电阻的测量 一、实验目的1、熟悉直流电机检测实验装置的构成及各个模块的作用。2、学会看懂直流电机的铭牌，根据铭牌值可大致了解直流电机的

15、性能。3、用万用表测量一下直流电机的绕组电阻，再用伏安法测试一下电机的冷态电阻值阻，并比较大小。二、实验设备1、SYDMCS-1智能型高级直流电机检测技术实验装置1套。2、万用表三、实验方法 1、由实验指导人员介绍SYDMCS-1智能型高级直流电机检测技术实验装置各模块的作用及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。2、直流电机铭牌的认识直流电机的铭牌是用来标注型号和保证直流电机长期可靠地工作的基本参考数据，铭牌标注的基本参数是用户进行试验和使用的依据。DQ09 直流电机铭牌值记录型号励磁方式并（他）励额度功率励磁电流电压绝缘等级E 级电流定 额连 续转速生产厂家3、用万用表简单

16、测试一下绕组冷态电阻值阻。 把万用表的测试档位调到“×K”档，用万用表的两只表笔分别测试直流电机的电枢绕组与励磁绕组电阻，并做记录。R励磁= , R电枢 = 。4、用伏安法测电枢的直流电阻图2-1 测电枢绕组直流电阻接线图（1）按图2-1接线， A1表选用直流稳压电源上的直流毫安表，V1表选用直流稳压电源上的直流电压表（两表均无需外接线）。（2）首先将直流0-30V可调稳压电源的电压调节电位器逆时针调到底，电流调节电位器顺时针调到约1/3处。经检查无误后接通0-30V低压直流电源开关。调节电压调节电位器，使电枢电流达到（200mA）即0.2A（如果电流太大，可能造成发热严重；如果此时

17、电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表2-1中。（3）增大R使电流分别达到（150mA）0.15A和0.1A（100mA），用同样方法测取六组数据列于表2-1中。 取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值表2-1 室温 序号U（V）I（A）R（平均）（）Ra（）Raref（）1Ra11=Ra1=Ra12=Ra13=2Ra21=Ra2=Ra22=Ra23=3Ra31=Ra3=Ra32=Ra33=表中： （4）计算基准工作温度时的电枢电阻 由实验直接测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷

18、态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值： 式中Raref 换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（）。 Ra电枢绕组的实际冷态电阻。（）。 ref 基准工作温度，对于E级绝缘为75 。 a实际冷态时电枢绕组的温度。（）2-2直流电动机空载特性实验  直流电动机空载特性是指电动机空载时电枢电压与转速的关系(励磁电流为额定值)。空载实验时，应使电动机励磁回路施以额定电压使励磁绕组达到额定电流，而在不同的电枢电压下测取其相应转速。测定直流电动机空载特性时应在其运转一段时间后再记录仪表读数。空载特性测定可根据测定的转速、电压、电流值确定电动机的空载损耗。一、实验目的1

19、、直流他励电动机空载实验的方法。2、可以根据实验数据画出空载特性曲线。二、实验项目1、测取空载特性 n= f (U)。三、实验设备1、SYDMCS-1智能型高级直流电机检测技术实验装置1套。2、万用表四、安全注意事项直流电机接线时，特别注意：励磁绕组与电枢绕组接线不要混淆。在电机实际运行中，励磁绕组一定要有励磁电流，否则可能造成“飞车”事故。而对于本实验，一定要保证励磁电源接线牢固可靠，不可断路。下面解释一下原因：由电机学原理可知，直流电机转速n=U/Ce*，按此式，当磁场为0，则转速n为无穷大。当励磁回路断路时，气隙中的磁通瞬间降至微小的剩磁，电枢回路中的感应电动势也将随之减小，电枢电流将急

20、剧增加，转速急剧升高。又由电磁转矩Tem=Cm*I，可知，当磁场为0，则转矩Tem为0，因此若负载为轻载时，电动机转数将迅速上升，直到加速至危险的高值，造成“飞车”。若负载为重载时，电磁转矩 （TME=Cm*I）克服不了负载转矩，电机可能停转，此时电流将超过额定电流几倍，可能烧毁电机。五、实验方法及步骤1.直流电动机的启动(1) 确保整个实验平台在断电的情况下，连接好扭矩传感器的航空插座（对好缺口），及DQ09直流他（并）励直流电机的励磁绕组及电枢绕组四根线（一一对应，不要接错，避免飞车）。 磁粉制动器的2根电源线无需连接或连接后整个过程都不加载。(2) 打开单相漏电保护开关，220V电源信号

21、灯会亮，如果没有这种现象，请检查“急停”按钮是否弹起。正常供电后，+24V开关电源工作，PLC可编程逻辑控制器电源指示等亮。触摸屏自动进入首页。选择“直流电机运行控制界面”，进入如下图2-2界面。 点击该画面中“直流电机启停控制单元中”下面的“启动”按钮，听到交流接触器吸合的声音，同时触摸屏左边绿色“运行”信号灯将点亮。拖动电枢电压给定输入滑条，电机将运转以来。图2-2 直流电动机运行控制画面3、直流电动机的空载特性实验(1) 按上述方式启动直流电动机，本实验要进行空载实验，因此，无需启动磁粉制动器电源。拖动电枢电压给定输入滑条至220V，待电机运行平稳后，点击“进入直流电机运行参数检测画面”

22、，进入如下图2-3 画面, 读取电动机电枢空载电流Io，转速n与电枢两端的电压Uo，逐次减小电枢电源。共取数据9-10组，记录于下表中。励磁电流 IF = 100mA （恒值）序 号12345678910Uo（V）22070VIo（A） n（r/min）图2-3 直流电动机运行参数检测画面（2）数据记录完毕后，点击“返回直流电机控制界面”，按“停止”按钮，停机；然后断开电源开关。五、实验报告1. 根据电机的空载实验数据，画出该电机的空载特性曲线n=f（Ua）。六、注意事项1.在老师的指导下进行实验；2.系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内；3.实验中，请按照本实验指导书进行操

23、作，以防发生意外；4.实验完成后按下“停止”按钮，使电机停止运行，并关闭总电源；5.实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即按下“急停”按钮，切断电源。2-3 直流电动机的负载实验一、实验目的1、了解直流电机检测实验装置各部件的功能，掌握直流电机检测实验装置的基本使用操作。2、掌握直流电动机负载实验的方法。3、可以根据实验数据分析直流电机的机械特性及曲线绘制。4、学会计算直流电机的效率。二、实验项目1、电机的加载2、电机转矩，转速，输出机械功率的测量3、机械特性曲线测定4、效率测定三、实验设备1、SYDMCS-1智能型高级直流电机检测技术实验装置1套。2、万用表（实验室自备）四、实验方法及实验步骤

24、与空载实验相比，本实验要用到磁粉制动器及加载电源，用磁粉制动器的制动力矩来给直流电机加载。本磁粉制动器选用自然冷却方式，实验中特别注意，严禁让磁粉制动器在过热的情况下连续运行，否则长期运行可能损坏磁粉制动器。(1) 确保整个实验平台在断电的情况下，连接好扭矩传感器的航空插座（对好缺口），及DQ09直流并（他）励直流电机的励磁及电枢绕组四根线（要一一对应，不要接错，避免飞车），连接好磁粉制动器的2根电源线。(2) 打开单相漏电保护开关，220V电源信号灯会亮，如果没有这种现象，请检查“急停”按钮是否弹起。正常供电后，+24V开关电源工作，PLC可编程逻辑控制器电源指示灯亮，触摸屏自动进入首页。选

25、择“直流电机运行控制界面”， 进入如下图2-4界面。 点击该画面中“直流电机启停控制单元中”下面的“启动”按钮，听到交流接触器吸合的声音，同时触摸屏下边绿色信号灯将点亮。拖动“直流电机启停控制单元”下的电枢电压预期输入滑条至220V，直流电机将全压运转。图2-4 直流电机运行控制画面待直流电机启动运行后，点击如图2-4触摸屏画面“磁粉制动器控制单元”下面的“加载”按钮，此时会听到交流接触器线圈吸合的声音，磁粉制动器工作电源上电，拖动制动器电压手动输入滑条到对应20V左右，然后点击“进入异步电机运行参数检测窗口”，进入如下图2-5 画面。图2-5 直流电动机运行参数检测画面可适度调节励磁串联电阻

26、器，使电机励磁电流保持100mA，记录负载最大时的电枢电流Ia、转速n，转矩T2及机械功率P2等，并将数据记录于下表中。（注意：为了避免磁粉制动器过度发热，满载运行时间不要太长）适度减小磁粉制动器加载电源电压直至为零，记录9-10数据分别于下表中。保持电枢电压Ua = UN = 恒定， 励磁电流If = 100mA （恒定）电枢电流Ia（A）转速n （r/min）转矩T2（N·m）机械功率P2（W）12345678 9 10 空载使电机空载时，点击“返回直流电机控制界面”，再点击“磁粉制动器控制单元”下面的“空载”按钮，此时会听到交流接触器触头释放的声音，磁粉制动器工作电源断电，不再

27、产生制动力矩。若要停机，请点击“停止”按钮，再切断单相电源开关。电动机的机械效率为，在空载时，电机输出机械功率为零（有轴承摩擦力矩的存在，实际读数可能不为零），为零，而在负载运行时，不为零。五、实验报告1.比较电机在空载与负载时转速的变化情况，由工作特性求出转速变化率：，其中n0为空载转速。2.由=，计算直流电机的效率。式中P2为输出机械功率，P1为电动机输入功率。电动机输入功率： P1=UI；输入电流：I=Ia+IfN，在此P1用下式计算：I=电枢电流Ia+励磁电流IfN，而励磁电流为100mA左右，不妨取0.1A。即 ：P1=U（Ia +0.1）W3.绘出 n、T2、f（P2）及nf（T2

28、）的特性曲线。 六、实验注意事项1.在老师的指导下进行实验；2.系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内；3.实验中，请按照本实验指导书进行操作，以防发生意外；4.实验完成后按下“停止”按钮，使电机停止运行，并关闭总电源；5.实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即按下“急停”按钮，切断电源。6.实验中，磁粉制动器过热时，请减小加载电压。2-4直流电动机的换向与调速一、实验目的1、熟悉直流电机检测实验平台的构成及各个模块的作用。2、掌握直流电机的换向方法。3、掌握直流电动机的调速方法。二、实验项目1、直流电机的换向。2、直流电机的调速方法。三、实验设备1、SYDMCS-1智能型高级直

29、流电机检测技术实验装置1套。2、万用表（实验室自备）四、实验方法与步骤。 1、直流电机的换向。(1) 确保整个实验平台在断电的情况下，连接好扭矩传感器的航空插座（对好缺口），及DQ09直流他（并）励直流电机的励磁绕组及电枢绕组四根线（一一对应，不要接错，避免飞车）。 磁粉制动器的2根电源线无需连接。(2) 打开单相漏电保护开关，220V电源信号灯会亮，如果没有这种现象，请检查“急停”按钮是否弹起。正常供电后，+24V开关电源工作，PLC可编程逻辑控制器电源指示等亮。触摸屏自动进入首页。选择“直流电机运行控制界面”，进入如下图2-6界面。 点击该画面中“直流电机启停控制单元中”下面的“启动”按钮，听到交流接触器吸合的声音，同时触摸屏左边绿色“运行”信号灯将点亮。拖动电枢电压给定输入滑条，电机将运转以来。记录此时电机的旋转方向。（3）按停止按钮，电机停止运行。确保在“停止”按钮点击后，按下列条件对调红黑接线，但励磁与电枢不能混淆（避免飞车），记录此时电机的运转方向。图2-6