电机调速试验报告

1、电机调速系统课程设计报告（20162017学年第1学期）题目直流电机调速、制动系统设计系另I专业班级学号姓名组员指导教师完成时间评定成绩课程设计任务书一、设计题目直流电机调速、制动系统设计 二、设计任务电机与拖动基础课程应使学生掌握电机及其拖动系统的运行性能，分析计算，电机选择与实验方法。“基于PLC的电机与拖动系统应用实验平台”主要以 12V、24V直流电动机为 主要核心设备，特点是体积小、经济、安全，并能使学生直观的学习到：（1）直流电机的电磁感应原理及其调速方式；（2）通过自制的位能性负载起重机重物的上升与下降，观察能耗制动、反接制动的过程；（3）通过PLC实现对自制的不同电机拖动设备采

2、用不同控制方式的情况；（4）采用PWM调速板控制直流电机的调速功能；（5）通过无线技术实现对直流电机的正反转等功 能。部分实验项目能够强有力的将电力电子技术、电气控制与PLC应用技术、单片机原 理及应用、无线通信技术等课程之间的关系紧密结合在一起， 达到 乙台多用”的教学效果。墓于PLC的电机与拖动系统应用实验平台”是一个可持续潜能开发实验平台，学生可以无 限发挥想法，并将自己的想法实践到该平台上，满足学生的求知欲望和增强自信心课程设计工 作。三、设计计划2016-20IL2学期自独实践类课程安排计划开遐系那语程名将开岫阚任息敢加橙评时间援M地救宣1信息系电机调谡系筵设计电气1钟1一四刖顾装第

3、1满冏一1 士、56、TS节其装中心网。被绥骐宣2息电机限速系统设计铲顾彼第12周周二殍Tg节实缝中心印5骗京3信息系电机调速系统设计顾破第13周周四12. 34千实雅中心EM砥恢骑空4信息系电机咽通聚域设计电气1兆1-网用顾彼京1E周周五划、56t围书溶，网上无5信息系电机调速系现设计电气14口11404顾彼第U周周一1 56% 7E节图书饱，用上无&信息系电机网速系统设计电气版屈彼第13周周二士、TW节圉书德，闰上无T信息系电机咽逋系域设计电气1驱1-1钟4即破津口府周四IB*值节国融中心B40轩L供强宝四、设计报告要求（重点）.在原有实验平台的基础上，每位同学需写出创新点，该创新点作为考

4、核的重要内容.各组不允许有相同报告内容，如有雷同，轻则重写，重则不及格。指导教师：顾波2017年5月15日目录 TOC o 1-5 h z 第一章 课程设计的意义（另起页） -3 - HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第二章 实验台模块及原理介绍（另起页） -4 - HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第三章模块的测试及数据分析（另起页） -7 -第四章结论（另起页） -11 -参考文献（另起页） 错误！未定义书签。第一章课程设计的意义把新的教育模式搬到课堂上来，实现课堂上理论性的意义及单一的教学

5、内容具体化和生动 化，带给同学们与旧教学模式不一样的新体验，真正的动手去感受在电气工业中每项实验的具 体操作方法和内部结构接线情况及实际应用的范围。 帮助同学们真正理解到课程的实际意义并 同时实现教学的最终目的。为了达到老师课堂上的教学要求，但学生对各种实验设备的内部结 构及接线情况并无概念。虽然对实验课堂上相应的实验内容对理论有所帮助，但同时也需要高 度重视的是学生举一反三的实践能力，避免学生只会实验课堂上的实验项目，而涉及到其它实 际情况的时候而感到措手不及，从根上学习、理解、熟悉并掌握实践动手能力。第二章实验台模块及原理介绍直流电动机调速有降压调速、电枢用电阻调速和弱磁调速三种方式，最常

6、用的是调压调速 系统，即（改变电枢电压）。其中弱磁调速是通过减小定子励磁电流，减小磁通，从而减小定 子磁极产生的磁场，因此这种方法仅适用于他励直流电动机。该实验平台的调速模块验证降压调速和电枢用电阻调速两种方法，其机械特性如图2-3和图2-4所示0T6图2-3降压调速机械特性图2-4电枢串电阻调速机械特性1降压调速模块本模块是由电机、旋转木轮、电子显示屏、霍尔测速系统、可调节电阻构成的一个调速模 块。通电后，我们可以看到在显示屏上经过霍尔测速会有转数的显示，因为要实现降压调速， 所以我们此时通过旋钮调节电阻，进而改变电压，使电压下降，从而起到降压调速的功能。降 压调速模块在不同的输入电压下，其

7、对应的输出转速对比，进而可以明显的看到降压调速的效 果。降压调速模块需要使用直流调速器，其原理是电力电子技术课程中的脉宽调制技术， 脉宽调制的全称为：Pulse Width Modulator、简称PWM、直流电机调速器就是调节直流电动机 速度的设备，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的，因此调节 直流电动机速度的设备一直流调速器，由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调 光或直流电动机调速，PWM调速器已经在：工业直流电机调速、工业传送带调速、灯光照明 调解、计算机电源散热、直流电扇等、得到广泛应用。该实验平台的降压调速模块是220V交流电源通过整流稳压器，输

8、出24V直流电压，然后 接入开关和PWM直流调速器，最后控制24V直流电动机及其转速，其电压和速度的显示可以 有两种显示方法，其一是通过单片机原理及应用课程的学习，输入单片机程序；其二是通 过大学物理课程的学习，根据霍尔效应法将数据传输给单片机实现的2电枢用电阻调速模块电枢用电阻模块，是由12V直流电源、电动机、旋转木轮、电阻板构成的。该模块起分压 作用，通过改变电阻的阻值去控制电压的大小，从而进一步的改变电动机的转速，当电阻变大 时，电流减小，电动机分到的电压减小，起到了分压的作用。电枢用电阻调速模块实物图如图 2-7所示。3能耗制动能耗制动方法是在制动时，常开触点 K1、K2断开，电枢脱离

9、电源，同时常闭触点 K3把 电枢接到制动电阻Rz上去。开始制动时，由于惯性，转速 n存在且转向与电动状态时相同， 因此电枢具有感应电动势 Ea,其方向亦与电动状态时相同。此时 Ea产生电流Ia,其方向与Ea 相同，而与电动状态时相反。由于 U=0,所以电枢电流Ia为负值，当磁通方向未变而电流反向 时，转矩T也有电动状态时反向，因此T与n方向相反，此时为制动状态。电机在能耗制动过 程中，相当于发电机运行，依靠系统本身的动能发电，把动能转变成电能，消耗在电枢回路的 电阻上。能耗制动形成的电磁转矩较小，电动机制动时间较长，能耗制动原理接线图如图2-8所示。图2-8能耗制动原理接线图该实验平台的能耗制

10、动模块是 220V交流电源通过整流稳压器，输出24V直流电，根据电 力电子技术课程中学习的斩波器降压到 12V,然后依照能耗制动的电路接线图连好。该模块 采用12V电压源、通断开关、带风扇的小电机。当接通电源的时，打开通断开关，当电动机达 到一定转速的时候，立即断开开关，并开启能耗制动开关，电动机剩余的能量将会带动输出电 动机运转，输出电动机在能耗制动的过程中相当于一台发电机，由于动能减少，电动机转速下 降，为了验证此结果，在电动机的输出加入小风扇，即能耗制动时，小风扇由于得到发电机的 能量而旋转，直到能耗制动结束。4反接制动电枢反接制动的方法是断开触点 K1、K2,并接通触点K3、K4,把电

11、枢电源反接，电枢 电路中要用入电阻。由于电枢反接，U为负，则电流Ia为负，T也为负，而n为正，T与n反 向，故为制动状态，电枢反接制动原理接线图如图 2-10所示。图2-10电枢反接制动原理接线图该实验平台的反接制动模块是由12V直流电源、通断开关、带转轮的电动机、 PWM调速 板构成的。将电动机与PWM调速板用接与12V电源相连，然后在电动机两端反接一个 6V电 源和通断开关，将电源接通，调节 PWM调速板当转速稳定的时候，断开12V电源通断开关， 开通6V反接制动电源，可以明显的看到带转轮的电动机速度立刻下降了，通过多组数据形成 对比。采用6V电源的是因为电压相对于来讲比较小，安全，防止使

12、电动机立刻反转，起到保护 作用。第三章模块的测试及数据分析1降压调速模块降压调速模块需要使用直流调速器，直流电机调速器就是调节直流电动机速度的设备，由 于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的，直流调速器上端和交流或 直流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路 输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直 流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流 来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。该实验平台的降压调速模块是220V

13、交流电源通过整流稳压器，输出24V直流电，然后接 入开关和PWM直流调速器，最后控制24 V直流电动机及其转速，其电压和速度的显示可以 有两种显示方法，其一是通过单片机原理及应用课程的学习，输入单片机程序；其二是通 过大学物理课程的学习，根据霍尔效应法将数据传输给单片机实现的。测试：接入220V交流电源通过整流稳压器输出24V直流电，然后打开开关和PWM直流调 速器，电机转动带动电机上的转盘，转盘上的小磁钢通过该装置上的霍尔测速探头，将数据传 送给霍尔测速仪，然后通过降压调速模块调节电阻来控制转数，可以明显的看到霍尔测速仪上 转速的变化，同时我们将仪器的数据精确到转每分和转每秒，使数据精确化，

14、从而验证降压调 速。表1降压调速数据参量/次数12345转速/r/min1788r/min1380r/min1310r/min780r/min329r/min电压/v5.03v4v3.8v2.6v1.5v数据分析：直流电动机的转速机械特性可表达为：n=（U-IRa）/Ce或 n=U/CeGRa）T/CeCT2n,在其他参数不变时，改变电源电压，电动机的速度也相应变化；UT -nJ U； -nJ其降压调速机械特性曲线图如图 3-1所示：dF图3-1降压调速机械特性曲线图从物理参数的角度来说，当电动机工作在某个状态，此时如降低电枢电压，因为I=（U-E）/Ra , U减小，电枢电流也将减小，根据M

15、=Cm，电机的转动力矩也减小，M（电）M（机械阻力矩）, 电动机就降速，nJ,反电势下降E； =CeO nJ电流增大（I t =（UE； ）/Ra）电动机转动力矩增大， 直到M（电尸M（机械阻力矩）为止，此时n2-U-Ra,能耗制动 nzIz2I n形成的电磁转矩较小，电动机制动时间较长4反接制动反接制动是指电动机拖动包转矩负载运行。通过反接闸刀把电源突然反接，同时在电枢支 路用入限流电阻R,限制并消耗由于制动产生的大电流，达到制动的效果。测试：将反接制动装置接入12V的直流稳压源上，通过PWM调速板调节转速，使电动机 的转速达到相对稳定，切断12V电源，同时，立刻反接入6V的电源，可以看到电

16、动机的转速 明显降低，达到了制动的效果，从而验证了反接制动模块。表4反接制动时间数据转速非制动条件下供电时间/s减速时间/s反接制动 条件下供电时间/s减速时间/sN1115s3.2s115s2.5sN2215s5.4s215s3.7sN3315s6.3s315s4.7s-10 -U -E.U E。.、.数据分析：电枢反接制动时电枢电流为Ia= 口 三,运动方程式为2GD dn-T -Tz =,375 dt机械特性方程式为Ra tRa RqR R n = -n0-CeCT2T，其特性曲线如图3-4所示。电动机在电动A点运转，电枢反接，转矩瞬时变为Tb,由于转速不能突变nB = nA,电动机工作

17、点转 移到人为机械特性BCDE的B点，直线BC即为反接制动特性。图3-4反接制动特性曲线Un由于反接制动电阻RQ-Ra,由式可见，Rq比能耗制动时的Rz差不多大一倍，特性比 N能耗制动陡得多。BC段的制动转矩都比较大，因此从表 4中也可以看出能耗制动时制动作用 更强烈，制动更快。第四章结论实验和实践是大学课程学习中必不可少的一个环节，它对大学科学教育课程起着关键性的 作用。根据现在的学习效率与成果来分析，得以看出，大学教师在授课的过程中能否实现每个-11 -学生都得到实践的机会与动手的能力是整个教学事业是否有价值的基本要素。它关系到老师的授课效果和学生的听课效率，甚至是否能培养学生成为应用型人才的教学目的也是如今“十三 五”规划的重要部分。通过本次课程我们深刻体会到动手能力的重要性，书本上的理论知识虽然很重要，但是实 际操作是必不可少的，所以动手去测试数据和动手去操作是很有技术性的。学校应该拿出更多 的器材来考验同学们的动手能力，而不是只是课本上的知识，课本局限性太大。只有实际操作 那么就会深刻体会到动手的重要性。-12 -参考文献1顾纯谷.电机与拖动基础（上下册）M.机械工业出版社2015.012孙