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1、2021-2022学年第一学期自动控制元件实验报告实验名称： 直流伺服电机实验 姓 名： 学 号： 班 级： 组 别： 同组成员： 实验时间： 年 月 日一、实验目的1. 掌握直流电动机机械工作特性，包括自然特性、人为干扰机械特性。 2. 用实验方法研究影响机械特性的因素。 3. 掌握直流电动机的四个基本方程式。 4. 培养团队分工与合作能力，提升自身在团队中承担任务的能力二、实验内容及原理1. 实验内容测试直流伺服电动机自然机械特性、直流电动机人为机械特性、改变电枢电压为55V的人为机械特性、电枢回路串接电阻的人为机械特性。2. 实验线路变压器空载时的等效电路如图1所示。图 2-1直流伺服电
2、机实验原理线路3.实验原理直流伺服电机的机械特性曲线n=f (M2) ,可用直接测量法测量(在被测电机轴上加机械转矩M2)。为了更好的培养学生分析能力，加深理解电机中各参数及物理量之间的关系，并能与交流伺服机的测试法有所区别，采用了间接测量法。线路如图2-1所示，左边的电机D工作在电动机状态(激磁绕组加UJd=110V，电枢绕组所加电压U为0-110V可调)。右边电机F工作在发电机状态，只有激磁绕组加电压Ujf110V，电枢绕组接滑线变阻器R。虚线表示电动机D的轴与发电机F的轴连在一起,电动机带动发电机同速转动。发电机电枢绕组切割磁力线，通过整流子输出直流电压。当F电枢两端加负载R以后，有Ia
3、f流过，产生电磁转矩Mr=CmIaf (21)发电机的电磁转矩Mf的方向与n的方向相反，所以对电动机D来说制动转矩，本实验就以发电机的电磁转矩Mf作为电动机D的机械负载。通过改变RL来控制Mf的大小。过程是:RLIafMrRLIafMr发电机的Mr作用在电动机轴上,在电动机轴上也要产生一个与Mr相反的电磁转矩Md,即Md=CmIad (22)而矩平衡方程式为Md=Mr+Mo (23)其中Mo近似为常数，是作用在电动机轴上的空载阻转矩。由此可知Md 随Mr变化，Iad也跟着改变。我们是通过测试电动机电枢电流Iad和对应转速n,得到曲线n=f (Iad)， 经过了换算才得到n=f (M2)曲线。所
4、以叫间接测量法。电动机的机械特性可用公式表示为n=UadCeMdRadCeCm2 (24)实验中Uj=110v，即=常数。当Uad=常数时，以上方程是一条直线方程。直线与纵轴截矩为Uad/(Ce),与Uad成正比;直线的斜率K=Rad/ (Ce Cm 2)与Uad无关，受电枢回路总电阻Rad的影响。Uad与Rad是参变量，Rad=常数时改变Uad得到一组平行的直线，Uad=常数改变Rad得到一组相交于纵轴一点、斜率不同的直线。n=f (Iad) 与n=f (M2)的换算测试的Iad对应一个 Md=CnIad; Cn也要通过实验测试的数据进行求取。由于两台电机的型号相同，它们的Ce、Ca 值应是
5、相同的。两个激磁绕组并联加110V不变，故也相同，且基本不变。测出发电机的Ce、C，也是电动机的相应参数。对于发电机有Uaf=EafIafRaf当Iaf=0 (电枢开路)时Uaf0=Eaf=CenNo式中Uafo为发电机空载(开路)情况下,转速达到额定值nNo时测得的电枢电压;Ce=Uafo/nNo;由Iad计算出的是电磁转矩Md;由电动机转矩平衡方程式Md=Mo+M2得M2=MdM0式中M2-实际的负载转矩;Mo- -空载阻转矩，认为它在各种转速运行中近似不变。则只要求出电机在额定空载转速运行时的Mdo,即Mdo=2Mo=CmIdo即Mdo对应的是发电机空载时电动机总的阻转矩，它等于两台电机
6、空载阻转矩之和。三、实验设备及仪表1.电动机：S261 电枢额定电压110V、电枢额定电流0.5A、励磁额定电压110V、额定功率24W、额定转速4300r/min. l2.励磁电源（110V） l3.直流电源（110V） l4.滑线变阻器： 阻值=0-1800（电流0.5A），作为发电机负载。 阻值=55 ，作为电枢回路电阻。 l 5.万用表，直流电流表四、实验步骤及实验数据1.自然机械特性按图2-2接好线路(不接Rs)。在通电前注意使Rn调到输出电压为零的位置。接通110v电源，改变Rn,使Uad=110v,测转速随电枢电流的变化规律n=f(Iad)|Rs=0Uad=110v;把数据填入表
7、2-1中（注：通过调节RL来改变Iad）。表2-1实验条件Ujd=Ujf=110v Uad=110v Rs=0 Ra=45.4Iad(A)空载0.20.250.30.350.40.450.5n（r/min)5200507449404784467245654409Uaf104.162.改变电枢电压为55v的人为机械特性使Uad =55v,测转速随电枢电流的变化规律n=f(Iad)|Rs=0Uad=110v将数据填入表2-2中。注意:在改变RL时,Uad也会随之变化。因为现在Rn的一部分串联到电源的输出端了,相当于电源增加了一个较大内阻,因此Rn上的输出电压将随外电路电流Iad的变化而变化。所以我
8、们要在调RL的同时调Rn，使Uad在每一个确定的电流时都保持55V电压。表2-2实验条件Ujd=Ujf=110v Uad=55v Rs=0 Ra=45.4Iad(A)空载0.160.250.30.350.40.450.5n（r/min)2514231221672021186117151566Uaf49.133.电枢回路中串入电阻的人为机械特性在电枢回路中串入Rs=50的电阻（即电枢回路电阻约大一倍），如图2-1.此时使Uad=110v,测转速随电枢电流的变化规律n=f(Iad)|Rs=50Uad=110v，将数据填入表2-3中。表2-3实验条件Ujd=Ujf=110v Uad=110v Rs=
9、45.6 Ra=45.4Iad(A)空载0.190.250.30.350.40.450.5n（r/min)4849449042313982375135183245Uaf97.365、 实验分析及结论1. 在测量直流电动机自然机械特性和改变电枢电压为55v的人为机械特性实验中，根据电动机的机械特性公式（2-4）可知，实验中Uj=110v，即=常数。Uad=常数时，n=f(M2)曲线是一条直线。改变电枢电压为55v的人为机械特性曲线与自然机械特性曲线和纵轴截矩为Uad/(Ce),与Uad成正比，二者不同;其斜率K=Rad/ (Ce Cm 2)与Uad无关，则改变电枢电压为55v的人为机械特性曲线与
10、自然机械特性曲线的斜率相同。所以改变电枢电压为55v的人为机械特性曲线与自然机械特性曲线近似是一组平行线，实验结果如图5-1所示。图5-1 直流伺服电机自然机械特性曲线和改变电枢电压的机械特性曲线2.在测量直流伺服电动机电枢回路串接电阻的人为机械特性实验中，根据电动机的机械特性公式（2-4）可知，电枢回路串接电阻的人为机械特性曲线和自然机械特性曲线和纵轴截矩为Uad /(Ce),交于同一点;直线的斜率K=Rad/ (Ce Cm 2)与Uad无关，其斜率不同。所以流伺服电动机电枢回路串接电阻的械特性曲线与自然机械特性曲线近似一组相交于纵轴一点、斜率不同的直线。实验结果如图5-2所示。图5-2 直流伺服电机自然特性曲线和电枢回路串接电阻机械特性曲线6、 小组分工小组成员：陈凯欣负责记录实验数据和波形记录；林洁负责电路接线；刘学林负责上电，安全员。
