直流他励电机拖动性能试验的同一电路实现

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作者：崔凯，刘旭东等浏览量：305

0引言
直流电机拖动的起动、调速、正反转控制及机械特性是一套完整的知识理论结构。将分散的知识结构进行系统整合，并对所有实验步骤进行综合分析及有机安排，并通过一个电路来实现，一次性完成直流他励电机拖动性能的实验。
1 电路结构设备与器材：XK-DT2型电机拖动实训台1台，110SZ52AA1型直流他励电机1台，0～2A直流电流表3只，0～500V直流电压表3只，0～1800Ω磁盘式划线变阻器3只，转速表、转矩表各1只，直流可调电源2套，ZFT110/01型直流测功机1台，手枪式导线若干。
设计的直流他励电机拖动电路如图所示。
QQ��ͼ20150227101516.png

图1直流他励电机拖动电路
2 前期准备工作
（1）如图1所示连接电路，并将三联开关K1、K2合向S1。
（2）将Rpf和Raf调至0。
（3）将直流可调电源U1调至220V，使励磁电流If为150mA。
3直流电机的起动
3.1 降压起动
1 逐渐调高直流可调电源U2至电机开始转动，记录此时电机的起动电压Ust、电机起动电流Ist，电机转数Nst、电磁转矩Tst。
2 逐渐缓慢调高U2至额定电压220V，使电机正常运转，在此过程中测量若干组相关数据如表1所示，相关数据的关系如图2所示。
表1直流电机降压起动过程的相关数据
Ust U2 U3 U4 UN
5 50 100 150 220
Ia/mA 134 181 213 232 250
T/(N·m) 2.1 4.4 5.5 6.6 7.8
n/(r/min) 21 361 758 1103 1624
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图2 直流电机降压起动过程相关数据关系

由图2可知：随着电枢电压U2由0升至UN，电机转速由0升至额定电压下的1620r/min,电机完成起动过程。此过程中Ia、n都在随着U2的增大而增大。随着转速n的上升，反电势E=Ceφn增大，但电枢电流Ia的变化并不大。若不考虑负载TL的因素，此数据也可定性作为调压调速数据使用。
3.2 全压起动
将三联开关K2合向S，使电机自然停转，之后将开关合向S1，电机全压起动，记录若干组Ist如表2所示。
表2全压起动瞬间电枢电流值/mA
Iast 792 730 804
IN 250 250 250
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图3两种状态下电枢电流比较

两种状态下电枢电流比较如图3所示。全压启动瞬间电枢电流过大，远远超出正常运转状态。本设计所采用电机为0.25kW小功率电机，其全压起动电流可达到正常运转电流的3倍，若换成生产中的大功率电机，则此倍数会更大，电流值甚至达到几百安培，可能会影响其他用户用电，或者造成拖动设备损坏等一系列危害。
3.3 电枢回路串起动电阻起动
将Rpa由0逐渐调至1800Ω，记录此过程中5组数据，并将数据反向排列，得出转速n关于Rpa的正向数据，见表3。
表3 电枢回路串起动电阻起动相关数据
Rpa(Ω) 1800 减小减小减小减小 0
n(r/min) 0 75 476 796 1055 1633
Ia(mA) 121 145 184 206 218 242
T(N·m) 0 2.6 4.5 5.8 6.8 7.9

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图4起动电阻值与电机转速的关系

起动电阻值与电机转速的关系如图所示。由图4可见，随着起动电阻的减小，电机转速逐渐上升，当电阻值为0时，电机完成起动过程。此时，额定电压完全加在电枢两端，电机处于正常运转状态。但实际生产中，电机串电阻起动过程要比这快得多，所以要选择一个合适的起动电阻，使起动时有一个较大的起动转矩，当电机上升到一定转速时迅速切除起动电阻，实现既安全又迅速的起动效果。
4 正反转控制
将K1合向S2，
将K2合向S2，
同时搬动K1、K2至S1，分别观察电机转向，记录于表4。
由表4可见，电枢电流或者励磁电流二者任一方向的改变都将使电机转向，但二者同时改变并不影响电机转向。
表4电机转向与电流方向关系表
K1（励磁电流方向）正向正向反向反向
K2（电枢电流方向）正向反向正向反向
电机转向顺时针逆时针逆时针顺时针
5反接制动
（1）将电阻Rap调至最大，之后将K2合向S2，改变电枢回路电流方向，电机进入制动状态，并在停止后反转。
（2）逐渐调小Rap直至找到最佳制动时间，并在停转后迅速将K2合向S，切断电枢电源。
此制动方式制动力较大，制动效果较好，但要控制好制动电流，使其在设备承受范围内，并在制动完成后迅速切断电源，防止电机反转。
6调速
（1）弱磁调速。增大Rpf，减小If，并保持输出端负载功率（UG·IG）不变，取5组数据记录于表5
表5 弱磁调速相关数据
If（mA） 70 90 110 130 145 161
n（r/min） 2157 1903 1646 1631 1571 1566
Ia(mA) 450 389 332 320 312 310
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图5电机转速及电枢电流随励磁电流的变化趋势
电机转速及电枢电流随励磁电流的变化趋势如图5所示。弱磁调速过程中，由于励磁电流减小，电机转速上升。由此可推断当励磁为零时，转速无限大，导致“飞车”。并且在此过程中由于励磁减小，反电势跟随减小，造成电枢电流增大。
（2）恒转矩负载下的调压调速、串电阻调速可采用表1和表3中的数据。
7机械特性
逐渐调小RpG，同时记录n、T
断开K3，记录其空载转速n，n-T关系图如表6所示。直流他励电机机械特性曲线如图6所示。
n/（r/min） 1664 1645 1642 1640 1635 1630
T/(N·m) 0 11.7 14.2 15.2 16.4 20.2

表6 n-T关系表
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图6 直流他励电机机械特性曲线
6结语
在一个电路中，实现了电机拖动部分的降压起动、全压起动、电枢回路串起动电阻起动、正反转控制、反接制动、弱磁调速、机械特性等实验。
收稿日期：2013-12-08
参考文献
[1]任艳君. 电机与拖动 [M].北京：机械工业出版社,2010

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