直流伺服电机实验报告.doc

直流电机的特性测试一、实验要求在实验台上测试直流电机机械特性、工作特性、调速特性(空载)和动态特性,其中测试机械特性时分别测试电压、电流、转速和扭矩四个参数,根据测试结果拟合转速—转矩特性(机械特性),并以X轴为电流,拟合电流—电压特性、电流—转速特性、电流—转矩特性,绘制电机输入功率、输出功率和效率曲线,即绘制电机综合特性曲线。然后在空载情况下测试电机的调速特性,即最低稳定转速和额定电压下的最高转速,即调速特性;最后测试不同负载和不同转速阶跃下电机的动态特性。二、实验原理1、直流电机的机械特性直流电机在稳态运行下,有下列方程式:电枢电动势(1-1)电磁转矩(1-2)电压平衡方程(1-3)联立求解上述方程式,可以得到以下方程:(1-4)式中——电枢回路总电阻——励磁磁通——电动势常数——转矩常数——电枢电压——电磁转矩——电机转速在式(1-4)中,当输入电枢电压保持不变时,电机的转速随电磁转矩变化而变化的规律,称为直流电机的机械特性。2、直流电机的工作特性因为直流电机的励磁恒定,由式(1-2)知,电枢电流正比于电磁转矩。另外,将式(1-2)代入式(1-4)后得到以下方程:(1-5)由上式知,当输入电枢电压一定时,转速是随电枢电流的变化而线性变化的。3、直流电机的调速特性 直流电机的调速方法有三种:调节电枢电压、调节励磁磁通和改变电枢附加电阻。 本实验采取调节电枢电压的方法来实现直流电机的调速。当电磁转矩一定时,电机的稳态转速会随电枢电压的变化而线性变化,如式(1-4)中所示。4、直流电机的动态特性 直流电机的启动存在一个过渡过程,在此过程中,电机的转速、电流及转矩等物理量随时间变化的规律,叫做直流电机的动态特性。本实验主要测量的是转速随时间的变化规律,如下式所示:(1-6) 其中,——稳态转速——机械时间常数 本实验中,要求测试在不同负载和不同输入电枢电压(阶跃信号)下电机的动态特性。5、传感器类型 本实验中,测量电机转速使用的是角位移传感器中的光电编码器;测量电磁转矩使用的是扭矩传感器。三、实验操作步骤1、测量直流电机的机械特性和动态特性 ①首先将负载旋钮逆时针拧至最小,然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压和电枢电流信号引出,分别接至计算机的采集数据端口上,打开计算机中的测试软件,进入测试界面,设定每个通道的测量范围。②系统上电。③用计算机给定电机的电枢电压信号,逐渐增加负载(顺时针转动负载旋钮),选择记录下此过程中的20组数据,每组数据包括测量电枢电压、测量电枢电流、电机转速和电磁转矩值。④计算机停止给定电机的电枢电压信号,系统电源关闭。2、测量直流电机的调速特性本实验要求测量的是空载下的调速特性,测量额定电压下的最高转速和最低稳定转速。步骤如下:①首先将负载旋钮逆时针拧至最小,然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压信号引出,接至计算机的采集数据端口上,打开计算机中的测试软件,进入测试界面,设定通道的测量范围。②利用式(1-7)计算电机额定电压(24V)对应的测量电压值,。电机实际电压=(前面板测量电压-)*-(1-7)③系统上电。④不断改变计算机输出的电机电压信号,。记录下此时的转速值,即为额定电压下的最高稳定转速。⑤不断减小计算机输出地电机电压信号,观察转速逐渐减小和稳定的情况,记录下最低稳定转速值。⑥计算机停止给定电机的电枢电压信号,系统电源关闭。3、测量直流电机的动态特性按照测量在不同负载和不同输入电枢电压(阶跃信号)下电机的动态特性的要求,本实验测量了在计算机给定电压信号(阶跃信号)分别为7V和4V时,4个不同负载大小下电机的动态特性。①首先将负载旋钮逆时针拧至最小,然后将实验设备面板上的电机转速信号引出,接至计算机的采集数据端口上,打开计算机中的测试软件,进入测试界面,设定通道的测量范围。②系统上电。③将计算机给定电压信号(阶跃信号)设为7V,顺时针转动负载旋钮,记录在4个不同负载下,电机转速的动态响应曲线。将负载旋钮旋至最小后,将计算机给定电压信号(阶跃信号)设为4V,记录在4个不同负载下,电机转速的动态响应曲线。④计算机停止给定电机的电枢电压信号,系统电源关闭。四、实验测试结果及数据处理1、直流电机的机械特性和动态特性 根据上述操作步骤,测量得到的20组数据如表1所示:测量电流电磁转矩T(N·m)转速n(r/min)测量电压(V).