直流伺服电机实验报告

一、实验设备及仪器 被测电机铭牌参数：

PN=185W，UN=220V，IN=1.1A，𝜇𝑁=1600𝑟𝑝𝑚 使用设备规格(编号)：

1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）； 2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）； 3．直流并励电动机M03（作直流伺服电机）；

4．220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）； 5．三相可调电阻900Ω（MEL-03）； 6．三相可调电阻90Ω（MEL-04）；

7．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）；

二、实验目的

1．通过实验测出直流伺服电动机的参数ra、e、T。

2．掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。

三、实验项目

1．用伏安法测出直流伺服电动机的电枢绕组电阻ra 。

2．保持Uf=UfN=220V，分别测取Ua =220V及Ua＝110V的机械特性n=f(T)。 3．保持Uf=UfN=220V，分别测取T2＝0.8N.m及T2＝0的调节特性n=f(Ua)。 4．测直流伺服电动机的机电时间常数。

四、实验说明及操作步骤

1．用伏安法测电枢的直流电阻Ra

接线原理图见图6-11。 U：可调直流稳压电源。 R：1800Ω磁场调节电阻（MEL-03）。 V：直流电压表（MEL-06）。 A：直流安培表（MEL-06） M：直流电机电枢 （1）经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。直流电压表量程选为300V档，直流安培表量程选为2A档。 （2）按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V输出。 调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，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UM和电流Ia。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取UM、Ia，填入表6-1。 300V 2A 图6-11 测电枢绕组直流电阻接线图 Ra1Ra2Ra3取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=。 3室温20℃ 序号 UM（V） Ia（A） R（Ω） 4.63 4.49 4.79 0.198 0.200 0.200 Ra1= 23.38 Ra2= 22.45 Ra3= 23.95 Raref（Ω） 1 2 3 Ra=23.26 Raref=28.28 235ref表中Ra=（Ra1+Ra2+Ra3）/3; Raref=Ra*235a

（3）计算基准工作温度时的电枢电阻

由实验测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值：

Raref=Ra

235ref235a

式中Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω） Ra ——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）

θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75℃。 θa ——实际冷态时电枢绕组的温度。（℃）

2．测直流伺服电动机的机械特性

实验线路如图6-2所示。 自带 自带 300V 图图6-12 直流伺服电动机接线图6-2 直流伺服电动机接线图 R1：180电阻（MEL-04中两只90相串联）。 Rf：900电阻（MEL-03中两只900相串联）。 R2：采用MEL-03最上端900电阻，为电位器接法。 开关S选用MEL-05。 M：直流伺服电动机M03。 G：涡流测功机。 IS：电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。实验开始时，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底。 V1：可调直流稳压电源自带电压表。

V2：直流电压表，量程为300V档，位于MEL-06。 A：可调直流稳压电源自带电流表。

mA：毫安表，位于直流电机励磁电源部。

a．操作前先把R1置最大值，Rf置最小值，R2逆时针调到底，使UR3R4的电压为零，并且开关S断开。测功机的的励磁电流调到最小。 b．先接通直流电机励磁电源。 c．再接通直流稳压电源，电机运转后把R1调到最小值，调节电枢绕组两端的Ua＝UN＝220V并保持不变。

d．调节测功机负载，使电机输出转矩增加，并调节Rf，使n=1600r/min，Ia＝IaN，此时电机励磁电流为额定电流。

保持此额定电流不变，调节测功机负载，记录空载到额定负载的T、n、Ia，并填入表中。

Uf=UfN=220V Ua=UN=220V

T(N·m) 1.13 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 n（r/min） 1603 Ia(A) T(N·m) 1.10 0.50 1619 0.96 0.40 1673 0.41 1628 0.87 0.30 1690 0.33 1635 0.77 0.20 1706 0.25 1642 0.68 0.10 1721 0.17 1651 0.59 0.00 1734 0.10 n（r/min） 1660 Ia(A) 0.50 e．调节直流稳压电源，使Ua=0.5UN=110V，重复上述实验步骤，记录空载到额定负载的T、n、Ia，并填入表中

Uf=UfN=220V Ua=0.5UN=110V

T(N.m) 0 0.11 814 0.17 0.70 758 0.66 0.21 806 0.25 0.80 754 0.76 0.30 797 0.32 0.90 756 0.86 0.40 784 0.40 1.00 758 0.97 0.51 769 0.49 1.11 762 1.10 n(r/min) 827 Ia(A) T(N.m) 0.09 0.60 n(r/min) 765 Ia(A) 0.57 3．测直流伺服电动机的调节特性

按上述方法起动电机，电机运转后，调节电动机轴上的输出转矩T＝0.8N.m，保持该转矩及If＝IfN不变，调节直流稳压电源（或R1阻值）使Ua从UN值逐渐减小，记录电机的n、Ua、Ia并填入表中。

Uf=UfN=220V T=0.8N・m

n(r/min) 1600 Ua(V) Ia(A) 218 0.79 1470 201 0.79 1305 180 0.79 1154 161 0.78 1074 150 0.78 994 140 0.78 n(r/min) 919 Ua(V) Ia(A) 130 0.78 840 121 0.77 756 110 0.78 678 100 0.78 599 90 0.77 518 80 0.77 使电动机和测功机脱开，仍保持If＝IfN，在电机空载状态，调节直流稳压电源（或R1阻值），使Ua从UN逐渐减小，记录电动机的n、Ua、Ia并填入表6-5中。

Uf=UfN=220V T=0N・m

n(r/min) 1758 Ua(V) Ia(A) 221 0.1 1596 201 0.1 949 120 0.09 1434 180 0.09 869 110 0.09 1355 170 0.09 791 100 0.09 1273 160 0.09 711 90 0.09 1190 150 0.09 624 80 0.09 1107 140 0.09 594 76 0.09 n(r/min) 1030 Ua(V) Ia(A) 130 0.09 3．测空载始动电压

操作前先把R1置最小值，Rf置最小值，R2顺时针调到底，使UR2R3的电压为零，并且开关S闭合。断开测功机的励磁电流。

启动电机前先接通励磁电源，调节Uf=220V，再接通电枢电源，调节R2使输出电压缓慢上升，直到转轴开始连续转动，这时的电压为空载始动电压Ua。

正反二个方向各做三次，取其平均值作为该电机始动电压，将数据记录于表格

空载始动电压

次数 1 2 7.42 7.20 3 7.13 7.38 平均 7.15 7.19 正向Ua（V） 6.90 反向Ua（V） 7.00

六．实验报告

1．根据实验记录，计算75℃时电枢绕组电阻Ra75℃数值；Ke、Kt等参数。

Raref=28.28（Ω）; Kt= Ct*φ=

𝑇𝑒𝑚𝐼𝑎𝐸𝑎𝑛

=0.992； ≈

𝐾𝑡9.55

Ke= Ce*φ==0.104；

2．根据实验测得的数据，作出电枢控制时电机的机械特性n=f(t)和调节特性n=f（Ua）曲线。 （1）机械特性n=f(t)

缩小尺度以后的图像如下图所示：

（2）调节特性n=f（Ua）

3.电机空载时的始动电压。

根据表格可得：始动电压Ua0=

7.15+7.19

2

=7.17V；

4．分析实验数值及现象

机械特性实验现象：从图像可以看到，随着T的增大，n不断减少，且两条直线大致平行。

根据以下理论知识：

机械特性在图像中表现为一簇斜线，斜率k=得堵转转矩Tk和空载转速n0。

分析：实验中出现两直线只是近似平行，但是不平行的原因经过分析之后，应该是实验仪器在测试过程中过热收到了干扰的缘故，因为第二次试验最后几组数据在图像中出现了“明显上翘”。

调节特性实验现象：由图像2可以得到，随着Ua的增大，n不断增大，且两条直线大致平行。

根据以下理论知识：

𝑅𝑎𝐾𝑒𝐾𝑡

,根据实验图像可

调节特性在图像中表现为一簇斜线，始动电压Ua0=𝑎,根据实验

𝐾𝑡𝑅

图像可得随着负载的增大，从原点到始动电压点出现“死区”的现象。 分析：实验所得到的数据与理论相对应，很好的证明了理论假设。

5．实验感想