试验八直流电机转速测量与控制试验.PDF

实验八 直流电机转速测量与控制实验 一. 实验目的与要求 1. 了解直流电机的工作原理。 2. 掌握用单片机控制直流电机的硬件设计方法。 3. 熟悉直流电机驱动程序的设计，提高单片机应用系统的设计和调试水平。 4. 了解直流电机在医学仪器中的应用。 5. 要求测量至少 3 组以上的数据，作图描述直流电机转速与电压之间的关系。 二．实验性质 综合性 三. 实验原理 1. 直流电机 直流电机的工作原理建立在电磁感应定律和电磁力定律的基础上。在不同的外部条件 下，电机中能量转换的方向是可逆的。如果从轴上输入机械能，电枢绕组中感应电势大于端 电压，即 Es＞U 时，电机运行于发电机状态；如果从电枢输入电能，电枢绕组中感应电势小 于端电压即 Es＜U 时，电机运行于电动机状态，从轴上输出机械能。 直流电机的结构可分为定子、转子两大部分。定子主要用来建立磁场，转子主要通过电 枢绕组传递电磁功率。从电枢绕组的元件中分析，虽然感应电势和元件中流过的电流都是交 变的，但经过换向器和电刷的机械整流作用，使电刷和电刷接通的外电路上，电势、电压和 电流都变换为直流。 电枢绕组在能量转换中起重要作用。按照联接规律不同，最基本的形式有单叠和单波绕 组。单叠绕组是将上层边位于同一磁极下的元件先串联成一条支路，不同磁极下的支路再并 联，故并联支路数等于磁极数，即 2a=2p；单波绕组是将上层边位于同极性磁极下的元件串 联成一条支路由于 N、S只有两种，故并联支路数 2a=2。 直流电动机能量变换是依靠气隙磁场进行的。负载时气隙磁场由励磁绕组和电枢绕组的 磁势共同产生。电枢磁势对气隙磁场的影响称为电枢反应。当电刷位于几何中线时，只有交 轴电枢反应。交轴电枢反应使气隙磁场发生歧变，对电动机来说，其磁场的物理中性线逆转 向偏离几何中线。在磁路饱和时，交轴电枢反应具有去磁效应，使每极磁通量减少。 直流电极的能量变换可用电磁功率来表征，E I =MΩ。应注意到，对直流电动机感应电 s s 势是反电势，其方向与电枢电流方向相反。而电动机的电磁转矩是拖动力矩，电磁转矩与转 速方向一致。 直流电动机的工作特性与励磁方式有密切关系。并励直流电动机的机械特性是掌握的重 点内容，其特点是：当负载变化时，转速变化很小，电磁转矩基本上正比于电枢电流。串励 直流电动机的特点是：负载变化时转速变化较大。电磁转矩近似与电枢电流的平方成比例， 因此串励直流电动机的起动力矩较大。在使用时注意不准空载或轻载工作，以避免转速过高。 复励直流电动机的机械特性介于二者之间。 换向是指绕组元件从一条支路经过电刷转入另一条支路时，元件中电流方向改变的过 程。按换向的电磁理论分析，直线换向不会产生火花，延迟换向有可能出现火花，造成换向 不良。为此，直流电动机一般都装设换向极，借以使换向元件在换向区感应电势抵消元件的 电抗电势和电枢反应电势，力求实现直线换向。 2. 直流电机的转速公式 U I R − d d d n C Φ e 式中： U ——电枢电压 d I——电枢电流 d R ——电枢电阻 d n——转子转速 Φ——没极总磁通 C ——常数 e C =PN/60a （P是磁极对数，N 是电枢绕组导体数，a是并联支路对数） e 从上式可知，改变直流电动机的转速方式有： 改变励磁电流来改变磁通Φ 改变加在电枢回路的端电压 U