第五章控制电机实验Word格式文档下载.docx

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按图6-1接线，注意接线不可接错，测功机和步进电机脱开，且接线时需断开控制电源。

a．单步运行状态

接通电源，按下述步骤操作：

按下“单步”琴键开关，“复位”按钮，“清零”按钮，最后按下“单步”按钮。

每按一次“单步”按钮，步进电机将走一步距角，绕组相应的发光管发亮，不断按下“单步”按钮，电机转子也不断作步进运行，改变电机转向，电机作反向步进运动。

b．角位移和脉冲数的关系

按下“置数”琴键开关，给拔码开关预置步数，分别按下“复位”、“清零”按钮（操作以上步骤须让电机处于停止状态），记录电机所处位置。

按下“启动/停止”开关，电机运转，观察并记录电机偏转角度，填入表6-1。

再重新预置步数，重复观察并记录电机偏转角度，填入表6-1，并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。

表6-1

序号

预置步数

实际转子偏转角度

理论电机偏转角度

1

2

进行上述实验时，若电机处于失步状态，则数据无法读出，须调节“调频”电位器，寻找合适的电机运转速度，使电机处于正常工作状态。

c．空载突跳频率的测定

电机处于连续运行状态，按下“启动/停止”开关，调节“调频”电位器旋钮使频率逐渐提高。

弹出“启动/停止”开关，电机停转，再重新起动电机，观察电机能否运行正常，如正常，则继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频率，记为HZ。

d．空载最高连续工作频率的测定。

步进电机空载连续运转后，缓慢调节“调频”电位器旋钮，使电机转速升高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则继续缓慢提高频率，直至电机停转，则该频率为步进电机最高连续工作频率，记为为HZ。

e．转子振荡状态的观察。

步进电机脉冲频率从最低开始逐步上升，观察电机的运行情况，有无出现电机声音异常或电机转子来回偏转，即出现步进电机的振荡状态。

f．定子绕组中电流和频率的关系。

电机在空载状态下连续运行，用示波器观察取样电阻R波形，即为控制绕组电流波形，改变频率，观察波形的变化。

在停机条件下，将测功机和步进电机同轴联接，起动步进电机，并调节MEL-13的“转矩设定”电位器，观察定子绕组电流波形。

g．平均转速和脉冲频率的关系

电机处于连续运行状态，改变“调频”旋钮，测量频率f（由频率计读出）与对应的转速n，则n=f（f），填入表6-2中。

表6-2

f（HZ）

n（r/min）

3

4

5

h．矩频特性的测定。

电机处于连续空载运行状态，缓慢顺时针调节“转矩设定”旋钮，对电机逐渐增大负载，直至电机失步，读出此时的转矩值。

改变频率，重复上述过程得到一组与频率f对应的转矩T值，即为步进电机的矩频特性T=f（f），记录于表6-3中。

表6-3

T（N.m）

i．静力矩特性T=f（I）

断开电源，将直流安培表（5A量程档）串入控制绕组回路中，将“单步”控制琴键开关和“三拍/六拍”开关按下，用起子将测功机堵住。

合上船形开关，按下“复位”按钮，使C相绕组通电，缓慢转动步进电机手柄，观察MEL-13转矩显示的变化，直至测功机发出“咔嚓”一声，转矩显示开始变小，记录变小前的力矩，即为对应电流I的最大静力矩Tmax的值。

改变“电流调节”旋钮，重复上述过程，可得一组电流I值及对应I值的最大静力矩Tmax值，即为Tmax=f（I）静力矩特性。

可取4-5组记录于表6-4中。

表6-4

I（A）

Tmax（N.m）

实验时，为提高精确度，同一电流下，可重复3次取其转矩的平均值，每次转动步进电机手柄前，应先前测功机堵转起子拿出，待测功机回零后，再重新将起子插入测功机堵转孔中。

六．实验报告

对上述实验内容进行总结，并加以分析。

1．步进电机处于三拍、六拍不同状态时，驱动波形的关系。

2．单步运行状态：

步距角=

3．角位移和脉冲数关系：

4．空载突跳频率：

5．空载最高连续工作频率：

6．平均转速和脉冲频率的特性n=f（f）。

7．矩频特性T=f（f）。

8．最大静力矩特性Tmax=f（I）。

七．思考题

1．影响步进电机步距的因素有哪些？

采用何种方法步距最小？

2．平均转速和脉冲频率的关系怎样？

为什么特别强调是平均转速？

3．最大静力矩特性是怎样的特性？

4．如何对步进电机的矩频特性进行改善？

八．注意事项

步进电机驱动系统中控制信号部分电源和功放部分电源是不同的，绝不能将电机绕组接至控制信号部分的端子上，或将控制信号部分端子和电机绕组部分端子以任何形式连接。

实验二力矩式自整角机实验

1．了解力矩式自整角机精度和特性的测定方法。

2．掌握力矩式自整角机系统的工作原理和应用知识。

1．力矩式自整角机的工作原理。

2．力矩式自整角机精度与特性的测试方法。

3．力矩式自整角机比整步转矩的测量方法。

1．测定力矩式自整角发送机的零位误差。

2．测定力矩式自整角机静态整步转矩与失调角的关系曲线。

3．测定力矩式自整角机比整步转矩（又称比力矩）及阻尼时间。

4．测定力矩式自整角机的静态误差。

1．电机系统教学实验台主控制屏；

2．自整角机实验仪。

五．实验方法

1．测定力矩式自整角发送机的零位误差0

测量线路如图6-2所示。

励磁绕组两端L1L2施加额定激励电压UN（220V）；

将整步绕组T2-T3端接数字式交流电压表，测输出电压。

旋转刻度盘，找出输出电压为最小的位置作为基准电气零位。

从基准电气零位开始，刻度盘每转过60，整步绕组中有一线间电势为零的位置。

此位置称作理论电气零位。

整步绕组三线间共有6个零位。

实验时，对应T2-T3，转子从基准电气零位正方向转动0、180；

则T3-T1转至60、240；

T1-T2转至120、300。

实测整步绕组三线间6个输出电压为最小值的相应位置角度与电气角度并记录于表6-5中。

表6-5

理论上应转角度

基准电气零位

+180

+60

+240

+120

+300

刻度盘实际转角

误差

注意：

机械角度超前为正误差，滞后为负误差，取其正、负最大误差绝对值之和的一半，此误差值即为发送机的零位误差0，以角分表示。

力矩式自整角发送机的精度由零位误差来确定。

2．测定静态整步转矩与失调角的关系T=f（）

实验接线如图6-3所示。

将发送机和接收机的励磁绕组加额定励磁电压220V，待稳定后，把发送机和接收机调整在0位置，固定发送机刻度盘在该位置不动。

在接收机的指针园盘上吊砝码，记录砝码重量以及接收机指针偏转角度。

然后增加砝码，逐次记录砝码重量以及接收机转轴偏转角度。

在偏转角从零至90之间取79组数据，记录于表6-5中。

实验完毕后，应先取下砝码，再断开励磁电源。

T（g.cm）

（deg）

表中:

T=G×

R

式中G──砝码重量，单位为（g）R──园盘半径=2cm

3．力矩式自整角机比整步转矩T的测定

在力矩式自整角系统中，接收机与发送机在协调位置附近，单位失调角所产生的整步转矩称为力矩式自整角机比整步转矩，以T表示，单位为g·

cm/deg。

测定发送机或接收机的比整步转矩时，可将电机安装在分度盘上，轴伸端紧固带有指针的轮盘，在励磁绕组Wf两端上施加额定电压。

将接收机整步绕组T1、T3端短接，用细线将适当重量的砝码绕挂在指针园盘上，使指针偏转5左右，测得整步转矩。

实验应在正、反两个方向各测一次，两次测量的平均值应符合标准规定。

比整步转矩T按下式计算

式中T=GR──整步转矩，单位为（g·

cm）;

──指针偏转的角度，单位为deg；

G──砝码重量，单位为g；

R──轮盘半径，单位为cm。

4．测定力矩式自整角机的静态误差jt

在力矩式自整角机系统中，静态协调时，接收机与发送机转子转角之差即静态误差jt，以角度表示。

实验接线仍如图6-3所示。

将发送机和接收机的励磁绕组加额定励磁电压220V，待稳定后，把发送机和接收机调整在0位置，缓慢旋转发送机刻度盘，每转过20，测取接收机实际转过的角度并记录于表6-6中。

表6-6

发送机转角

20

40

60

80

100

120

140

160

接收机转角

180

200

220

240

260

280

300

320

340

接收机转角超前为正误差，滞后为负误差，正、负最大误差绝对值之和的一半为力矩式接收机的静态误差。

5．阻尼时间的测定

阻尼时间tn是指在力矩式自整角系统中，接收机自失调位置至协调位置，达到稳定状态所需时间。

测定阻尼时间可按图6-4接线。

在发送机和接收机的励磁绕组两端L1、L2施加额定电压；

使发送机的刻度盘和接收机的指针指在0位置；

固定发送机转轴不动，用手旋转接收机指针园盘，使系统失调角为177；

然后，松手使接收机趋于平衡位置，用数字示波器拍摄（或慢扫描示波器观察）取样电阻两端的电流波形，测得阻尼时间tn。

1．根据实验结果，求出被试力矩式自整角发送机的零位误差0。

2．作出静态整步转矩与失调角的关系曲线T=f（）。

3．根据实验结果计算出该力矩式自整角机的比整步转矩T的数值。

4．此次实验所用接收机的阻尼时间tn的实测数值是多少？

5．根据实验结果，求出被试力矩式自整角接收机的静态误差jt。

实验三正余弦旋转变压器实验

1．研究测定正余弦旋转变压器的空载输出特性和负载输出特性。

2．研究测定二次侧补偿、一次侧补偿的正余弦旋转变压器的输出特性。

3．了解正余弦旋转变压器的几种应用情况。

1．正余弦旋转变压器的工作原理。

2．正余弦旋转变压器的主要特性及其实验方法。

3．了解正余弦旋转变压器应用中的注意事项。

1．测定正余弦旋转变压器在空载时的输出特性。

2．测定负载对输出特性的影响。

3．二次侧补偿后负载时的输出特性。

4．一次侧补偿后负载时的输出特性。

5．正余弦旋转变压器作线性应用时的接线图。

1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏

2．旋转变压器实验仪

3．400Hz稳压电源

4．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）

5．波形测试及开关板（NMEL-05B）

1．测定正余弦旋转变压器空载时的输出特性

接线如图6-7所示。

R、RL均采用NMEL-03上900Ω串联900Ω共1800Ω电阻，并调定在1200阻值。

开关S1、S2、S3采用MEL-05上单刀双掷开关。

D1、D2为激磁绕组，D3、D4为补偿绕组，Z1、Z2为余弦绕组，Z3、Z4为正弦绕组。

a．S1、S2、S3均断开。

b．定子激磁励磁绕组D1、D2两端施加额定电压UN（60V、400Hz）且保持恒定

c．用手柄缓慢旋转刻度盘，找出正弦输出绕组输出电压为最小值的位置，此位置即为起始零位，使刻度盘的0对准该起始零位位置。

d．在0180间刻度盘，每转角10，测量转子正弦空载输出电压Ur10与刻度盘转角的数值并记录于表6-9中。

表6-9

10

30

50

70

90

Ur10（v）

110

130

150

170

2．测定负载对输出特性的影响

在接线图7-7中，把开关S3闭合，开关S1、S2仍打开，使正余弦旋转变压器带负载电阻RL运行。

按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压UR1与转角的数值并记录于表6-10中。

表6-10

UR1（v）

3．测量二次侧补偿后负载时的输出特性

在接线图6-7中，开关S1断开，S3闭合接通负载电阻RL，S2闭合，使二次侧余弦输出绕组Z3、Z4经补偿电阻R闭合。

仍按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压Ur1与转角的数值并记录于表6-11中。

在实验时注意一次侧输入电流的变化。

表6-11

Ur1（v）

4．测量一次侧补偿后负载时的输出特性

在接线图6-7中，开关S2断开，S3闭合接通负载电阻RL，S1闭合，使一次侧接成补偿电路。

仍按上述实验1的方法测量正弦负载输出电压Ur1与转子转角的数值并记录于表6-12中。

在实验中注意一次侧输入电流的变化。

表6-12

Ur’1（v）

5．正余弦旋转变压器作线性应用

接线如图6-8所示。

仍按上述实验1的方法，在0~90间，每转角10记录输出电压Ur与转角的数值并记录于表6-13中。

表6-13

Ur（v）

1．根据表6-9的实验记录数据，绘制正余弦旋转变压器空载时输出电压Ur10与转子转角的关系曲线，即Ur10=f（）。

2．根据表6-10的实验记录数据，绘制负载时输出电压Ur1与转子转角的关系曲线，即Ur1=f（）。

3．根据表6-11的实验记录数据，绘制二次侧补偿后负载时的输出电压Ur1与转子转角的关系曲线，即Ur1=f（）。

4．根据表6-12的实验记录数据，绘制一次侧补偿后负载时的输出电压Ur1与转子转角的关系曲线，即Ur1=f（）特性。

5．根据表6-13的实验结果，绘制一次侧补偿的线性旋转变压器带负载时的输出电压Ur与转子转角的关系曲线，即Ur=f（）特性。

分析正余弦旋转变压器作一次侧补偿线性旋转变压器运行情况。

实验四交流伺服电机实验

1．掌握用实验方法配圆磁场。

2．掌握交流伺服电动机机械特性及调节特性的测量方法。

1．为什么三相调压器输出的线电压Uuw与相电压Uvn在相位上相差90°

？

2．二相交流伺服电动机在什么条件下可达到圆形旋转磁场？

3．对交流伺服电动机有什么技术要求？

在制造与结构上采取什么相应措施。

4．交流伺服电动机有几种控制方式？

5．何为交流伺服电动机调节特性。

1．观察伺服电动机有无“自转”现象。

2．测定交流伺服电动机采用幅值控制时的调节特性。

3．用实验方法配堵转圆形磁场

4．测定交流伺服电动机采用幅值――相位控制时的调节特性。

1．NMEL-II电机系统教学实验台主控制屏

2．电机导轨及转速转矩测量（NMEL-13A）

3．交流伺服电机M13

4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）

5．旋转指示灯及开关板（NMEL-05B）

6．交流伺服电机电源（含单相起动电机电容NMEL-21）

7．万用表（自备）

8．示波器（自备）

实验线路见图6－9。

图中，交流伺服电机采用M13，额定功率PN=25W,额定控制电压UN=220V，额定激磁电压UN=220V，堵转转矩M=3000g.cm,空载转速=2700r/min。

隔离变压器输出的固定电压（V相调压器的输入电压）UV′N接至交流伺服电机的励磁绕组。

三相调压器输出的线电压Uuw经过开关S（NMEL—05B）接交流伺服电机的控制绕组。

1．观察交流伺服电动机有无“自转”现象

测功机和交流伺服电机暂不联接（联轴器脱开），调压器旋钮逆时针调到底，使输出位于最小位置。

合上开关S。

器，

接通交流电源，调节三相调压使输出电压增加，此时电机应启动运转，继续升高电压直到控制绕组Uc=127V。

待电机空载运行稳定后，打开开关S，观察电机有无“自转”现象。

将控制电压相位改变180°

电角度，观察电动机转向有无改变。

2．测定交流伺服电动机采用幅值控制时的调节特性

（1）测定调节特性

保持电机的励磁电压Uf=220V。

调节调压器，使电机控制绕组的电压Uc从220V逐渐减小至到0V，记录电机空载运行的转速n及相应的控制绕组电压Uc，并填入表6－15中

表6－15Uf=UfN=220V

Uc（V）

3．用实验方法配堵转园磁场

实验线路见图6－10。

A1、A2选用交流电流表0.75A档。

V1、V2、V3选用交流电压表300V档。

R1、R2选用NMEL—04中90Ω并联90Ω共45Ω阻值，并用万用表调定在5Ω阻值。

可变电容选用电机电容箱，位于下组件NMEL-21。

调压器T2选用下组件NMEL-21。

示波器两探头的地线应接N线，X踪和Y踪幅值量程一致。

a．使电机堵转。

b．接通交流电源，调节T1、T2使V1、V2电压指示为220V。

c．改变电容Cf（约为4Uf），使A1、A2电流接近相等，示波器显示的两个电流波形相位相差

90°

（或Y2改接X端子，示波器显示为圆图）。

1）测定调节特性

接线仍如图6－10所示。

调节调压器T1，使U1＝127V。

调节调压器T2，使U2＝220V。

保持U1＝127V，逐渐减小Uc值，记录电机转速n及控制绕组电压Uc并填入表6－19中。

表6－19U1＝127V

1．根据幅值控制实验测得的数据作出交流伺用电动机的调节特性n=f（Uc）曲线。

2．根据幅值―相位控制实验测得的数据作出交流伺服电动机调节特性n=f（Uc）曲线。

3．分析实验过程中发生的现象。

实验五交流测速发电机

一．概述

测速发电机是一种测量转速信号的元件，它将转入的机械转速变换为电压信号转出，且转出电压与转速成正比。

在自动控制系统中用作测量元件和反馈元件，用以测量转速或调节和稳定转速。

测速发电机有交直流两大类，交流测速发电机有异步和同步之分，直流测速发电机根据励磁方式不同，又可分为永磁式和他励磁式之分。

本处使用的是交流测速发电机。

二．实验设备及所选用组件箱

1．NMCL系列电力电子与电机拖动教学实验台

2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13A）

3．直流并励电动机M03

4．直流电机仪表、电源（NMEL-18A）（位于实验台主控制屏的下部）

5．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）

6．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）

7．直流电压、毫安、安培表

8．波形测试板及开关板（NMEL-05B）

9．交流测速发电机M21

三．实验内容

1．按图7-2接线。

图中直流电动机M选用M03作他励接法，TG选用导轨上的永磁式直流测速发电机，Rf1选用NMEL-09上3000Ω阻值，R1选用NMEL-09上100Ω阻值，Rz选用NMEL-03上6只900Ω电阻串联共5400Ω阻值，并把Rf1调至最小，R1调至最大，Rz调至最大，A表选用20mA档，开关S断开。

2．先接通励磁电源，再接通电枢电源，电动机M运行后将R1调至最小，并调节转速达2000r/min，减小电枢电源输出电压并调节R1和Rf1逐渐使电机减速。

记录对应的转速和输出电压。

3．共测取8－9组，记录于表1中。

4．合上开关S，重复上面步骤，记录8－9组数据于表2中。

表3

U（V）

表4