控制电机实验指导书.docx
《控制电机实验指导书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《控制电机实验指导书.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![控制电机实验指导书.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-5/16/a649b41b-58d5-484f-a476-4628014e72d9/a649b41b-58d5-484f-a476-4628014e72d91.gif)
控制电机实验指导书
控制电机实验
实验一步进电动机实验
一.实验目的
1.加深了解步进电动机的驱动电源和电机的工作情况。
2.步进电动机基本特性的测定。
二.预习要点
1.了解步进电动机的驱动电源和工作情况
2.步进电动机有基本特性?
怎样测定?
三.实验项目
1.单步运行状态
2.角位移和脉冲数的关系
3.空载实跳频率的测定
4.空载最高连续工作频率的测定
5.转子振荡状态的观察
6.定子绕组中电流和频率的关系
7.平均转速和脉冲频率的关系
8.矩频特性的测定及最大静力矩特性的测定
四.实验设备及仪器
1.MEL系列电机教学实验台主控制屏
2.电机导轨及测功机(MEL-B、MEL-14)
3.步机电机驱动电源(MEL-10)
4.步进电机M10
5.双踪示波器
6.直流电流表(MEL-06或含在主控制屏)
五.实验方法及步骤
1.驱动波形观察
a.合上控制电源船形开关,分别按下“连续”控制开关和“正转/反转”、“三拍/六拍”,“启动/停止”开关,使电机处于三拍正转连续运行状态。
b.用示波器观察电脉冲信号输出波形(CP波形),改变“调频”电位器旋钮,频率变化范围应不小于5HZ~1KHZ,可从频率计上读出此频率。
c.用示波器观察环形分配器输出的三相A、B、C波形之间的相序及其与CP脉冲波形之间的关系。
d.改变电机运行方式,使电机处于正转、六拍运行状态,重复C的实验。
(注意,每次改变电机运行,均需先弹出“启动/停止”开关,再按下“复位”按钮,再重新起动。
)
e.再次改变电机运行方式,使电机处于反转状态,重复C的实验。
2.步进电机特性的测定和动态观察。
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
序号
f(HZ)
n(r/min)
1
2
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
序号
f(HZ)
T(N.m)
1
2
3
4
5
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
序号
I(A)
Tmax(N.m)
1
2
3
4
5
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
一.实验目的
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。
二.预习要点
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。
三.实验项目
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。
四.实验设备及仪器
1.MEL系列电机系统教学实验台主控制屏(MEL-I、MEL-IIA、B)
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。
表6-5
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。
实验接线如图6-3所示。
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
0
20
40
60
80
100
120
140
160
接收机转角
误差
发送机转角
180
200
220
240
260
280
300
320
340
接收机转角
误差
注意:
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。
六.实验报告
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。
实验三控制式自整角机参数的测定
一.实验目的
1.通过实验测定控制式自整角机的主要技术参数。
2.掌握控制式自整角机的工作原理和运行特性。
二.预习要点
1.控制式自整角机的工作原理和运行特性。
2.控制式自整角机的主要技术指标。
三.实验项目
1.测自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f()。
2.测定比电压u。
3.测定零位电压u0。
四.实验设备及仪器
1.MEL系列电机系统教学实验台主控制屏(MEL-I、MEL-IIA、B)
2.自整角机实验仪
五.实验方法
1.测定控制式自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f()
接线如图6-5所示。
在自整角发送机的L1、L2绕组两端施加额定电压UN。
旋转发送机刻度盘至00位置并固定不动。
用手缓慢旋转自整角变压器的指针园盘,接在L1′、L2′两端的数字电压表就会有相应读数,找到输出电压为最小值的位置,即为起始零点。
然后,旋转自整角变压器的指针园盘,每转过10测量一次自整角变压器输出电压U2。
测取各点U2及值并记录于表6-7中。
表6-7
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
U2(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
U2(v)
2.测定比电压U
比电压是指自整角变压器在失调角为10时的输出电压,单位为V/deg。
在刚才测定控制式自整角变压器的U2=f()实验时,用手缓慢旋转自整角变压器的指针园盘,使指针转过起始零点5,在这位置记录自整角变压器的输出电压U2值。
计算失调角为1时的输出电压,即为比电压。
3.测定零位电压U0
接线如图6-6所示。
先将调压器调在输出电压为最小值位置,把绕组T3′、T2′两端点短接。
接通交流电源,调节调压器使输出电压为36V并保持不变。
用手缓慢旋转指针园盘,找出控制式自整角机输出电压为最小的位置,即为基准电气零位。
指针转过180,仍找出零位电压位置。
同理,改接相应的绕组端点(使T3′、T1′短接,T1′、T2′短接)找出输出零位电压的位置。
测取六个位置的零位电压值并记录于表6-8中。
表6-8
绕组接法
T1′──T3′T2′
T2′──T1′T3′
T3′──T1′T2′
理论零位电压位置
0
180
60
240
120
300
实际刻度值
零位电压大小
六.实验报告
1.作自整角变压器的输出电压与失调角的关系曲线U2=f()
2.该自整角变压器的比电压为多少?
3.被测试自整角变压器的零位电压数值为多少?
实验四正余弦旋转变压器实验
一.实验目的
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。
二.预习要点
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。
三.实验项目
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。
四.实验设备及仪器
1.MEL系列电机系统教学实验台主控制屏(MEL-I、MEL-IIA、B)
2.旋转变压器实验仪
3.400Hz稳压电源
4.三相可调电阻900Ω(MEL-03)
5.波形测试及开关板(MEL-05)
五.实验方法
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MEL-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
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ur10(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
Ur10(v)
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
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
UR1(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
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
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ur1(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
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
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ur’1(v)
(deg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
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
(deg)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Ur(v)
六.实验报告
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。