《控制電機》實驗指導書

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1、 《控制電機》實驗指導書 《控制電機》 實驗指導書 適用專業(yè): 信息、 測控 課程代碼: 8401630 總學時: 56 總學分: 3.5 編寫單位: 電氣信息學院 編 寫 人: 李 偉 審 核 人: 審 批 人: 批準時間: 年 月 日 目 錄

2、實驗一 直流伺服電動機實驗………………………………………………………………………………1 實驗二 單相變壓器實驗…………………………………………………………………………………… 3 實驗三 旋轉(zhuǎn)變壓器實驗…………………………………………………………………………….………7 實驗四 步進電動機實驗…………………………………………………………………………….……… 注釋 ………………………………………………………………………………………………… 25 主要參考文獻 …………………………………………………………………………………………… 26

3、 實驗一 直流伺服電動機實驗 一、 實驗目的和任務 1、 掌握用實驗方法測取直流伺服電動機的機械特性； 二、 實驗內(nèi)容 1、 測取直流伺服電動機的固有機械特性； 2、 測取直流伺服電動機的人為機械特性； 三、 實驗儀器、設備及材料 1、 DZSZ-1型實驗裝置主控制屏； 2、 DD03導軌、測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表； 3、 DJ23校正直流測功機，DJ15直流并勵電動機； 4、 掛件D31（直流電壓、毫安電流表）、D41（三相可調(diào)電阻器）、D42（三相可調(diào)電阻器）、D52-2（智能轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速

4、、輸出功率測試），D51（波形測試及開關板）。 四、 實驗步驟 1、 直流伺服電動機機械特性測定： 圖1-1 直流伺服電動機接線圖 1) 按圖1-1接線，校正直流測功機MG按他勵發(fā)電機連接，在此作為直流電動機M的負載，用于測量電動機的轉(zhuǎn)矩和輸出功率。Rf1、Rf2分別選用D42的900Ω串聯(lián)900Ω共1800Ω阻值。R1用D41的90Ω與90Ω串聯(lián)阻值。R2為發(fā)電機的負載電阻，選用D42的900Ω與900Ω變阻器串聯(lián)，加上D41的90Ω與90Ω串聯(lián)變阻器4只，阻值最大2160Ω。當負載電流大于0.4A時用D41的90Ω與90Ω串聯(lián)變阻器4只，而將D42的900Ω與900Ω變阻器串聯(lián)

5、部分阻值調(diào)到最小并用導線短接。 2) 將直流他勵電動機M的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1調(diào)至最小值，電樞串聯(lián)起動電阻R1調(diào)至最大值，接通控制屏下邊右方的電樞電源開關使其起動，其旋轉(zhuǎn)方向符合轉(zhuǎn)速表正向旋轉(zhuǎn)的要求。 3) M起動正常后，將其電樞串聯(lián)電阻R1調(diào)至零，并用導線將其短接。調(diào)節(jié)電樞電源的電壓為220V，調(diào)節(jié)校正直流測功機的勵磁電流使其等于校正值100mA。將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速信號和校正直流測功機的電樞電流引入D52-2，選擇功能2，按位/+即可。調(diào)節(jié)校正直流測功機的負載電阻R2和電動機的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1，使電動機達到額定值：U=UN，I=IN，n=nN。此時M的勵磁電流If即為額定勵磁電流IfN。

6、 4) 保持U=UN，If=IfN，逐次減小電動機負載。測取電動機的轉(zhuǎn)速n和電動機輸出轉(zhuǎn)矩T2。共取數(shù)據(jù)8-9組，記錄于表1-1中。 表1-1 UN=220V IfN=_______mA Ia n(r/min) 5) 調(diào)節(jié)電樞電源的電壓為U=150V。保持U=150V和If=IfN不變，逐次減小電動機負載。測取電動機的轉(zhuǎn)速n和電動機輸出轉(zhuǎn)矩T2。共取8-9組數(shù)據(jù)記錄于表1-2中。 表1-2 UN=150V IfN=_______mA Ia n(r/min)

7、 五、 實驗報告要求 1、 由表1-1和1-2分別繪出直流伺服電動機的固有和人為機械特性曲線n=f(T2)。 六、 思考題 1、 當電動機的負載轉(zhuǎn)矩和勵磁電流不變時，減小電樞端電壓，為什么會引起電動機轉(zhuǎn)速降低？ 實驗二 單相變壓器實驗 一、 實驗目的和任務 1、 通過空載實驗測定變壓器的激磁阻抗； 2、 通過短路實驗測定變壓器的短路阻抗。 二、 實驗內(nèi)容 1、 空載實驗：測取空載特性U0=f(I0)，P0=f(U0)，cosφ0=f(U0)； 2、 短路實驗：測取短路特性Uk=f(Ik)，P

8、k=f(Uk)，cosφk=f(Uk)。 三、 實驗儀器、設備及材料 1、 DZSZ-1型實驗裝置主控制屏； 2、 掛件D33（交流電壓表）、D32（交流電流表）、D34-3（單三相智能功率、功率因數(shù)表）； 3、 DJK10（三相組式變壓器）。 四、 實驗原理 變壓器等效電路中的各種電阻、電抗或阻抗如Rk、xk、Rm、xm等稱為變壓器的參數(shù)，它們對變壓器運行能有直接的影響。知道了變壓器的參數(shù)后，就可以利用變壓器的等效電路來分析和計算其運行性能。同時，從設計、制造的觀點看，合理地選擇參數(shù)對變壓器產(chǎn)品的成本和技術經(jīng)濟性能都有較大的影響。變壓器的參數(shù)可以通過空載試驗和短路試驗來測定。

9、 空載實驗用于測定變壓器的激磁阻抗。實驗時為安全起見，通常在變壓器低壓側(cè)加電壓，將高壓側(cè)開路，然后通過三表（電壓、電流、功率表）測得變壓器在空載時的原邊電壓、電流及功率，再通過計算間接求得變壓器的激磁阻抗。 短路實驗用于測定變壓器的短路阻抗。實驗時通常在變壓器高壓側(cè)加電壓，將低壓側(cè)直接短路，，然后通過三表（電壓、電流、功率表）測得變壓器在短路時的原邊電壓、電流及功率，再通過計算間接求得變壓器的短路阻抗。 五、 主要技術重點、難點 在進行空載實驗時，電壓表應接在靠近電源側(cè)，而電流表應接在靠近變壓器繞組側(cè)，而在進行短路實驗時則恰好相反，這樣做的目的是為了減小測量誤差； 六、 實驗步驟

10、1、 空載實驗： 1) 在三相調(diào)壓交流電源斷電的條件下，按圖2-1接線。被測變壓器選用三相組式變壓器DJK10中的一只作為單相變壓器，其額定容量SN=50VA，U1N/U2N=127/31.8，I1N/I2N=0.4/1.6A。變壓器的低壓線圈a、x接電源，高壓線圈A、X開路。 圖2-1 單相變壓器空載實驗接線圖 2) 選好所有電表量程。將控制屏左側(cè)調(diào)壓器旋鈕向逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底，即將其調(diào)到輸出電壓為零的位置。 3) 合上交流電源總開關，接通三相交流電源。調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器旋鈕，使變壓器空載電壓U0=1.2UN（UN=31.8V），然后逐次降低電源電壓，在1.2～0.2UN的范圍內(nèi)，測

11、取變壓器的U0、I0、P0。 4) 測取數(shù)據(jù)時，U=UN點必須測，并在該點附近測的點較密，共測取數(shù)據(jù)7-8組，錄于表2-1中。 表2-1 序號 實驗數(shù)據(jù) U0(V) I0(A) P0(W) UAX(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 2、 短路實驗： 1) 切斷三相調(diào)壓交流電源，按圖2-2接線。將變壓器的高壓線圈接電源，低壓線圈直接短路。 圖2-2 單相變壓器短路實驗接線圖 2) 選好所有電表量程，將交流調(diào)壓器旋鈕調(diào)到輸出

12、電壓為零的位置。 3) 接通交流電源，逐次緩慢增加輸入電壓，直到短路電流等于1.1IN（IN=0.4A）為止，在（0.2～1）IN范圍內(nèi)測取變壓器的Uk、Ik、Pk。 4) 測取數(shù)據(jù)時，Ik=IN點必須測，共測取數(shù)據(jù)6-7組記錄于表2-2中。實驗時記下周圍環(huán)境溫度（℃）。 表2-2 室溫_____ ℃ 序號 實驗數(shù)據(jù) Uk(V) Ik(A) Pk(W) 1 2 3 4 5 6 7

13、 七、 實驗報告要求 1、 給出空載特性曲線和計算激磁參數(shù)； 1) 繪出空載特性曲線I0=f(U0)，P0=f(U0)； 2) 計算激磁參數(shù)：從空載特性曲線上查出對應于U0= UN時的I0和P0值，并由下面幾個式子計算出激磁參數(shù)：，，。 2、 繪出短路特性曲線和計算短路參數(shù)： 1) 繪出空載特性曲線Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)； 2) 計算短路參數(shù)：從短路特性曲線上查出對應于Ik=IN時的Uk和Pk值，并由下面幾個式子計算出環(huán)境溫度為θ（℃）時的短路參數(shù)：，，，折算到低壓側(cè)為，， 。由于短路電阻RK隨溫度變化，因此算出的電阻應按國家標準換算到基準工作溫度75℃時

14、的阻值，換算公式為，。注意，式中234.5為銅導線的常數(shù)，若用鋁導線常數(shù)應改為228。 3、 利用空載和短路實驗測定的參數(shù)，畫出實驗變壓器折算到低壓側(cè)的“T”型等效電路。 八、 實驗注意事項 1、 在變壓器實驗中，應注意電壓表、電流表、功率表的合理布置及量程選擇； 2、 短路實驗操作要快，否則線圈發(fā)熱引起電阻變化。 九、 思考題 1、 變壓器的空載和短路實驗中電源電壓一般加在哪一方較合適？為什么？ 2、 在空載和短路實驗中，各種儀表應怎樣聯(lián)接才能使測量誤差最?。繛槭裁?？ 實驗三 旋轉(zhuǎn)變壓器實驗 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當激磁繞組以一定頻率的交流

15、電激勵時，輸出繞組的電壓可與轉(zhuǎn)角的正弦、余弦成函數(shù)關系，或在一定范圍內(nèi)可以成線性關系。它廣泛用于自動控制系統(tǒng)中的三角運算、傳輸角度數(shù)據(jù)等，也可以作為移相器用。 一、使用說明 XSZ-1型旋轉(zhuǎn)變壓器實驗裝置由旋轉(zhuǎn)變壓器中頻電源和旋轉(zhuǎn)變壓器實驗儀兩部分組成。 (一) 實驗儀 1、旋轉(zhuǎn)變壓器技術指標 型 號：36XZ20-5 電壓比：0.56 電 壓： 60V 頻 率：400Hz 激勵方：定子 空載阻抗；2000Ω 絕緣電阻：≥100MΩ 精 度： 1級 2、刻度盤 1） 本裝置將旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸與刻度盤固緊連接，使用時旋轉(zhuǎn)刻度盤手柄即可完成轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。 2

16、）刻度盤上的分尺有20小格刻度線，每小格為3＇，轉(zhuǎn)角按游標尺讀數(shù)。 3）將固緊滾花螺母擰松后，便可輕松旋轉(zhuǎn)刻度盤（不允許用力向外拉，以防軸頭變形）。需固定刻度盤時，可旋緊滾花螺母。 3、接線柱 本裝置將旋轉(zhuǎn)變壓器的引線端與接線柱一一對應連接，使用時根據(jù)實驗接線圖用手槍插頭（或鱷魚夾），將接線柱連結即可完成實驗要求。 (二) 中頻電源 1、技術參數(shù) 波 形：正弦波 頻 率：400Hz±5Hz 電 壓：0～70V 失真度：1% 負 載：36XZ20-5旋轉(zhuǎn)變壓器 2、電原理框圖如圖3-3-1所示。

17、 圖3-3-1 中頻電源電原理框圖 3、結構特征 1）前面板電壓表用于指示輸出電壓 (1) VA口：0——200V電壓輸入 VB口：0——70V電壓輸出 IA口：0——200mA電流輸入 IB口：輸出電流指示 注：波段開關用于上述四口的切換，系統(tǒng)分立取樣。各口可同時使用，波段開關可直接顯示切換，此電壓表只測量外部信號。 (2) 旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)為增大輸出幅度，逆時針旋轉(zhuǎn)為減小輸出幅度。 二、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器實驗 （一）實驗目的 1、研究測定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載輸出特性和負載輸出特性。 2、研究測定二次

18、側(cè)補償、一次側(cè)補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器的輸出特性。 3、了解正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的幾種應用情況。 （二）預習要點 1、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理。 2、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的主要特性及其實驗方法。 （三）實驗項目 1、測定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載時的輸出特性 2、測定負載對輸出特性的影響 3、二次側(cè)補償后負載時的輸出特性 4、一次側(cè)補償后負載時的輸出特性 5、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應用時的接線圖 （四）實驗設備及掛件排列順序 1、實驗設備 序號 型 號 名

19、 稱 數(shù) 量 1 D56(XSZ-1) 旋轉(zhuǎn)變壓器中頻電源 1件 2 XSZ-1 旋轉(zhuǎn)變壓器實驗裝置 1件 3 D42 三相可調(diào)電阻器 1件 4 D51 波形測試及開關板 1件 2、屏上掛件排列順序 D56、D51、D42 （五）實驗方法 1、測定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載時的輸出特性 圖3-3-2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載及負載實驗接線圖 1）按圖3-3-2接線。圖中R、RL均用D42上900Ω串聯(lián)900Ω共1800Ω阻值，并調(diào)定在1200Ω阻值。開關S1、S2、S3用D51上相應開

20、關，D1、D2為激磁繞組，D3、D4為補償繞組，Z1、Z2為余弦繞組，Z3、Z4為正弦繞組。 2）開關S1、S2、S3都在打開位置。 3）定子勵磁繞組兩端D1、D2施加額定電壓UfN（60V、400Hz）且保持不變。 4）用手緩慢旋轉(zhuǎn)刻度盤，找出余弦輸出繞組輸出電壓為最小值的位置，此位置即為起始零位。 5）在0o-180o間每轉(zhuǎn)角10o測量轉(zhuǎn)子余弦空載輸出電壓Ur0與刻度盤轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值。并記錄于表3-3-1中。 表3-3-1 UfN=60V ɑ(deg) 0o 10o 20o 30o 40

21、o 50o 60o 70o 80o 90o Ur0(V) ɑ(deg) 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o Ur0(V) 2、測定負載對輸出特性影響 1）在圖3-3-2中，開關S1、S2仍打開，開關S3閉合，使正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器帶負載電阻RL運行。 2）重復實驗方法3中3）、4）、5）的步驟，記錄余弦負載輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-2中。 表3-3-2

22、 UfN=60V ɑ(deg) 0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o UrL(V) ɑ(deg) 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o UrL(V) 3、測量二次側(cè)補償后負載時的輸出特性 1）在圖3-3-2中，開關S1打開，S3閉合接通負載電阻RL，開關S2也閉合，使二次側(cè)正弦輸出繞組端Z3、Z4經(jīng)補償電阻R閉合。 2）重復實驗方法3中3

23、）、4）、5）的步驟，記錄余弦負載輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-3中。實驗時注意一次側(cè)輸出電流的變化。 表3-3-3 UfN=60V ɑ(deg) 0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o UrL(V) ɑ(deg) 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o UrL(V) 4、測量一次側(cè)補償后負載時輸出特性

24、 1）在圖3-3-2中，開關S3閉合接通負載電阻RL，S1也閉合，把一次側(cè)接成補償電路，開關S2打開。 2）重復實驗方法3中3）、4）、5）的步驟，記錄余弦負載輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-4中。 表3-3-4 UfN=60V ɑ(deg) 0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o UrL(V) ɑ(deg) 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170

25、o 180o UrL(V) 5、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應用時的接線圖如圖3-3-3所示。 1）按圖3-3-3接線。圖中RL用D42上900Ω串聯(lián)900Ω共1800Ω阻值并用萬用表調(diào)至1200Ω固定不變。 2）重復實驗方法3中3）、4）和5）的步驟，在-60o-60o間，每轉(zhuǎn)角10o記錄輸出電壓Ur與轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-5中。 圖3-3-3 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應用時的接線圖 表3-3-5 UfN=60V ɑ

26、(deg) -60o -50o -40o -30o -20o -10o 0o Ur (V) ɑ(deg) 10o 20o 30o 40o 50o 60o Ur (V) （六）、實驗報告 1、根據(jù)表3-3-1的實驗記錄數(shù)據(jù)，繪制正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載時輸出電壓Ur0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關系曲線，即Ur0=f（ɑ）。 2、根據(jù)表3-3-2的實驗記錄數(shù)據(jù)，繪制負載時輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關系曲線，即UrL=f（ɑ）。 3、根據(jù)表3-3-3的實驗記錄數(shù)據(jù)，繪制二次側(cè)補償后負載時輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關系曲線，即UrL=f（ɑ）。 4、根據(jù)表3-3-4的實驗記錄數(shù)據(jù)，繪制一次側(cè)補償后負載時輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關系曲線，即UrL=f（ɑ）。 5、根據(jù)表3-3-5的實驗記錄數(shù)據(jù)，繪制正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應用時輸出電壓Ur與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關系曲線，即Ur=f（ɑ）。 注：(1) 要保持電壓不變,可將轉(zhuǎn)角固定,微調(diào)旋鈕。 （2）負載RL參考值為1200Ω。 （七）、思考題 1、試分析旋轉(zhuǎn)變壓器一、二次側(cè)補償?shù)脑怼? 2、試分析正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性變壓器的原理。 - 13 -