【控制電機】實驗指導書

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1、 《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 實驗一直流伺服電動機實驗………………………………………………………………………………1 實驗二單相變壓器實驗…………………………………………………………………………………… 3 實驗三旋轉變壓器實驗…………………………………………………………………………….………7 實驗四 步進電動機實驗………………………………………

2、…………………………………….……… 注釋 ………………………………………………………………………………………………… 25 主要參考文獻 ……………………………………………………………………………………………26 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

3、、測速發(fā)電機及轉速表； 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（智能轉矩、轉速、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

4、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)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，其旋轉方向符合轉速表正向旋轉的要求。 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)電機的轉速信號和校正直流測功機的電

5、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。 4) 保持U=UN，If=IfN，逐次減小電動機負載。測取電動機的轉速n和電動機輸出轉矩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

6、動機的轉速n和電動機輸出轉矩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) 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

7、、 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)，Pk=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

8、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。 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加電壓，將高壓側開路，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加電壓，將低壓側直接短路，，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

9、空載實驗時，電壓表應接在靠近電源側，而電流表應接在靠近變壓器繞組側，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 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。將控制屏左側調(diào)壓器旋鈕向逆時針方向旋轉到底，即將其調(diào)到輸出電壓為零的位置。 3) 合上交流電源總

10、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X圍內(nèi)，測取變壓器的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

11、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）INX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

12、 3 4 5 6 7 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

13、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 旋轉變壓

14、器實驗 旋轉變壓器是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件。當激磁繞組以一定頻率的交流電激勵時，輸出繞組的電壓可與轉角的正弦、余弦成函數(shù)關系，或在一定X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型旋轉變壓器實驗裝置由旋轉變壓器中頻電源和旋轉變壓器實驗儀兩部分組成。 (一) 實驗儀 1、旋轉變壓器技術指標 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

15、置將旋轉變壓器轉軸與刻度盤固緊連接，使用時旋轉刻度盤手柄即可完成轉軸旋轉。 2）刻度盤上的分尺有20小格刻度線，每小格為3＇，轉角按游標尺讀數(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旋轉變壓器 2、電原理

16、框圖如圖3-3-1所示。 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) 旋鈕順時針旋轉為增大輸出幅度，逆時針旋轉為減小輸出幅度。 二、正余弦旋轉變壓器實驗 （一）實驗目的 1、研究測定正余弦旋轉變壓器

17、的空載輸出特性和負載輸出特性。 2、研究測定二次側補償、一次側補償?shù)恼嘞倚D變壓器的輸出特性。 3、了解正余弦旋轉變壓器的幾種應用情況。 （二）預習要點 1、正余弦旋轉變壓器的工作原理。 2、正余弦旋轉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、二次側補償后負載時的輸出特性 4、一次側補償后負載時的輸出特性 5、正余弦旋轉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

18、型 號 名 稱 數(shù) 量 1 D56(XSZ-1) 旋轉變壓器中頻電源 1件 2 XSZ-1 旋轉變壓器實驗裝置 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、測定正余弦旋轉變壓器空載時的輸出特性 圖3-3-2 正余弦旋轉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

19、上相應開關，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間每轉角10o測量轉子余弦空載輸出電壓Ur0與刻度盤轉角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

20、 40o 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與轉角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-2中。 表3-3-2

21、 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）、4）、5）

22、的步驟，記錄余弦負載輸出電壓UrL與轉角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-3中。實驗時注意一次側輸出電流的變化。 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、測量一次側補償后負載時輸出特性 1）在圖3-

23、3-2中，開關S3閉合接通負載電阻RL，S1也閉合，把一次側接成補償電路，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 170o 180o UrL(

24、V) 5、正余弦旋轉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，每轉角10o記錄輸出電壓Ur與轉角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-5中。 圖3-3-3 正余弦旋轉變壓器作線性應用時的接線圖 表3-3-5 UfN=60V ɑ(deg) -60o -50o -40o -

25、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)，繪制正余弦旋轉變壓器空載時輸出電壓Ur0與轉子轉角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與轉子轉角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)，繪制二次側補償后負載時輸出電壓UrL與轉子轉角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)，繪制一次側補償后負載時輸出電壓UrL與轉子轉角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)，繪制正余弦旋轉變壓器作線性應用時輸出電壓Ur與轉子轉角ɑ的關系曲線，即Ur=f（ɑ）。 注：(1) 要保持電壓不變,可將轉角固定,微調(diào)旋鈕。 （2）負載RL參考值為1200Ω。 （七）、思考題 1、試分析旋轉變壓器一、二次側補償?shù)脑怼? 2、試分析正余弦旋轉變壓器作線性變壓器的原理。 - 12 - / 13