控制电机及应用实验指导书.docx
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控制电机及应用实验指导书
控制电机及应用实验指导书
控制电机及应用
实验指导书
(实验地点:
技术中心A楼7楼)
上海电机学院电气学院
2014-10-20
实验目录
一.旋转变压器实验·············································1
二.力矩式自整角机实验·········································7
三控制式自整角机参数的测定··································12
三.直流伺服电动机实验·········································15
四.交流伺服电动机实验·········································20
图1-1正余弦旋转变压器空载及负载实验接线图
1)按图1-1接线。
图中RL均用屏上900Ω串联90Ω共990Ω阻值。
D1、D2为激磁绕组,Z1、Z2为余弦绕组。
2)定子励磁绕组两端D1、D2施加额定电压UfN(60V、400Hz)且保持不变。
3)用手缓慢旋转刻度盘,找出余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。
4)在0º-180º间每转角20º测量转子余弦空载输出电压Ur0与刻度盘转角ɑ的数值。
并记录于表1-1中。
表1-1UfN=60V
ɑ(deg)
0º
20º
40º
60º
80º
90º
UrL(V)
ɑ(deg)
100º
120º
140º
160º
180º
UrL(V)
4、测定负载对输出特性影响
1)在图1-1中,开关S3闭合,使正余弦旋转变压器带负载电阻RL运行。
2)重复实验方法3中2)、3)、4)的步骤,记录余弦负载输出电压UrL与转角ɑ的数值并记录于表1-2中。
表1-2UfN=60V
ɑ(deg)
0º
20º
40º
60º
80º
90º
UrL(V)
ɑ(deg)
100º
120º
140º
160º
180º
UrL(V)
5、测量二次侧补偿后负载时的输出特性
1)在图1-2中,闭合S0接通负载电阻RL,且使二次侧正弦输出绕组端Z3、Z4经补偿电阻R闭合。
图1-2二次侧补偿后负载时的输出特性接线图
2)重复实验方法3中2)、3)、4)的步骤,记录余弦负载输出电压UrL与转角ɑ的数值并记录于表1-3中。
实验时注意一次侧输出电流的变化。
表1-3UfN=60V
ɑ(deg)
0º
20º
40º
60º
80º
90º
UrL(V)
ɑ(deg)
100º
120º
140º
160º
180º
UrL(V)
6、测量一次侧补偿后负载时输出特性
1)
在图1-3中,开关S3闭合接通负载电阻RL同时把一次侧接成补偿电路。
图1-3一次侧补偿后负载时输出特性接线图
2)重复实验方法3中2)、3)、4)的步骤,记录余弦负载输出电压UrL与转角ɑ的数值并记录于表1-4中。
表1-4UfN=60V
ɑ(deg)
0º
20º
40º
60º
80º
90º
UrL(V)
ɑ(deg)
100º
120º
140º
160º
180º
UrL(V)
7、正余弦旋转变压器作线性应用时的接线图
图1-4正余弦旋转变压器作线性应用时的接线图
1)按图1-4接线。
图中RL用屏上900Ω串联90Ω共990Ω阻值。
2)重复实验方法3中2)、3)和4)的步骤,在-60º至60º间,每转角10º记录输出电压Ur与转角ɑ的数值并记录于表中。
表1-5UfN=60V
ɑ(deg)
-60º
-50º
-40º
-30º
-20º
-10º
0º
Ur(V)
ɑ(deg)
10º
20º
30º
40º
50º
60º
Ur(V)
五、实验报告
1、根据表1-1的实验记录数据,绘制正余弦旋转变压器空载时输出电压Ur0与转子转角ɑ的关系曲线,即Ur0=f(ɑ)。
2、根据表1-2的实验记录数据,绘制负载时输出电压UrL与转子转角ɑ的关系曲线,即UrL=f(ɑ)。
3、根据表1-3的实验记录数据,绘制二次侧补偿后负载时输出电压UrL与转子转角ɑ的关系曲线,即UrL=f(ɑ)。
4、根据表1-4的实验记录数据,绘制一次侧补偿后负载时输出电压UrL与转子转角ɑ的关系曲线,即UrL=f(ɑ)。
5、根据表1-5的实验记录数据,绘制正余弦旋转变压器作线性应用时输出电压Ur与转子转角ɑ的关系曲线,即Ur=f(ɑ)。
注:
要保持电压不变,可将转角固定,微调旋钮。
六、思考题
1、试分析旋转变压器一、二次侧补偿的原理。
2、试分析正余弦旋转变压器作线性变压器的原理。
二力矩式自整角机
自整角机是一种对角位移或角速度的偏差有自整步能力的控制电机,他广泛用于显示装置和随动系统中,使机械上互不相连的两根或多根转轴能自动保持相同的转角变化或同步旋转,在系统中通常是两台或多台自整角机组合使用。
产生信号的一方称发送机,接收信号的一方称为接收机。
使用说明:
1、自整角机技术参数
发送机型号BD-404A-2
接收机型号BS-404A
激磁电压220V±5%
激磁电流0.2A
次级电压49V
频率50HZ
2、发送机的刻度盘及接收机的指针调准在特定位置的方法
旋松电机轴头螺母,拧紧电机后轴头,旋转刻度盘(或手拨指针圆盘)至某要求的刻度值位置,保持该电机转轴位置并旋紧轴头螺母。
3、接线柱的使用方法
本装置将自整角机的五个输出端分别与接线柱对应相连,激磁绕组用L1、L2(L1′、L2′)表示;次级绕组用T1、T2、T3、(T1′、T2′、T3′)表示。
使用时根据实验接线图要求用手枪插头线分别将接线柱连结,即可完成实验要求。
(注:
电源线、连接导线出厂配套)。
4、发送机的刻度盘上边和接收机的指针两端均有20小格的刻度线,每一小格为3′,转角按游标尺方法读数。
5、接收机的指针圆盘直径为4cm,测量静态整步转矩=砝码重力×圆盘半径=砝码重力×2cm。
6、将固紧滚花螺钉拧松后,便可用手柄轻巧旋转发送机的刻度盘(不允许用力向外拉,以防轴头变形)。
如需固定刻度盘在某刻度值位置不动,可用手旋紧滚花螺钉。
7、需吊砝码实验时,将串有砝码勾的线端在指针小圆盘的小孔上,将线绕过小圆盘上边凹槽,在砝码勾上吊砝码即可。
8、每套自整角机实验装置中的发送机、接收机均应配套,按同一编号配套。
9、自整角机变压器用力矩式自整角接收机代用。
10、需要测试激磁绕组的信号,在该部件的电源插座上插上激磁绕组测试线即可。
(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)、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
备注
1
HK01
电源控制屏
1件
2
HK02
实验桌
1件
3
ZSZ-1
自整角机实验装置
1件
圆盘半径为2cm
2、测定力矩式自整角发送机的零位误差Δθ
1)按图2-1接线。
励磁绕组L1、L2接额定激励电压UN(220V),整步绕组T2—T3端接电压表。
2)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。
图2-1测定力矩式自整角机零位误差接线图
3)整步绕组三线间共有六个零位,刻度盘转过60o,即有两线端输出电压为最小值。
4)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,即T1、T2接电压表,测
的两个位置角;T2、T3接电压表,测
的两个位置角;T3、T1接电压表,测
的两个位置角,记录数据于表2-1中。
表2-1
理论上应转角度
基准电气零位
+180o
+60o
+240o
+120o
+300o
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,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Δθ,以角分表示。
2、测定力矩式自整角机静态整步转矩与失调角的关系T=f(θ)
图2-2力矩式自整角机实验接线图
1)确保断电情况下,按图2-2接线。
2)将发送机和接收机的励磁绕组加额定激励电压220V,待稳定后,发送机和接收机均调整到0o位置。
固紧发送机刻度盘在该位置。
3)在接收机的指针圆盘上吊砝码,记录砝码重量以及接收机转轴偏转角度。
改换不同重量的砝码在偏转角从零至90o之间取7~9组数据并记录于表2-2中。
表2-2
T(gf.cm)
θ(deg)
注意:
(1)实验完毕后,应先取下砝码,再断开励磁电源。
(2)表中T=G×R
式中G——砝码重量(gf);R——圆盘半径2cm
3、测定力矩式自整角机的静态误差Δθjt
1)接线图仍按图2-2。
2)发送机和接收机的励磁绕组加额定电压220V,发送机的刻度盘不固紧,并将发送机和接收机均调整到0o位置。
3)缓慢旋转发送机刻度盘,每转过20o,读取接收机实际转过的角度并记录于表2-3中。
表2-3
发送机转角
0o
20o
40o
60o
80o
100o
120o
140o
160o
180o
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、负最大误差值之和的一半为力矩式接收机的静态误差。
4、测定力矩式自整角机的比整步转矩Tθ
(1)比整步转矩是指在力矩式自整角机系统中,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的比整步转矩。
(2)测定接收机的比整步转矩时,可按图2-2接线,在励磁绕组L1—L2两端上施加额定电压,在指针圆盘上加砝码,使指针偏转5o左右,测得整步转矩。
(3)实验在正、反两个方向各测一次,两次测量的平均值应符合标准规定。
将数据记录于表2-4中。
表2-4
方向
G(gf)
θ(deg)
T=GR(gf.cm)
Tθ=T/2θ(gf.cm)
正向
反向
比整步转矩Tθ按下式计算:
Tθ=T/2θ
式中T=GR——整步转矩,单位为(gf.cm)克厘米
θ——指针偏转的角度,单位为(deg)度
G——砝码重量,单位为(g)
R——轮盘半径,为2(cm)
5、阻尼时间的测定
(1)阻尼时间tm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3-3接线。
(2)将发送机和接收机的励磁绕组加上额定电压,使发送机的刻度盘和接收机的指针指在0o位置并固紧发送机的刻度盘在该位置。
旋转接收机指针圆盘使系统失调角为177o,然后松手使接收机趋向平衡位置。
图2-3测定力矩式自整角机阻尼时间接线图。
(五)、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Δθ。
2、作出静态整步转矩与失调角的关系曲线T=f(θ)。
3、实测比整步转矩和接收机的阻尼时间数值为多少?
4、求出被试力矩式自整角机的静态误差Δθjt。
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(θ)
2、测定比电压Uθ和零位电压U0
(四)、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
备注
1
HK01
电源控制屏
1件
2
HK02
实验桌
1件
3
ZSZ-1
自整角机实验装置
1件
圆盘半径为2cm
2、测定控制式自整角变压器输出电压与失调角的关系U2=f(θ)
1)按图3-1接线。
发送机加额定电压,旋转发送机刻度盘至0o位置并固紧。
2)用手缓慢旋转自整角变压器的指针圆盘,接在L1′、L2′两端的数字电压表就有相应读数,找到输出电压为最小值的位置,即为起始零点。
3)然后,用手缓慢旋转自整角变压器的指针圆盘,在指针每转过10o时测量一次自整角变压器的输出电压U2。
测取各点U2及θ值并记录于表3-1中。
表3-1
角度θ(deg)
0o
10o
20o
30o
40o
50o
60o
70o
80o
90o
电压U2(V)
角度θ(deg)
100o
110o
120o
130o
140o
150o
160o
170o
180o
电压U2(V)
图3-1控制式自整角机实验接线图
2、测定比电压Uθ
比电压是指自整角变压器在失调角为1o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输出电压与失调角关系的实验时,用手缓慢旋转自转角变压器的指针圆盘,使指针转过起始零点5o,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1o时的输出电压。
3、测定零位电压U0
1)按图3-2接线。
调压器输出电压为最小位置,绕组T2′、T3′两端点短接。
图3-2测定控制式自整角机零位电压接线图
2)合上交流电源,缓慢调节调压器使输出电压为49V,并保持不变。
3)用手缓慢旋转指针圆盘,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180o,仍找出零位电压位置。
4)同样方法,改接绕组(使T1′、T3′短接,T1′、T2′短接),找出零位电压位置,测量六个位置的零位电压值并记录于表3-2中。
表3-2
绕组接法
T1′-T2′T3′
T2′-T1′T3′
T3′-T1′T2′
理论零位电压位置
0o
180o
60o
240o
120o
300o
实际刻度值
零位电压大小
(五)、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(θ)。
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?
四直流伺服电动机
(一)实验目的
1、通过实验测出直流伺服电动机的参数ra、Ke、KT。
2、掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。
(二)预习要点
1、分析掌握直流伺服电动机的运行原理。
2、如何测量直流伺服电动机的机电时间常数,并求传递函数。
(三)实验项目
1、测直流伺服电动机的电枢电阻。
2、测直流伺服电动机的机械特性T=f(n)。
3、测直流伺服电动机的调节特性n=f(Ua)。
4、测定空载始动电压和检查空载转速的不稳定性。
5、测量直流伺服电动机的机电时间常数。
(四)实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
备注
1
HK01
电源控制屏
1件
2
HK02
实验桌
1件
3
HK03
涡流测功系统导轨
1件
4
DJ25
直流电动机
1件
9
记忆示波器
1件
自备
2、用伏安法测直流伺服电动机电枢的直流电阻
图4-1测电枢绕组直流电阻接线图
(1)按图4-1接线,电阻R用屏上900Ω和900Ω串联共1800Ω阻值。
(2)经检查无误后接通可调直流电源,并调至220V,合上开关S,调节R使电枢电流达到0.2A,迅速测取电机电枢两端电压U和电流I,再将电机轴分别旋转三分之一周和三分之二周。
同样测取U、I,记录于表4-1中,取三次的平均值作为实际冷态电阻。
表4-1
序号
U(V)
I(A)
Ra(Ω)
Raref(Ω)
(3)计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验直接测得电枢绕组电阻值,此值为实际冷态电阻值,冷态温度为室温,按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值。
式中:
Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻,(Ω)
Ra——电枢绕组的实际冷态电阻,(Ω)
θref——基准工作温度,对于E级绝缘为75℃
θa——实际冷态时电枢绕组温度,(℃)
4、测取直流伺服电动机的机械特性
图4-2直流伺服电动机接线图
(1)按图4-2接线,图中Rf2选用屏上1800Ω阻值,开关S选用D51,A1、A2选用毫安表、安培表。
(2)把Rf1调至最小,先接通励磁电源,再接通可调直流电源并调至220V。
(3)合上开关S,调节涡流测功机给电机加载。
调节Rf2阻值,使n=nN=1600r/min,Ia=IN=0.8A,U=UN=220V,此时电机励磁电流为额定励磁电流。
(4)保持此额定励磁电流不变,逐渐减载,从额定负载到空载(断开开关S),测取其机械特性n=f(T),记录n、Ia、T7-8组于表4-2中。
表4-2U=UN=220VIf=IfN=mA
n(r/min)
Ia(A)
T(N.m)
(5)调节可调直流电源电压为U=160V,调节Rf1,保持电动机励磁电流的额定电流If=IfN,调节涡流测功机使Ia=1A,,再调节涡流测功机一直到空载,其间记录7-8组于表4-3中。
表4-3U=160VIf=IfN=mA
n(r/min)
Ia(A)
T(N.m)
(6)调节可调直流电源电压为U=110V,调节Rf1,保持电动机励磁电流的额定电流If=IfN,调节涡流测功机使Ia=0.8A,,再调节涡流测功机一直到空载,其间记录7-8组于表4-4中。
表4-4U=110VIf=IfN=mA
n(r/min)
Ia(A)
T(N.m)
5、测取直流伺服电动机的调节特性
(1)按4中
(1)、
(2)、(3)步骤起动电动机,保持If=IfN不变。
调节负载使电动机输出转矩为额定输出转矩并保持不变,调节直流伺服电动机电枢电压(注:
单方向调节控制屏上旋钮)测取直流伺服电动机的调节特性n=f(U),直到n=100r/min记录7-8组于表4-5中
表4-5If=IfN=mAT=TN=N.m
Ua(V)
n(r/min)
(2)保持电动机输出转矩T=0.5TN,重复以上实验,记录7-8组数据于表4-6中。
表4-6If=IfN=mAT=0.5TN=N.m
Ua(V)
n(r/min)
(3)保持电动机输出转矩T=0,调节直流伺服电动机电枢电压,直至n=0r/min,其间取7-8组数据记录于表4-7中。
表4-7If=IfN=mAT=0
Ua(V)
n(r/min)
6、测定空载始动电压和检查空载转速的不稳定性
(1)空载始动电压
按5、(3)步骤起动电机,把电枢电压调至最小后,直至n=0r/min,再慢慢增大电枢电压,使电枢电压从零缓慢上升,直至转速开始连续转动,此时的电压即为空载始动电压。
(2)正、反向各作三次,取其平均值作为该电机始动电压,将数据记录于表4-8中。
表4-8If=IfN=mAT=0
次数
1
2
3
平均
正向Ua(V)
反向Ua(V)
(3)正(反)转空载转速的不对称性
注:
正(反)转空载转速的不对称性应≤3%
7、测量直流伺服电动机的机电时间常数
按图4-2中右半边接线,直流伺服电动机加额定励磁电流,用记忆示波器拍摄直流伺服电动机空载启动时的电流过渡过程,从而求得电动机的机电时间常数。
(五)实验报告
1、由实验数据求得电机参数:
Raref、Ke、KT
Raref——直流伺服电动机的电枢电阻
——电势常数
——转矩常数
2、由实验数据作出直流伺服电动机的三条机械特性和三条调节特性曲线。
3、求该直流伺服电动机的传递函数。
(六)思考题
1、转矩常数KT的计算现采用
,而没有采用公式
来求取,这是为什么。
用这两种方法所得之值是否相同,有差别时其原因是什么?
2、若直流伺服电动机正(反)转速有差别,试分析其原因?
五交流伺服电动机
伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件又称为执行电动机,它把输入的控制电压信号变为输出的角位移或角速度。
它的运行状态由控制信号控制,加上控制信号它应当立即旋转,去掉控制电压它应当立即停转,转速高低与控制信号成正比。
(一)实验目的
1、观察交流伺服电动机的自制动过程
2、掌握交流伺服电动机的机械特性及调节特性的测量方法
(二)预习要点
1、对交流伺服电动机有什么技术要求?
2、交流伺服电动机有几种控制方式?
3、何谓交流伺服电动机的机械特性和调节特性?
(三)实验项目
1、测交流伺服电动机幅
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- 控制 电机 应用 实验 指导书