完整word版单跨转子实验台说明书修改版增加部分实验内容已完成.docx

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完整word版单跨转子实验台说明书修改版增加部分实验内容已完成

DHRMT单跨教学转子实验台

使

用

说

明

书

江苏东华测试技术股份有限公司

第一章转子台系统说明

1.1产品简介

DHRMT教学转子实验台是本公司针对高等院校及科研院所中转子动力学及相关课程开发的。

该教学转子实验台结构简单，操作方便，性能稳定。

可以模拟转子系统的各种运行状态（包括瞬态起停机机过程，稳态工况运行）和多种典型故障，和本公司开发的数采仪器和分析软件配套使用，形成一个多用途，综合型的实验系统平台，为从事转子动力学及相关课程研究的研究人员提供了一个良好的实验分析条件。

1.2系统组成和技术指标

本转子试验台采用高性能的调速电机，通过联轴节将电机和转轴连接并驱动转轴转动。

该电机额定电流1.95A，最大输出功率148W，控制器将220VAC输入电源通过控制器调压、整流后输出PWM信号供给调速电机，通过调节控制器，可以实现电机从0～8000RPM的无级调速。

转子实验台尺寸：

长810mm，宽335mm，高133mm；转轴尺寸：

560mm，直径10mm；转子圆盘参数：

直径为78mm、厚度为25mm、质量为800g。

转子圆盘、传感器以及轴承可根据需要固定在转轴的任意位置。

如图1.1，该实验台有以下几部分组成：

V型底座及底座支架、调速电机、传感器及轴承座、挠性联轴节、转轴及转子圆盘等。

图1.1DHRMT教学实验单跨转子台示意图

1、底座及底座支架：

用于支撑转子实验台，固定其它零部件。

2、电机：

电机固定在底座上，通过挠性联轴节和转轴相连，驱动转子系统转动，和控制器配合实现调速功能。

3、联轴节：

用来连接调速电机和转轴。

4、转轴及转子圆盘：

构成转子系统，模拟旋转机械的动力特性。

5、轴承座：

固定轴承和转轴。

6、传感器支架：

传感器支架主要有两类。

一类用于固定测量转速的光电传感器，在出厂前已安装好；另一类用于固定电涡流位移传感器，由用户安装。

1.3零部件安装

V型底座及底座支架应安装在支撑稳定的水平面上（有条件应固定），在不固定的情况下，要求在底座支架下面垫较厚实的橡皮垫，用来吸振。

1、底座和电机安装

底座和电机在出厂前已经安装调试完毕，在使用过程中禁止用户拆装。

2、联轴节安装

本转子实验台采用高强度的挠性联轴节。

安装时，先将联轴节的一端安装在电机转轴上，用内六角螺栓紧固，再将转轴插入另一端并用内六角螺栓紧固。

3、转轴、轴承支架与转子圆盘安装

安装轴承支架时，注意靠近电机的轴承座里的轴承外径大的一端朝向电机，另一个远离电机的轴承座与第一个轴承座以相反方向安装，安装位置由用户选定并通过V型底座定位螺纹孔固定。

轴承支架内的轴承禁止拆装。

转子圆盘在转轴上用锥套锁紧方式固定。

借助于专用扳手将锁紧紧固顶丝右旋拧紧即可。

反之，若要拆卸或移动圆盘，则用专用扳手左旋松开紧固顶丝，转子圆盘即可在转轴上任意移动或拆卸。

安装转轴时，先从外侧轴承孔穿入，并依次装好转子圆盘，再穿过内侧轴承孔，最后连接联轴节固紧。

注意：

当转子圆盘在固定或松开的过程中，不可用力压转轴，避免转轴受过大的横向力而弯曲造成永久变形；在拆装转轴的过程中，为防止可能的损坏，施力要小心且尽可能沿水平方向！

4、传感器支架及传感器的安装

电涡流传感器支架的安装位置由用户选定并通过V型底座位螺纹孔固定；光电传感器支架在出厂前已为用户安装。

在使用光电传感器时，联轴节应贴有反光贴片，使反光贴片的纵向与联轴节的轴向方向相一致，最好能使反光贴片的长度与联轴节的长度等长。

如安装正确，打开控制器，使转子台缓慢转动，光电传感器接收到返回信号，其后部的感应灯不停的闪烁。

电涡流传感器通过固定支架上的安装孔可以安装在转轴的水平和垂直位置及左右偏45度角的位置，用于测量转轴的振动。

安装时要注意以下几点：

1）、API670规定，径向振动传感器的安装位置与轴承的距离要在76mm以内；

2）、传感器的探头安装在传感器支架的水平、垂直位置，或左右两侧偏45度角的位置；

3）、将传感器连接转子试验台控制器，并打开电源，使传感器，控制器处于工作状态，调整传感器探头与转轴外表面之间的距离，电涡流传感器的安装距离大约为线性区的中间值（电涡流位移传感器参数请参阅电涡流传感器说明书），用电压表测量控制器后端面Q9头电涡流信号输出间隙电压，安装正确是间隙电压约为0V；

4）、启动转子试验台缓慢转动，打开软件，检查有无输出信号及信号是否正常。

若振动信号过大，接近涡流传感器的安装距离或有触碰探头的情况，立即停机保护电涡流位移传感器并检查转子系统装配，如故障不能排除请于公司售后服务人员联系。

1.4运输与存放

实验转子台及控制器的包装均用特制包装箱，但运输或人为搬动过程中仍要防止剧烈振动；存放的环境要求干燥、通风，防止日晒、雨淋。

以防止由于转子台零部件的磨损、腐蚀，导致转子试验台损坏。

1.5维护与保养

本试验台为高速精密机械，应保持各零部件的清洁和合理的润滑。

转轴采用GCr15轴类专用钢，经严格的制作工艺加工而成。

为防止转轴弯曲，试验结束后，应在转子圆盘下加弹性垫块，由垫块承受转子圆盘的质量，但注意垫块在试验时必须移除。

若长期不做试验，应将转轴拆下，水平放置，有条件的可以沿轴线悬吊。

若转轴已有少量弯曲变形，可经矫直后再用；若严重弯曲，则须更换。

注意：

严禁握住轴搬动试验台。

转子试验台的轴承用铜头固定轴承座上，实验前要先检查铜头的固定情况，防止松动使轴承磨损。

第二章转子台控制器使用说明

2.1概述

转子试验台控制器为DHRMT教学转子试验台的配套产品，主要功能是：

1、电涡流位移传感器信号的预处理；2、根据不同的试验需要，控制转子系统的工作转速；3、将输入电源的220VAC调理为调速电机可用的PWM信号。

该控制器操作简单、方便，能实现对转子工作转速的灵活控制。

2.2功能说明

图2.1控制器前面板

如图2.1所示为DHRMT教学实验单跨转子台控制器的前面板，依次从左向右、从上而下为电源开关指示灯、电源开关按钮、启动/停止指示灯、启动/停止按钮、最高转速显示屏幕、当前转速显示屏幕、最高转速设定旋钮、转速变化率设定旋钮、升速指示灯、升速按钮、稳速指示灯、稳速按钮、降速指示灯、降速按钮。

具体功能说明如下：

●电源开关指示灯：

接通电源时，电源开关指示灯变亮；断开电源时，电源指示灯熄灭。

●电源开关按钮：

通过按钮的切换实现接通和断开电源。

●启动/停止指示灯：

接通电源后，指示灯点亮，此时为停止状态，指示灯熄灭后为启动状态。

●启动/停止按钮：

用于启动或停止电机运行，接通电源，按一下为启动，再按一下为停止。

●最高转速显示屏幕：

显示设定的最高转速值。

●当前转速显示屏幕：

显示运行状态下的当前电机转速值。

●最高转速设定旋钮：

用于限定电机最高转速。

●转速变化率设定旋钮：

用于调整电机升降速的快慢程度。

●升速指示灯：

在升速状态下点亮。

●升速按钮：

用于调高电机转速。

●稳速指示灯：

在稳速状态下点亮。

●稳速按钮：

用于使转速稳定在当前的运行速度。

●降速指示：

在降速状态下点亮。

●降速按钮：

用于调低电机转速。

图2.2控制器后面板

如图2.2为DHRMT教学转子试验台控制器的后面板，依次从左向右、从上而下为4个电涡流位移传感器信号输入接口（L5头）、4个电涡流位移传感器信号输出接口（Q9头）、1个转速输入接口（雷莫头）、1个转速输出接口（Q9头）、接地端、电机电源、电源输入端。

具体功能说明如下：

注意：

电机电源的输出接口的输出电压为110V，在DHRMT教学转子试验台控制器接通电源的状态下，严禁触摸！

●电涡流位移传感器信号输入/输出接口：

电涡流传感器采集到的信号通过输入端输入控制器，在控制器里完成信号调理，直接从输出端输出电压信号。

●转速输入/输出接口：

输入光电传感器采集的转速信号，并把转速信号输出到数采仪器。

●接地端：

接地输出。

●电机电源：

输出直流电机工作所需的直流电。

●电源输入端：

连接220VAC电源，给DHRMT教学转子试验台控制器供电。

2.3参考操作流程

步骤

操作

描述

显示

1

开机

系统上电，控制器复位，“停止”红灯点亮

“”

“rSt”

显示当前设定转速以及当前电机转速

“2250”

“0”

2

调节设定值

改变最高电机转速限定值（调节范围200rpm－8000rpm）

“1260”

“0”

3

按“启动”按钮

“停止”红灯熄灭，电机启动运行，电机运行于低转速（自由旋转，无稳速）

“1260”

“510”

4

将升降速速率调节旋钮调至希望的档位

改变升降速速率。

范围1~16，代表每分钟升速1000转~16000转

例：

“6”

5

按“升速”按键

“升速”指示灯点亮，电机转速上升（最大上升到设定值）

“1260”

“1260”

升速过程中按“稳速”按键

停止升速，稳定在当前转速，“稳速”指示灯点亮

“1260”

“1020”

6

按“降速”按键

“降速”指示灯点亮，电机转速逐渐变小，最终以某一个速度值低速运转，此时“稳速”指示灯点亮。

“1260”

“510”

7

按“停止”按钮

“停止”红灯点亮，电机停止运转

“1260”

“0”

2.4保护状态说明

当系统上电时，为避免意外的发生，程序自动禁止电机运行。

此时，“停止”红灯点亮。

要启动电机运转，只需按一下“启动”按钮即可。

同样，若在电机运行过程中按下了“停止”按钮，则系统也将进入自动保护状态，解除保护的办法同上。

若在电机运转过程中，因某些原因导致无法得到转速信号（3秒内），则程序自动关闭电机控制电源使电机停止运转，以防发生意外。

必须将转速信号调至正常才能使系统正常运行。

显示对照表

序号

状态说明

显示

1

复位脚低电平复位

“rst”

2

电源监控复位

“P-ON”

3

丢失时钟复位

“r-2”

4

看门狗复位

“r-3”

5

Jtag复位

“r-7”

2.5转子台控制器及电机使用的注意事项

1、转子台控制器使用注意事项

DH5600转子台控制器的使用应遵守以下注意事项，否则，可能会导致内部电源控制器件损坏的后果。

在首次开机之前，先不连接转子台，使用万用表分别测量转子台电机的电枢线圈和励磁线圈的直流电阻。

其中，电枢线圈电阻应在100Ω以内，用手转动电机转轴应能观察到电阻的变化（几欧姆到几十欧姆的变化）；励磁线圈的电阻阻值范围应为1kΩ~1.5kΩ。

若测得任何线圈为短路，则表明电机有故障，必须排除此故障才可以连接控制器和电机。

线圈电阻测量方法：

将转子台接上控制电源线，不接控制器，直接测量端子电阻即可。

在与控制器相连的那端端子示意图如下：

控制器后面板上共有两个保险丝。

其中，交流220V电源输入插座上的保险丝型号为T2A，此型号指的是该保险丝为2A延时型保险丝，该保险丝用于保护整个控制器内部电路；另一个圆形保险丝座安装的保险丝型号为F2A，此型号指的是该保险丝为2A快速熔断型保险丝，该保险丝用于保护控制器内部的电机控制电源。

这两个保险丝切不可相互替换，并严禁使用铜丝线替代保险丝。

当发生保险丝熔断的情况时，应首先检查电机连接线、电机等外部器件是否存在故障，在确认无任何故障的情况下才可更换同型号的保险丝，或与本公司售后服务部门联系。

本控制器对电机采用能耗制动的方式。

在停止对电机供电后，由于电机为感性负载，其自身线圈内会有一部分储存能量，若无放电回路，则线圈产生的反电势会对控制器内部电路造成损坏。

所以，控制器内部为电机提供了一个大功率电阻对电机线圈放电，当前转速越高，停止后放电时间越长，发热量越大。

所以，强烈建议（除紧急情况外）将转速降到最低后再按“停止”按钮。

关机时，应在电机停止运行的情况下关闭电源，否则，电机会因失去励磁导致“飞车”事故，并有可能导致控制器损坏。

2、电机使用注意事项

转子台配套电机为封闭式自冷式，允许在下列条件下工作：

（1）、海拔不超过4000米；

（2）、环境温度-40℃~+55℃；

（3）、空气相对湿度95%（+20℃）时；

（4）、转速在3000转/分及以下电机寿命为2000小时；转速在6000转/分及以上为1500小时。

3、电机的使用与维护

（1）、存放电机的房间应干燥、清洁、温度在+10℃~35℃范围内。

（2）、电机在制造厂已调整好，若无必要，不要松动紧固螺钉和旋钮。

（3）、电机不用时，应将轴身涂以工业凡士林防锈。

第三章动态信号采集仪与分析软件的介绍

3.1动态信号采集分析仪

根据用户的需求，DHRMT教学实验单跨转子台配置的动态信号采集分析仪可以为DH5920、DH5922、DH5923、DH5925等。

图3.1DH5920

如图3.1所示为DH5920动态信号采集分析仪，前面板从左到右依次为1394线接口、转速信号通道接口、振动信号通道接口。

1394线接口用来连接上层计算机，转速信号通道接口用来输入从转子台控制器引出的转速信号，振动信号通道接口用来输入从转子控制台引出的振动信号。

3.2分析软件介绍

与单跨转子台配套的分析软件模块有：

基本分析模块、阶次分析模块、动平衡模块。

其中基本分析模块为标准配置模块，阶次分析模块、动平衡模块为选配软件模块。

（1）、基本分析及阶次分析软件

●通道参数设置：

通用参数和通道子参数（包括通道状态、测量类型、通道描述、窗函数、值类型、工程单位、灵敏度、量程范围、修正系数、积分类型、输入方式、抗混滤波、上限频率等）。

●系统参数设置：

分析模式、阶次上限、阶次分辨率、转速控制、时间控制、虚拟转速、显示阶次、平均次数、三维谱参数。

●采样波形显示和时域分析：

对所有测量通道采集处理后的信号进行实时显示和时域分析。

●采样波形的频谱测试分析；对所有通道信号的频谱分析。

●多界面多通道多种分析方式实时显示：

可同时显示多个通道的时域波形、频域波形等分析方式的图谱。

●转速跟踪整周期采样波形（重采样时间波形）：

为阶次分析做数据准备，需要获得一组时间序列，使每个周期的采样点数是一个固定值。

对于每个周期信号的开始与终止点可以由键相信号给出（可实时显示键相位的变化情况）。

●阶次谱分析：

将横坐标的频率除以此时的转速（转速的单位应换算为频率），即可得到阶次谱。

由于阶次谱分析排除了由转速波动所引起的谱线模糊和信号畸变，因而广泛应用于旋转机械的动态分析，工况监测与故障诊断。

●三维谱图分析：

包括三维转速频谱图和三维转速阶次图。

表示以FFT或阶次谱按转速间隔顺序排列的谱阵。

横坐标为频率或阶次，纵坐标为转速，铅直轴为幅值，有彩图和瀑布图两种显示方式，可显示为纵向切片和横向切片。

该图可清晰反映转轴在速度变化或不变化时的频谱变化特性。

●趋势图：

是随时间变化的曲线，通过定时间间隔控制采样，可得到振动—时间的变化趋势。

●轴心轨迹：

由固定在传感器支架上水平和垂直（即X-Y）方向的电涡流位移传感器提供位移信号。

它是轴心相对于轴承座的运动轨迹，反映了转子瞬时的涡动状况。

●坎贝尔图：

与三维谱图属于同一种特征分析，包含有相同的信息，横坐标为转速，纵坐标为频率，圆圈表示与转速有关的频率或阶比成分，圆圈的直径为信号的幅值大小。

●波特图（Bode）和极坐标图：

只用于旋转机械启停机分析（即分析模式为瞬态时），波特图是以转速为横坐标，并将幅值和相位随转速过程的变化而变化的两条曲线描绘在同一张图上。

极坐标图是将以过转速下基频幅值作为向径的模，相位作为向径的幅角在极坐标平面上绘制的曲线。

●测量数据记录与回放：

对整个测量过程的数据进行记录，并可进行回放，回放过程中还可进行各种分析。

●数据的保存与输出：

数据图形的打印，数据文件可保存为多种文件格式。

（2）、动平衡分析软件

●单面转子动平衡。

●双面转子动平衡。

第四章单跨转子台实验

本公司阶次分析软件提供的分析手段十分丰富，在实验安排上，首先通过几个简单的实验，使用户熟悉软件的操作，全面掌握进行阶次分析的必要手段，为后面的转子起停机瞬态响应、转子不平衡、转子不对中、转子碰摩、转子油膜涡动等实验做准备。

实验一转轴的径向振动测量

一、实验目的

1、了解转子台各部分的组成、安装方法以及如何控制操作

2、了解电涡流传感器安装方法

3、熟悉仪器及软件操作

4、观察转子台在转动时，转轴所产生的径向振动时域波形图。

二、实验原理

由于转子的质量分布不均或安转误差，总会存在一定的不平衡量，不平衡量在转子在运行过程中会引起转子的振动，转子运动过程中的受力分析如图4.1。

图4.1转子不平衡状态受力分析

图4.1中坐标原点

点为两个轴承中心连线上一点，坐标

为转轴中心，坐标

为转子重心，偏心距

，则转子在转动过程中的运动微分方程为：

令

则上述方程组可综合为：

令

，

设其特解为

带入求解

上述公式说明：

在不平衡量激励下，转子的振动信号与转子系统转动同频，且有一定相位差的正弦信号。

电涡流传感器采集到转轴的径向振动信号，将信号通过信号电缆送入转子台控制器，转子台控制器对信号调理后，将信号送入DH5920/DH5922/DH5923/DH5925等动态数据采集分析仪，在数据采集仪内实现模拟信号抗混滤波、A/D转换等步骤，最终转换为上层分析软件可处理的数字信号，最后将数字信号上传到计算机的分析软件，实现用户所需的各种分析功能。

三、实验步骤

1、转子台及涡流传感器的安装

按照说明书第一章的说明，将传感器、转子台控制器、信号采集仪、计算机联接成完整的测试系统如4.2所示。

图4.2测试系统组成图

2、控制器设置

按照说明书第二章的说明，设置好转子台控制器，主要是设置转子台的最高转速。

3、软件准备工作

接通数据采集仪电源，并打开电源开关，点击计算机桌面上的软件图标进入分析软件主界面，选择阶次分析软件。

注意：

必须先打开信号采集仪处，等到等待信号等熄灭后，才能进入阶次分析软件，进入其他软件模块也必须如此。

参数设置

进入阶次分析软件，在采集信号以前首先要参数设置，包括采样参数设置、通道参数设置，分析参数设置，这里只说明完成本次实验必须的设置，详细地软件使用请参阅软件的使用说明书。

分析参数设置：

阶次上限：

8×或自行设定

阶次分辨率：

1×或自行设定

转速控制：

选中打“√”

起始转速：

300rpm

结束转速：

8000rpm图4.3分析参数设置

转速间隔：

20rpm或自行设定

时间控制：

选中打“√”

时间间隔2.00s或自行设定

虚拟转速：

不选中

显示阶次：

1×

谱记录数：

20

通道参数设置

图4.4振动信号通道参数设置

工程单位：

μm；

灵敏度：

按传感器指标输入灵敏度值，一般应将传感器灵敏度换算为mv/μm；

量程范围：

根据现场信号大小选择合适的量程范围，量程范围过小则信号过载，量程范围过大，则量化误差大；

积分类型：

选择无积分；

输入方式：

选择AC；

窗函数：

有该项的选择矩形窗；

值类型：

选择Peak（峰值）；

上限频率：

有该项的选择PASS。

图4.5转速通道设置

点击图4.4下方的转速测量则图4.4所示通道设置窗口切换如4.5所示，根据用户选择的转速通道，鼠标左键双击使被选用转速通道的使用标志、参考转速、参考键相位下方的标志为√，为选用的转速通道的上述选择项为×。

运行参数设置

用鼠标左键单击分析软件界面的最右端选择图标

，则弹出如4.6的运行参数设置窗口。

图4.6运行参数设置窗口

采样参数设置：

分析频率无需用户设定，用户可以根据需要设定谱线数，谱线数越多，则每块数据的数据量就越大；

工作通道设置：

用户可以根据实验需要选择参与采集的振动信号通道，关闭无需使用的振动信号通道；

数据记录选项：

选择记录高速原始数据；

数据分析选项：

同时选中“阶次&FFT”，“实时分析”。

每项的具体含义请参阅软件的使用说明书。

趋势时间范围：

1800秒

窗口、信号类型选择、清零操作

用鼠标左键点击软件界面上方分析控制栏中的任意一种分析模式，可实现新建该种分析曲线窗口。

当有多个窗口时，用鼠标左键点击软件界面上方工具栏里的

图标可以实现当前软件界面多窗口的排列。

将鼠标移至某一窗口中，点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中，选择“信号选择”，则弹出如图4.7的通道设置窗口，在该窗口中，用户根据需要选择该种分析曲线下的不同的信号通道。

图4.7通道设置窗口

点击采样控制栏中“清除零点”按钮，进行清零操作。

到此软件的准备工作结束。

4、实验

1）、接通转子台控制器电源，打开控制器开关，启动控制器，使转子台转动起来，（操作见说明书第二部分转子台控制器操作说明），使转子台的转速稳定在某一转速值下。

2）、新建一个窗口，信号类型选择为时间波形，观察此时转子台的振动的时域波形。

3）、新建一个窗口，信号类型选择频谱分析，观测当前振动信号的频率

，用鼠标左键点击软件界面上方工具栏里的

图标弹出转速显示窗口，观测当前的转速值

，计算转子的转频

，比较振动信号频率

和转子转频

的关系。

4）、在当前时间波形类型窗口点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择图形属性，在上面的可选标签中选择选项标签，选择统计信息，观测当前窗口时域波形的各项统计指标（包括最大值、最小值、平均值、峰峰值等）。

5）、选择图形属性的其他功能，熟悉软件为以后的实验打下基础。

四、完成实验

实验完成后，先停止采样，关闭软件后，停止转子台工作状态，再关掉仪器电源等，将实验台收拾干净后离开。

实验二旋转机械振动相位的检测

一、实验目的

相位信息是旋转机械故障诊断的一个重要依据，例如，对于转子临时弯曲、转子缺损和滑动轴承故障，其频谱都以一倍频为主，不宜区分，这时就要利用相位信息进行故障诊断。

本实验的目的：

1、使实验者清楚相位的定义；

2、了解在本系统软件中，相位的测量和显示。

二、实验原理

在旋转机械中，相位的定义为基频信号相对于转轴上某一确定相位标志之间的相位差，这里的确定的相位标志一般为键相槽或反光标签。

这样的定义是因为旋转机械的许多故障都与基频有关，而其余的整数倍频和分数谐波的相位，都可以有基频的相位求得。

在转轴上某一确定位置

贴反光标签，另在固定平面内选一个确定位置

安转光电传感器，每当转轴转动至

和

重合时，给出一个标记信号脉冲。

这一脉冲信号即为相位参考脉冲信号，如图4.8所示。

然后将任意测点的经过滤波后的基频信号描绘在同一时间轴上，这样，我们就可以按照参考脉冲信号来定义基频信号的相位。

一般由于仪器不同或习惯要求不同，有四种相位的取值方法，即：

——正峰点相位；

——负峰点相位；

——正斜率过零相位；

——负斜率过零相位；

图4.8相位参考标记

无论采取何种取值方法，相位

总是指落后角。

比如正峰值相位

，是指键相脉冲后面第一次遇到的正峰点所对应的角度。

尽管

角一般用

~

的正值表示，但指的是落后角。

可以在转轴上找到四个对应点：

，

，

，

，这样，当

点转到光电传感器位置

时，振动信号正处在正峰点；同样，当

转至

时，振动信号正处在负斜率过零点，如图4.9所示。

我公司阶次分析软件相位取值方法为正峰点相位。

图4.9各种相位角定义的对应位置

三、实验步骤

1、转子台及