控制電機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、控制電機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院二零一二年九月目錄目 錄實(shí)驗(yàn)一 直流伺服電機(jī)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)二 永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)三 旋轉(zhuǎn)變壓器5實(shí)驗(yàn)四 力矩式自整角機(jī)10實(shí)驗(yàn)一 MATLAB集成操作環(huán)境1實(shí)驗(yàn)三 直流伺服電機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 直流伺服電機(jī)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉MATLAB/SIMULINK的集成環(huán)境，了解各窗體和模塊的功能和使用方法；2、熟練使用MATLAB/SIMULINK的幫助系統(tǒng)；3、熟練掌握直流伺服電機(jī)建模和仿真方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图皡?shù)設(shè)置仿真時(shí)間10s，解算方法ode23s。2、motor starter模塊參數(shù)3、Ideal Switch以及Timer參數(shù)設(shè)

2、置三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求報(bào)告中要附有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图跋嚓P(guān)示波器中波形圖。2實(shí)驗(yàn)四 永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二 永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉MATLAB/SIMULINK的集成環(huán)境，了解各窗體和模塊的功能和使用方法；2、熟練使用MATLAB/SIMULINK的幫助系統(tǒng)；3、熟練掌握永磁同步電機(jī)建模和仿真方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图皡?shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速設(shè)定值700，PI控制器參數(shù)P=50，I=2.6,輸出范圍-30 30;Step初始值3穩(wěn)態(tài)值1，起跳時(shí)間0.04；PMSM采用默認(rèn)參數(shù)，仿真時(shí)間0.06s，解算方法ode15s。2、dq2abc模塊參數(shù)2、PWMinv模塊參數(shù)三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求報(bào)告中要附有實(shí)驗(yàn)

3、模型及相關(guān)示波器中波形圖。13實(shí)驗(yàn)三 旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號(hào)元件。當(dāng)激磁繞組以一定頻率的交流電激勵(lì)時(shí)，輸出繞組的電壓可與轉(zhuǎn)角的正弦、余弦成函數(shù)關(guān)系，或在一定范圍內(nèi)可以成線性關(guān)系。它廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的三角運(yùn)算、傳輸角度數(shù)據(jù)等，也可以作為移相器用。一、使用說明HK-56由旋轉(zhuǎn)變壓器及旋轉(zhuǎn)變壓器專用的中頻電源組成。1、旋轉(zhuǎn)變壓器（1）旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)指標(biāo)型 號(hào)：36XZ20-5電壓比：0.56電 壓： 60V頻 率：400Hz激勵(lì)方：定子空載阻抗；2000絕緣電阻：100M精 度： 1級(jí) （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(shí)旋轉(zhuǎn)刻度盤手柄

4、即可完成轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。2）可輕松旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針，但旋轉(zhuǎn)時(shí)要保護(hù)平穩(wěn)，不允許用力向外拉或向內(nèi)壓，以防指針變形或產(chǎn)生較大誤差。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(duì)應(yīng)連接，使用時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)接線圖用手槍插頭，將接線柱連接即可完成實(shí)驗(yàn)要求。2、中頻電源（1）技術(shù)參數(shù)波 形：正弦波 頻 率：400Hz5Hz 電 壓：070V（連續(xù)可調(diào)）失真度：1% 負(fù) 載：36XZ20-5旋轉(zhuǎn)變壓器（2）系統(tǒng)電路原理框圖（3）面板上的交流數(shù)字電壓指示表為級(jí)的數(shù)字電壓表，下端是400HZ中頻電源的輸出端。（4） 中頻電源的“輸出調(diào)節(jié)”旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為增大輸出幅度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為減小輸出幅度。二、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器

5、實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究測(cè)定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載輸出特性和負(fù)載輸出特性。2、研究測(cè)定二次側(cè)補(bǔ)償、一次側(cè)補(bǔ)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(yīng)用情況。（二）預(yù)習(xí)要點(diǎn)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(shí)驗(yàn)方法。（三）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1、測(cè)定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載時(shí)的輸出特性2、測(cè)定負(fù)載對(duì)輸出特性的影響3、二次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)的輸出特性4、一次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)的輸出特性5、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應(yīng)用時(shí)的接線圖（四）實(shí)驗(yàn)方法1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)型 號(hào)名 稱數(shù) 量1HK01電源控制屏1件2HK02實(shí)驗(yàn)桌1件3HK56旋轉(zhuǎn)變壓器中頻電源1件2、屏上掛件排列順

6、序 HK563、測(cè)定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載時(shí)的輸出特性 圖6-1正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載及負(fù)載實(shí)驗(yàn)接線圖按圖6-1接線。圖中電阻R、RL均選用試驗(yàn)臺(tái)上的磁盤電阻各900的固定電阻，交流電壓表V1選HK56上的內(nèi)置電壓表(測(cè)量接線內(nèi)部已接好)；交流電壓表V2選用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的電壓表；開關(guān)S1、S2、S3用試驗(yàn)臺(tái)上相應(yīng)開關(guān)（也可以直接用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線短接或斷開模擬開關(guān)的通斷），D1、D2為激磁繞組，D3、D4為補(bǔ)償繞組，Z1、Z2為余弦繞組，Z3、Z4為正弦繞組。1）將開關(guān)S1、S2、S3均打開關(guān)斷狀態(tài)。2）順時(shí)針調(diào)節(jié)HK56上中頻電源的“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕，使定子勵(lì)磁繞組兩端D1、D2施加額定電壓Uf=UfN=60

7、V（HK56上的電壓指示表觀察）且保持不變。3）保持Uf=UfN=60V，用手緩慢向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針，找出轉(zhuǎn)子余弦繞組空載輸出電壓Ur0（用V2表觀察）為最小值的位置，此位置的電壓即為起始零位電壓，設(shè)此時(shí)的的角度為0度，記錄此時(shí)轉(zhuǎn)子余弦繞組的空載輸出電壓Ur0（用V2表觀察）。4）從=0開始，用手緩慢向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針使角度增加，直至=180為止，在這一過程測(cè)取刻度盤指針每旋轉(zhuǎn)10時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子余弦繞組的空載輸出電壓Ur0于表6-1中。表6-1 UfN=60V(deg)0102030405060708090Ur0(V)(deg)100110120130140150160170

8、180Ur0(V)（5）數(shù)據(jù)測(cè)取完后，不要改變6-1接線，直接進(jìn)入到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。4、測(cè)定負(fù)載對(duì)輸出特性影響1）開關(guān)S1、S2仍處于關(guān)斷狀態(tài)，將開關(guān)S3閉合，使用轉(zhuǎn)子余弦繞組帶上負(fù)載RL運(yùn)行。2）順時(shí)針調(diào)節(jié)HK56上中頻電源的“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕，使定子勵(lì)磁繞組兩端D1、D2施加額定電壓Uf=UfN=60V（用HK56上的電壓指示表觀察）且保持不變。3）保持Uf=UfN=60V，用手緩慢向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針，找出轉(zhuǎn)子余弦繞組負(fù)載輸出電壓UrL（用V2表觀察）為最小值的位置，此位置的電壓即為起始零位電壓，設(shè)此時(shí)的的角度為0度，記錄此時(shí)轉(zhuǎn)子余弦繞組的負(fù)載輸出電壓UrL（用V2表觀察）4）從=0開

9、始，用手緩慢向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針使角度增加，直至=180為止，在這一過程測(cè)取刻度盤指針每旋轉(zhuǎn)10時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子余弦繞組的負(fù)載輸出電壓UrL于表6-2中。表6-2 UfN=60V RL=900(deg)0102030405060708090UrL(V)(deg)100110120130140150160170180UrL(V)（5）數(shù)據(jù)測(cè)取完后，不要改變6-1接線，直接進(jìn)入到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。5、測(cè)量二次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)的輸出特性（1）開關(guān)S1仍處于關(guān)斷狀態(tài)，將開關(guān)S3閉合，使用轉(zhuǎn)子余弦繞組帶上負(fù)載RL運(yùn)行，開關(guān)S2也閉合，使二次側(cè)正弦輸出繞組端Z3、Z4經(jīng)補(bǔ)償電阻R閉合。（2）順時(shí)針調(diào)節(jié)HK56

10、上中頻電源的“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕，使定子勵(lì)磁繞組兩端D1、D2施加額定電壓Uf=UfN=60V（用HK56上的電壓指示表觀察）且保持不變。（3）保持Uf=UfN=60V，用手緩慢向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針，找出轉(zhuǎn)子余弦繞組負(fù)載輸出電壓UrL（用V2表觀察）為最小值的位置，此位置的電壓即為起始零位電壓，設(shè)此時(shí)的的角度為0度，記錄此時(shí)轉(zhuǎn)子余弦繞組的負(fù)載輸出電壓UrL（用V2表觀察）（4）從=0開始，用手緩慢向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針使角度增加，直至=180為止，在這一過程測(cè)取刻度盤指針每旋轉(zhuǎn)10時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子余弦繞組的負(fù)載輸出電壓UrL于表6-3中。表6-3 UfN=60V RL=900(deg)0

11、102030405060708090UrL(V)(deg)100110120130140150160170180UrL(V)（5）數(shù)據(jù)測(cè)取完后，不要改變6-1接線，直接進(jìn)入到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。6、測(cè)量一次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)輸出特性（1）斷開關(guān)關(guān)S2，將開關(guān)S3閉合，使用轉(zhuǎn)子余弦繞組帶上負(fù)載RL運(yùn)行，S1也閉合，把一次側(cè)接成補(bǔ)償電路。（2）順時(shí)針調(diào)節(jié)HK56上中頻電源的“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕，使定子勵(lì)磁繞組兩端D1、D2施加額定電壓Uf=UfN=60V（用HK56上的電壓指示表觀察）且保持不變。（3）保持Uf=UfN=60V，用手緩慢向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針，找出轉(zhuǎn)子余弦繞組負(fù)載輸出電壓UrL（用V2表觀察

12、）為最小值的位置，此位置的電壓即為起始零位電壓，設(shè)此時(shí)的的角度為0度，記錄此時(shí)轉(zhuǎn)子余弦繞組的負(fù)載輸出電壓UrL（用V2表觀察）（4）從=0開始，用手緩慢向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)刻度盤上的指針使角度增加，直至=180為止，在這一過程測(cè)取刻度盤指針每旋轉(zhuǎn)10時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子余弦繞組的負(fù)載輸出電壓UrL于表6-4中。表6-4 UfN=60V RL=900(deg)0102030405060708090UrL(V) (deg)100110120130140150160170180UrL(V)（5）數(shù)據(jù)測(cè)取完后，拆除實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。（五）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)表6-1的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，繪制正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載時(shí)輸出電壓Ur0與轉(zhuǎn)

13、子轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，即Ur0=f（）。2、根據(jù)表6-2的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，繪制負(fù)載時(shí)輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，即UrL=f（）。3、根據(jù)表6-3的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，繪制二次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，即UrL=f（）。4、根據(jù)表6-4的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，繪制一次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，即UrL=f（）。5、根據(jù)表6-5的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，繪制正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應(yīng)用時(shí)輸出電壓Ur與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，即Ur=f（）。（六）、思考題1、試分析旋轉(zhuǎn)變壓器一、二次側(cè)補(bǔ)償?shù)脑怼?、試分析正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性變壓器的原理。實(shí)驗(yàn)四 力矩式自整角機(jī)自整角機(jī)是一種

14、對(duì)角位移或角速度的偏差有自整步能力的控制電機(jī)，他廣泛用于顯示裝置和隨動(dòng)系統(tǒng)中，使機(jī)械上互不相連的兩根或多根轉(zhuǎn)軸能自動(dòng)保持相同的轉(zhuǎn)角變化或同步旋轉(zhuǎn)，在系統(tǒng)中通常是兩臺(tái)或多臺(tái)自整角機(jī)組合使用。產(chǎn)生信號(hào)的一方稱發(fā)送機(jī)，接收信號(hào)的一方稱為接收機(jī)。一、使用說明：1、自整角機(jī)技術(shù)參數(shù)發(fā)送機(jī)型號(hào) BD-404A-2接收機(jī)型號(hào) BS-404A激磁電壓 220V5%激磁電流 0.2A次級(jí)電壓 49V頻率 50HZ2、發(fā)送機(jī)的刻度盤及接收機(jī)的指針調(diào)準(zhǔn)在特定位置的方法旋松電機(jī)軸頭螺母，擰緊電機(jī)后軸頭，旋轉(zhuǎn)刻度盤（或手撥指針圓盤）至某要求的刻度值位置，保持該電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置并旋緊軸頭螺母。3、接線柱的使用方法本裝置將自整

15、角機(jī)的五個(gè)輸出端分別與接線柱對(duì)應(yīng)相連，激磁繞組用L1、L2（L1、L2）表示；次級(jí)繞組用T1、T2、T3、（T1、T2、T3）表示。使用時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)接線圖要求用手槍插頭線分別將接線柱連結(jié)，即可完成實(shí)驗(yàn)要求。（注：電源線、連接導(dǎo)線出廠配套）。4、發(fā)送機(jī)的刻度盤上邊和接收機(jī)的指針兩端均有20小格的刻度線，每一小格為3，轉(zhuǎn)角按游標(biāo)尺方法讀數(shù)。5、接收機(jī)的指針圓盤直徑為4cm，測(cè)量靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩=砝碼重力圓盤半徑=砝碼重力2cm。6、將固緊滾花螺釘擰松后，便可用手柄輕巧旋轉(zhuǎn)發(fā)送機(jī)的刻度盤（不允許用力向外拉，以防軸頭變形）。如需固定刻度盤在某刻度值位置不動(dòng)，可用手旋緊滾花螺釘。7、需吊砝碼實(shí)驗(yàn)時(shí)，將串有砝碼

16、勾的線端在指針小圓盤的小孔上，將線繞過小圓盤上邊凹槽，在砝碼勾上吊砝碼即可。8、每套自整角機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置中的發(fā)送機(jī)、接收機(jī)均應(yīng)配套，按同一編號(hào)配套。9、自整角機(jī)變壓器用力矩式自整角接收機(jī)代用。10、需要測(cè)試激磁繞組的信號(hào)，在該部件的電源插座上插上激磁繞組測(cè)試線即可。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解力矩式自整角機(jī)精度和特性的測(cè)定方法2、掌握力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用知識(shí) 三、預(yù)習(xí)要點(diǎn)1、力矩式自整角機(jī)的工作原理2、力矩式自整角機(jī)精度與特性測(cè)試方法3、力矩式自整角機(jī)比整步轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1、測(cè)定力矩式自整角發(fā)送機(jī)的零位誤差。2、測(cè)定力矩式自整角機(jī)靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系曲線。3、測(cè)定力矩式自整

17、角比整步轉(zhuǎn)矩（又稱比力矩）及阻尼時(shí)間。4、測(cè)定力矩式自整角機(jī)的靜態(tài)誤差。五、實(shí)驗(yàn)方法1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)型 號(hào)名 稱數(shù) 量備 注1HK01電源控制屏1件2HK02實(shí)驗(yàn)桌1件3HK54步進(jìn)電機(jī)控制箱(電壓電流表)1件3ZSZ-1自整角機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置1件圓盤半徑為2cm2、測(cè)定力矩式自整角發(fā)送機(jī)的零位誤差1）按圖4-1接線。勵(lì)磁繞組L1、L2接額定激勵(lì)電壓UN（220V），整步繞組T2T3端接電壓表。2）旋轉(zhuǎn)刻度盤，找出輸出電壓為最小的位置作為基準(zhǔn)電氣零位。圖4-1 測(cè)定力矩式自整角機(jī)零位誤差接線圖3）整步繞組三線間共有六個(gè)零位，刻度盤轉(zhuǎn)過60o，即有兩線端輸出電壓為最小值。4）實(shí)測(cè)整步繞組三線間6個(gè)輸出

18、電壓為最小值的相應(yīng)位置角度與電氣角度，并記錄于表4-1中。表4-1理論上應(yīng)轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)電氣零位+180+60+240 +120 +300刻度盤實(shí)際轉(zhuǎn)角誤 差注意：機(jī)械角度超前為正誤差，滯后為負(fù)誤差，正負(fù)最大誤差絕對(duì)值之和的一半，此誤差值即為發(fā)送機(jī)的零位誤差，以角分表示。3、測(cè)定力矩式自整角機(jī)靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系T=f（）圖4-2 力矩式自整角機(jī)實(shí)驗(yàn)接線圖1）確保斷電情況下，按圖4-2接線。2）將發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的勵(lì)磁繞組加額定激勵(lì)電壓220V，待穩(wěn)定后，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)均調(diào)整到0o位置。固緊發(fā)送機(jī)刻度盤在該位置。3）在接收機(jī)的指針圓盤上吊砝碼，記錄砝碼重量以及接收機(jī)轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)角度。在偏轉(zhuǎn)角從零至90 o之間取79組數(shù)據(jù)并記錄于表4-2中。表4-2T（gf.cm）（deg）注意：（1）實(shí)驗(yàn)完畢后，應(yīng)先取下砝碼，再斷開勵(lì)磁電源。 （2）表中T=GR 式中G砝碼重量（gf）；R圓盤半徑2cm4、測(cè)定力矩式自整角機(jī)的靜態(tài)誤差