微特電機(jī)實(shí)驗(yàn)思考題.doc

1、電氣工程及其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名:xxx 專業(yè)班級(jí)：xxxxxx 學(xué)號(hào)：xxxxxxxx課程名稱：微特電機(jī)及其控制實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)一 力矩式自整角機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2020年6月13日實(shí)驗(yàn)時(shí)間：7：20-9：50 實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)：教師評(píng)語(yǔ)：教師簽字： 2020年6月日一、 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)。二、 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)定力矩式自整角機(jī)比整步轉(zhuǎn)矩（又稱比力矩）。 4. 測(cè)定力矩式自整角機(jī)的靜態(tài)誤差。三、 實(shí)驗(yàn)問答題1

2、. 、簡(jiǎn)述力矩式自整角機(jī)的工作原理。答：自整角機(jī)是利用自整步特性將轉(zhuǎn)角變?yōu)榻涣麟妷夯蛴山涣麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)角的電機(jī)。力矩式自整角機(jī)帶輕載，常用于開環(huán)系統(tǒng)中，沒有力矩放大作用。力矩式自整角機(jī)的工作原理如下圖所示。圖-1：力矩式自整角機(jī)工作原理圖左側(cè)是發(fā)送機(jī)，用T表示，右側(cè)是接收機(jī)，用R表示。T和R的勵(lì)磁繞組接入同一個(gè)交流電源，三相整步繞組按相序?qū)?yīng)相接。其中，勵(lì)磁繞組是轉(zhuǎn)子，整步繞組是定子。對(duì)發(fā)送機(jī)來說，勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)過一個(gè)角度1后，在整步繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea1、Eb1、Ec1，它們相位相同，大小與1有關(guān)。同樣的，接收機(jī)的勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)過一個(gè)2角度后，會(huì)在接收機(jī)的整步繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea2、Eb2、

3、Ec2，它們相位相同，大小與2有關(guān)。這樣在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的定子之間，由于電勢(shì)差，就產(chǎn)生了三個(gè)空間上差120，時(shí)間上同相位的電流Ia、Ib、Ic。這三個(gè)電流會(huì)在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的定子中分別產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢(shì)。且由于這三個(gè)電流對(duì)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)來說，是大小相等、方向相反的，所以發(fā)送機(jī)定子和接收機(jī)定子中的合成磁動(dòng)勢(shì)也是大小相等、方向相反的。以轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)方向?yàn)閐軸，垂直主磁場(chǎng)方向?yàn)閝軸，則轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁通可分為d軸分量和q軸分量d、q，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)定子中的總合成磁動(dòng)勢(shì)、總合成電流也可分為d、q兩個(gè)方向的分量，由電磁感應(yīng)定律，TF(d+q)*(Id+Iq)d*Iq+q*Id，失調(diào)角很小，Id0，故Td*Iqsin

4、()。T1sin() ，T2-sin()，所以當(dāng)發(fā)送機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)過時(shí)，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩為逆時(shí)針，試圖使其恢復(fù)原位；而接收機(jī)轉(zhuǎn)子所受轉(zhuǎn)矩為順時(shí)針方向，轉(zhuǎn)子將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直到達(dá)到協(xié)調(diào)位置。這就是力矩式自整角機(jī)的工作原理。2. 簡(jiǎn)述力矩式自整角機(jī)零位誤差0的定義及測(cè)試方法（包括實(shí)驗(yàn)線路圖）。答：零位誤差0的定義：勵(lì)磁繞組加額定勵(lì)磁電壓，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角時(shí)，定子整步繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為：Ea=Ecos()，Eb=Ecos(-120)，Ec=Ecos(+120)。則當(dāng)轉(zhuǎn)子位置與繞組a所在的直線重合時(shí)，即=0或180，此時(shí)Eb=Ec，線電勢(shì)Ubc=0。同理，=60或240時(shí)，Uab=0；=120或300

5、時(shí)，Uac=0。這些位置稱為理論電氣零位。所謂零位誤差，是指由于某種原因?qū)е碌哪骋幌嗟膶?shí)際電氣零位偏離理論電氣零位的角度，以角分表示。測(cè)試方法：實(shí)驗(yàn)線路圖如下圖所示。勵(lì)磁繞組兩端L1L2施加額定激磁電壓UN(220V), 將整步繞組 T2-T3端接數(shù)字式交流電壓表，測(cè)輸出電壓。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。從基準(zhǔn)電氣零位開始，刻度盤轉(zhuǎn)過60，整步繞組中有一線電壓為0的位置，此位置稱為理想電氣零位。 圖-2：零位誤差實(shí)驗(yàn)接線圖整部繞組三線間一共有六個(gè)理想電氣零位。實(shí)驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)子從基準(zhǔn)零位轉(zhuǎn)動(dòng)0或180，T3-T2間線電壓將出現(xiàn)為0的位置；轉(zhuǎn)過60或240，T3-T1間線電壓

6、將出現(xiàn)為0的位置；轉(zhuǎn)過120或300，T1-T2間線電壓將出現(xiàn)為0的位置。實(shí)測(cè)整步繞組三線間共有6個(gè)輸出電壓為最小值的相應(yīng)位置角度與理論電氣角度并記錄于下表中。理論上應(yīng)轉(zhuǎn)角度基準(zhǔn)0位+60+120+180+240+300實(shí)際轉(zhuǎn)過角度誤差注意上表中，機(jī)械角度超前為正誤差，滯后為負(fù)誤差。取其正、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0，以角分表示。3. 在測(cè)定靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系 T=f()實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試范圍要求從平衡狀態(tài)開始逐步到接近最大力矩處就結(jié)束，此時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度接近多少？如果再繼續(xù)增加砝碼重量，實(shí)驗(yàn)裝置會(huì)發(fā)生什么？畫圖說明原因。答：由矩角特性曲線可知，接近90時(shí)轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)

7、最大值，此時(shí)電機(jī)輸出的力矩與砝碼重量達(dá)到平衡。如果繼續(xù)增加砝碼，由于輸出力矩并不增加，輸出力矩就會(huì)小于砝碼重量，電機(jī)會(huì)不平衡，砝碼會(huì)突然跌落，會(huì)損壞設(shè)備。 圖-3：矩角特性曲線4. 根據(jù)比整步轉(zhuǎn)矩 T公式及定義，簡(jiǎn)述比整步轉(zhuǎn)矩的測(cè)試和計(jì)算方法（要有接線圖）。答：定義：在力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)送機(jī)和接收機(jī)在協(xié)調(diào)位置附近，單位失調(diào)角所產(chǎn)生的整步轉(zhuǎn)矩稱為力矩式自整角機(jī)的比整步轉(zhuǎn)矩。公式：T=T2，式中：T=G*R整步轉(zhuǎn)矩，單位gcm； 指針偏轉(zhuǎn)的角度，單位deg；G砝碼重量，單位g；R輪盤半徑，單位cm。測(cè)試方法：將電機(jī)安裝在分度盤上，軸伸端緊固帶有指針的輪盤，在勵(lì)磁繞組 Wf兩端上施加額定電壓。

8、實(shí)驗(yàn)接線如圖-4所示。將接收機(jī)整部繞組T2、T3端短接，用細(xì)線將適當(dāng)重量的砝碼繞掛在指針圓盤上，使指針偏轉(zhuǎn)5左右，測(cè)得整步轉(zhuǎn)矩。實(shí)驗(yàn)應(yīng)在正反兩個(gè)方向各測(cè)一次，兩次測(cè)量的平均值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。然后按照T=T2計(jì)算比整步轉(zhuǎn)矩。圖-4：測(cè)定力矩式自整角機(jī)比整步轉(zhuǎn)矩接線圖5. 簡(jiǎn)述力矩式自整角機(jī)靜態(tài)誤差測(cè)試方法、畫出接線圖并說明靜態(tài)誤差J的計(jì)算方法。答：在力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)中，靜態(tài)協(xié)調(diào)時(shí)，接收機(jī)與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之差即靜態(tài)誤差jt。實(shí)驗(yàn)接線圖如圖-5所示。圖-5：測(cè)定力矩式自整角機(jī)靜態(tài)誤差接線圖測(cè)試方法：將發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的勵(lì)磁繞組加額定勵(lì)磁電壓220V，待穩(wěn)定后，把發(fā)送機(jī)和接收機(jī)調(diào)整在0位置，緩慢旋轉(zhuǎn)發(fā)

9、送機(jī)刻度盤，每轉(zhuǎn)過20，測(cè)取接收機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度并記錄于下表中。計(jì)算方法：接收機(jī)轉(zhuǎn)角超前為正誤差，滯后為負(fù)誤差，正、負(fù)最大誤差絕對(duì)值之和的一半即為力矩式接收機(jī)的靜態(tài)誤差。四、 實(shí)驗(yàn)建議希望可以對(duì)力矩式自整角機(jī)的實(shí)際應(yīng)用，以及現(xiàn)在的替代方案進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 電氣工程及其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名:xxx 專業(yè)班級(jí)：xxxxxx 學(xué)號(hào)：xxxxxxxxx課程名稱：微特電機(jī)及其控制實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)二 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2020年6月13日實(shí)驗(yàn)時(shí)間：10：00-12：30 實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)：教師評(píng)語(yǔ)：教師簽字： 2020年6月日一、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

10、。 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、 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1. 測(cè)定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器在空載時(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。三、 實(shí)驗(yàn)問答題1. 簡(jiǎn)述正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理。答：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器和普通變壓器原理一樣，它的定子繞組相當(dāng)于普通變壓器的一次側(cè)，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于普通變壓器的二次側(cè)，他們都是利用一次側(cè)和二次側(cè)之間的互感工作的。所不同的是，普通變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)繞組是相對(duì)靜止的，它

11、們之間的互感最大且保持不變；旋轉(zhuǎn)變壓器中一次側(cè)和二次側(cè)繞組間的相對(duì)位置是可變的，它們之間的互感也隨之改變，所以在二次側(cè)可以獲得和旋轉(zhuǎn)角成正余弦關(guān)系的端電壓。圖-1：正余弦變壓器的原理示意圖在圖-1中，一次側(cè)(定子)中S1繞組是勵(lì)磁繞組，S2繞組是一次側(cè)補(bǔ)償繞組；二次側(cè)(轉(zhuǎn)子)中R1繞組是正弦輸出繞組，R2繞組是余弦輸出繞組。如果單獨(dú)把S1、R1拿出來，并保持轉(zhuǎn)子靜止，那么S1、R1就構(gòu)成了普通變壓器。 圖-2：空載時(shí)磁場(chǎng)分布矢量圖空載運(yùn)行時(shí)，一次側(cè)S1接交流電，S2斷開，轉(zhuǎn)子R1、R2繞組斷開。設(shè)勵(lì)磁繞組軸線方向?yàn)閐軸，對(duì)一次側(cè)，Uf=-Ef+If*Rf，忽略漏電抗壓降時(shí)，Uf=Ef=4.44

12、fWd，所以Uf不變時(shí)，d是常數(shù)；對(duì)二次側(cè)，d可分為d1和d2，由圖-2可看出：d1=dsin(a)，d2=dcos(a)則轉(zhuǎn)子的正、余弦繞組產(chǎn)生的電勢(shì)為：ER1=4.44fWd1ERsin(a)，ER2=4.44fWd2ERcos(a)令ku=EREf=WRWS，則：ER1=kuEfsin(a)，ER2=kuEfcos(a)空載時(shí)，端電壓和電勢(shì)相等，故： UR10= kuUfsin(a), UR20= kuUfcos(a)由此可見，正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的二次側(cè)端電壓大小與轉(zhuǎn)角成正、余弦關(guān)系。 負(fù)載時(shí)，(如R1-R1接負(fù)載)，則二次側(cè)電流不為0，IR1在R1繞組中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿R1方向的磁場(chǎng)R1，將

13、R1 分解到d軸和q軸，其中d軸分量對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)的影響可以通過定子勵(lì)磁電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償，而q軸分量無(wú)法自動(dòng)補(bǔ)償，為此我們需要人為在一次側(cè)或二次側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，以去除R1q對(duì)勵(lì)磁磁場(chǎng)的影響。2. 根據(jù)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器各實(shí)驗(yàn)原理圖，說明空載、負(fù)載、二次側(cè)補(bǔ)償、一次側(cè)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)的方法及步驟。答：空載實(shí)驗(yàn)：圖-3：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載及負(fù)載實(shí)驗(yàn)接線圖接線如圖-3所示。 R、RL均采用Y-03掛箱上900串聯(lián)900共1800 電阻，并調(diào)定在1200阻值。開關(guān) S1、S2、S3采用 Y-05 掛箱上單刀雙擲開 關(guān)。 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。 a)

14、 開關(guān) S1、S2、S3均斷開。 b) 定子激磁繞組 D1、D2 兩端施加額定電壓 UN(60V、400Hz)且保持恒 定。 c) 用手柄緩慢旋轉(zhuǎn)刻度盤，找出正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，使刻度盤的 0對(duì)準(zhǔn)該起始零位位置。d) 在 0180間刻度盤，每轉(zhuǎn)角10，測(cè)量轉(zhuǎn)子正弦空載輸出電壓 Ur10 與刻度盤轉(zhuǎn)角的數(shù)值，并記錄于表-1中。表-1在坐標(biāo)紙上畫出Ur10-a曲線，即為旋轉(zhuǎn)變壓器的空載特性。負(fù)載實(shí)驗(yàn)：在接線圖-3中，把開關(guān) S3閉合，開關(guān) S1、S2仍打開，使正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器帶負(fù)載電阻 RL運(yùn)行。 按上述空載實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量正弦負(fù)載輸出電壓UR與轉(zhuǎn)角的數(shù)值并記錄

15、于表-2中。表-2二次側(cè)補(bǔ)償：在接線圖-3中，開關(guān) S1斷開，S3閉合接通負(fù)載電阻 RL，S2閉合，使二次側(cè)正弦輸出繞組Z3、Z4經(jīng)補(bǔ)償電阻R閉合。仍按上述空載實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量正弦負(fù)載輸出電壓Ur1與轉(zhuǎn)角的數(shù)值并記錄于表-3中。在實(shí)驗(yàn)時(shí)注意一次側(cè)輸入電流的變化。表-3一次側(cè)補(bǔ)償：在接線圖-3中，開關(guān) S2斷開，S3閉合接通負(fù)載電阻 RL，S1閉合，使一次側(cè)接成補(bǔ)償電路。仍按上述空載實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量正弦負(fù)載輸出電壓Ur1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的數(shù)值， 并記錄于表-4中。在實(shí)驗(yàn)中注意一次側(cè)輸入電流的變化。表-43. 轉(zhuǎn)角與輸出電壓關(guān)系的測(cè)試中，輸出電壓與角度的測(cè)取誤差主要由那個(gè)幾個(gè)因素造成的？如何解決？答：勵(lì)磁電

16、源不是穩(wěn)定的60V：負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載電流對(duì)勵(lì)磁磁勢(shì)產(chǎn)生影響，從而對(duì)勵(lì)磁電源產(chǎn)生影響，導(dǎo)致勵(lì)磁電源是波動(dòng)的。解決：實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次操作時(shí)如果勵(lì)磁電源非60V，需手動(dòng)調(diào)至60V，然后再記錄數(shù)據(jù)。儀表的誤差：解決：選用更精確的儀表。人為因素：每個(gè)操作者對(duì)轉(zhuǎn)盤的調(diào)節(jié)、讀數(shù)有誤差。4. 簡(jiǎn)要說明負(fù)載實(shí)驗(yàn)對(duì)正弦輸出特性有何影響？。答：負(fù)載時(shí)，電路圖如圖-4所示，此時(shí)二次側(cè)R1繞組，由于連接負(fù)載，產(chǎn)生了電流IR1，這個(gè)電流再R1繞組中產(chǎn)生磁勢(shì)FR1，將FR1分解到d軸和q軸，如圖-5所示，F(xiàn)R1d對(duì)Fd的去磁影響，可以通過勵(lì)磁電流的變化來抵消，但q軸磁動(dòng)勢(shì)FR1q的影響，不可能通過勵(lì)磁電流抵消。圖-4：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器負(fù)載時(shí)接線圖圖-5：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器負(fù)載時(shí)磁場(chǎng)分布矢量圖所以負(fù)載時(shí)，輸出電壓不再是轉(zhuǎn)角的余弦函數(shù)和正弦