1、電氣工程及其自動化實驗中心實驗報告姓名:xxx 專業(yè)班級：xxxxxx 學號：xxxxxxxx課程名稱：微特電機及其控制實驗名稱：實驗一 力矩式自整角機實驗實驗日期：2020年6月13日實驗時間：7：20-9：50 實驗報告成績：教師評語：教師簽字： 2020年6月日一、 實驗目的1. 了解力矩式自整角機精度和特性的測定方法。 2. 掌握力矩式自整角機系統(tǒng)的工作原理和應用知識。二、 實驗項目1. 測定力矩式自整角發(fā)送機的零位誤差。 2. 測定力矩式自整角機靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系曲線。 3. 測定力矩式自整角機比整步轉(zhuǎn)矩（又稱比力矩）。 4. 測定力矩式自整角機的靜態(tài)誤差。三、 實驗問答題1

2、. 、簡述力矩式自整角機的工作原理。答：自整角機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。力矩式自整角機帶輕載，常用于開環(huán)系統(tǒng)中，沒有力矩放大作用。力矩式自整角機的工作原理如下圖所示。圖-1：力矩式自整角機工作原理圖左側(cè)是發(fā)送機，用T表示，右側(cè)是接收機，用R表示。T和R的勵磁繞組接入同一個交流電源，三相整步繞組按相序?qū)嘟?。其中，勵磁繞組是轉(zhuǎn)子，整步繞組是定子。對發(fā)送機來說，勵磁繞組轉(zhuǎn)過一個角度1后，在整步繞組中產(chǎn)生感應電動勢Ea1、Eb1、Ec1，它們相位相同，大小與1有關(guān)。同樣的，接收機的勵磁繞組轉(zhuǎn)過一個2角度后，會在接收機的整步繞組中產(chǎn)生感應電動勢Ea2、Eb2、

3、Ec2，它們相位相同，大小與2有關(guān)。這樣在發(fā)送機和接收機的定子之間，由于電勢差，就產(chǎn)生了三個空間上差120，時間上同相位的電流Ia、Ib、Ic。這三個電流會在發(fā)送機和接收機的定子中分別產(chǎn)生脈振磁動勢。且由于這三個電流對發(fā)送機和接收機來說，是大小相等、方向相反的，所以發(fā)送機定子和接收機定子中的合成磁動勢也是大小相等、方向相反的。以轉(zhuǎn)子主磁場方向為d軸，垂直主磁場方向為q軸，則轉(zhuǎn)子勵磁磁通可分為d軸分量和q軸分量d、q，發(fā)送機和接收機定子中的總合成磁動勢、總合成電流也可分為d、q兩個方向的分量，由電磁感應定律，TF(d+q)*(Id+Iq)d*Iq+q*Id，失調(diào)角很小，Id0，故Td*Iqsin

4、()。T1sin() ，T2-sin()，所以當發(fā)送機順時針轉(zhuǎn)過時，發(fā)送機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩為逆時針，試圖使其恢復原位；而接收機轉(zhuǎn)子所受轉(zhuǎn)矩為順時針方向，轉(zhuǎn)子將順時針轉(zhuǎn)動，直到達到協(xié)調(diào)位置。這就是力矩式自整角機的工作原理。2. 簡述力矩式自整角機零位誤差0的定義及測試方法（包括實驗線路圖）。答：零位誤差0的定義：勵磁繞組加額定勵磁電壓，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角時，定子整步繞組中產(chǎn)生的感應電動勢分別為：Ea=Ecos()，Eb=Ecos(-120)，Ec=Ecos(+120)。則當轉(zhuǎn)子位置與繞組a所在的直線重合時，即=0或180，此時Eb=Ec，線電勢Ubc=0。同理，=60或240時，Uab=0；=120或300

5、時，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碌哪骋幌嗟膶嶋H電氣零位偏離理論電氣零位的角度，以角分表示。測試方法：實驗線路圖如下圖所示。勵磁繞組兩端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電氣零位。從基準電氣零位開始，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-2：零位誤差實驗接線圖整部繞組三線間一共有六個理想電氣零位。實驗時，轉(zhuǎn)子從基準零位轉(zhuǎn)動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。實測整步繞組三線間共有6個輸出電壓為最小值的相應位置角度與理論電氣角度并記錄于下表中。理論上應轉(zhuǎn)角度基準0位+60+120+180+240+300實際轉(zhuǎn)過角度誤差注意上表中，機械角度超前為正誤差，滯后為負誤差。取其正、負最大誤差絕對值之和的一半，此誤差值即為發(fā)送機的零位誤差0，以角分表示。3. 在測定靜態(tài)整步轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系 T=f()實驗中，測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，此時偏轉(zhuǎn)的角度接近多少？如果再繼續(xù)增加砝碼重量，實驗裝置會發(fā)生什么？畫圖說明原因。答：由矩角特性曲線可知，接近90時轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)

7、最大值，此時電機輸出的力矩與砝碼重量達到平衡。如果繼續(xù)增加砝碼，由于輸出力矩并不增加，輸出力矩就會小于砝碼重量，電機會不平衡，砝碼會突然跌落，會損壞設(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，簡述比整步轉(zhuǎn)矩的測試和計算方法（要有接線圖）。答：定義：在力矩式自整角機系統(tǒng)中，發(fā)送機和接收機在協(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。測試方法：將電機安裝在分度盤上，軸伸端緊固帶有指針的輪盤，在勵磁繞組 Wf兩端上施加額定電壓。

8、實驗接線如圖-4所示。將接收機整部繞組T2、T3端短接，用細線將適當重量的砝碼繞掛在指針圓盤上，使指針偏轉(zhuǎn)5左右，測得整步轉(zhuǎn)矩。實驗應在正反兩個方向各測一次，兩次測量的平均值應符合標準規(guī)定。然后按照T=T2計算比整步轉(zhuǎn)矩。圖-4：測定力矩式自整角機比整步轉(zhuǎn)矩接線圖5. 簡述力矩式自整角機靜態(tài)誤差測試方法、畫出接線圖并說明靜態(tài)誤差J的計算方法。答：在力矩式自整角機系統(tǒng)中，靜態(tài)協(xié)調(diào)時，接收機與發(fā)送機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之差即靜態(tài)誤差jt。實驗接線圖如圖-5所示。圖-5：測定力矩式自整角機靜態(tài)誤差接線圖測試方法：將發(fā)送機和接收機的勵磁繞組加額定勵磁電壓220V，待穩(wěn)定后，把發(fā)送機和接收機調(diào)整在0位置，緩慢旋轉(zhuǎn)發(fā)

9、送機刻度盤，每轉(zhuǎn)過20，測取接收機實際轉(zhuǎn)過的角度并記錄于下表中。計算方法：接收機轉(zhuǎn)角超前為正誤差，滯后為負誤差，正、負最大誤差絕對值之和的一半即為力矩式接收機的靜態(tài)誤差。四、 實驗建議希望可以對力矩式自整角機的實際應用，以及現(xiàn)在的替代方案進行簡要介紹。 電氣工程及其自動化實驗中心實驗報告姓名:xxx 專業(yè)班級：xxxxxx 學號：xxxxxxxxx課程名稱：微特電機及其控制實驗名稱：實驗二 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器實驗實驗日期：2020年6月13日實驗時間：10：00-12：30 實驗報告成績：教師評語：教師簽字： 2020年6月日一、實驗目的1. 研究測定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載輸出特性和負載輸出特性

10、。 2. 研究測定二次側(cè)補償、一次側(cè)補償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器的輸出特性。 3. 了解正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的幾種應用情況。二、 實驗項目1. 測定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器在空載時的輸出特性。 2. 測定負載對輸出特性的影響。 3. 二次側(cè)補償后負載時的輸出特性。 4. 一次側(cè)補償后負載時的輸出特性。 5. 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應用時的接線圖。三、 實驗問答題1. 簡述正余弦旋轉(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，它的定子繞組相當于普通變壓器的一次側(cè)，轉(zhuǎn)子繞組相當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繞組是勵磁繞組，S2繞組是一次側(cè)補償繞組；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：空載時磁場分布矢量圖空載運行時，一次側(cè)S1接交流電，S2斷開，轉(zhuǎn)子R1、R2繞組斷開。設(shè)勵磁繞組軸線方向為d軸，對一次側(cè)，Uf=-Ef+If*Rf，忽略漏電抗壓降時，Uf=Ef=4.44

12、fWd，所以Uf不變時，d是常數(shù)；對二次側(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)生的電勢為：ER1=4.44fWd1ERsin(a)，ER2=4.44fWd2ERcos(a)令ku=EREf=WRWS，則：ER1=kuEfsin(a)，ER2=kuEfcos(a)空載時，端電壓和電勢相等，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。 負載時，(如R1-R1接負載)，則二次側(cè)電流不為0，IR1在R1繞組中會產(chǎn)生一個沿R1方向的磁場R1，將

13、R1 分解到d軸和q軸，其中d軸分量對勵磁磁場的影響可以通過定子勵磁電流的變化進行補償，而q軸分量無法自動補償，為此我們需要人為在一次側(cè)或二次側(cè)進行補償，以去除R1q對勵磁磁場的影響。2. 根據(jù)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器各實驗原理圖，說明空載、負載、二次側(cè)補償、一次側(cè)補償實驗的方法及步驟。答：空載實驗：圖-3：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載及負載實驗接線圖接線如圖-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對準該起始零位位置。d) 在 0180間刻度盤，每轉(zhuǎn)角10，測量轉(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在坐標紙上畫出Ur10-a曲線，即為旋轉(zhuǎn)變壓器的空載特性。負載實驗：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)變壓器帶負載電阻 RL運行。 按上述空載實驗的方法測量正弦負載輸出電壓UR與轉(zhuǎn)角的數(shù)值并記錄

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

16、源不是穩(wěn)定的60V：負載變化時，負載電流對勵磁磁勢產(chǎn)生影響，從而對勵磁電源產(chǎn)生影響，導致勵磁電源是波動的。解決：實驗時，每次操作時如果勵磁電源非60V，需手動調(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：每個操作者對轉(zhuǎn)盤的調(diào)節(jié)、讀數(shù)有誤差。4. 簡要說明負載實驗對正弦輸出特性有何影響？。答：負載時，電路圖如圖-4所示，此時二次側(cè)R1繞組，由于連接負載，產(chǎn)生了電流IR1，這個電流再R1繞組中產(chǎn)生磁勢FR1，將FR1分解到d軸和q軸，如圖-5所示，F(xiàn)R1d對Fd的去磁影響，可以通過勵磁電流的變化來抵消，但q軸磁動勢FR1q的影響，不可能通過勵磁電流抵消。圖-4：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器負載時接線圖圖-5：正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器負載時磁場分布矢量圖所以負載時，輸出電壓不再是轉(zhuǎn)角的余弦函數(shù)和正弦