微特电机实验思考题.doc

1、电气工程及其自动化实验中心实验报告姓名:xxx 专业班级：xxxxxx 学号：xxxxxxxx课程名称：微特电机及其控制实验名称：实验一 力矩式自整角机实验实验日期：2020年6月13日实验时间：7：20-9：50 实验报告成绩：教师评语：教师签字： 2020年6月日一、 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、 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. 测定力矩式自整角机比整步转矩（又称比力矩）。 4. 测定力矩式自整角机的静态误差。三、 实验问答题1

2、. 、简述力矩式自整角机的工作原理。答：自整角机是利用自整步特性将转角变为交流电压或由交流电压转变为转角的电机。力矩式自整角机带轻载，常用于开环系统中，没有力矩放大作用。力矩式自整角机的工作原理如下图所示。图-1：力矩式自整角机工作原理图左侧是发送机，用T表示，右侧是接收机，用R表示。T和R的励磁绕组接入同一个交流电源，三相整步绕组按相序对应相接。其中，励磁绕组是转子，整步绕组是定子。对发送机来说，励磁绕组转过一个角度1后，在整步绕组中产生感应电动势Ea1、Eb1、Ec1，它们相位相同，大小与1有关。同样的，接收机的励磁绕组转过一个2角度后，会在接收机的整步绕组中产生感应电动势Ea2、Eb2、

3、Ec2，它们相位相同，大小与2有关。这样在发送机和接收机的定子之间，由于电势差，就产生了三个空间上差120，时间上同相位的电流Ia、Ib、Ic。这三个电流会在发送机和接收机的定子中分别产生脉振磁动势。且由于这三个电流对发送机和接收机来说，是大小相等、方向相反的，所以发送机定子和接收机定子中的合成磁动势也是大小相等、方向相反的。以转子主磁场方向为d轴，垂直主磁场方向为q轴，则转子励磁磁通可分为d轴分量和q轴分量d、q，发送机和接收机定子中的总合成磁动势、总合成电流也可分为d、q两个方向的分量，由电磁感应定律，TF(d+q)*(Id+Iq)d*Iq+q*Id，失调角很小，Id0，故Td*Iqsin

4、()。T1sin() ，T2-sin()，所以当发送机顺时针转过时，发送机转子的转矩为逆时针，试图使其恢复原位；而接收机转子所受转矩为顺时针方向，转子将顺时针转动，直到达到协调位置。这就是力矩式自整角机的工作原理。2. 简述力矩式自整角机零位误差0的定义及测试方法（包括实验线路图）。答：零位误差0的定义：励磁绕组加额定励磁电压，当转子转过角时，定子整步绕组中产生的感应电动势分别为：Ea=Ecos()，Eb=Ecos(-120)，Ec=Ecos(+120)。则当转子位置与绕组a所在的直线重合时，即=0或180，此时Eb=Ec，线电势Ubc=0。同理，=60或240时，Uab=0；=120或300

5、时，Uac=0。这些位置称为理论电气零位。所谓零位误差，是指由于某种原因导致的某一相的实际电气零位偏离理论电气零位的角度，以角分表示。测试方法：实验线路图如下图所示。励磁绕组两端L1L2施加额定激磁电压UN(220V), 将整步绕组 T2-T3端接数字式交流电压表，测输出电压。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。从基准电气零位开始，刻度盘转过60，整步绕组中有一线电压为0的位置，此位置称为理想电气零位。 图-2：零位误差实验接线图整部绕组三线间一共有六个理想电气零位。实验时，转子从基准零位转动0或180，T3-T2间线电压将出现为0的位置；转过60或240，T3-T1间线电压

6、将出现为0的位置；转过120或300，T1-T2间线电压将出现为0的位置。实测整步绕组三线间共有6个输出电压为最小值的相应位置角度与理论电气角度并记录于下表中。理论上应转角度基准0位+60+120+180+240+300实际转过角度误差注意上表中，机械角度超前为正误差，滞后为负误差。取其正、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0，以角分表示。3. 在测定静态整步转矩与失调角的关系 T=f()实验中，测试范围要求从平衡状态开始逐步到接近最大力矩处就结束，此时偏转的角度接近多少？如果再继续增加砝码重量，实验装置会发生什么？画图说明原因。答：由矩角特性曲线可知，接近90时转矩出现

7、最大值，此时电机输出的力矩与砝码重量达到平衡。如果继续增加砝码，由于输出力矩并不增加，输出力矩就会小于砝码重量，电机会不平衡，砝码会突然跌落，会损坏设备。 图-3：矩角特性曲线4. 根据比整步转矩 T公式及定义，简述比整步转矩的测试和计算方法（要有接线图）。答：定义：在力矩式自整角机系统中，发送机和接收机在协调位置附近，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。公式：T=T2，式中：T=G*R整步转矩，单位gcm； 指针偏转的角度，单位deg；G砝码重量，单位g；R轮盘半径，单位cm。测试方法：将电机安装在分度盘上，轴伸端紧固带有指针的轮盘，在励磁绕组 Wf两端上施加额定电压。

8、实验接线如图-4所示。将接收机整部绕组T2、T3端短接，用细线将适当重量的砝码绕挂在指针圆盘上，使指针偏转5左右，测得整步转矩。实验应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。然后按照T=T2计算比整步转矩。图-4：测定力矩式自整角机比整步转矩接线图5. 简述力矩式自整角机静态误差测试方法、画出接线图并说明静态误差J的计算方法。答：在力矩式自整角机系统中，静态协调时，接收机与发送机转子转角之差即静态误差jt。实验接线图如图-5所示。图-5：测定力矩式自整角机静态误差接线图测试方法：将发送机和接收机的励磁绕组加额定励磁电压220V，待稳定后，把发送机和接收机调整在0位置，缓慢旋转发

9、送机刻度盘，每转过20，测取接收机实际转过的角度并记录于下表中。计算方法：接收机转角超前为正误差，滞后为负误差，正、负最大误差绝对值之和的一半即为力矩式接收机的静态误差。四、 实验建议希望可以对力矩式自整角机的实际应用，以及现在的替代方案进行简要介绍。 电气工程及其自动化实验中心实验报告姓名:xxx 专业班级：xxxxxx 学号：xxxxxxxxx课程名称：微特电机及其控制实验名称：实验二 正余弦旋转变压器实验实验日期：2020年6月13日实验时间：10：00-12：30 实验报告成绩：教师评语：教师签字： 2020年6月日一、实验目的1. 研究测定正余弦旋转变压器的空载输出特性和负载输出特性

10、。 2. 研究测定二次侧补偿、一次侧补偿的正余弦旋转变压器的输出特性。 3. 了解正余弦旋转变压器的几种应用情况。二、 实验项目1. 测定正余弦旋转变压器在空载时的输出特性。 2. 测定负载对输出特性的影响。 3. 二次侧补偿后负载时的输出特性。 4. 一次侧补偿后负载时的输出特性。 5. 正余弦旋转变压器作线性应用时的接线图。三、 实验问答题1. 简述正余弦旋转变压器的工作原理。答：正余弦旋转变压器和普通变压器原理一样，它的定子绕组相当于普通变压器的一次侧，转子绕组相当于普通变压器的二次侧，他们都是利用一次侧和二次侧之间的互感工作的。所不同的是，普通变压器的一次侧和二次侧绕组是相对静止的，它

11、们之间的互感最大且保持不变；旋转变压器中一次侧和二次侧绕组间的相对位置是可变的，它们之间的互感也随之改变，所以在二次侧可以获得和旋转角成正余弦关系的端电压。图-1：正余弦变压器的原理示意图在图-1中，一次侧(定子)中S1绕组是励磁绕组，S2绕组是一次侧补偿绕组；二次侧(转子)中R1绕组是正弦输出绕组，R2绕组是余弦输出绕组。如果单独把S1、R1拿出来，并保持转子静止，那么S1、R1就构成了普通变压器。 图-2：空载时磁场分布矢量图空载运行时，一次侧S1接交流电，S2断开，转子R1、R2绕组断开。设励磁绕组轴线方向为d轴，对一次侧，Uf=-Ef+If*Rf，忽略漏电抗压降时，Uf=Ef=4.44

12、fWd，所以Uf不变时，d是常数；对二次侧，d可分为d1和d2，由图-2可看出：d1=dsin(a)，d2=dcos(a)则转子的正、余弦绕组产生的电势为：ER1=4.44fWd1ERsin(a)，ER2=4.44fWd2ERcos(a)令ku=EREf=WRWS，则：ER1=kuEfsin(a)，ER2=kuEfcos(a)空载时，端电压和电势相等，故： UR10= kuUfsin(a), UR20= kuUfcos(a)由此可见，正余弦旋转变压器的二次侧端电压大小与转角成正、余弦关系。 负载时，(如R1-R1接负载)，则二次侧电流不为0，IR1在R1绕组中会产生一个沿R1方向的磁场R1，将

13、R1 分解到d轴和q轴，其中d轴分量对励磁磁场的影响可以通过定子励磁电流的变化进行补偿，而q轴分量无法自动补偿，为此我们需要人为在一次侧或二次侧进行补偿，以去除R1q对励磁磁场的影响。2. 根据正余弦旋转变压器各实验原理图，说明空载、负载、二次侧补偿、一次侧补偿实验的方法及步骤。答：空载实验：图-3：正余弦旋转变压器空载及负载实验接线图接线如图-3所示。 R、RL均采用Y-03挂箱上900串联900共1800 电阻，并调定在1200阻值。开关 S1、S2、S3采用 Y-05 挂箱上单刀双掷开 关。 D1、D2为激磁绕组，D3、D4为补偿绕组，Z1、Z2为余弦绕组，Z3、Z4为正 弦绕组。 a)

14、 开关 S1、S2、S3均断开。 b) 定子激磁绕组 D1、D2 两端施加额定电压 UN(60V、400Hz)且保持恒 定。 c) 用手柄缓慢旋转刻度盘，找出正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，使刻度盘的 0对准该起始零位位置。d) 在 0180间刻度盘，每转角10，测量转子正弦空载输出电压 Ur10 与刻度盘转角的数值，并记录于表-1中。表-1在坐标纸上画出Ur10-a曲线，即为旋转变压器的空载特性。负载实验：在接线图-3中，把开关 S3闭合，开关 S1、S2仍打开，使正余弦旋转变压器带负载电阻 RL运行。 按上述空载实验的方法测量正弦负载输出电压UR与转角的数值并记录

15、于表-2中。表-2二次侧补偿：在接线图-3中，开关 S1断开，S3闭合接通负载电阻 RL，S2闭合，使二次侧正弦输出绕组Z3、Z4经补偿电阻R闭合。仍按上述空载实验的方法测量正弦负载输出电压Ur1与转角的数值并记录于表-3中。在实验时注意一次侧输入电流的变化。表-3一次侧补偿：在接线图-3中，开关 S2断开，S3闭合接通负载电阻 RL，S1闭合，使一次侧接成补偿电路。仍按上述空载实验的方法测量正弦负载输出电压Ur1与转子转角的数值， 并记录于表-4中。在实验中注意一次侧输入电流的变化。表-43. 转角与输出电压关系的测试中，输出电压与角度的测取误差主要由那个几个因素造成的？如何解决？答：励磁电

16、源不是稳定的60V：负载变化时，负载电流对励磁磁势产生影响，从而对励磁电源产生影响，导致励磁电源是波动的。解决：实验时，每次操作时如果励磁电源非60V，需手动调至60V，然后再记录数据。仪表的误差：解决：选用更精确的仪表。人为因素：每个操作者对转盘的调节、读数有误差。4. 简要说明负载实验对正弦输出特性有何影响？。答：负载时，电路图如图-4所示，此时二次侧R1绕组，由于连接负载，产生了电流IR1，这个电流再R1绕组中产生磁势FR1，将FR1分解到d轴和q轴，如图-5所示，FR1d对Fd的去磁影响，可以通过励磁电流的变化来抵消，但q轴磁动势FR1q的影响，不可能通过励磁电流抵消。图-4：正余弦旋转变压器负载时接线图图-5：正余弦旋转变压器负载时磁场分布矢量图所以负载时，输出电压不再是转角的余弦函数和正弦