交流伺服电机电容移相及幅值控制
2021-2022学年第一学期自动控制元件实验报告实验名称： 交流伺服电机电容移相及幅值控制 姓 名： 学 号： 班 级： 组 别： 同组成员： 实验时间： 年 月 日一、实验目的1. 掌握电容移相的原理。 2. 研究交流伺服电机在幅相控制时的机械特性。3. 研究交流伺服电机在幅相控制时的调节特性。 4. 培养团队分工与合作能力，提升自身在团队中承担任务的能力。二、实验内容及原理1.实验内容（1）设计与测试电容移相电路 （2）研究幅相控制时交流伺服电机调节特性（3）研究幅相控制时交流伺服电机调机械特性2.实验线路（1）电容移相实验线路（图2-1）图2-1 电容移相实验线路（2）交流伺服电机幅相控制实验线路（图2-2）图2-2 交流伺服电机幅相控制实验线路3. 实验原理(1)电容移相实验采用电容移相时，所需要的电容值大小可以通过计算得到(在已知电机有关参数的情况下)，也可以通过实验的方法给电机选配电容。本实验介绍如何通过实验的方法确定移相电容值的大小。电容移相实验线路如图2-1所示(控制绕组开路即Uk=0)。把电源电压和经过电容移相以后加在激磁绕组上的电压分别加在示波器的X通道和Y通道上。图中的电容器C,在选配过程中采用若千个电容器进行串联和/或并联。我们观察示波器上所显示的李萨育图形。如果显示的图形是倾斜的椭圆，说明两个电压相位差不是90°如果是直立的椭圆，说明两个电压相位差90°如果是一个正圆，表明两个电压不仅相位差90而且幅值也相等。串联和/或并联了电容以后，只是电机在某一特定的转速下移相前后的电压相位相差90° (或幅值也基本相等)，当电机转速改变(通过改变控制电压或转矩)时,激磁电压的幅值和相位都在改变。一般情况下为了使控制电机得到最大的启动转矩，常常在零转速即n=0时来选配电容，使两个电压相位差等于90°。2)幅相控制实验该实验采用电容移相方法来进行。采用电容移相时所需电容器只能在某一特定的转速下进行选配，一般选配好之后不再改变。然而在控制过程中，随着控制电压Uk的改变,两个电压的相位差和激磁电压Uj的大小与相位都将随着变化(所以这种控制方式称为幅相控制),可见交流伺服电机常常工作在椭圆形旋转磁场下，旋转磁场的椭圆度比幅值控制时还大。采用电容移相方法进行幅相控制时，机械特性曲线的线性度更差。对于不同的负载转矩，控制特性也不同。3、 实验设备及仪表1. 电动机：70SL58 l 2. 三相交流调压器 l 3. 单相自耦调压器 l 4. 数控电容器 l 5. 示波器、万用表、交流电压表4、 实验步骤及实验数据1.电容移相实验（1）检查负载是否为最小负载，即转矩输出为“0”，检查转速是否指示为“0.0” 。 （2）打开钥匙开关，选择“其他负载”“电源最大功率输出”，老师检查后再上电。 （3）调节三相调压器旋钮，使输出相电压（即励磁电压）约为10V。 （4）旋转单相自耦调压器旋钮，直至增大控制线圈电压约为10V。 （5）调节数控电容器的电容，使移相角度最小，保存电容移相波形。图4-1 李萨育图像图4-2 控制线圈电压和励磁线圈电压相位关系图2. 交流伺服电机幅相控制实验（1） 注意励磁线圈、控制线圈要与相应的电源连接牢固。（2） 检查负载是否为最小负载，即转矩输出为“0”，检查转速是否指示为“0.0” 。（3）打开钥匙开关，选择“其他负载”“电源最大功率输出”，老师检查后方可上电。 （4）将移相电容调至合适电容值。（5）调节三相调压器旋钮，用万用表测量励磁电压，使其为110V 。 （6）快速地旋转单相自耦调压器旋钮，使电动机迅速转动起来，增大控制电压为110V。 （7）根据表格要求测试数据。 （8）测试完毕，转矩回“0”，自耦调压器回“0”，三相调压器回“0”，断开主电源。表4-1 所测转速调速特性n=f(Uk)控制电压Uk（V）28557783110转矩（N·m）0124819602266231624470.491217362067213322910.801092155216511890表4-2 所测转速机械特性控制电压110V转矩值（N·m）00.20.40.60.811.21.41.6Md1.97转速（r/min）242824012292210018911610133910516940控制电压55V转矩值（N·m）00.20.40.60.811.2Md1.19转速（r/min）1914186416971427107860600五、实验分析与结论1.电容移相实验从示波器波形中可以读出，励磁电压与控制电压波形的峰峰值分别为26v和27.6v,相位差为110.7°、107.1°。其李沙育图像是一个椭圆，所以把电源电压和经过电容移相以后加在激磁绕组上的电压，分别加在两个对称绕组上，产生的是一个椭圆旋转磁场，2.幅值控制的调速特性和机械特性实验根据实验测得的数据，绘制交流伺服电机的调节特性曲线和机械特性曲线如下图5-1和5-2所示。通过交流伺服电机的调节特性曲线分析可知，当输出转矩保持不变时，交流伺服电机的转速随着控制电压的增大而非线性增大；当转矩增大时，调节特性曲线将下移，即对于不同的负载转矩，调节特性也不同。通过交流伺服电机的机械特性曲线分析可知，当控制电压保持一定，随着转速的增大，转矩非线性降低，而当控制电压降低时，调节特性曲线将下移，即对于不同的控制电压，机械特性曲线不同。采用电容移相方法进行幅相控制时，机械特性曲线的线性度更差。图5-1 交流伺服电机幅值控制的调节特性曲线图5-2 交流伺服电机幅值控制的机械特性曲线六、小组分工小组成员：陈凯欣负责记录实验数据和波形记录；林洁负责电路接线；刘学林负责上电，安全员。
