交流伺服电机电源移相及幅值控制
2021-2022学年第一学期自动控制元件实验报告实验名称： 交流伺服电机电源移相及幅值控制 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. 掌握电源移相的原理。 2. 研究交流伺服电机在幅值控制时的调节特性。 3. 研究交流伺服电机在幅值控制时的机械特性。 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）设计与测试电源移相电路 （2）研究交流伺服电机幅值控制时机械特性 （3）研究交流伺服电机幅值控制时调节特性2.实验线路（1）电源移相实验线路 图2-1（a） 电源移相实验线路图2-1（b） 三相电源中相电压与线电压向量关系图（2）幅值控制线路图图2-2 幅值控制实验线路3. 实验原理交流伺服电机的两相绕组参数相同，在空间互成90°角，称为对称绕组。加在两个绕组中的电流需要有一个相位差角才能产生旋转磁场。当两个电压相位相差90°，幅值相等时，称为对称电压。对称电压分别加在两个对称绕组上，产生的是圆形旋转磁场。两相电压的对称度越好，旋转磁场的椭圆度就越小，输出特性越好，效率越高。1）电源移相电源移相实验线路如图2-1 (a)所示，三相电源中各电压的相量关系如图2-1 (b)所示。取三相电源中的一个相电压山经过变压器将其降为10V， 取线电压c (由图2-1b的相量图可知，它与U之间的相位差为90°)，通过调压器将Uac调到10V,这样就得到对称的两相电源，将它们加给电机的俩相绕组，这时用示波器可以看到李萨育图形。在理想情况下，若两相电压完全对称，合成的结果是一个圆;如果只是相位相差90°，而幅值不同，则李沙育图形将是一个直立的椭圆。2）幅值控制实验电源移相幅值控制实验线路如图3-2所示。供电电源是由三相自耦调压器,把,取出其中一个相电压(为110V),作为激磁电压用:另外两相之间的线电压再经单相自耦调压器调节，输出作为控制电压。交流伺服电机实验装置是把被测伺服电机固定在力矩实验器上，直接在电机转轴上加不同的机械转矩,来测试转矩、转速和控制电压等量之间的关系。电源移相时电机的效率高，特性好。采用电源移相方法对交流电动机进行控制时，两相绕组所加的俩个电压其相位差保持90%不变，其中的激磁电压Uj为额定值也固定不变,而控制电机的转速是通过改变控制电压Uk的大小来调节的，故称幅值控制。由于伺服电机的转速需要经常改变，即Uk大小经常改变，所以交流伺服电机在工做时，俩对称绕组上所加的电压大多数情况下并不是对称电压，即电机常常工作在椭圆形旋转磁场下。椭圆磁场可以分解为正向圆形磁场和反向圆形磁场。正向圆形磁场产生正向转矩，反向圆形磁场产生反向转矩，它抵消了一部分正向转矩，所以使机械特性向下移了。椭圆度越大，抵消的越多。信号系数a =U/Ux反映了旋转磁场椭圆度的大小。不同的a对应不同的机械特性曲线。3、 实验设备及仪表1.电动机：70SL58 l2.三相交流调压器 l3.单相自耦调压器 l4.单相隔离变压器 l5.示波器、万用表、交流电压表4、 实验步骤及实验数据1. 电源移相实验（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"（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，使输出相电压UAo (即励磁电压)约为10V。（4）旋转单相自耦调压器旋钮，直至增大控制线圈两端电压值为10V。（5）用示波器观察控制线圈电压和励磁线圈电压相位关系并且保存。图4-1 控制线圈电压和励磁线圈电压相位关系图图4-2 控制线圈电压和励磁线圈电压相位关系的李萨育图像2.幅值控制的调速特性和机械特性实验(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)调节三相调压器旋钮，使输出相电压为110V (即励磁电压为110V)。(5)快速地旋转单相自耦调压器旋钮，使电动机迅速转动起来，增大控制线圈电压为110V。(6)根据表格要求测试数据。(7)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）0142123242685275128590.4109220842500257527230.82201435200920932353表4-2 所测转速机械特性控制电压110V转矩值（N·m）00.40.811.21.62转速（r/min）286127292364214218591328700控制电压55V转矩值（N·m）00.20.40.60.81Md1.3转速（r/min）2315226320421801140499305、 实验分析与结论1.电源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30.8v和30v,相位差为85.50°、89.10°。其李沙育图像接近是一个正圆，所以由相位相差90°、幅值相等的两个电压Uao和Ubc，分别加在两个对称绕组上，产生的是圆形旋转磁场。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。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。
