控制电机实验实验一 步进电动机实验一．实验目的1. 加深了解步进电动机的驱动电源和电机的工作情况2. 步进电动机基本特性的测定二．预习要点1. 了解步进电动机的驱动电源和工作情况2. 步进电动机有基本特性？怎样测定？三．实验项目1．单步运行状态 2．角位移和脉冲数的关系 3．空载实跳频率的测定 4．空载最高连续工作频率的测定 5．转子振荡状态的观察 6．定子绕组中电流和频率的关系 7．平均转速和脉冲频率的关系 8．矩频特性的测定及最大静力矩特性的测定 四．实验设备及仪器1．MEL 系列电机教学实验台主控制屏2. 电机导轨及测功机（MEL-B、MEL-14）3. 步机电机驱动电源（MEL-10）4. 步进电机M105. 双踪示波器6. 直流电流表（MEL-06或含在主控制屏）五．实验方法及步骤图6-1步进电机实验接线图转矩、转速的测量与控耕aHHHH1．驱动波形观察a. 合上控制电源船形开关，分别按下“连续”控制开关和“正转反转”、“三拍/六拍”, “启动/停止”开关，使电机处于三拍正转连续运行状态b. 用示波器观察电脉冲信号输出波形（CP波形），改变“调频”电位器旋钮，频率变 化范围应不小于5HZ〜1KHZ，可从频率计上读出此频率。
c. 用示波器观察环形分配器输出的三相A、B、C波形之间的相序及其与CP脉冲波形 之间的关系d. 改变电机运行方式，使电机处于正转、六拍运行状态，重复C的实验注意，每 次改变电机运行，均需先弹出“启动/停止”开关，再按下“复位”按钮，再重新起动e. 再次改变电机运行方式，使电机处于反转状态，重复C的实验2．步进电机特性的测定和动态观察按图 6-1 接线，注意接线不可接错，测功机和步进电机脱开，且接线时需断开控制电源a. 单步运行状态接通电源，按下述步骤操作：按下“单步”琴键开关，“复位”按钮，“清零”按钮，最 后按下“单步”按钮每按一次“单步”按钮，步进电机将走一步距角，绕组相应的发光管发亮，不断按下“单 步”按钮，电机转子也不断作步进运行，改变电机转向，电机作反向步进运动b. 角位移和脉冲数的关系 按下“置数”琴键开关，给拔码开关预置步数，分别按下“复位”、“清零”按钮（操作以上步骤须让电机处于停止状态），记录电机所处位置 按下“启动/停止”开关，电机运转，观察并记录电机偏转角度，填入表6-1再重新预置步数，重复观察并记录电机偏转角度，填入表6-1，并利用公式计算电机偏 转角度与实际值是否一致。
表 6-1序号预置步数实际转子偏转角度理论电机偏转角度12进行上述实验时，若电机处于失步状态，则数据无法读出，须调节“调频”电位器， 寻找合适的电机运转速度，使电机处于正常工作状态c空载突跳频率的测定 电机处于连续运行状态，按下“启动/停止”开关，调节“调频”电位器旋钮使频率逐 渐提高弹出“启动/停止”开关，电机停转，再重新起动电机，观察电机能否运行正常，如正 常，则继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频 率，记为 HZd. 空载最高连续工作频率的测定 步进电机空载连续运转后，缓慢调节“调频”电位器旋钮，使电机转速升高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则继续缓慢提高频率，直至电机停转，则该频率为步进电机 最高连续工作频率，记为为 HZe. 转子振荡状态的观察 步进电机脉冲频率从最低开始逐步上升，观察电机的运行情况，有无出现电机声音异常或电机转子来回偏转，即出现步进电机的振荡状态f. 定子绕组中电流和频率的关系电机在空载状态下连续运行，用示波器观察取样电阻R波形，即为控制绕组电流波形, 改变频率，观察波形的变化在停机条件下，将测功机和步进电机同轴联接，起动步进电机，并调节MEL-13的“转 矩设定”电位器，观察定子绕组电流波形。
g. 平均转速和脉冲频率的关系电机处于连续运行状态，改变“调频”旋钮，测量频率f （由频率计读出）与对应的转速n 则n=f（f），填入表6-2中表 6-2序 号f(HZ)n(r/min)1电机处于连续空载运行状态，缓慢顺时针调节“转矩设定”旋钮，对电机逐渐增大负 载，直至电机失步，读出此时的转矩值改变频率，重复上述过程得到一组与频率f对应的转矩T值，即为步进电机的矩频特性 T=f(f),记录于表6-3中表 6-3断开电源，将直流安培表(5A量程档)串入控制绕组回路中，将“单步”控制琴键开 关和“三拍/六拍”开关按下，用起子将测功机堵住合上船形开关，按下“复位”按钮，使 C 相绕组通电，缓慢转动步进电机手柄，观察 MEL-13 转矩显示的变化，直至测功机发出“咔嚓”一声，转矩显示开始变小，记录变小前 的力矩，即为对应电流I的最大静力矩T的值max改变“电流调节”旋钮，重复上述过程，可得一组电流 I 值及对应 I 值的最大静力矩 T 值，即为T =f(I)静力矩特性可取4-5组记录于表6-4中max max表 6-4孔中六．实验报告对上述实验内容进行总结，并加以分析1．步进电机处于三拍、六拍不同状态时，驱动波形的关系。
2. 单步运行状态：步距角= 3．角位移和脉冲数关系：4. 空载突跳频率：5. 空载最高连续工作频率：6.平均转速和脉冲频率的特性 n=f(f)7.矩频特性 T=f(f)8.最大静力矩特性 Tma=xf(I)llldX七．思考题1. 影响步进电机步距的因素有哪些？采用何种方法步距最小？2. 平均转速和脉冲频率的关系怎样？为什么特别强调是平均转速？3. 最大静力矩特性是怎样的特性？4. 如何对步进电机的矩频特性进行改善？八．注意事项步进电机驱动系统中控制信号部分电源和功放部分电源是不同的,绝不能将电机绕组接 至控制信号部分的端子上,或将控制信号部分端子和电机绕组部分端子以任何形式连接实验二 力矩式自整角机实验一．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．预习要点1．力矩式自整角机的工作原理2．力矩式自整角机精度与特性的测试方法3．力矩式自整角机比整步转矩的测量方法三．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）及阻尼时间4．测定力矩式自整角机的静态误差。
四．实验设备及仪器1. MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）2．自整角机实验仪交流电源输出图6-2测定力矩式自整角机零位误差五.实验方法1. 测定力矩式自整角发送机的 零位误差A60测量线路如图6-2所示励磁绕组两端.打施加额定激励电压 U （220V）；将整步绕组T -T端接数字式交N 2 3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，刻度盘每转过60整步绕组中有 一线间电势为零的位置此位置称作理论 电气零位整步绕组三线间共有6个零位实验时，对应T-T，转子从基准电气零位正方向转动230则T3-T］转至60 T-T?转至120实测整步绕组三线间6个输出电 压为最小值的相应位置角度与电气角度并记录于表6-5 中表 6-5理论上应转角度基准电气零位+180刻度盘实际转角误差注意：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A0o，以角分表示力矩式自整角发送机的精度由零位误差 来确定2. 测定静态整步转矩与失调角的关系T=f（e）实验接线如图6-3所/示0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，固定发送机刻度盘在 该位置不动在接收机的指针园盘 上吊砝码，记录砝码重量 以及接收机指针偏转角 度然后增加砝码，逐次 记录砝码重量以及接收机 转轴偏转角度在偏转角e 从零至90之间取7〜9组 数据，记录于表6-5中0ULiI；T.'T.图6-3力矩式自整角机实验接线图II卫 IN 1I 1山 1I I1 11111 '11 11F 11 11 !Ti再断开励磁电源0表 6-5实验完毕后，应先取下砝码式中G 砝码重量，单位为（g） R 园盘半径=2cm3. 力矩式自整角机比整步转矩、的测定在力矩式自整角系统中，接收机与发送机在协调位置附近，单位失调角所产生的整步转矩称为力矩式自整角机比整步转矩，以Te表示，单位为g・cm/de& 测定发送机或接收机的比整步转矩时，可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W两端上施加额定电压实验接线如图6-3 所示将接收机整步绕组T「T3端短接，用细线将适当重量的砝码绕挂在指针园盘上，使指针 偏转 5左右，测得整步转矩0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 比整步转矩T萨下式计算I I I I式中T=G R 整步转矩，单位为(g • cm);0 指针偏转的角度，单位为deg；G 砝码重量，单位为g；R 轮盘半径，单位为cm。
4. 测定力矩式自整角机的静态误差A0.tjt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A0， jt 以角度表示实验接线仍如图6-3所示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表6-6中表 6-6发送机转角0接收机转角误差发送机转角180接收机转角误差注意：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为 力矩式接收机的静态误差5. 阻尼时间的测定阻尼时间t是指n在力矩式自整角系统 中，接收机自失调位 置至协调位置，达到 稳定状态所需时间测定阻尼时间可 按图6-4接线在发送机和接收 机的励磁绕组两端.、 L2施加额定电压；使发送机的刻度 盘和接收机的指针指 在0位置；固定发送 机转轴不动，用手旋 转接收机指针园盘，图6-4测定力矩式自整角机阻尼时间接线图 使系统失调角为177然后，松手使接收机趋于平衡位置，用数字示波器拍摄(或慢扫描 示波器观察)取样电阻两端的电流波形，测得阻尼时间tn六．实验报告1. 根据实验结果，求出被试。