目 录
1、永磁式直流测速发电机实验………………………………………1 2、交流测速发电机实验………………………………………………3 3、旋转编码器实验……………………………………………………6 4、力矩式自整角机实验………………………………………………8 5、控制式自整角机实验………………………………………………12 6、旋转变压器实验……………………………………………………14 7、步进电机实验………………………………………………………18 8、交流伺服电机实验…………………………………………………23 9、直流伺服电机实验…………………………………………………26
一 永磁式直流测速发电机
测速发电机是一种测量转速信号的元件，它将输入的机械转速变换为电压信号输出，且输出电压与转速成正比。在自动控制系统中用作测量元件和反馈元件，用以测量转速或调节和稳定转速。
测速发电机有交、直流两大类，交流测速发电机有异步和同步之分，直流测速发电机根据励磁方式不同，又可分为永磁式和他励磁式之分，本书使用的是永磁式直流测速发电机
。
一、实验方法
1
2、按图1-1接线。图中直流电机M 选用DJ25作他励接法，永磁式直流测速发电机为HK10，R f1选用900Ω阻值， R Z 选用
10KΩ/2W电阻，把R f1
调至输出电压最大位置，电压表选择直流电压表的20V 档，S 选择控制屏上的开关并断开。
图1-1 直流测速发电机接线图
3、先接通励磁电源，再接通电枢电源，并将电枢电源调至220V ，使电动机运行，调节励磁电阻R f1使转速达2400 r/min，然后减小励磁电阻R f1和电枢电源输出电压使逐渐电机减速，每300 r/min记录对应的转速和输出电压。
4、共测取8~9组，记录于表1-1中。
5、合上双刀双掷开关S ，重复上面步骤，记录8~9组数据于表1-2中。
表1-2
二、实验报告
1、由： =E 0-I a R a =E 0-U R a
Rz
得： U =
U
E 0C e φ
=n R a R a 1+1+
R z R z
式中： R a ――电枢回路总电阻 R z ――负载电阻 E 0=Ce Φn――电枢总电势 2、作出U=f(n)曲线。 三、思考题
1、直流测速发电机的误差主要由哪些因素造成？
2、在自动控制系统中主要起什么作用？
二 交流测速发电机实验
一、实验目的
1、通过实验加深对交流测速发电机工作原理及其运行情况的理解。 2、掌握交流测速发电机的输出特性及其线性误差的测定方法。
3、通过实验了解负载性质和大小对交流测速发电机输出特性的影响。
二、预习要点
纯电阻负载及纯电容负载对交流测速发电机输出特性有何影响？ 交流测速发电机产生线性误差的原因是什么？如何测定其线性误差？
三、实验项目
1、测定交流测速发电机的剩余电压。2、测定交流测速发电机带纯电阻负载时的输出特性n=f（U 2）。 3、测定交流测速发电机带纯电容负载时的输出特性n=f（U 2）。
四、实验方法
1
2、测空载时的输出特性和n=0时的剩余电压
按图2-1接线，DJ25的励磁电阻R f 选用控制屏上10K Ω/2W电阻，变压器T 1为HK57上的，负载电阻R L 为控制屏上900Ω串900Ω共1800Ω阻值，电容选用挂件HK57上的电容。电压表选用HK57上的真有效值电压表。
图2-1 交流测速发电机实验接线图
将控制屏左侧调压旋钮逆时针旋转到底，使输出电压为零，按下启动按钮，接通DJ25的励磁电源，然后调节控制屏左侧调压旋钮，升高电枢电压使转速升高到2200r/min左右，记录转速n 及对应的交流测速发电机输出电压U 2记录于表2-1中。交流测速发电机的激磁电压为U 1=U1N =110V。求空载时输出特性n=f（U 2）及n=0时的剩余电压。
原动机DJ25起动前，交流测速发电机转子不旋转， 交流测速发电机的励磁绕组经调压器接交流电源U 1=U1N =110V，使交流测速发电机的输出绕组开路，这时测定输出电压U 2为一个很小数值U 2=Ur，此值即为剩余电压。也可用示波器观察剩余电压波形。当交流测速发电机转子位置在一周内变化时，剩余电压最大值与最小值之差即为剩余电压的波动值。在测定剩余电压时，输出绕组为开路。
(1) 带纯电阻负载
开关S 接电阻负载，保持U 1=U1N ，当Z L =R=1500Ω时，测n=f（U 2），共测取5~6组数据，记录于表2-2中。
带负载时的输出特性n=f（U 2）
保持U 1=U1N ，当Z L =R=750Ω时，测n=f（U 2），共测取5~6组数据，记录于表2-3
中。
保持U 1=U1N ，当Z L =R=300Ω时，测n=f（U 2），共测取5~6组数据，记录于表2-4中。
(2) 带纯电容负载
开关S 接电容负载一端，保持U 1=U1N ，当Z L 为C=1μF 时，测n=f（U 2），共测取5~6组数据，记录于表2-5中
。
保持U 1=U1N ，当Z L 为C=2μF 时，测n=f（U 2），共测取5~6组数据，记录于表2-6中 。
保持U 1=U1N ，当Z L 为C=3μF 时，测n=f（U 2），共测取5~6组数据, 记录于表2-7中 。
交流测速发电机线性误差的测定
交流测速发电机线性误差是指电机在额定频率、额定激磁电压下，电机在最大线性工作转速范围内，以补偿点转速时的输出电压为基准电压，输出电压之差对最大理想输出电压之比。
测定线性误差时，电机应安装在规定的温升实验散热板上，在额定励磁条件下，将其输出绕组开路。使电机驱动至补偿点转速n cp ，待电机及数字电压表稳定后，在最大线性工作转速范围内，用数字电压表分别测量正、负转向5~6个转速点的输出电压，测得线性输出特性 U 2=f（γ）。γ为交流测速发电机的相对速度，即 γ=n 。
n c
式中 n — 实际转速，单位为r/min； nc — 同步转速，单位为r/min；
∆Umax — 实际输出特性与线性输出特性的最大偏差，单位为V 。
为了便于衡量实际输出特性的线性度，一般取实际输出特性的最大相对转速的连线来作为线性输出特性。
线性误差δu 按下式计算
δu =
γmax 的3这一点与坐标原点
2
|∆U max |
⨯100%
U 2LT max
交流测速发电机正、反转的线性误差均应符合标准规定。
五、实验报告
1、记录实验所用设备，并抄录被测试交流测速发电机铭牌数据。
2、在同一坐标纸上绘出不同性质负载时的输出特性曲线n=f（U 2），并进行分析比较。 3、根据实验结果求出U 1=U1N 、转速n=0时，交流测速发电机的剩余电压值Ur 。 4、分析交流测速发电机的线性误差。
三 旋转编码器实验
旋转编码器是以数字化信息将角度，长度以编码的方式输出的传感器它把机械转角变成电脉冲信号，是一种常用的角位移传感器，按测量原理分为光电式、接触式和电磁感应式。本书实验中采用的是光电式旋转编码器，其精度和可靠性好，在控制系统中常作为判断方向、测量转速及检测转角位置的测量元件。
一、实验项目：
1． 波形观察及方向的判断 2． 转速、频率的函数关系n= f (f)
3． 转角、脉冲数的函数关系θ（deg ）= f(N)
二、实验设备
二、 实验内容：
图3-1 直流电动机接线图
按图3-1接线，DJ25按他励分压法接线。R 1选用控制屏上的90Ω串联90Ω共180Ω，R f1选用控制屏上的900Ω阻值。交流电压表、电流表选用控制屏上对应的仪表即可。首先接通励磁电源，调节电阻R f1使励磁电流达到最大位置，然后将电枢电压调至220V ，将R 1调至最小位置，再缓慢调节R f1使转速达到2400r/min，然后调节R 1、 R f1及电枢电源逐渐降低转速n 从2400r/min至0r/min每300r/min记录各转速n 对应的频率f 。
1、波形观察及方向的判断（不带电机）
用手缓慢转动轴部，用双踪示波器观测每相波形及任两相波形并依次判断转向，记录波形在下面：
图3-2 旋转编码器输出波形
2、转速、频率的函数关系
调节电机转速，n 从0至2400 r/min，每300 r/min用频率计得到频率f ，填入表2-1中。
3、 转角、脉冲数的函数关系
调节指针到零刻度，向一个方向旋转编码器，每30度用计数器记录其脉冲数，填入表2-2中。
四、实验报告：
1、绘制旋转编码器的输出波形。
2、绘制转速、频率的函数关系n= f (f)，验证函数关系； 3、绘制转角、脉冲数的函数关系θ= f(N) ，验证函数关系。
四 力矩式自整角机
自整角机是一种对角位移或角速度的偏差有自整步能力的控制电机，他广泛用于显示装置和随动系统中，使机械上互不相连的两根或多根转轴能自动保持相同的转角变化或同步旋转，在系统中通常是两台或多台自整角机组合使用。产生信号的一方称发送机，接收信号的一方称为接收机。
使用说明：
1、自整角机技术参数
发送机型号 BD-404A-2 接收机型号 BS-404A 激磁电压 220V±5% 激磁电流 0.2A 次级电压 49V 频率 50H Z 2、发送机的刻度盘及接收机的指针调准在特定位置的方法
旋松电机轴头螺母，拧紧电机后轴头，旋转刻度盘（或手拨指针圆盘）至某要求的刻度值位置，保持该电机转轴位置并旋紧轴头螺母。
3、接线柱的使用方法
本装置将自整角机的五个输出端分别与接线柱对应相连，激磁绕组用L 1、L 2（L 1′、L 2′）表示；次级绕组用T 1、T 2、T 3、（T 1′、T 2′、T 3′）表示。使用时根据实验接线图要求用手枪插头线分别将接线柱连结，即可完成实验要求。（注：电源线、连接导线出厂配套）。
4、发送机的刻度盘上边和接收机的指针两端均有20小格的刻度线，每一小格为3′，转角按游标尺方法读数。
5、接收机的指针圆盘直径为4cm ，测量静态整步转矩=砝码重力×圆盘半径=砝码重力×2cm 。
6、将固紧滚花螺钉拧松后，便可用手柄轻巧旋转发送机的刻度盘（不允许用力向外拉，以防轴头变形）。如需固定刻度盘在某刻度值位置不动，可用手旋紧滚花螺钉。
7、需吊砝码实验时，将串有砝码勾的线端卡在指针小圆盘的小孔上，将线绕过小圆盘上边凹槽，在砝码勾上吊砝码即可。
8、每套自整角机实验装置中的发送机、接收机均应配套，按同一编号配套。 9、自整角机变压器用力矩式自整角接收机代用。
10、需要测试激磁绕组的信号，在该部件的电源插座上插上激磁绕组测试线即可。
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、实验方法
1
2、测定力矩式自整角发送机的零位误差Δθ
（1）按图4-1接线。励磁绕组L 1、L 2接额定激励电压U N （220V ），整步绕组T 2—T 3端接电压表。 （2）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。
L 2
~UN L 1
T 3
T 2
图4-1 测定力矩式自整角机零位误差接线图
（3）整步绕组三线间共有六个零位，刻度盘转过60o ，即有两线端输出电压为最小值。
（4）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4-1中。 表
零位误差Δθ，以角分表示。
3、测定力矩式自整角机静态整步转矩与失调角的关系T=f（θ）
发送机
接收机
注意：机械角度超前为正误差，滞后为负误差，正负最大误差绝对值之和的一半，此误差值即为发送机的
图4-2 力矩式自整角机实验接线图
（1）确保断电情况下，按图4-2接线。
（2）将发送机和接收机的励磁绕组加额定激励电压220V ，待稳定后，发送机和接收机均调整到0 o 位置。固紧发送机刻度盘在该位置。
（3）在接收机的指针圆盘上吊砝码，记录砝码重量以及接收机转轴偏转角度。在偏转角从零至90 o 之间取7～
9组数据并记录于表4-2中。
注意：（1）实验完毕后，应先取下砝码，再断开励磁电源。 （2）表中T=G×R
式中G=mg——砝码重量（N ）；g 重力加速度
R ——圆盘半径2cm
4、测定力矩式自整角机的静态误差Δθjt 1）接线图仍按图4-2。
2）发送机和接收机的励磁绕组加额定电压220V ，发送机的刻度盘不固紧，并将发送机和接收机均调整到0 o 位置。
3）缓慢旋转发送机刻度盘，每转过20 o ，读取接收机实际转过的角度并记录于表4-3中。 表
差。
5、测定力矩式自整角机的比整步转矩T θ
（1）比整步转矩是指在力矩式自整角机系统中，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。
（2）测定接收机的比整步转矩时，可按图4-2接线，T 2′、T 3′用导线短接，在励磁绕组L 1—L 2两端上施加额定电压，在指针圆盘上加砝码，使指针偏转5 o 左右，测得整步转矩。
（3）实验在正、反两个方向各测一次，两次测量的平均值应符合标准规定。将数据记录于表4-4中。
注意：接收机转角超前为正误差，滞后为负误差，正、负最大误差值之和的一半为力矩式接收机的静态误
比整步转矩T θ按下式计算： T θ=T/2θ
式中T=GR——整步转矩，单位为（N.cm ）牛*厘米 θ——指针偏转的角度，单位为（deg ）度 G=mg——砝码重量，单位为（N ） R ——轮盘半径，为2（cm ） 6、阻尼时间的测定
（1）阻尼时间t m 是指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。测定阻尼时间按图4-3接线。
（2）将发送机和接收机的励磁绕组加上额定电压，使发送机的刻度盘和接收机的指针指在0 o 位置并固紧发送机的刻度盘在该位置。旋转接收机指针圆盘使系统失调角为177 o ，然后松手使接收机趋向平衡位置，用光线示波器拍摄（或慢扫描示波器观察）取样电阻R （5Ω）两端的电流波形，记录接收机阻尼时间
发送机
接收机
图4-3 测定力矩式自整角机阻尼时间接线图。
五、实验报告
1、根据实验结果，求出被试力矩式自整角发送机的零位误差Δθ。 2、作出静态整步转矩与失调角的关系曲线T=f（θ）。 3、实测比整步转矩和接收机的阻尼时间数值为多少？ 4、求出被试力矩式自整角机的静态误差Δθ jt 。
五 控制式自整角机参数的测定
一、实验目的
1、通过实验测定控制式自整角机的主要技术参数 2、掌握控制式自整角机的工作原理和运行特性
二、预习要点
1、控制式自整角机的工作原理和运行特性 2、控制式自整角机的主要技术指标
三、实验项目
1、测自整角变压器输出电压与失调角的关系U 2=f（θ） 2、测定比电压U θ和零位电压U 0
四、实验方法
1
2、测定控制式自整角变压器输出电压与失调角的关系U 2=f（θ）
（1）按图5-1接线。发送机加额定电压，旋转发送机刻度盘至0o 位置并固紧。
（2）用手缓慢旋转自整角变压器的指针圆盘，接在L 1′、L 2′两端的数字电压表就有相应读数，找到输出电压为最小值的位置，即为起始零点。
（3）然后，用手缓慢旋转自整角变压器的指针圆盘，在指针每转过10 o 时测量一次自整角变压器的输出电压U 2。测取各点U 2及θ值并记录于表5-1中。
图5-1 控制式自整角机实验接线图
2、测定比电压U θ
比电压是指自整角变压器在失调角为1o 时的输出电压，单位为v/deg。
在刚才测定控制式自整角变压器输出电压与失调角关系的实验时，用手缓慢旋转自整角变压器的指针圆盘，使指针转过起始零点5 o ，在这位置记录自整角变压器的输出电压U 2值，计算失调角为1 o 时的输出电压。
3、测定零位电压U 0
（1）按图5-2接线。调压器输出电压为最小位置，绕组T 2′、T 3′两端点短接。
图4-2 测定控制式自整角机零位电压接线图
（2）合上交流电源，缓慢调节调压器使输出电压为49V ，并保持不变。
（3）用手缓慢旋转指针圆盘，找出控制式自整角机输出电压为最小的位置，即为基准电气零位。指针转过180
o
L 2'
V
L 1'
，仍找出零位电压位置。
（4）同样方法，改接绕组（使T 1′、T 3′短接，T 1′、T 2′短接），找出零位电压位置，测量六个位置的零位电压值
并记录于表5-2中。
表
五、实验报告
1、作自整角变压器的输出电压与失调角的关系曲线U 2=f（θ）。 2、该自整角变压器的比电压为多少？
3、被测试自整角变压器的零位电压数值为多少？
六 旋转变压器
旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当激磁绕组以一定频率的交流电激励时，输出绕组的电压可与转角的正弦、余弦成函数关系，或在一定范围内可以成线性关系。它广泛用于自动控制系统中的三角运算、传输角度数据等，也可以作为移相器用。
一、使用说明
HK54旋转变压器实验装置由旋转变压器中频电源和旋转变压器实验仪两部分组成。
1、实验仪
（1）、旋转变压器技术指标
型 号：36XZ20-5 电压比：0.56 电 压： 60V 频 率：400Hz 激励方：定子 空载阻抗；2000Ω 绝缘电阻：≥100MΩ 精 度： 1级 （2）、刻度盘
1） 本装置将旋转变压器转轴与刻度盘固紧连接，使用时旋转刻度盘手柄即可完成转轴旋转。 2）刻度盘上的分尺有20小格刻度线，每小格为3＇，转角按游标尺读数。
3）将固紧滚花螺母拧松后，便可轻松旋转刻度盘（不允许用力向外拉，以防轴头变形）。需固定刻度盘时，可旋紧滚花螺母。 （3）、接线柱
本装置将旋转变压器的引线端与接线柱一一对应连接，使用时根据实验接线图用手枪插头（或鳄鱼夹），将接线柱连结即可完成实验要求。
2、中频电源
（1）、技术参数
波 形：正弦波 频 率：400Hz±5Hz 电 压：0～70V 失真度：1%
负 载：36XZ20-5旋转变压器 （2）、电原理框图
二、正余弦旋转变压器实验
（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。 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）、预习要点
1、正余弦旋转变压器的工作原理。
2、正余弦旋转变压器的主要特性及其实验方法。
（三）、实验项目
1、测定正余弦旋转变压器的空载时的输出特性 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
（四）、实验方法
1、实验设备
2、屏上挂件排列顺序 HK56
3、测定正余弦旋转变压器空载时的输出特性
Z 1
S 3
R L
Z 2
V
图6-1 正余弦旋转变压器空载及负载实验接线图
（1）按图6-1接线。图中R L 均用屏上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值，并调定在1200Ω阻值。D 1、D 2为激磁绕组，Z 1、Z 2为余弦绕组。
（2）定子励磁绕组两端D 1、D 2施加额定电压U fN （60V 、400Hz ）且保持不变。
（3）用手缓慢旋转刻度盘，找出余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。 （4）在0º~180º间每转角10º测量转子余弦空载输出电压U r0与刻度盘转角ɑ的数值。并记录于表6-1中。
4、测定负载对输出特性影响
（1）在图6-1中，开关S 闭合，使正余弦旋转变压器带负载电阻R L 运行。
（2）重复实验方法3中（2）、（3）、（4）的步骤，记录余弦负载输出电压U rL 与转角ɑ的数值并记录于表6-2
中。
5、测量二次侧补偿后负载时的输出特性
（1）在图6-2中，闭合S 接通负载电阻R L ，且使二次侧正弦输出绕组端Z 3、Z 4经补偿电阻R 闭合。
Z 3
Z 1
S
R L
Z 2
S
R Z 4
V
图6-2二次侧补偿后负载时的输出特性接线图
（2）重复实验方法3中（2）、（3）、（4）的步骤，记录余弦负载输出电压U rL 与转角ɑ的数值并记录于表6-3中。实验时注意一次侧输出电流的变化。
表6-3 U
fN =60V
6、测量一次侧补偿后负载时输出特性
（1）在图6-3中，开关S 闭合接通负载电阻R L 同时把一次侧接成补偿电路。
图6-3一次侧补偿后负载时输出特性接线图
R L
Z 2
S 2
R Z 4
Z 3
Z 1
S 3
V
（2）重复实验方法3中（2）、（3）、（4）的步骤，记录余弦负载输出电压U rL 与转角ɑ的数值并记录于表6-4中。
表6-4 U fN =60V
7
图6-4 正余弦旋转变压器作线性应用时的接线图
（1）按图6-4接线。图中R L 用屏上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值并用万用表调至1200Ω固定不变。 （2）重复实验方法3中（2）、（3）和（4）的步骤，在-60º至60º间，每转角10º记录输出电压U r 与转角ɑ的数值并记录于表6-5中。
(五) 、实验报告
1、根据表6-1的实验记录数据，绘制正余弦旋转变压器空载时输出电压U r0与转子转角ɑ的关系曲线，即U r0=f（ɑ）。
2、根据表6-2的实验记录数据，绘制负载时输出电压U rL 与转子转角ɑ的关系曲线，即U rL =f（ɑ）。 3、根据表6-3的实验记录数据，绘制二次侧补偿后负载时输出电压U rL 与转子转角ɑ的关系曲线，即U rL =f（ɑ）。
4、根据表6-4的实验记录数据，绘制一次侧补偿后负载时输出电压U rL 与转子转角ɑ的关系曲线，即U rL =f（ɑ）。
5、根据表6-5的实验记录数据，绘制正余弦旋转变压器作线性应用时输出电压U r 与转子转角ɑ的关系曲线，即U r =f（ɑ）。
注：(1) 要保持电压不变, 可将转角固定, 微调旋钮。 （2）负载R L 参考值为1200Ω。
(六) 、思考题
1、试分析旋转变压器一、二次侧补偿的原理。 2、试分析正余弦旋转变压器作线性变压器的原理。
七 步进电动机
步进电动机又称脉冲电机，是数字控制系统中的一种重要的执行元件，它是将电脉冲信号变换成转角或转速的执行电动机，其角位移量与输入电脉冲数成正比；其转速与电脉冲的频率成正比。在负载能力范围内，这些关系将不受电源电压、负载、环境、温度等因素的影响，还可在很宽的范围内实现调速，快速启动、制动和反转。随着数字技术和电子计算机的发展，使步进电机的控制更加简便、灵活和智能化。现已广泛用于各种数控机床、绘图机、自动化仪表、计算机外设，数、模变换等数字控制系统中作为元件。
一、使用说明
HK54步进电机实验装置由步进电机智能控制箱和电机两部分构成。 1、步进电机智能控制箱
本控制箱用以控制步进电机的各种运行方式，它的控制功能是由单片机来实现的。通过键盘的操作和不同的显示方式来确定步进电机的运行状况。
本控制箱可适用于三相、四相、五相步进电动机各种运行方式的控制。
因实验装置仅提供三相反应式步进电动机，故控制箱只提供三相步进电动机的驱动电源，面板上也只装有三相步进电动机的绕组接口。 （1）技术指标
功 能：能实现单步运行、连续运行和预置数运行；能实现单拍、双拍及电机的可逆运行。 电脉冲频率：5Hz ～1KHz
工作条件：供电电源 AC220V±10%，50Hz
环境温度 -5℃～40℃ 相对湿度 ≤80%
重 量：6kg
尺 寸：390×200×230mm 3 （2）使用说明
1) 开启电源开关，面板上的三位数字频率计将显示“000”；由六位LED 数码管组成的步进电机运行状态显示器自动进入“9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程，而后停止在系统的初态“┤.3”。 2) 控制键盘功能说明
设置键：手动单步运行方式和连续运行各方式的选择。 拍数键：单三拍、双三拍、三相六拍等运行方式的选择。 相数键：电机相数(三相、四相、五相) 的选择。 转向键：电机正、反转选择。 数位键：预置步数的数据位设置。 数据键：预置步数位的数据设置。 执行键：执行当前运行状态。
复位键：由于意外原因导致系统死机时可按此键，经动态自检过程后返回系统初态。 (3)控制系统试运行
暂不接步进电机绕组，开启电源进入系统初态后，即可进入试运行操作。
1) 单步操作运行：每按一次“执行键”，完成一拍的运行，若连续按执行键，状态显示器的末位将依次循环显示“B→C→A→B…”；由五只LED 发光二极管组成的绕组通电状态指示器的B 、C 、A 将依次循环点亮，以示电脉冲的分配规律。
2) 连续运行：按设置键，状态显示器显示“┤3000”,称此状态为连续运行的初态. 此时, 可分别操作“拍数”、“转向”和“相数”三个键，以确定步进电机当前所需的运行方式。最后按“执行”键，即可实现连续运行。三个键的具
体操作如下（注：在状态显示器显示“┤3000”状态下操作）： a 、按“拍数”键：状态显示器首位数码管显示在“┤”、“ 拍和三相双三拍运行方式。
b 、按“相数”键：状态显示器的第二位，在“3、4、5”之间切换，分别表示为三相、四相、五相步进电机运行。
c 、按“转向”键：状态显示器的首位在“┤”与“├”之间切换，“┤”表示正转，“├”表示反转。 3）预置数运行：设定“拍数”、“转向”和“相数”后，可进行预置数设定，其步骤如下： a 、操作“数位”键，可使状态显示器逐位显示“0.”，出现小数点的位即为选中位。 b 、操作“数据”键，写入该位所需的数字。
c 、根据所需的总步数，分别操作“数位”和“数据”键，将总步数的各位写入显示器的相应位。至此，预置数设定操作结束。
d 、按“执行”键，状态显示器作自动减1运算，直减至0后，自动返回连续运行的初态。 4）步进电机转速的调节与电脉冲频率显示
调节面板上的“速度调节”电位器旋钮，即可改变电脉冲的频率，从而改变了步进电机的转速。同时，由频率计显示出输入序列脉冲的频率。 5）脉冲波形观测
在面板上设有序列脉冲和步进电机三相绕组驱动电源的脉冲波形观测点，分别将各观测点接到示波器的输入端，即可观测到相应的脉冲波形。
经控制系统试运行无误后，即可接入步进电机的实验装置，以完成实验指导书所规定的各项实验内容。
2、BSZ-1型步进电机 （1）步进电动机技术数据 型号：70BF10C 相数：三相 每相绕组电阻：1.2Ω 每相静态电流：3A 直流励磁电压：24V 最大静力矩：6kgf.cm （2）装置结构
步进电动机转轴上固定有红色指针及刻度盘（刻度盘的最小分度为1º）。
”、“
”之间切换，分别表示三相单拍、三相六
二、步进电动机实验
(一) 、 实验目的
1、通过实验加深对步进电动机的驱动电源和电机工作情况的了解。 2、掌握步进电动机基本特性的测定方法。 (二) 、预习要点
1、了解步进电动机的工作情况和驱动电源。 2、步进电动机有哪些基本特性？怎样测定？
(三) 、实验项目
2、角位移和脉冲数的关系 3、空载突跳频率的测定 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
1、单步运行状态
(四) 、实验线路及操作步骤
1
2、屏上挂件排列顺序 HK54
3、基本实验电路的外部接线
图7-1表示了基本实验电路的外部接线。
图7-1 步进电机实验接线图
A B C 4A B C 0
4、步进电机组件的使用说明及实验操作步骤 (1) 单步运行状态
接通电源，将控制系统设置于单步运行状态或复位后，按执行键，步进电机走一步距角，绕组相应的发光管发亮，再不断按执行键，步进电机转子也不断作步进运动。改变电机转向，电机作反向步进运动。
(2) 角位移和脉冲数的关系
控制系统接通电源，设置好预置步数，按执行键，电机运转，观察并记录电机偏转角度，再重设置另一置数值，按执行键，观察并记录电机偏转角度于表7-1、表7-2中，并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。
(3) 空载突跳频率的测定
控制系统置连续运行状态，按执行键，电机连续运转后，调节速度调节旋钮使频率提高至某频率（自动指示当前频率）。按设置键让步进电机停转，再重新启动电机（按执行键），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 Hz 。
(4) 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速度调节旋钮使频率提高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则再缓慢提高频率，直至电机能连续运转的最高频率，则该频率为步进电机空载最高连续工作频率。记为 Hz 。
(5) 转子振荡状态的观察
步进电机空载连续运转后，调节并降低脉冲频率，直至步进电机声音异常或出现电机转子来回偏摆即为步进电机的振荡状态。
(6) 定子绕组中电流和频率的关系
在步进电机电源的输出端串接一只直流电流表（注意+、-端）使步进电机连续运转，由低到高逐渐改变步进电机的频率，读取并记录5~6组电流表的平均值、频率值于表7-3中，观察示波器波形，并作好记录。
表
(7) 平均转速和脉冲频率的关系
接通电源，将电机设为单三拍连续运转的状态下。先设定步进电机运行的步数N ，最好为120的整数倍。利用控制屏上定时兼报警记录仪记录时间t （单位：分钟），按下复位键时钟停止计时，松开复位键时钟继续计时，可以得到n =7-4中。
表
60N N
。记录5~6组于表=。改变速度调节旋钮，测量频率f 与对应的转速n ，即n=f（f ）
120t 2t
(8) 矩频特性的测定
置步进电机为逆时针转向，连接涡流测功机，控制电路工作于连续方式，设定频率后，使步进电机启动运转，调节涡流测功机施加制动力矩，仔细测定对应设定频率的最大输出动态力矩（电机失步前的力矩）。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7-5中。
表
(9) 静力矩特性T=f（I ）
关闭电源，控制电路工作于单步运行状态，将屏上的两只90Ω电阻并联阻值为45Ω，电流2.6A ），把可调电阻及一只5安直流电流表串入A 相绕组回路（注意正、负端），将堵转手柄固定在步进电机的左侧连接轴上。步进电机与涡流测功机用弹性联轴器同轴连接。同时将内六角扳手插入涡流测功机上方的螺母中心孔中，使涡流测功机堵转。
接通电源，使A 相绕组通过电流，缓慢旋转手柄，读取并记录步进电机不失步所对应的最大转矩值即为对应电流I 的最大静力矩T max 值（T m a x =F ∙），改变可调电阻并使阻值逐渐增大，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 max 值，即为T max =f（I ）静力矩特性。共取4~5组记录于表7-6中。
表7-6 (五) 、实验报告
经过上述实验后，须对照实验内容写出数据总结并对电机试验加以小结。 1、 步进电机驱动系统各部分的功能和波形试验。
(1) 方波发生器 (2) 状态选择 (3) 各相绕组间的电流关系 2、 步进电机的特性 (1) 单步运行状态：步矩角 (2) 角位移和脉冲数（步数）关系 (3) 空载突跳频率 (4) 空载最高连续工作频率
(5) 绕组电流的平均值与频率之间的关系 (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T max =f（I ）
(六) 、思考题
1、影响步进电机步距的因素有哪些？对实验用步进电机，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？由什么因素造成？
4、对该步进电机矩频特性加以评价，能否再进行改善？若能改善应从何处着手？ 5、各种通电方式对性能的影响？
八 交流伺服电动机
伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件又称为执行电动机，它把输入的控制电压信号变为输出的机械转矩或角速度。它的运行状态由控制信号控制，加上控制信号它应当立即旋转，去掉控制电压它应当立即停转，转速高低与控制信号成正比。
一、实验目的
1、观察交流伺服电动机的自制动过程 2、掌握用实验方法配圆形磁场
3、掌握交流伺服电动机的机械特性及调节特性的测量方法
二、预习要点
1、对交流伺服电动机有什么技术要求？ 2、交流伺服电动机有几种控制方式？
3、何谓交流伺服电动机的机械特性和调节特性？
三、实验项目
1、用实验方法配堵转圆形磁场
2、测交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性 3、测交流伺服电动机幅值——相位控制时的机械特性 4、观察自转现象
四、实验方法
1
HK57 3、幅值控制
2、屏上挂件排列顺序
图8-1交流伺服电动机幅值控制接线图
（1）实测交流伺服电动机α=1（即U C =UN =220V）时的机械特性
1）关断三相交流电源，按图8-1接线。图中T 1、T 2选用HK57挂件
2）启动三相交流电源，调节调压器，使U f =220V，再调节单相调压器T 2使U C =UN =220V。 3）调节涡流测功机，将力矩T 及电机转速记录于表8-1中。
（2）实测交流伺服电动机α=0.75（即U C =0.75UN =165V）时的机械特性
1）保持U f =220V不变，调节单相调压器T 2使U C =0.75UN =165V。 2）重复上述步骤，将所测数据记录于表8-2中。
（3）实测交流伺服电动机的调节特性
1）调节三相调压器使U f =220V，电机空载（涡流测功机不加载）。逐次调节单相调压器T 2。使控制电压U C 从220V 逐次减小直到0V 。
2）将每次所测的控制电压U C 与电动机转速n 记录于表8-3中。
4、观察交流伺服电动机“自转”现象
（1）接线图同8-1一样，调节调压器使U 1=127V，U C =220V，再将U C 开路，观察电机有无“自转”现象。 （2）接线图同8-1一样，调节调压器使U 1 =127V，U C =220V，再将U C 调到0V ，观察电机有无“自转”现象。
5、幅值——相位控制
（1）用实验方法使电机堵转时的旋转磁场为圆形磁场
1）关断三相交流电源，按图8-2接线。图中T 1、T 2、C 选用HK57挂件。电压表、电流表、选用控制屏上对应仪表。R 1、R 2选用屏上两个90Ω各自并联，用万用表调定在5Ω阻值。示波器两探头地线应接图中N 线，X 踪和Y 踪幅值量程一致，并设在迭加状态。
图8-2 交流伺服电动机幅值——相位控制接线图
2）合上三相交流电源，调节三相调压器使U 1=127V，再调节单相调压器T 2使U C =U1=127V，调节棘轮机构使电机堵转。
3）调节可变电容C ，观察A 1和A 2表，使I f =IC ，此时观察示波器轨迹应为圆形旋转磁场。并且此时U f 应等于U C 。
（2）实测交流伺服电机U 1=127V，α=1（即U C =UN =220V）时的机械特性。
1）调节单相调压器T 2使U C =UN =220V。调节控制屏上的涡流测功机给定调节旋钮给交流伺服电机加载。 2）记录电机从空载至堵转过程中对应的转矩T 、转速n 的值，将数据记录于表8-4中。
（3）实测交流伺服电机U 1=127V，α=0.75（即U C =0.75UN =165V）时的机械特性。
调节三相交流电源和单相调压器使U C =0.75UN =165V，重复上面实验，将数据记录于表8-5中。
1、作交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性 2、作交流伺服电动机幅值——相位控制时的机械特性 3、分析实验数据及实验过程中发生的现象
六、思考题
1、分析无“自转”现象的原因？怎样消除“自转”现象？
2、幅值——相位控制时的交流伺服电动机，什么条件下电机气隙磁场为圆形磁场？其理想空载转速是多大？
九 直流伺服电动机
一、实验目的
1、通过实验测出直流伺服电动机的参数r a 、K e 、K T 。 2、掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。
二、预习要点
1、分析掌握直流伺服电动机的运行原理。 2、如何测量直流伺服电动机的机电时间常数，并求传递函数。
三、实验项目
1、测直流伺服电动机的电枢电阻。 2、测直流伺服电动机的机械特性T=f（n ）。
3、测直流伺服电动机的调节特性n=f（U a ）。 4、测定空载始动电压和检查空载转速的不稳定性。 5、测量直流伺服电动机的机电时间常数。
四、实验方法
1
2
图9-1测电枢绕组直流电阻接线图
(1) 按图9-1接线，电阻R 用屏上900Ω和900Ω串联共3600Ω阻值。
(2) 经检查无误后接通可调直流电源，并调至220V ，合上开关S ，调节R 使电枢电流达到0.2A ，迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I ，再将电机轴分别旋转三分之一周和三分之二周。同样测取U 、I ，记录于表9-1中，取三次的平均值作为实际冷态电阻。 表9-1
(3) 计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验直接测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值，冷态温度为室温，按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值。
式中： R aref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻，（Ω）
R aref =R a
235+θref 235+θa
R a ——电枢绕组的实际冷态电阻，（Ω） θref ——基准工作温度，对于E 级绝缘为75℃ θa ——实际冷态时电枢绕组温度，（℃） 4、测取直流伺服电动机的机械特性
图9-2 直流伺服电动机接线图
(1) 按图9-2接线，图中R f2选用屏上1800Ω阻值， A 1、A 2选用毫安表、安培表。
(2) 把R f2调至最小，先接通励磁电源，再调节控制屏左侧调压器旋钮使直流电源升至220V 。
(3) 调节涡流测功机控制箱给直流伺服电机加载。调节R f2阻值，使直流伺服电动机n=nN =1600r/min，I a =IN =0.8A，U=UN =220V，此时电机励磁电流为额定励磁电流。
(4) 保持此额定励磁电流不变，逐渐减载，从额定负载到空载 ，测取其机械特性n=f（T ），记录n 、I a 、T 7~8组于表9-2中。
(5) 调节可调直流电源电压为U=160V，调节R f1，保持电动机励磁电流的额定电流I f =IfN ，调节涡流测功机使I a =1A，，再调节涡流测功机给定调节旋钮减载一直到空载，其间记录7~8组于表9-3中。
(6) 调节可调直流电源电压为U=110V，调节R f1，保持电动机励磁电流的额定电流I f =IfN ，调节涡流测功机使I a =0.8A，，再调节涡流测功机一直到空载，其间记录7~8组于表9-4中。
5、测取直流伺服电动机的调节特性
（1）按4中（1）、（2）、（3）步骤起动电动机，保持I f =IfN 不变。调节负载使电动机输出转矩为额定输出转矩并保持不变，调节直流伺服电动机电枢电压（注：单方向调节控制屏上旋钮）测取直流伺服电动机的调节特性n=f(U),直到n=100r/min记录7~8组于表9-5中
（2）保持电动机输出转矩T=0.5TN ，重复以上实验，记录7~8
组数据于表9-6中。 9-7中。
（
3）保持电动机输出转矩T=0，调节直流伺服电动机电枢电压，直至n=0r/min，其间取7~8组数据记录于表
6、测定空载始动电压和检查空载转速的不稳定性
（1） 空载始动电压
按5、（3）步骤起动电机，把电枢电压调至最小后，直至n=0r/min，再慢慢增大电枢电压，使电枢电压从零缓慢上升，直至转速开始连续转动，此时的电压即为空载始动电压。
（2）正、反向各作三次，取其平均值作为该电机始动电压，将数据记录于表9-8中。
（3）正（反）转空载转速的不对称性
正(反) 向空载转速-平均转速
正(反) 转空载转速不对称性=⨯100% 平均转速
平均转速=正向空载转速-反向空载转速
2
注：正（反）转空载转速的不对称性应≤3% 7、测量直流伺服电动机的机电时间常数
按图9-2中右半边接线，直流伺服电动机加额定励磁电流，用记忆示波器拍摄直流伺服电动机空载启动时的电流过渡过程，从而求得电动机的机电时间常数。
五、实验报告
1、由实验数据求得电机参数：R aref 、K e 、K T （R aref ——直流伺服电动机的电枢电阻
K e =
U aN
n 030
——电势常数
K T = K e ——转矩常数）
π
2、由实验数据作出直流伺服电动机的三条机械特性和三条调节特性曲线。 3、求该直流伺服电动机的传递函数。
六、思考题
1、转矩常数K T 的计算现采用K T =
30
π
K e ，而没有采用公式K T =
T K ⨯R a
来求取，这是为什么。用这两U a
种方法所得之值是否相同，有差别时其原因是什么？2、若直流伺服电动机正（反）转速有差别，试分析其原因？