《电机学A（上）实验》教案
2013-2014学年第一学期
一、课程名称属性学时及考核方式
1.课程名称:电机学A（上）实验
2.课程属性: 专业技术基础课
3.学时数: 8学时
4.考核方式: 考查
二、教学目标
实验是《电机学A（上）》不可缺少的重要教学环节。通过实验课的教学，使学生加深对变压器,直流电机基本工作原理和基本性能的理解，有助于掌握变压器,直流电机的运行性能及分析,计算方法, 为毕业后从事电力系统及电气工程相关专业的运行,调试和维护打下基础.
上述实验课程将教学的总体目标定位在培养学生掌握基本的实验方法与技能,使学生根据实验目的拟定试验线路,选择所需仪表.确定试验步骤,测取所需数据,然后进行分析研究,得出必要结论.
三、授课对象及基本情况
《电机学A（上）》实验课程授课对象为电气工程及其自动化专业本科班.该班学生已经完成大学数学,普通物理,电路,电磁场等先行课程的学习,后续课程涉及到电力系统分析,发电厂电气部分等课程.
四、授课内容,课时安排及重、难点处理
1.电机学A（上）实验课安排4个单元、8学时、一学期完成。
第一学期：电机学A（上）实验
1) 三相变压器的空载和短路实验 2学时必开
2) 变压器的极性和组别的测定 2学时必开
3) 直流电动机的启动、调速和方向改变 2学时必开
4) 直流发电机的运行特性 2学时必开
实验一三相变压器的空载和短路实验
内容: 1. 熟悉和掌握变压器的实验方法。
2.根据变压器空载和短路实验数据，计算变压器线电压变比、参数和效率、
作出变压器的等值电路。
说明：1.熟悉电机实验教学台，熟悉各主要实验仪器、挂件的性能、特点。
2. 掌握变压器空载和短路的定义、特点。
空载：电流小，电压大，三相空载电流不对称，中间相小。空载损耗即为铁耗。
短路：电流大，电压小。短路损耗即为铜耗。
3. 变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。
4. 注意空载实验和短路实验时的电路接线区别。
5.各实验数据同步变化。
6. 短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。
7.掌握功率表的正确接线及读数方法：
1) 智能功率、功率因数表应掌握其功能和运行特点。
智能功率、功率因数表是有源电表，使用前先打开电源。
功率表使用步骤：按复位键→按功能键→显示P→按确应键→显示测量值。
功率因数表使用步骤：按复位键→连续按两下功能键→显示COS→按确应键→显示测量值。
2) 功率表接线中，应注意前置和后置的区别。
8. 每次实验完毕，调压器应归零复位。
重点：空载和短路两实验的实验方法
难点：功率表的正确接线
实验二变压器的极性和联结组别组别的测定
内容：
1、测定三相变压器的同名端。
2、判别三相变压器的联接组别。
说明：
1. 注意实验中各自的实验接线图。
2. 注意连接图中原、副绕组的区别。
3. 极性测定中，应注意“+”极性和“-”极性的特点
4、如何把Yy0联接组改成Yy6联接组
5. 如何把Yd11改为Yd5联接组。
6. 注意各电压表量程的变化及实际读数的区别。
7. 每次实验完毕，调压器应归零。
重点：极性和组别的测定
难点：实验原理
实验三直流电动机的启动和调速内容：
（1）直流电动机的启动方法。
（2）直流电动机的调速方法。
说明：
（1）熟悉THHDZ-3电机实验教学台，熟悉各电机铭牌参数、性能和结构特点。
（2）熟悉启动、调速实验线路，正确选择各电表的极性和量程。
(3）应注意励磁回路保持通畅，错接或不接是错误的。实验过程中，励磁电流不能太小，以防转速过高，发生“飞车”现象。
（4）启动时，励磁电源、电枢电源旋钮应逆时针旋转到底，即归零。
（5）数字转速表的正确使用。
（6）改变励磁电流调速，应注意其转速n随励磁电流I f的增加而减少。
改变电枢电压调速，应注意其转速n随电枢电压V a的增加而增加。
（7）实验完毕，应注意断开电枢电源、励磁电源的先后操作顺序。
重点：调速原理
难点：实验接线的正确连接。
实验四直流发电机的运行特性
内容：
（1）直流发电机空载特性U0=f（I fG）的测取。
（2）直流发电机外特性U=f（I L）的测取。
（3）直流发电机调整特性I fG=f（I L）的测取。
说明：
（1）熟悉直流发电机运行特性的实验接线图。正确选择各电表的量程和极性，重点掌握直流部分和灯箱负载的正确接线。
（2）电机启动时，应将“励磁电源”和三相交流电源的调压器旋钮逆时针旋到底，以防过流。
（3）电表的极性如接反，可断开相应开关，调换接线。
（4）注意转速表的使用方法。
（5）整个实验，电机的转速保持额定转速。
（6）注意空载特性曲线分上升分支与下降分支，两者不重合，取下降分支。发电机端电压随励磁电流的减少而减少，应测取剩磁电压。
（7）测取外特性，转速保持额定转速， I fG=I fGN，直流发电机端电压随负载电流的增加而减少。
（8）测取调整特性，转速保持额定转速，U=U N，直流发电机负载电流随励磁电流的增加而增加。
（9）注意关断电路的先后操作顺序。
重点：空载特性、负载特性曲线测定
难点：调整特性曲线测定
五、教学方法
1.结合理论课教师的教学进度,先理论,后实验.实验前,要学生先复习课程的有关内容,
阅读有关章节,了解实验目的,实验方法和步骤.并要求写出预习报告.
2.精选授课内容,分组辅导,提高课堂效率,解决内容与课时的冲突.
3.为保证实验课的教学质量,在成绩考核方面采取学生出勤,操作技能,实验报告多方位
考查方式.
六、考查方式
本课程实验不单独设课,实验教学环节采取考查方式, 实验教学环节成绩占课程总成绩的20%.
七、实验设备
杭州天煌科技实业有限公司
1）DDSZ-1型电机及电气技术实验装置
2）THHDZ-3型大功率电机综合实验装置
八、实验教材及参考书
1．<<电机学实验指导书>> 长沙理工大学电工电子教研室编
2．<<电机及拖动基础实验指导书>> 王伟平中国电力出版社
3．<<电机学>> 辜承林陈乔夫华中科技大学出版社
实验六 直流伺服电机实验 一、实验设备及仪器 被测电机铭牌参数： P N =185W ，U N =220V ，I N =1.1A ， 使用设备规格(编号)： 1．MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I 、MEL-IIA 、B ）； 2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）； 3．直流并励电动机M03（作直流伺服电机）； 4．220V 直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）； 5．三相可调电阻900Ω（MEL-03）； 6．三相可调电阻90Ω（MEL-04）； 7．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）； 二、实验目的 1．通过实验测出直流伺服电动机的参数r a 、e κ、T κ。 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。 三、实验项目 1．用伏安法测出直流伺服电动机的电枢绕组电阻r a 。
2．保持U f=U fN=220V，分别测取U a =220V及U a＝110V的机械特性n=f(T)。3．保持U f=U fN=220V，分别测取T2＝0.8N.m及T2＝0的调节特性n=f(Ua)。4．测直流伺服电动机的机电时间常数。 四、实验说明及操作步骤 1．用伏安法测电枢的直流电阻Ra
表中Ra=（R a1+R a2+R a3）/3; R aref=Ra*a ref θ θ + + 235 235 （3）计算基准工作温度时的电枢电阻 由实验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： R aref=Ra a ref θ θ + + 235 235
电机试验铸铁平台技术要求 铸铁平台的用途:用于安装对拖试验的电机。 （一）主要技术参数及结构 1.铸铁平台的规格为：10000×4500×300（长×宽×高），可拼 接而成，最多不超过4块； 2.表面带有T型槽，可以用来固定设备，槽的方向：垂直于1000 米长度方向（只沿一个方向有槽），工作面厚100mm，筋厚30mm； 槽间距200mm； 3.材质：HT250，工作台硬度为HB190以上，具有较好的平面稳 定性、韧性和耐磨性。 4.精度等级：3级 （二）技术要求 1.执行行业制造标准：JB/T7974-1999，按以下工艺流程进行生产：图纸→造型→铸造→首次时效处理（消除内应力）→粗加工→二次时效处理（去磁稳定性处理）→精加工→刮研→检验→包装→出厂。 原材料要求全部采用邯钢、首钢、本钢等厂家供应的优质生铁。焦碳选用优质焦碳，原材料进厂严格进行复检并出具原材料采购产地证明，确保铸件质量，经过两次人工时效处理，保证产
品内在质量。 2. 必须进行严格的热处理工艺，确保产品质量，出具热处理过程的控制曲线图。必须提供所有有关产品质量控制的表格和曲线。例如下表： 三、铸铁平台说明： 1. 平台型式：筋板式，工作面长方形。工作面采用加工后刮研工艺，工作面上加工单向T形槽和圆孔以便于安装M24螺栓。 2. 精度为：每块平台平面度不超过0.10，整体平台平面度不超过0.50mm。装配平台工作面中央每施加250N（1N=0.102kgf）载荷，平板挠度应不超过1mm。 3. 铺设规格及面积： T型槽内使用M30螺栓固定工件，T型槽加工尺寸执行国家标准GB158-59（上开口a＝36mm，h＝37mm；下开口b＝60mm，c＝25mm）。（T型滑块置于T型槽内时，滑块不得高于平台平面，滑块中心带有标准的M24螺纹通孔。） 4. 总体技术要求：
三相交流异步电动机型式试验数据处理一、被试电动机铭牌中的主要数据 被试电动机铭牌中的主要数据 二、试验数据统计和计算 （一）绝缘电阻的测定 1、绝缘电阻测量结果汇总（见表1-1） 表1-1 绝缘电阻测量结果汇总 注：测量时电机绕组温度（环境温度）为℃ 2、测量结果的判断 一般电机标准中，都没有电机在冷状态时的绝缘电阻的考核标准，但电机绕组的绝缘电阻在冷状态下所测得的数值应不小于下式所求得的数值 R是电机绕组冷状态下绝缘电阻考核值，ＭΩ； 式中： MC U是电机绕组的额定电压，V； t是测量时的绕组温度（一般用环境温度），℃。
3、思考题 在绝缘电阻的测定中，如何选用兆欧表？ （二）绕组在实际冷状态下直流电阻的测定 1、冷状态下直流电阻测量结果汇总（见表2-1） 表2-1 冷状态下直流电阻测量结果汇总 2、测量结果的处理 标准工作温度下的定子绕阻： 075 1r = 0T 75 T R ?++θ 3、思考题 测量定子绕组的直流电阻为何不用万用表？
（三）、空载特性的测量 1、空载试验数据汇总（见表３－１） R。 空载试验后立即测得的一个定子线电阻 表３-１空载试验数据汇总
２、试验数据计算 （１）计算三相电压平均值0U 。每点的三相电压平均值0U 为三个读数之和除以３。 （２）计算三相电流平均值0I 。每点的三相电流平均值0I 为三个读数之和除以３。 （３）计算每点的输入功率仪表显示值0P 。每点的输入功率仪表显示值0B P 为两功率表读数的代数和。 （４）计算每点的空载铜耗0Cu1P 用公式0203R I P 0Cu1=求出各点的空载铜耗。 （５）计算求出各点的铁耗与机械耗之和' 0P 铁耗与机械耗之和为空载损耗与空载定子铜耗之差 100Cu 0P P P -=' 上述计算结果见表３-２ 表３-２ 空载试验计算结果
步进电机控制实验 一、实验目的： 了解步进电机工作原理，掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，熟悉步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容： 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转： 三、工作原理： 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A′、B、B′、C、C ′，相邻的两个磁极之间夹角为60o，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-C′），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中，若A相通电，B、C相都不通电，在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0
直流电机的特性测试 一、实验要求 在实验台上测试直流电机机械特性、工作特性、调速特性（空载）和动态特性，其中测试机械特性时分别测试电压、电流、转速和扭矩四个参数，根据测试结果拟合转速—转矩特性（机械特性），并以X 轴为电流，拟合电流—电压特性、电流—转速特性、电流—转矩特性，绘制电机输入功率、输出功率和效率曲线，即绘制电机综合特性曲线。然后在空载情况下测试电机的调速特性，即最低稳定转速和额定电压下的最高转速，即调速特性；最后测试不同负载和不同转速阶跃下电机的动态特性。 二、实验原理 1、直流电机的机械特性 直流电机在稳态运行下，有下列方程式： 电枢电动势 e E C n =Φ （1-1） 电磁转矩 e m T C I =Φ （1-2） 电压平衡方程 U E I R =+ （1-3） 联立求解上述方程式，可以得到以下方程： 2e e e m U R n T C C C = -ΦΦ （1-4） 式中 R ——电枢回路总电阻 Φ——励磁磁通 e C ——电动势常数 m C ——转矩常数 U ——电枢电压 e T ——电磁转矩 n ——电机转速
在式（1-4）中，当输入电枢电压U 保持不变时，电机的转速n 随电磁转矩e T 变化而变化的规律，称为直流电机的机械特性。 2、直流电机的工作特性 因为直流电机的励磁恒定，由式（1-2）知，电枢电流正比于电磁转矩。另外，将式（1-2）代入式（1-4）后得到以下方程： e e U R n I C C = -ΦΦ （1-5） 由上式知，当输入电枢电压一定时，转速是随电枢电流的变化而线性变化的。 3、直流电机的调速特性 直流电机的调速方法有三种：调节电枢电压、调节励磁磁通和改变电枢附加 电阻。 本实验采取调节电枢电压的方法来实现直流电机的调速。当电磁转矩一定 时，电机的稳态转速会随电枢电压的变化而线性变化，如式（1-4）中所示。 4、直流电机的动态特性 直流电机的启动存在一个过渡过程，在此过程中，电机的转速、电流及转矩 等物理量随时间变化的规律，叫做直流电机的动态特性。本实验主要测量的是转速随时间的变化规律，如下式所示： s m dn n n T dt =- （1-6） 其中，s n ——稳态转速 m T ——机械时间常数 本实验中，要求测试在不同负载和不同输入电枢电压（阶跃信号）下电机的 动态特性。 5、传感器类型 本实验中，测量电机转速使用的是角位移传感器中的光电编码器；测量电磁 转矩使用的是扭矩传感器。
AEDK—DJ实验平台使用说明1 使用AEDK 5196ET实验机。 一．接线说明 步进电机和直流电机接线接至一标准25芯插头，接线和插头定义如下： 直流电机：白线：输入电压端； 黑线：地线。 步进电机：白线：+12V接入； 红线：A相； 黄线：B相； 绿线：C相； 蓝线：D相。 25芯插头： 二．示例程序 1．实验连线：首先将25芯电缆接好，再将实验机上W2的最右端孔接上+5V电源。将W2的中心抽头与AD0809的IN2相连，AD0809的CS与8100H相连，EOC与8051的P32相连。0832的片选与8000H相连。8255 的片选CS接至8400H。 2．实验步骤：先从实验机上汇编、加载实验程序，执行后LED显示DJ—DEMO的字样，按0A键，程序开始执行。（程序默认为直流电机），旋动W2，可以看到直流电机的速度为可调。按动08键，这时程序转向步进电机，同样旋动W2步进电机的速度也可以用W2控制。再按动09键，这时步进电机会反向运行。 实验程序：仅供演示 ;############################################## ;#键盘定义:0A键为启动键,01键为直流电机运行键 # ;# 08键为步进电机运行键(反转),09键为 # ;# 步进电机正转运行键.按动0A键程序重 # ;# 新执行. # ;############################################## CS0832 EQU 8000H ;0832片选地址 M_8255 EQU 8406H ;8255命令口地址 DATA_8255 EQU 8404H ;8255数据口地址 CS0809 EQU 8104H ;0809片选地址 M_8279 EQU 0FF82H ;8279命令口地址 DATA_8279 EQU 0FF80H ;8279数据口地址 RFIFO EQU 40H ;写先入先出缓冲区 WDISP_RAM EQU 90H ;写显示缓冲区 DISP_RAM EQU 40H ;显示缓冲区首址 SPD_BUF EQU 50H ;速度缓冲区
微型计算机原理综合实验装 题目：步进电机控制 订 线 学院电子信息工程学院 学科门类工学 专业通信工程 学号2012449149 姓名孙姣 指导教师侯顺艳 2015年1 月7日
目录 一、实验目的……………………………………………….. 二、设计要求………………………………………………. 三、设计原理………………………………………………. 四、程序流程图…………………………………………… 五、程序源代码…………………………………………… 六、总结与体会……………………………………………. 参考文献…………………………………………………….
一、实验目的 1.1掌握微机原理程序设计方法，达到运用所学知识来应用于实践的目的; 1.2培养学生查阅资料、使用工程设计标准、手册及编写设计技术的能力； 1.3培养初步掌握设计开发产品的能力，了解微机控制系统的一般设计方法。 1.4掌握汇编语言在硬件编程方面的应用 二、设计要求 2.1外设电路要求 设计电路，使其能够驱动步进电机转动，所需元件及器材由实验室提供，其中步进电机为35BYJ46型四相八拍电机，电压为DC12V，电源取自实验箱。根据相应状态，利用数码管完成输出显示。数据的输入采用键盘、输出采用实验箱上8255单元完成。 2.2程序要求 编写程序，控制步进电机的运转，要求可调整步进电机运转的方向和速度。选择合适的设计方案，并进行理论阐述。编制相应的控制程序，要求有程序流程图，程序加注释。绘制实现电路原理图，所有图纸均用计算机绘制。 三、设计原理 3.1工作过程一、步进电机的概述及四相八拍步进电机的工作原理：步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进位移，正常运行情况下，它每转一周是有固定的步数。该步进电机为四相八拍步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C 相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿A、B、C、D方向转动。
电动机实验报告 篇一：电机实验报告 黑龙江科技大学 综合性、设计性实验报告 实验项目名称电机维修与测试 所属课程名称电机学 实验日期 XX年5.6—5.13 班级电气11-13班 学号 姓名 成绩 电气与信息工程学院实验室 篇二：电机实验报告 实验报告本 课程名称：电机拖动基础班级：电气11-2 姓名田昊石泰旭孙思伟 指导老师：_史成平 实验一单相变压器实验 实验名称：单相变压器实验 实验目的：1.通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。
2.通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目：1. 空载实验测取空载特性U0=f(I0), P0=f(U0)。 2. 短路实验测取短路特性Uk=f(Ik), Pk=f(I)。 3. 负载实验保持U1=U1N，cos?2?1的条件下，测取U2=f(I2)。 （一）填写实验设备表 （二）空载实验 1．填写空载实验数据表格 2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗PFe、励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、电压比k （三）短路实验 1. 填写短路实验数据表格 O （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格 表3 cos?2=1 （五）问题讨论 1. 在实验中各仪表量程的选择依据是什么？ 根据实验的单相变压器额定电压、额定电流、额定容量、空载电压，单 相变压器电源电压和频率、线圈匝数、磁路材质及几何尺寸等。 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到
起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关？ 防止误操作造成人身伤害、防止对变压器及其它仪器仪表等设备过压过 流而损坏。 3. 实验的体会和建议 1.电压和电流的区别：空载试验在低压侧施加额定电压，高压侧开路;短路 试验在高压侧进行，将低压侧短路，在高压侧施加可调的低电压。2.测量范围的不同：空载试验主要测量的是铁芯损耗和空载电流, 而短路试 验主测量的是短路损耗和短路电阻。3.测量目的不同：空载试验主要测量数据反映铁芯情况，短路试验反映的是线圈方面的问题。 4.试验时，要注意电压线圈和电流线圈的同名端，要避免接错线。选择的导 线应该是高压导线，要不漏线头要有绝缘外皮保护。5.通过负载试验可以知道变压器的阻抗越小越好。阻抗起着限制变压器的电 流的作用，在设计时我们要考虑这些。 篇三：直流电动机实验报告 电机 实验报告 课程名称：______电机实验_________指导老师：___
实验一直流发电机 一．实验目的 1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。 2．通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。 二．预习要点 1.什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。 2.做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？ 3.并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？ 4.如何确定复励发电机是积复励还是差复励？ 三．实验项目 1.他励发电机 (1)空载特性：保持n=n N，使I=0，测取Uo=f(I f)。 (2)外特性： 保持n=n N，使If =I fN，测取U=f(I)。 (3)调节特性：保持n=n N，使U=U N，测取I f =f(I)。 2.并励发电机 (1)观察自励过程 (2)测外特性：保持n=n N，使R f2 =常数,测取U=f(I)。 3.复励发电机 积复励发电机外特性：保持n=n N，使R f=常数，测取U=f(I)。 四．实验设备及仪器
1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。 2．电机导轨及测功机，转矩转速测量组件（MEL-13）或电机导轨及转速表。 3．直流并励电动机M03。 4．直流复励发电机M01。 5．直流稳压电源（位于主控制屏下部）。 6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。 7．波形测试及开关板（MEL-05）。 8．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 9．三相可调电阻90Ω（MEL-04）。 10．电机起动箱（MEL-09）。 五．实验说明及操作步骤 1．他励发电机。 按图1-3接线
步进电机控制报告 目录 引言 0 一系统技术指标 (1) 二总体方案 (1) 2.1 任务分析 (1) 2.2 总体方案 (1) 三硬件电路设计 (2) 3.1 单片机控制单元 (2) 3.2 nokia5110液晶显示单元 (3) 3.3 电机的选择 (4) 3.3.1 反应式步进电机（VR） (4) 3.3.2 永磁式步进电机（PM） (4) 3.3.3 混合式步进电机（HB） (4) 3.3.4 电机确定 (5) 3.4 驱动电路方案选择 (5) 3.4.1 单电压功率驱动 (5) 3.4.2 双电压驱动功率驱动 (6) 3.4.3 高低压功率驱动 (6) 3.4.4 斩波恒流功率驱动 (7) 3.4.5 集成功率驱动 (8)
3.4.6 驱动电路方案确定 (9) 3.5 键盘电路 (9) 四软件设计 (11) 五测试结果 (13) 六误差分析 (13) 七操作规范 (13)
引言 本系统是基于MSP430的步进电机控制系统，能够实现精密工作台位移、速度（满足电机的加、减速特性）、方向、定位的控制。用MSP430F449作为控制单元，通过矩阵键盘实现对步进电机转动开始与结束、转动方向、转动速度的控制。并且将步进电机的转动方向，转动速度，以及位移动态显示在LCD液晶显示屏上。硬件主要包括单片机系统、电机驱动电路、矩阵键盘、LCD显示等。
一系统技术指标 系统为开环伺服系统，执行元件为步进电动机，传动机构为丝杠螺母副。工作台脉冲当量：δ=0.01 mm /脉冲；最大运动速度=1.2m/min；定位精度=±0.01 mm；空载启动时间=25ms。 二总体方案 2.1 任务分析 本系统要求脉冲当量为δ=0.01 mm /脉冲，而工作台丝杠螺母副导程4mm，即电机转动一周需要400个脉冲，所以电机的步距选择0.9度；最大速度要求为1.2m/min（20mm/s），所以单片机输出的脉冲频率最大为2000Hz；空载启动时间为25ms，所以电机的启动频率为40Hz。 2.2 总体方案 根据系统要求，经过分析，可对MSP430F449单片机编程，实现按键控制和nokia5110液晶屏显示。由于MSP430F449的I/O的电压是3.3V，不符合L298驱动芯片的输入电压要求，固通过光耦隔离芯片TLP521-4，将I/0的3.3V 电压提升至5V，然后接进L298来控制电机的定位，加减速，正反转来实现精确系统总体框图如图1所示：
为了更好地吸收被测电机的机械能，为被测电机的动力提供负载，同时测量被测电机的扭矩转速以及输入的电参数，公司专门研发了一款电机综合试验平台。但目前大家对这款产品的了解还比较少，下面就给大家介绍一下。 一、功能特点 通用电机测试平台集成了专业的电机自动化测试软件和高精度功率分析仪，为用户提供了良好的测试体验。 1、全新的图形用户界面用户友好的选项卡页面快速导航； 2、比较功能允许五个单独的测试数据放在同一图上比较； 3、光标工具可以获得任意点的x和y坐标曲线和放大图的任何部分； 4、图片导出到剪贴或文件； 5、多页报告第二个页面上生产一个多轴图；
6、多个测试选项：自动、手动、升温、惯量和过载保护； 7、曲线拟合根据当前的测量数据拟合成多项式曲线； 8、可编程模拟和数字输出曲线和可以自动测试的每一步； 9、显示108中测试和计算参数； 10、多种功率分析仪和电机电源的选择； 11、多通道高精度功率分析仪数据同步采集； 12、可选的模拟和数字I/O设备提供了更多的灵活性； 13、额外的测试选择（惯性和过载保护）； 14、电机轴方向指示器； 15、以太网、USB接口； 16、添加手动测试模式； 17、温升试验； 18、保存/加载设置定制的报告功能； 二、增强型电参数测量 由于采用了PA系列高精度功率分析仪，相对于普通的电机测试系统，ZDT-III 通用电机测试平台具有以下优势： 1、采用先进的测量技术，支持直流~1MHz带宽，保证了可靠的测量准确度，基本精度：0.02%； 2、多相功率输入，所有的输入通道均电气隔离，避免各种应用中的短路； 3、同步采用所有相，精确测量电压、电流和功率参数； 4、丰富的分析功能：谐波闪变分析、频谱分析、采样波形显示和三相不平衡矢量图；
电机故障诊断综合实验 课程名称：电气设备故障诊断技术 实验组员；张笑庆（信电09-8） 丁慧慧（信电09-8） 王喜乐（信电09-8） 朱星奎（信电09-8）
目录 一、实验目的 (3) 二、实验内容 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验步骤 (3) 五、数据采集与分析步骤 (4) 六、数据处理 (5) 1、傅里叶变换法 (5) 2、PARK 矢量法 (8) 3、小波变换法 (13) 七、实验总结 (15)
一、实验目的 1、初步了解故障诊断的过程； 2、了解并初步掌握电机转子断条和气隙偏心故障的定子电流频谱分析方法； 3、认识不同的数据处理与故障诊断方法在故障诊断的敏感性和准确性等方面的差异。 二、实验内容 分别采集状态良好的和存在转子断条，气隙偏心，匝间短路故障的三相异步电动机、在不同负载工况下的三相电流数据；然后运用已编制好软件或运用MATLAB自行编程，对测试数据进行频谱分析，根据相应的故障诊断特征频谱分量，判断电机的故障状态。 三、实验原理 当三相电机出现转子断条故障时，电流频谱中会出现特征分量=（1±2ks）*f1，通常k=1时的特征最为明显；当出现气隙偏心故障时，电流频谱中会出现特征分量=f1±mfr，其中fr为转子频率，m为正整数。当三相电动机出现定子匝间短路故障时，通过对三相定子电流运用Park矢量模平方函数进行变换，电流中除了直流分量外还出现了两倍的基频分量。电机稳态运行时，转速相对稳定，故障特征频率也相对稳定，因此，可根据频谱分析结果判断电机有无对应故障。 四、实验步骤 转子断条故障 注意：严格按照实验步骤，同时在调节整定时间时注意安全！ （１）时间继电器的调整。
湖北科技学院计算机科学与技术学院《微机接口技术》实验报告 学号： 124221031 姓名：李亮亮 实验题目：步进电机控制接口实验报告 指导老师：范建军 实验日期： 2014.12.12
一、实验目的 通过步进电机控制实验，学习并行接口电路及其控制程序的设计原理与方法。 二、实验内容 基本实验四相步进电机，以双八拍方式运行。按开关SW1启动；按开关SW2，停止。 三、实验要求 利用MFID实验平台和步进电机驱动模块板进行硬件连接，利用MFIDE-6集成开发环境进行步进电机软件控制程序的设计、调试，直到使步进电机正常运行。 四、实验原理 1．步进电机驱动模块板电路原理如图2.1.2所示。模块板上包括接口的对象永磁式四相步进电机和驱动电路达林顿管TIP，保护电路74LS373，相序指示灯以及开关SW1和SW2等。 2．步进电机接口设计原理与方法的详细阐述，参考《微型计算机接口技术及应用》教材第7.3节（P146～151）。 图2.1.2 步进电机驱动模块电路原理框图 五、实验资源配置 1．电源：机内供电，将平台的电源开关拔到“内”的位置上，并将模块电源中并口电源接通 2．电缆线：采用单线/20芯扁平线 3．开关：T区的SW1、SW2和SW3可以配置为用来控制步进电机的运行方向、速度和
启动/停止 4．本实验所涉及的模块：F（8255模块），P（步进电机），T（按键开关），L（跳线）四个模块 5．I/O端口地址：8255的4个端口地址为300H～303H。其中A口=300H，B口=301H，C口=302H，命令口=303H 6．软件资源：MFID-6集成开发环境软件提供了丰富的汇编语言和C/C++语言程序开发工具 六、实验的硬件连接与软件编程 1．硬件连线： F区P区 PA0 A相 PA2 B相 PA4 C相 PA6 D相 PC4 OE#74LS373开关
PWM电机调速 班级：09应电（5）班 姓名： 学号：0906020122 指导老师 时间：2011年10月20日
目录 一、实验名称 (2) 二、实验设计的目的和要求 (2) 三、预习要求 (2) 四、电路原理图 (4) 五、电路工作原理 (4) 六、 PCB图 (5) 七、实验结果 (6) · 八、实验中出现的问题以及解决方法 (13) 九、实验心得 (13) 十、参考文献 (14) 十一、元件清单 (14)
一、实验名称：PWM电机调速 二、实验设计的目的和要求 1）学习用LM339内部四个电压比较器产生锯齿波、直流电压、PWM脉宽； 2）掌握脉宽调制PWM控制模式； 3）掌握电子系统的一般设计方法； 4）培养综合应用所学知识来指导实践的能力； 5）掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法进一步掌握制版、电路调试等技能。 三、预习要求 3.1关于LM339器件的特点和一些参数 图3-1 LM339管脚分配图 1）电压失调小，一般是2mV； 2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v； 3）他对比较信号源的内阻限制很宽； 4）LM339 vcc电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V； 5）输出端电位可灵活方便地选用； 6）差动输入电压范围很大，甚至能等于vcc。
3.2 分析PWM电机调速电路的系统组成原理，画出每一级电路输出的波形 1）由1、6、7管脚构成的电压比较器，通过RC积分电路调节可调变阻器R5(203)，产生锯齿波 图3-2 锯齿波 2) 由8、9、14管脚构成的比较器，通过8管脚接入前一个比较器1管脚产生的锯齿波信号与调节R7(103)取样得到的9管脚电压做比较通过比较器14管脚输出的是PWM脉宽 图3-3 脉冲波（pwm） 3）PWM电机调速电路中有两个三极管，是具有耦合放大作用的 4）另外电路中的输入4、5管脚和10、11管脚的两个电压比较器在整个电路中具有欠压保护和过流保护
电机出厂测试系统 依据《GB755-2008 旋转电机定额和性能》和《GB14711-2006中小型旋转电机安全要求》要求，旋转电机的主要测试试验内容包括：电气安全性能测试（绝缘电阻测试、交流/直流耐压测试和匝间冲击耐压测试）、冷态直流电阻测量、热试验、负载特性试验、空载特性试验、堵转试验、效率测量、振动及噪声测量等。 电机测试涉及的主要仪器包括：电机综合测试仪、电气安全性能测试仪、直流电阻测量仪、功率分析仪、温度测量仪、测功机、振动测试仪和噪声测量仪、交流电源、直流电源等。 其中，负载特性试验、空载特性试验、堵转试验、效率测量在电机型式试验中已经进行了，而出厂测试主要是判断电机是否可正常运转，是否存在明显质量隐患，故出厂测试关注的是电气安全性能测试（绝缘电阻测试、交流/直流耐压测试和匝间冲击耐压测试）、冷态直流电阻测量、热试验、振动及噪声测量等。 1. 绝缘电阻测试 解释：测试相线之间、相线与外壳之间的绝缘电阻。 测试目的：检查绕组之间及绕组及外壳之间有无严重漏电或短路 2. 工频耐压测试： 解释：又叫绝缘强度试验或介电强度试验，主要测试绝缘材料耐受高压交变电场的能力。 测试目的：考核电机三相之间，三相对地之间的绝缘强度。 3. 匝间绝缘测试 解释：测试绕组的层与层、匝与匝之间的绝缘情况。 测试目的：检查绕组的层与层、匝与匝之间有无严重漏电或短路 4. 在实际冷态下绕组直流电阻的测定： ●将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部的温度、当所测温度与冷 却介质之差不超过2K时，则所测温度即为实际冷状态下绕组的温度，若绕组端部 或铁芯的温度无法测量时，允许用机壳的温度代替。 ●绕组的直流电阻值用双臂或单臂电桥测量。电阻在1Ω及以下时，必须采用双臂电 桥测量。 ●当采用自动检测装置以电压表法测量绕组的电阻时，流过被测绕组电流应不超过额 定电流的10%，通电时间应不超过1min。 ●测量时、电机的转子静止不动、在电机的出线端测量绕组的直流电阻。每一电阻应 测量3次，每次读数与3次读数的平均值之差应在平均值的±0.5%范围内,取其平 均值做为电阻的实际值。检查试验时、每一电阻可仅测量1次。 5. 额定参数测试 系统进行额定参数测试时，就是在额定供电电压、额定负载的情况下，电机的其他参数是否满足额定要求。通过MPT1000测功机给被试电机加一个衡定的扭矩负载，然后读取其实际转速是否达标，超过额定转速；还有看一下额定负载下电机的实际电流和额定值偏差有多大。 电机出厂测试系统能综合测试电机综合性能，速度快，效率高，节约企业成本，严把质量关是电机生产企业必不可少的检测设备。 工程技术笔记?2015 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 1
实验一直流他励电动机机械特性 一．实验目的 了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性 二．预习要点 1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？ 3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。 三．实验项目 1．直流他励电动机机械特性。 2．回馈制动特性 3. 自由停车及能耗制动。 4．反接制动。 四．实验设备及仪器 1．NMEL 系列电机系统教学实验台主控制屏。2．电机导轨及转速表( MMEL-13 ) 3?三相可调电阻900Q ( NMEL-03 ) 4?三相可调电阻90Q (NMEL-04 ) 5. 波形测试及开关板(NMEL-05B ) 6. 直流电压、电流、毫安表( N MEL-06 ) 7. 电机起动箱(NMEL-09 ) 五?实验方法及步骤 1 .直流他励电动机机械特性及回馈制动特性 接线图如图1-1 图中直流电压表V1 为220V 可调直流稳压电源(电枢电源)自带，V2 为MEL-06 上直 流电压表，量程为300V； 直流电流表mA i、A i分别为直流励磁及220V可调直流稳压电源自带毫安表、安培表；mA2、A2 分别选用量程为200mA、5A 的毫安表、安培表( NMEL-06 ) R i选用1800 Q欧姆电阻(NMEL-03两只900 Q电阻相串联) R2选用180欧姆电阻(NMEL-04中两90欧姆电阻相串联) R3选用3000 Q磁场调节电阻(NMEL-09 )
R 4选用2250 Q 电阻（用NMEL-03中两只900Q 电阻相并联再加上两只 900 Q 电阻相串 联） 开关S i 、S 2选用NMEL-05中的双刀双掷开关。 M 为直流他励电动机 M03，请抄写电机铭牌上的参数并填入下表中: U N I N n N P N 220 V 1.1 A 1600 r/min 185 W G 为直流发电机 M 12，请抄写电机铭牌上的参数并填入下表中: 表1-2 U N I N n N P N 220 V 0.55 A 1500 r/min 80 W 按图1-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻的设置； （1） 开关S 1合向“ 1”端，S 2合向“ 2”端。 （2） 电阻R 1至最小值，R 2、R 3、R 4阻值最大位置。 （3） 直流励磁电源船形开关和 220V 可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。 实验步骤。 a. 按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和 220V 电源船形开 直流电机励磁电源 可调宜流稳压电源
实验6：步进电机实验 一、实验目的 了解直流电机和步进电机的工作原理 学会Linux下用软件的方法实现步进电机的脉冲分配，用软件 的方法代替硬件的脉冲分配器 二、实验内容 学习步进电机的工作原理，了解实现电机转动对于系统的软件和硬件要求。学习ARM知识，要掌握I/O的控制方法。Linux下编程实现ARM的四路I/O通道实现环形脉冲分配用于控制步进电机的转动。 三、预备知识 C语言的基础知识、程序调试的基础知识和方法，Linux的基本操作。Linux关于module的必要知识。 四、实验设备及工具 硬件：UP-NETARM2410-S嵌入式实验平台、PC机Pentium 500以上，硬盘10G以上 软件：PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0＋MINICOM＋ARM-LINUX开发环境 五、实验原理 1、步进电机概述 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受
电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。 2、步进电机的种类 目前常用的步进电机有三类： 1、反应式步进电动机（VR）。它的结构简单，生产成本低，步距角可以做的相当小，但动态性能相对较差。 2、永磁式步进电动机（PM）。它的出力大，动态性能好；但步距角一般比较大。 3、混合步进电动机（HB）。它综合了反应式和永磁式两者的优点，步距角小，出力大，动态性能好，是性能较好的一类步进电动机。 3、步进电机的工作原理 现以反应式三相步进电机为例说明其工作原理。定子铁心上有六个形状相同的大齿，相邻两个大齿之间的夹角为60度。每个大齿上都套有一个线圈，径向相对的两个线圈串联起来成为一相绕组。各个大齿的内表面上又有若干个均匀分布的小齿。转子是一个圆柱形铁心，外表面上圆周方向均匀的布满了小齿。转子小齿的齿距是和定子相同的。设计时应使转子齿数能被二整除。但某一相绕组通电，而转子可自由旋转时，该相两个大齿下的各个小齿将吸引相近的转子小齿，使电动机转动到转子小齿与该相定子小齿对齐的位置，而其它两相的各个大齿下的小齿必定和转子的小齿分别错开正负1/3的齿距，形成“齿错位”，从而形成电磁引力使电动机连续的转动下去。 和反应式步进电动机不同，永磁式步进电动机的绕组电流要求正，反向流动，故驱动电路一般要做成双极性驱动。混合式步进电动机的绕组电流也要求正，反向流动，故驱动电路通常也要做成双极性。 4、开发板中步进电机控制的实现 本开发板中使用的步进电机为四相步进电机。转子小齿数为64。 系统中采用四路I/O进行并行控制，ARM控制器直接发出多相脉冲信号，在通过功率放大后，进入步进电机的各相绕组。这样就不再需要脉冲分配器。脉冲分配器的功能可以由纯软件的方法实现。
湖北理工学院 实验报告 课程名称： 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 电气与电子信息工程学院
实验一 直流电动机的运行特性 实验时间： 实验地点： 同组人： 一、实验目的： 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、预习要点 1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。 2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果? 3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果? 4、直流电动机调速及改变转向的方法。 三、实验主要仪器与设备： 序号 型 号 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1台 2 DJ23 校正直流测功机 1台 3 DJ15 直流并励电动机 1台 4 D31 直流电压、毫安、电流表 2件 5 D42 三相可调电阻器 1件 6 D44 可调电阻器、电容器 1件 7 D51 波形测试及开关板 1件 四、实验原理 工作特性：电源电压一定，励磁电阻一定时，η、n 、T em =f(P 2)的关系曲线。 （一）并励电动机 （U N I fN 条件下）（并励电动机励磁绕组绝对不能断开） 1． 速率特性n=f(P 2) φ e a a C R I U n -= 转速调整率 %1000?-= ?N N n n n n
02020260 2T n P T P T T T em +=+Ω = +=π 3． 效率特性η=f(P 2) （75~95）% 实验原理图见图1-1 图1－1 直流并励电动机接线图 五、实验内容及步骤 1、实验内容： 工作特性和机械特性 保持U=U N 和I f =I fN 不变，测取n 、T 2、η=f （I a ）、n=f （T 2）。 2、实验步骤： （1）并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图1-1接线。校正直流测功机 MG 按他励发电机连接，在此作为直流电动机M 的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R 1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值：U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流I a ，转速n 和校正电机的负载电流I F 。 表1－1 U ＝U N ＝ 220 V I f =I fN = 100 mA I f2= 81.4 mA
东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：自动控制原理 实验名称：自控总实验 院（系）：自动化专业：自动化 姓名：沈翔宇学号：08009101实验室：417实验组别： 同组人员：实验时间：2012年05月31日评定成绩：审阅教师：
目录 一．设计内容………………………………………………………页码二．熟悉环境………………………………………………………页码三．建立传递函数…………………………………………………页码四．仿真设计………………………………………………………页码五．完整接线及调试………………………………………………页码六．实验总结…………………………………………………页码
一．设计内容 1、 任务要求 （1）给小型直流电机系统或球式磁悬浮系统,设计完整的闭环控制系统,采用极点 配置的现代理论控制方式,可以借助Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件设计控制器算法，使系统满足给定的性能指标。 （2）系统要准确建模。 （3）要实物框图，要有Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真框图和设计计算。（4）实物当面验收和实验报告。（5）时间约１０个学时，即一周内完成。2、性能指标（1）无静态误差（2）电机响应时间<０．３秒（3）磁悬浮响应时间<０．８秒 （4）超调量 <２０％ 二．熟悉环境 1、电机组 （1）电机的工作原理 电磁力定律和电磁感应定律。直流电动机利用电磁力定律产生力合转矩。直流发电机利用电磁感应定律产生电势。电动机包含三部分：固定的磁极、电枢、换向片和电刷。只要维持电动机连续旋转，保证电磁转矩的方向不变，才能维持电动机不停地转动。实现上述现象的方法是导体转换磁极时，导体的电流方向必须相应的改变。而换向片和电刷就是实现转换电流方向的机械装置。改变电刷A、B 上电源的极性，也就改变了电机转动的方向。这就是正转反转的原理 （2）转矩平衡方程 0()()()() () ()()() ()()() t a a e c a a a a a a dw T T T J em L dt T t K I t em E t K w t dw t T t J T t em dt dI t U t L R I t E t dt =++===+=++T em 是电枢转子受到的电磁转矩，0T 是电机本身的阻转矩，T L 是电动机的负载转矩，dw J dt 是负载折算到转子本身的转动惯量乘以转子的转速。电机存在死区可以这样理解，死区主要由摩擦产生，开始时T em 要克服0 T 带来