永磁同步电机控制系统参数测定实验报告
课程名称：电气装备计算机控制技术指导老师：成绩：
实验名称：永磁同步电机控制系统参数测定实验类型：同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1.掌握永磁同步电机的基本结构和原理
2.探究永磁同步电机矢量控制算法的实现方法
3.研究PID控制器在电机控制系统中的整定方法
4.掌握运用MATLAB/Simulink实现电气控制相关控制系统的虚拟仿真实验
二、实验内容和原理
1.实验内容
依照上节设计的控制结构图，在MATLAB/simulink模块中建立仿真模型。系统参数设置：永磁电机转子磁通为0.22Wb，定子电阻为2.875Ω，d轴和q轴电感均为8.5mH，极对数设为1，额定转速设定为3000r/min，转动惯量为0.05kgm2。逆变器直流侧电压设定为600V，脉冲产生模块（SVWPM）中开关频率为5kHz，转速调节器比例系数Kp1、积分系数Kt1和电流调节器比例系数Kp2、及积分系数Kt2自行设定
2.实验原理
（1）永磁同步电机的基本分类与组成
永磁同步电机的分类多种多样，按照转子结构的不同可以分为表面式和内置式两种。表面式指永久磁极镶于转子导磁材料的外表面，这种结构易于获得足够的磁通密度和较高的矫顽力，但是这种结构的电机很难实现恒功率调速（弱磁调速），一般只能用于恒转矩的工业场合；内置式永磁同步电机是指永久磁极嵌于转子导磁材料内部，这种结构能够利用电枢反应实现弱磁调速，在恒功率和恒转矩场合都能应用。
根据电机转子磁钢几何形状的不同，转子磁场在空间的分布也不相同，应用广泛的主要有梯形波和正弦波两种。所以，当转子旋转时，产生在定子上的反电动势波形也有两种：一种为梯形波；另一种为正弦波。这样的变化就使得两种电机在模型、原理及控制方法上有所区别，为了区分由它们组成的永磁同步电机调速系统，习惯上把正弦波永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机(PMSM)调速系统，而由梯形波(方波)永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机调速系统类似，故称这种系统为无刷直流电动机(BLDCM)调速系统。本章选用正弦型永磁同步电机作为研究对象。
永磁同步电机基本结构主要包括：定子铁心、定子绕组和转子，其结构如图1所示：
图1 永磁同步电机结构图
（2）永磁同步电机的数学模型
永磁同步电机与一般的交流励磁同步电机相比，只是转子的励磁绕组被永磁体所代替，定子侧励磁完全相同。因此一般同步电机的基本公式对永磁同步电机同样适合，主要包括下面几个公式：
n p f n 60=
f πω2=
ωψf e =0 m
e T P ω=
m n e P ωω=
上面公式中n 是电机转速（min /r ），f 为定子电流频率，n p
为极对数，P 为电机功率，f ψ是励
磁磁链，
m ω为机械角速度（s rad /），0e 为电机反电动势的幅值，e ω为电气角速度（s rad /），e T 为
电机电磁转矩。 ①电机坐标变换
根据交流调速的知识知道，永磁电机的定子侧各物理量均为交流量，而且在空间以同步速旋转，是高阶、非线性、多耦合的。这给系统的计算和控制带来困难，一般都要通过坐标变换来简化电机的数学模型，降低控制结构设计的复杂度。
坐标变换能将原先静止坐标系下的交流耦合量等效变换为旋转坐标系下的直流量，这样模型将变得简单，也方便进行参数设置。坐标变换的基本思想是保证在不同的坐标系上所产生的合成磁动势相等。由三相静止坐标转换为两相旋转坐标过程如下： i.三相—两相变换（3s/2s 变换）
永磁同步电机的定子按绕组轴线分为A 、B 、C 三相绕组，它们之间彼此互差120?的电角度，三相绕组通入对称的三相交流电便产生一个旋转磁场。根据等效原则，可以定义一个两相坐标系βα-，如图2所示。在由α、β组成的两相绕组内通入两相对称交电流，通过调节幅值便可以使其产生一个和三相交流电效果相同的旋转磁场。
)
(α
图2 三相静止与两相静止坐标系图
如图2所示，A-B-C 为定子绕组所在三相静止坐标系，空间互差120°，βα-为两相静止坐标系。变换数学公式如式（1-6），就是CLARK 变换。
???????????
?--
-
=232
302121
12/3s
s C s ——静止坐标系；r ——旋转坐标系。
ii.两相静止—两相旋转变换（2s/2r 变换）
如图3所示，将转子轴向定义为d 轴，逆时针超前90?方向为q 轴。q d -坐标系以转子角速度在空间旋转。因为转子轴向定在d 轴上，所以，虽然q d -坐标系旋转，但相对于转子是静止的，即为同步旋转坐标系。如果在q d -绕组中通入直流电，因为坐标系本身是旋转的，同样可以产生旋转的磁场。也就是说，在两相旋转坐标下中如果通入大小合适的两相直流电，可以产生与静止坐标系下通入两相交流电效果相同
的旋转磁场。
βα-为两相静止坐标系，q d -为两相旋转坐标系，θ为旋转角，其值为角速度ω积分所得，??=dt ωθ。
变换数学公式如式（1-7），这就是PARK 变换。
?
??
???-=θθθθcos sin sin cos 2/2r s C
图3 两相静止与两相旋转坐标系图
iii.三相静止—两相旋转坐标转换（3s/2r 变换）
d
q θA
B
C
图4 三相静止与两相旋转坐标系图
根据上述分析，把上述两个变换矩阵相乘，便推出三相静止到两相旋转坐标的变换如式（1-8）：
??
??
??
???
???
+----+-=)
32sin()
3
2
sin(sin )3
2cos()
32
cos(cos 2/3πθπθθπθπθθr
s C
根据以上几个坐标变换结合电机等效电路基本方程便可以将同步电机数学模型中的交流量等效为直
流量进行分析了。
②永磁同步电机在不同坐标系中的数学模型
为方便永磁同步电机数学模型的建立，对永磁电机做如下假设： i. 忽略铁心饱和，磁滞损耗和涡流也可忽略不计； ii. 忽略转子阻尼绕组；
iii. 定子绕组为Y 形连接，参数相同，空间相互差120°； iv. 定子三相绕组产生的感应电动势为对称正弦波； v. 忽略定子电流各次谐波的影响；
vi. 所有自感、互感均为定值，且不依赖转子位置。 根据以上假设，永磁同步电机的电压矢量
s
u 和磁链矢量
s ψ可以表示为
s S s
s i R dt d u -=
ψ
s
s f s i L +=ψψ
其中，
s
u 为定子电压矢量，
s
L 和
s
R 分别为定子电感和电阻，s i
为定子电流，
f
ψ
和
s ψ分别表示转子磁链
矢量和定子磁链矢量。
根据式（1-9）、（1-10）可以推导出永磁同步电机在三相静止坐标系下的电压方程为：
????
?
?????+????
????????
???????????
?
??
+-
--+--
-
+-=??????????C B A C B A s S S s S s S s s s S s C B A p i i i pL R pL pL
pL pL R pL
pL pL pL R u u u ψψψ.2
12
12
12
12121
上式中A u 、B u 和
C
u 为定子各相绕组端电压，A i 、B i 和
C
i 表示绕组电流，A ψ、B ψ和C ψ表示转子磁场
在定子绕组中的磁链，p 表示微分算子。
由于假定三相绕组为Y 型接法且转子磁链为标准正弦分布，所以有：
A i +
B i +
C i =0
?????
?????+-=??
??
?
?????)32cos()32cos(cos πθπθθψ
ψψψf C B A
由式（1-11）、（1-12）和（1-13）联立计算可得：
????
?
?????+?????????????????
????????
?++
+-=??????????C B A C B A s S s S S
s C B A p i i i pL R pL R pL R u u u ψψψ.230
23
00
023
根据坐标变换原理，结合上面推出的永磁同步电机在三相静止坐标系中的数学方程，利用CLARK 变
换和PARK 变换可以得出永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学方程：
?
?
?
??
?????????
??+----+-=??????C B A q d i i i i i .)2sin()32sin(sin )2cos()2cos(cos 32πθπθθ
π?πθθ
??
?
???+????????????=??????0100f q d q d q d i i L L ψψψ
????????????-+????????????=??????q d q d s s q d p p i i R R u u ψψωω0
转矩公式为：
)(23
d q q d
e i i p T ψψ-=
将式（1-16）带入式（1-18）中可得转矩公式（1-19）：
])([23
q d q d q f n e i i L L i p T --=
ψ
上式中
n
p 代表电机极对数，应与前面公式中代表微分算子的p 相区别，其余d u
、q u 代表定子电压，
d ψ、q ψ代表定子磁链，d L 、q L 为定子电感在q d -两轴的分量，
e T 代表电机的电磁转矩。
（3）永磁同步电机的控制
①同步电机的它控调速与自控调速
永磁同步电机的变频调速控制可分为两大类：它控变频调速和自控变频调速。
它控变频调速的频率信号由外部给定，通常采用开环f V /控制，这种控制方式较为简单，但是存在失步危险，动态性能比较差；自控变频调速的频率由转子位置来控制，没有失步危险，动态性能相对它控变频要好很多。
它控调速多用于化工、纺织等行业中的小功率设备中，比较典型的是同步电机群f V /调速系统，如图5所示。
图5 小功率同步电动机群V/f调速示意图图6 永磁同步电机自控变频调速示意图永磁同步电机的自控变频调速系统示意图如图6所示。同步电机转轴可以装一台转子位置（转速）检
测器（PG），PG测得转子位置信号λ，然后将信号送给控制器，控制器根据λ来控制变频器输出电流或者电压的频率和相位，以此保证供电频率与转子转速保持同步。当电机突加负载后，电机转速上升或者下降（电动机负载加大转速下降，发电机如果为负力矩则转速上升），变频器供电频率也随之变化，并维持功角位于稳定区域内，从而完全消除了失步的可能性。一般大功率同步电机多采用自控变频调速方式，矢量控制就属于自控变频。
②矢量控制技术
交流电机的矢量变换控制技术是高性能调速系统中的主要控制方法，它是在1971年由德国西门子的
工程师Blaschke等人提出的。其主要思想是把交流电机的定子电流利用坐标变换原理分解成旋转坐标系下用于控制电机转矩的转矩电流（有功电流）和控制电机磁场的励磁电流（无功电流），两个电流分量彼此独立控制且相互垂直，此时便可以模拟直流电机调速的相关方法对交流电机进行控制]25[。采用矢量控
制需要对变量的幅值和相位均进行控制，所以它的控制精度高，具有较好的静态和动态特性。在永磁同步电机的矢量控制系统中，由转子的位置决定变频器的触发信号，来保证变频器的输出频率等于转子角频率，所以，根据上小节所讲述的自控技术的基本原理可认为矢量控制属于自控变频，此外直接转矩控制也是自控变频的一种。
在矢量控制技术中，对电流的控制模式是多种多样的，常用的主要有
=
d
i
控制方式、
1
cos=
φ控制
方式，此外还有转矩电流比最大控制、恒磁链控制等方式。此次实验选择应用最广泛的控制方法
= d
i
对电机进行
=
d
i
控制时，定子电流中只有
q轴分量。相应的电磁转矩中只存在转矩分量而没有磁阻
转矩，且永磁体磁场与定子磁动势正交。采用该方法时，电枢反应没有d轴去磁分量不会产生去磁效应，因此不会出现退磁现象，所以能保证电磁转矩和电枢电流成正比。实际应用中多按照转子磁链定向来设计调速系统，定子电流与转子永磁体磁通互相独立(解耦)，因此控制系统简单、转矩特性好，还能获得很宽的调速范围。
③永磁同步电机转子磁链定向的矢量控制
由前面的分析可知，如果永磁同步电机采用
=
d
i
矢量控制，那么定子电流分解到
q
d-坐标系后，
一个为产生有功的转矩分量
q
i ，另一个为产生无功的励磁分量
d
i 。因为
q
i 和
d
i 是由定子电流矢量分解产
生，因此实际控制的还是定子电流矢量s i
的幅值和相位。通过前面的电机转矩方程可以看出，当永磁同步电机的q （交轴）和d （直轴）电感以及永磁体磁通确定后，影响电机转矩e
T 的只有
q
i 和
d
i 。所以，只
要控制好
q
i 和
d
i 变可以控制电机的转矩。
永磁同步电机按转子磁链定向也就是将q d -坐标系中的d 轴定向在转子磁链的旋转方向上。其空间矢量去如图7所示：
线
d
图7 永磁同步电机转子定向空间矢量图
=d i 控制方式是认为永磁电机转子磁场恒定，而且励磁电流
=d i ，在这种情况下电磁转矩与
q
i 呈
线性正比关系，所以只需控制q 轴电流
q
i 的大小便可以调节电机的电磁转矩，由下面推导出的公式（1-20）、
（1-21）和（1-22）便可清楚观察出这一关系。同时这种控制策略又避免了因为控制方式而导致永磁体退
磁的缺点，因此得到广泛应用。
根据式（1-16）、（1-17）和（1-19），当
d
i =0时可以得到永磁同步电机电压和转矩方程如下列三式：
q
q q
d i L u ωωψ-=-=
f
q q q s d q q s q i pL i R p i R u ωψ
ωψψ++=++=
q f n e i p T ψ23
=
（4）永磁同步电机的建模与仿真实验
①控制结构的设计与分析
根据前述永磁同步电机的数学模型，以及矢量控制策略，设计如图8所示控制结构，给电机定子供电的逆变器直流侧电压可以采用直流电源模块DC （也可来自三相PWM 整流器，两者由中间直流环节连接，组成了控制性能先进的交直交变频器）。。系统为双闭环控制，外环为速度环，内环为电流环，图中ASR 、ACR 分别表示转速PI 调节器和电流PI 调节器。当系统在额定功率以下运行时，速度跟随给定值变化，基本不受负载影响。
图中，由于采用
=d i 矢量控制策略，所以正常运行时无功电流期望值*
d i 设定为0。系统运行的基本
过程为：电机位置传感器检测出电机转子位置角度θ并通过积分计算得出其角速度ω，同时通过电流传感器检测电机定子三相流
a
i 、
b
i 、c i
，然后根据
r
s C 2/3变换得到
d
i 、
q
i ；反馈角速度ω与给定值*
ω比较后
经过速度调节器ASR 得出有功电流的期望值
*
q
i ，
*
q
i 和*
d i 与根据实际值计算得到的d i 、q i 进行比较，其
偏差通过两个电流调节器输出得到旋转坐标系下的电压期望值*
d u 和*
q u ，*d u 和*
q u 经过s r C 2/2变换得到
两相静止坐标系下的两个交流电压期望值*
αu 、*
βu ，然后经过SVPWM 调制便可以生成驱动主电路IGBT
的六路脉冲，以此来控制主电路工作实现逆变器对永磁同步电机的控制。
SVPWM
PWM 逆变器
ACR
ASR
位置传感器
永磁同步电机
ACR
-
-
-
d i q
i *
q i θi
α
i βa i b i c
i *u α*u β
*d
u
*
q
u 2/2r s
C 2/2s r
C 3/2s s
C *
d i =d dt
θθ
+
++
*ωω
Udc
图8
=d i 时永磁同步电机矢量控制结构图
上面控制系统分析中关于空间电压矢量SVPWM 部分内容在上次实验中以做分析，不在赘述。 三、主要仪器设备 MATLAB/simulink 四、操作方法和实验步骤 1. 实验电路图如下图所示
根据实验电路图，在MATLAB/simulink库里面寻找并添加各个器件
2.根据实验内容要求，调整同步电机参数，并进行仿真。首先仿真时，将step阶跃函数调整为0，不带负载运行仿真，观察实验波形。然后再将负载加进去后，继续进行仿真。
3.根据仿真结果，一步一步调节PID电流调节器额PID电压调节器的比例参数与积分参数，使得波形趋于正常，
4.记录实验仿真波形。
五、实验数据记录和处理
电机三相定子电流
电机dq轴电流
电机转速波形
电机给定转矩与电磁转矩波形
定子电流转矩分量与励磁分量
电机A相与B相定子间相电压
abc电流经过dq0转换后的q轴电流
六、实验结果与分析
1.0s到0.1s之间
0到0.1s之间的过程中，同步电机处于启动的过程中，转速的增长过程从宏观角度上来看，可以近似看为匀速过程，然而如果将每一个转速都放大之后可以看到，其实转速的增长增长一段之后略微有一点下降然后再继续升高的，这是由于PWM控制技术的原因，加载在电机两端的电压具有一定的占空比，才会导致转速这样特殊的上升方式。在这一段时间内，abc电流、dq轴电流、电机给定转矩、电磁转矩、定子与励磁电流等都处于不稳定的状态。
2.0.1s到0.2s之间
此时，转速稳定在额定转速800r/min，在PID的控制下，转速在800上下小范围波动。由于电机此时处于空转状态，所以AB相间电压、定子三相定子电流、dq轴电流、定子电流转矩分量及电磁转矩等均等于零。
3.0.2s到0.3s之间
0.2s的时候，电路负载加入了一个值为20的负载，电机转速在PID的调节下，转速首先降低到新的稳定
转速之下，然后迅速回升到新的稳定转速。在PID控制之下，永磁同步电机的其他参数分量都有先超过稳定量然后慢慢回到稳定量的一个过程，这个现象也充分体现了PID对于提高电机控制的稳定性上的至关重要的作用。
七、讨论、心得
1.本次实验是在上一次设计SVPWM电流逆变器的基础上进一步进行的对同步电机进行simulink仿真处理，研究了永磁同步电机的工作原理以及矢量控制和参数整定，学会了怎么样用PID来控制永磁同步电机的各个参数变量，体会到了PID作用的方便与强大，得到了想要的结果。
2.本次实验的重点在于实验电路图的绘制与连接方面。由于MATLAB版本的不同，有些器件在MATLAB 上已经不再存在了，例如machines measurement demux，在实验室的电脑中安装的是MATLAB2009，这个器件仍然存在，可是我的电脑上MATLAB2015则没有这样的器件，这时候可以用simulink库里面的select bus器件来代替这个分线器件。将永磁同步电机的m输出连接到select bus的输入后，双击select bus，可以自动选择各个线路是否在select bus上的输出上呈现。还有就是电力电子元件库SimPowerSystems是在Simscape里面可以找到。
3.在绘制电路图的时候，一定要注意不能丢下powergui这个元件。因为这个元件在仿真器里面是给所有仿真器提供电源的模块，如果不加这个模块，所有仿真模型都无法呈现。
4.在第一次实验中，我们的程序编译并没有成功，原因就是我们在powergui里面选用的是对数据进行连续采集，事实上，我们的电脑并没有快速将连续的数据采集到图像中。当变为离散采集之后，仿真就可以运行正常了。
5.在实验指导书上，machines measurement demux上面的三条连线其实并没有相聚在一个点上，仔细观察可以看到并没有一个像平常两条线连接在一起之后的黑点，但其实如果掌握了原理图，这个错误是可以避免的，在实验过程中也需要注意这一点。
6.本次实验最难的地方就是在于PID控制器中比例系数和积分系数的调节问题。这里以转速的波形为例。积分系数主要控制稳定后的波形振荡，积分系数越低，当电机达到额定转速后的振荡幅度越小，波形显示越平稳，但是带来的问题就是电机从零转速上升到额定转速过程中超出额定转速的量会增大，所以积分系数应该不宜过大或过小，本次实验我们用的是0.1的积分系数和20的比例系数。
7.实验过程中，由于开关频率使用的是5kHz的频率量，所以对于上次实验的模型，需要对三角波以及Ts常数模块进行调整。三角波由[0 1 2]变为[0 0.0001 0.00002]，Ts常数分量则变为0.0002。我们一开始仿真的时候，由于并没有改掉以前的参数问题，导致我们实验多次未成功。这一点是我们以后会注意的。8.本次实验还加入了负载，在0.2s的时候加入了一个20的负载，在仿真图上体现为在0.2s的时候加入了一个20的阶跃输入脉冲。从转速角度可以看出，由于负载的作用，在0.2s的时候，转速向下下降，由800下降到大约780r/min左右；由于PID调节的作用，电机转速又上升了一小段，最终稳定在了790r/min左右。
9.本实验主要用到了凑试整定法，在调整PID对系统有何影响过程中，首先只调入比例系数进行调节，从小到大逐渐加大。然后加入积分常数环节，积分参数从大到小调节，目的是消除稳态误差，提高系统稳定性。
永磁同步电机参数测量试验方法
一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2)
图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如 U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中为电流上升至稳态值倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短 ,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方
同步电机检测实验报告
三相同步发电机的运行特性
一、实验目的 1.掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因素负载特性的实验求取法 2.学会用试验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳态参数 二、实验参数 实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以直流电动机作为原动机，带动同步电动机转动，配置常规仪表进行实验参数进行测量，本次同步发电机运行试验，仅采用常规控制方式。 同步发电机的参数如下 额定功率2kw 额定电压400v 额定电流 3.6A 额定功率因素0.8 接法Y 三、实验原理 工作原理 ◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 ◆载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 ◆切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁
磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 ◆交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 ◆感应电势有效值：每相感应电势的有效值为 ◆感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 ◆交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 同步转速 ◆同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： ◆要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。
直流伺服电机实验报告
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
三相同步、鼠笼电机实验报告
重庆邮电大学 实验报告 实验名称：三相同步电机参数的测定 三相鼠笼异步电动机的工作特性 专业：自动化 班级: 0811203 小组成员：徐明霞 2012212965 陈柏果 2012212983 谢炳辉 2012213031 王骏超 2012213094 陈浩 2012212756 傅荟桥 2012213172
三相同步电机参数的测定 一、实验目的 掌握三相同步发电机参数的测定方法，并进行分析比较加深理论学习。 二、实验项目 1、用转差法测定同步发电机的同步电抗X d 、X q 。 2、用反同步旋转法测定同步发电机的负序电抗X 2及负序电阻r 2。 3、用单相电源测同步发电机的零序电抗X 0。 三、实验方法及结果 1、实验设备 序 号 型 号 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1件 2 DJ23 校正直流测功机 1件 3 DJ18 三相同步电机 1件 4 D41 三相可调电阻器 1件 5 D44 可调电阻器、电容器 1件 6 D32 交流电流表 1件 7 D33 交流电压表 1件 8 D34-3 单三相智能功率、功率因数表 1件 9 D51 波形测试及开关板 1件 2、屏上挂件排列顺序 D44、D33、D32、D34-3、D51、D41 图5-6 用转差法测同步发电机的同步电抗接线图 W W U V W V 1 A *** * 同步电机励磁绕组 S X Y Z A B C 同步电机电枢绕组 I P I P II ＋－ 220V 励磁电源MG 220V 电枢电源 ＋ －R s t
3、用转差法测定同步发电机的同步电抗X d 、X q 。 1) 按图5-6接线。同步发电机ＧＳ定子绕组用Y 形接法。校正直流测功机ＭＧ按他励电动机方式接线，用作ＧＳ的原动机。R f 选用D44上1800Ω电阻，并调至最小。R st 选用D44上180Ω电阻，并调至最大。R 选用D41上90Ω固定电阻。开关S 合向R 端。 2) 把控制屏左侧调压器旋钮退到零位，功率表电流线圈短接。检查控制屏下方两边的电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”的位置。 3）接通控制屏上的电源总开关，按下“开”按钮，先接通励磁电源，后接通电枢电源，启动直流电动机MG ，观察电动机转向。 4）断开电枢电源和励磁电源，使直流电机MG 停机。再调节调压器旋钮，给三相同步电机加一电压，使其作同步电动机起动，观察同步电机转向。 5）若此时同步电机转向与直流电机转向一致。则说明同步机定子旋转磁场与转子转向一致，若不一致，将三相电源任意两相换接，使定子旋转磁场转向改变。 6）调节调压器给同步发电机加5～15%的额定电压（电压数值不宜过高，以免磁阻转矩将电机牵入同步，同时也不能太低，以免剩磁引起较大误差）。 7）调节直流电机MG 转速，使之升速到接近GS 的额定转速1500 r/min ，直至同步发电机电枢电流表指针缓慢摆动（电流表量程选用0.25A 档），在同一瞬间读取电枢电流周期性摆动的最小值与相应电压最大值，以及电流周期性摆动最大值和相应电压最小值。 8）测此两组数据记录于表5-14中。 表5-14 序号 I max （A ） U min （V ） X q （Ω） I min （A ） U max （V ） X d （Ω） 1 0.075 27 207.85 0.05 28 311.78 2 0.04 15 216.51 0.03 16 307.93 计算： 4、用反同步旋转法测定同步发电机的负序电抗X 2及负序电阻r 2。 1) 将同步发电机电枢绕组任意两相对换，以改换相序使同步发电机的定子旋转磁场和转子转向相反。 2) 开关S 闭合在短接端(图示下端)，调压器旋钮退至零位，功率表处于正常测量状态(拆掉电流线圈的短接线)。 min max max min 33I U X I U X d q ==
电动机试验报告
设备名称；#3炉一次风机试验性质预试试验日期：2009 年03月11 日铭牌：气温：12 ℃ 一、直流电阻测州量：（单位：mΩ） 二、绝缘电阻及吸收比测量：（单位：MΩ） 结论：合格 审批：审核：整理：刘霞 试验人员：刘霞、李爱云、张剑荣、朱文凡、任国东
设备名称；#3炉二次风机试验性质预试试验日期：2009 年03月11 日铭牌：气温：12 ℃ 一、直流电阻测州量：（单位：mΩ） 二、绝缘电阻及吸收比测量：（单位：MΩ） 四、交流耐压： 结论：合格 审批：审核：整理：刘霞 试验人员：刘霞、李爱云、张剑荣、朱文凡、任国东
设备名称；#3炉引风机A试验性质预试试验日期：2009 年03月11 日铭牌：气温：12 ℃ 一、直流电阻测州量：（单位：mΩ） 二、绝缘电阻及吸收比测量：（单位：MΩ） 结论：合格 审批：审核：整理：刘霞 试验人员：刘霞、李爱云、张剑荣、朱文凡、任国东
设备名称；#3炉引风机B试验性质预试试验日期：2009 年03月11 日铭牌：气温：12 ℃ 一、直流电阻测州量：（单位：mΩ） 二、绝缘电阻及吸收比测量：（单位：MΩ） 结论：合格 审批：审核：整理：刘霞 试验人员：刘霞、李爱云、张剑荣、朱文凡、任国东
设备名称；#1机电动给水泵A试验性质预试试验日期：2009 年04月14 日铭牌：气温：12 ℃ 一、直流电阻测州量：（单位：mΩ） 二、绝缘电阻及吸收比测量：（单位：GΩ） 结论：合格 审批：审核：整理：刘霞 试验人员：刘霞、李爱云、任国东
设备名称；#1机电动给水泵B试验性质预试试验日期：2009 年04月14 日铭牌：气温：12 ℃ 一、直流电阻测州量：（单位：mΩ） 二、绝缘电阻及吸收比测量：（单位：GΩ） 结论：合格 审批：审核：整理：刘霞 试验人员：刘霞、李爱云、任国东
电机实验报告
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：
电动机实验报告doc
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：___
电机实验报告一
西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室： 电气与电子信息学院 6A-214 实验时间 ：2018年12月01日 一、实验目的 1．熟悉他励直流电动机的启动、调速和改变转向的方法。 2．用实验方法测取他励直流电动机的工作特性和机械特性。 3．学习测取他励直流电动机调速特性的方法。 二、实验内容 1．他励直流电动机的启动、调速和改变转向的方法。 2．他励直流电动机额定工作点的求取和测取他励直流电动机的工作特性n =f (P 2)、 T =f (P 2)、 =f (P 2)，机械特性n =f (T )。 3．测取他励直流电动机调速特性。 4．他励直流电动机的能耗制动实验。 三、实验线路 直流机电枢电源 同步机励磁电源 接触注：LDSP 为转矩/转速测量仪表 图1-1 他励直流电动机实验线路原理图 图1-2 他励直流电动机能耗制动原理图 直流机电枢电源
说明： 1．为了测量直流电机的转矩和转速大小，转矩/转速测量仪表LDSP的I a+、I a-必须串接到直流电机的电枢回路，U a+、U a-要并接到直流电机的电枢绕组两端，并且测量仪表的接线正负极性要与使用说明书中的规定一致。 2．接线时注意选择合适量程的仪表。 3．多功能表的接线详见附录二（后续实验同此）。 四、实验说明 在通电实验之前，请仔细阅读附录中有关直流电源和转矩/转速表LDSP的使用说明。 1．他励直流电动机的启动和改变转向 实验步骤： （1）请参照实验线路图1-1正确接线。检查ZDL-565多功能表为三相四线制接线方式，具体操作见附录。 （2）合上“总电源”开关，对应总电源指示灯亮，再合上“操作电源”空开，对应操作电源指示灯亮。按下“操作电源开关”合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。 （3）按下实验台直流机励磁电源合闸按钮，按下ZL-Ⅱ微机型直流电机励磁电源机箱面板上的“启动”按钮，面板上的“合闸”指示灯将会亮。点击“增加电压”按钮将直流电动机的励磁电压调到电机额定励磁电压值220V； （4）按下实验台直流电机电枢电源合闸按钮，点击“增加电压”按钮将电枢电压从零逐渐升高，观察“LDSP转矩/转速表”上的直流电机转速显示值，通过调节电枢电压的大小使电机的转速逐渐上升至其额定转速（约1500r/min）。启动电机时注意使电机的转向应与标定转向相同。 如果希望改变他励直流电动机的转向，只须改变电动机的电磁转矩方向，同学们自拟改变转向的方法。 2．额定工作点求取和测取他励电动机工作特性与机械特性 实验步骤： （1）实验接线参考图1-1，启动直流电动机步骤参考实验1。 （2）按下实验台同步电机励磁电源合闸按钮，点击“增加电压”按钮将同步发电机端电压逐渐升高，因为发电机以灯泡作负载，实验时其线电压不要超过额定电压380V。 （3）合上实验台交流接触器接通发电机负荷箱回路，依次将实验负荷箱上KM1~KM7按钮按下；注意每投入一组负载，需要同时调节直流电动机的电枢电压或励磁电流以便保持电动机转速为额定转速。同样，由于负荷的变化，同步发电机机端电压也会发生变化，需要随时调节同步发电机励磁电流，以保证机端电压基本不变。直流电动机的负载为同步发电机，改变同步发电机的输出功率，即可改变电动机的负载大小，电动机负载变化影响转速变化，因此需要相
电机设计实验报告
一、实验内容 某一磁化曲线为 二、实验要求 1、画框图 2、编制c 语言程序 3、输出计算结果 三、实验项目 （一）、利用线性插值法求解 1、实验原理 (x)=f( )+(x-) 2、实验框图 3、试验程序 #include
static float Y[10]={0.96,1.48,2.54,4.14,7.30,19.4,67.0,230.0,700.0,2280}; int i; float B; float H; printf("Please input the B:"); scanf("%f",&B); for(i=1;i<=10;i++) { if(B<=X[i]) break; } H=Y[i]+(Y[i+1]-Y[i])*(B-X[i])/(X[i+1]-X[i]); printf("H=%f\n",H); } 4、输出计算结果 （二）、利用抛物线插值法求解 1、实验原理 (x)= ++ 2、实验框图
3、试验程序 #include
昆明理工大学电气工程及其自动化 发电机同步实验报告
实验二：同步发电机综合实验 三相同步发电机并网运行 一、 实验目的 1、学习三相同步发电机投入并网运行的方法。 2、测试三相同步发电机并网运行条件不满足时的冲击电流。 3、研究三相同步发电机并网运行时的静态稳定性。 4、测试三相同步发电机突然短路时的短路电流。 二、 实验原理 1. 同步发电机的并网运行 发电机与电网是否符合下列条件： a 、双方应有相同的相序； b 、双方应有相同的电压； c 、双方应有相同或接近相同的频率； d 、双方应有相同的电压初相位。 在实际并网中，这些条件并不要求完全达到，只要在一定的 误差范围之内就可以进行并网，比如转速（频率）相差约??（2%～5%）。 总之，在并车的时候必须避免产生巨大的冲击电流，以防止同步电机损坏，避免电力系统受到严重的干扰。 2. 同步发电机的静态稳定性 发电机输出的电磁功率与功角的关系为： 静态稳定的条件用数学表达为0>??δM P ,我们称δ ??M P 为比整步功率,又称为整补功率系数,其大小可以说明发电机维护同步运行的能力，既说明静态稳定的程度，用P ss 表示。
δ角越小，P ss 数值越大，发电机越稳定。由δ d dP E 和P E 可知，当δ小于90°时，δ d dP E 为正值，在这个范围内发电机的运行是稳定的，但当δ愈接近90°，其值愈小，稳定的程度越低。当δ等于90°时，是稳定和不稳定的分界点，称为静态稳定极限。在所讨论的简单系统情况下，静态稳定极限所对应的功角正好与最大功率或称功率极限的功角一致。对应的o 90=δ时达到静态稳定功率极限。为了安全可靠，极限功率应该比额定功率大一定的倍数，即发电机的额定运行点都远低于稳定极限，以保持有足够的静稳定储备。P em 与P en 之比称为静过载能力K m ，即： 一般要求K m >1.7，也可以说发电机带额定有功负荷运行时静态稳定储备应该在70% 以上，因此额定功角n δ一般应该是30°左右。 三、 实验线路 四、 实验结果及分析 a 、 在短路器断开的情况下，测出电网和发电机的电压波形，找到并联条件满 足的点，确定并网的时间，进行并网实验，测试并网时的冲击电流； 实验参数： 图1：励磁电流图2：相位 实验结果： 图3：电网与发电机的电压波形图4：调整后的电网与发电机电压波形 图5：并网时间图6：冲击电流波形 b 、 调整发电机的运行条件，分别在初相位不同和电压幅值不同时，进行并网 实验，测试并网时的冲击电流 实验参数： 图7：相位不同，幅值相同图8：并网时间 实验结果：
永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与实现资料
永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与 实现
电机的控制 本文设计的电机效率特性如图 转矩(Nm) 转速(rpm) 异步电机效率特性 PMSM 电机效率特性 本文设计的电动汽车电机采用SVPWM 控制技术是一种先进的控制技术，它是以“磁链跟踪控制”为目标，能明显减少逆变器输出电流的谐波成份及电机的谐波损耗，能有效降低脉动转矩，适用于各种交流电动机调速，有替代传统SPWM 的趋势[2]。 基于上述原因，本文结合0=d i 和SVPWM 控制技术设计PMSM 双闭环PI 调速控制。其中，内环为电流环[3]，外环为速度环，根据经典的PID 控制设计理论，将内环按典型Ⅰ系统，外环按典型Ⅱ系统设计PI 控制器参数[4]。 1. PMSM 控制系统总模型 首先给出PMSM 的交流伺服系统矢量控制框图。忽略粘性阻尼系数的影响， PMSM 的状态方程可表示为 ??????????-+????????????????????----=??????????J T L u L u i i P J P L R P P L R i i L q d m q d f n f n m n m n m q d ///002/30//ωψψωωω& && (1) 将0=d i 带入上式，有 ???? ??????-+??????????? ??? ??--=????? ?????J T L u L u i J P P L R P i i L q d m q f n f n m n m q d ///02/3/0ωψψωω& && (2) 转 矩 (N m )转速 (n /(m i n )) 效率 转速 (rpm) 转矩 (N m )
川大电力系统自动装置实验报告
同步发电机并车实验 一、实验目的 1、加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2、熟悉同步发电机准同期并列过程； 3、观察、分析有关波形。 二、原理与说明 将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。 正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。 手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。 自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。 三、实验项目、方法及过程 (一)机组启动与建压 1、检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0 位置； 2、合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯 熄。调速器面板上数码管在并网前显示发电机转速（左）和控制量（右），在 并网后显示控制量（左）和功率角（右）。调速器上“并网”灯和“微机故障” 灯均为熄灭状态，“输出零”灯亮； 3、按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮； 4、励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关； 5、把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置； 6、合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V； 7、合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动
(完整word版)开题报告：永磁同步电机控制系统仿真
1．课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。 二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。 由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。 尽管永磁同步电动机的控制技术得到了很大的发展，各种控制技术的应用 - 1 -
步进电机实验报告剖析
北华航天工业学院 课程设计报告（论文） 课程名称：微机控制技术课程设计 设计课题：步进电机的控制系统 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013年06月11日
北华航天工业学院电子工程系 微机控制技术课程设计任务书 姓名：专业：班级： 指导教师：职称：教授时间：2013.6.11 课程设计题目：步进电机的控制系统 设计步进电机单片机控制系统，其功能如下： 1．具有对步进电机的启停、正反转、加减速控制； 2．控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、以及停止键； 3．能够通过三位LED数码管（或液晶显示器）显示当前的转动速度，并且由两只不同颜色的发光二极管分别指示正转和反转，因此可以清楚的显示当前转动方向和转速； 4．要求每组选择的步进电机控制字不同； 5．用单片机做控制微机； 应用软件：keil protues 成果验收形式： 1.课程设计的仿真结果 2.课程设计的报告书 参考文献： 【1】张家生. 电机原理与拖动基础【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【2】马淑华，王凤文，张美金. 单片机原理与接口技术【M】.北京：北京邮电大学出版社，2007. 【3】顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【4】张靖武，周灵彬. 单片机系统的PROTEUS设计与仿真【M】. 北京：电子工业出版社，2007 第16周 时间 安排 指导教师教研室主任： 2013年06 月11日
内容摘要 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。 关键词：步进电机单片机数码管显示
同步电机实验报告
三相同步发电机的运行特性 学院: 电气信息学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 2011级 姓名:
一、实验目的 1.掌握三相同步发电机的空载、短路及零功率因素负载特性的实验求取法 2.学会用试验方法求取三相同步发电机对称运行时的稳态参数 二、实验参数 实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以直流电动机作为原动机，带动同步电动机转动，配置常规仪表进行实验参数进行测量，本次同步发电机运行试验，仅采用常规控制方式。 同步发电机的参数如下 额定功率2kw 额定电压400v 额定电流 3.6A 额定功率因素0.8 接法Y 三、实验原理 工作原理 ◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 ◆载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 ◆切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。
◆交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 ◆感应电势有效值：每相感应电势的有效值为 ◆感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 ◆交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 同步转速 ◆同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： ◆要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。运行方式 ◆同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还
基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统分解
基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统 1 引言 永磁同步电动机由于自身结构的优点，再加上近年来永磁材料的发展，以及电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机的应用越来越广泛。而对于凸极式永磁同步电动机，由于具有更高的功率密度和更好的动态性能，在实际应用中越来越受到人们的重视[1]。 高性能的永磁同步电动机控制系统主要采用的矢量控制。交流电机的矢量控制由德国学者blaschke在1971年提出，从而在理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。该控制方法首先应用在感应电机上，但很快被移植到同步电机。事实上，在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。因为该类电机在矢量控制过程中不存在感应电机中的转差频率电流而且控制受参数(主要是转子参数)的影响也小。 永磁同步电动机的矢量控制从本质上讲，就是对定子电流在转子旋转坐标系(dq0坐标系)中的两个分量的控制。因为电机电磁转矩的大小取决于上述的两个定子电流分量。对于给定的输出转矩，可以有多个不同的d、q轴电流的控制组合。不同的组合将影响系统的效率、功率因数、电机端电压以及转矩输出能力，由此形成了各种永磁同步电动机的电流控制方法。[2]针对凸极式永磁同步
电动机的特点，本文采用最优转矩控制(mtpa)，并用一种更符合实际应用的方法进行实现，并进行了仿真验证。
图1 电流id、iq和转矩te关系曲线 2 永磁同步电动机的数学模型 首先，需要建立永磁同步电动机在转子旋转dq0坐标系下的数学模型，这种模型不仅可用于分析电机的稳态运行性能，还可以用于分析电机的暂态性能。 为建立永磁同步电机的dq0轴系数学模型，首先假设： (1)忽略电动机铁芯的饱和； (2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； (3)转子上没有阻尼绕组； (4)电动机的反电动势是正弦的。 这样，就得到永磁同步电动机dq0轴系下数学模型的电压、磁链和电磁转矩方程，分别如下所示：
永磁同步电机参数测量试验方法
永磁同步电机参数测量实验 一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2 a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2) 图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状
态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中t 0.632为电流上升至稳态值0.632倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方程可以简化为： q q q d d q di u Ri L i L dt ωωψ=+++ q q q q di u Ri L dt =+ (6) q 轴电流将按如下的指数形式建立: ()(1)q R t L U i t e R -=- (7) 利用测量直轴电感的方法同样可以测量交轴电感。 此外，由于没有正好超前d 轴90°的电压矢量，需要施加一个60°和120°合成矢量来完成等效q 轴电压矢量的施加过程。并且在进行脉冲电压实验的过程中,电压幅值和作用时间 应选择适当。电压幅值选择太小,影响检测精度,过大可能使电流超过系统限幅值影响系统安全。作用时间过短,采样点少,获取的电流信息少,也会影响检测精度,作用时间过长,电流同样可能过大影响系统安全，并且电机容易发生转动。 4． 反电势系数的测量 采用空载实验法，即用测功机带动被测永磁同步电机以一定的转速旋转，同时保持被测电机负载开路，测试此时的电机空载相电压，即为反电势电压。结合转速、反电势可以计算得出相应的反电势系数，计算公式如下： 1000e E K n = ? (8) 式中：E 为反电势，n 为转速。电机的反电势系数，其定义为每1000PRM 时电机每相绕组上的反电势电压的有效值（请注意不是线线电压，是线到中性线的电压，单位为：V/KRPM/相） 这种方法需要将被测电机运行至发电状态，并且需要负载开路手动测试反电势。
感应起电机实验报告
感应起电机实验报告 篇一：感应起电机原理 感应起电机工作原理 及应用概述 学院：信息工程学院 班级：计01. 2班 组长：冯明浩0154038 小组成员：贾铮0154042 闫玮蓉0154054 张星0154056 日期：2002年12月20日 课题研究介绍 名称：感应起电机工作原理及应用概述 内容： 一、感应起电机基本结构。 二、感应起电机正转、反转状态下的工作原理。 三、拓展试验。
资料收集：冯明浩贾铮闫玮蓉张星 资料整理：贾铮 论文撰写：冯明浩贾铮闫玮蓉张星 主讲：闫玮蓉 试验操作：冯明浩 参考书目：《大学物理·电磁学》清华大学出版社张三慧主编《静电防护技术手册》电子工业出版社张宝铭主编《大不列颠百科全书》第五卷 参考网站： /retype/zoom/1b56b6d4b9f3f90f76c61b52 ?pn=3&x=0&y=0&raww=553&rawh=350 &o=png_6_0_0_439_282_337_213__&ty pe=pic&aimh=&md5sum=bfc23c0255ea7 e56ae71b40e01c0c6de&sign=8cbda26375 &zoom=&png=24362-125522&jpg=0-0” target=“_blank”>点此查看 这是因为没有莱顿瓶后其电容减小了，
可由公式U=Q/C解释：要产生电火花，两小球间电压约为几万伏，当C减小时，悬空电刷仅需要集聚很少电荷就可使电压升高到放电要求，故与原来相比，放电频率会加大。但是由于小球上每次放电所放出的电量减少了，相应电流也会减小，因而电火花很小。 二、感应起电机正转、反转状态下的工作原理 当顺时针摇动转轮上的摇柄时，分开的两个小球之间会有电火花产生，同时会听到噼里啪啦的放电声。这就是感应起电机的放电现象。这样的现象是如何产生的呢？下面我们就介绍一下它的原理。 由于在静电序列中铝排在铜之前，所以在圆盘转动时铝片与电刷上的铜丝摩擦而带上正电荷，铜丝带负电荷。如图：假设刚摩擦时金属铝片S1带电量为Q1，与其在同一直径上的铝片S2带电量为Q2,Q1与Q2有大小之分。如图：S1转过45°1===> S