电机实验

电机实验（精选十篇）

电机实验篇1

1 实验平台的介绍

目前我校使用的实验平台是上海宝徕科技开发有限公司生产的电机拖动实训装置。该装置采用模块化的组装形式, 包括直流电动机、三相异步电动机、接触器模块、热继电器模块、时间继电器模块、按钮开关模块等等, 各模块可根据实验需要进行随意组合, 提高了实验的灵活性和功能扩展性。

2 实验设计举例

以三相异步交流电机的Y-△起动部分知识为例, 体现实验平台在《电机及电力拖动》课程学习中的应用。

2.1 知识准备

电机起动时, 因转子感应电动势大, 使得起动电流大;由于起动电流大, 定子漏阻抗压降大, 使定子感应电动势减小, 起动转矩不大。而实际运行中, 对电动机的起动性能要求是起动电流小, 起动转矩大。为了解决这一矛盾, 需要采取相应措施加以改进, Y-△起动能使得起动电流降为直接起动的1/3。

此处知识点若只公式分析和画电路图给学生, 则学生理解起来必定不深刻和透彻, 而采用实验验证的方法, 效果会明显改善。

2.2 实验验证

电机及其控制电路的硬件连接如图1所示。

系统采用时间继电器, 将正常工作接法为△的电动机, 在起动时改为Y形接法, 电机正常起动后, 再切换为三角形连接。

线路的动作过程如图2:

在实验的操作中, 学生自己动手连接电路, 可对电动机的使用进一步增强理解, 在电路运行中, 通过观察时间继电器、接触器、转速表等运行状态, 理解如何进行Y-△连接的转换及速度的变化情况, 从而达到形象、深刻理解Y-△起动的目的。

3 结语

通过对实验任务的完成, 可以使学生对电机及电机拖动的运行及控制都有比较深刻具体的掌握, 有效的增强学习者的实践动手能力, 为今后的工程设计打下一定的基础。

参考文献

[1]邹君.电机与拖动[M].北京:中国电力出版社.2011.

[2]孙绍林.《电机及电力拖动》教学方法之探究[J].科技教育创新, 2011, 17:184.

电机学实验报告- 篇2

实验名称：异步电机实验实验类型：______________同组学生姓名：杨旭东一、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

1、测定三相感应电动机的参数

2、测定三相感应电动机的工作特性

二、实验项目

1、空载试验 2、短路试验 3、负载试验

三、实验线路及操作步骤

电动机编号为D21，其额定数据：PN=100W，UN=220V，IN=0.48A，nN=1420r/min，R=40Ω，定子绕组△接法。

1、空载试验

(1)所用的仪器设备：电机导轨，功率表(DT01B)，交流电流表(DT01B)，交流电压表(DT01B)。

(2)测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。

(3)仪表量程选择：交流电压表 250V，交流电流表0.5A，功率表250V、0.5A。 (4)试验步骤：

安装电机时，将电机和测功机脱离，旋紧固定螺丝。

试验前先将三相交流可调电源电压调至零位，接通电源，合上起动开S1，缓缓升高电源电压使电机起动旋转，注意观察电机转向应符合测功机加载的要求(右视机组，电机旋转方向为顺时针方向)，否则调整电源相序。注意：调整相序时应将电源电压调至零位并切断电源。

接通电源，合上起动开关S1，从零开始缓缓升高电源电压，起动电机，保持电动机在额定电压时空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。

调节电源电压由1.2倍(264V~66V)额定电压开始逐渐降低，直至电机电流或功率显著增大为止，在此范围内读取空载电压、空载电流、空载功率，共读取7~9组数据，记录于表4-3中。注意：在额定电压附近应多测几点。

试验完毕，将三相电源电压退回零位，按下电源停止按钮，停止电机。

表4-3

2、短路试验

(1)所用的仪器设备：同空载试验

(2)测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。

(3)仪表量程选择：交流电压表 250V，交流电流表1A，功率表250V、2A。

(4)试验步骤：

安装电机时，将电机和测功机同轴联接，旋紧固定螺丝，并用销钉把测功机的定子和转子销住。

首先将三相电源电压调至零位，接通电源，合上起动开关S1，逐渐升高电源电压至1.2倍额定电流，然后逐渐降压至0.3倍额定电流为止。在此范围内读取短路电压、短路电流、短路功率共4~5组数据，记录于表4-4中。

试验完毕，将三相电源电压退回零位，按下电源停止按钮，停止电机，并拔出销钉。注意：试验时控制调节电源电压大小，并尽量减小电机试验时间。

3、负载试验

(1)所用的仪器设备：电机导轨，功率表(DT01B)，交流电流表(DT01B)，交流电压表(DT01B)。

(2)测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。

(3)仪表量程选择：交流电压表 250V，交流电流表1A，功率表250V、2.5A。 (4)试验步骤：

安装电机时，将电机和测功机同轴联接，旋紧固定螺丝。将三相电源电压调至零位，测功机旋钮调至零位。

接通电源，合上起动开S1，缓缓升高电源电压使电机起动。调节电源电压至额定电压，逐渐旋动测功机加载旋钮，使电机慢慢加载，此时电机的`电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。从这点负载开始，逐渐减少负载直至空载，在此范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、测功机转矩等数据，共读取5~6组数据，记录于表4-5中。

数据，共读取5~6组数据，记录于表4-5中。

四、实验结果与分析

1. 计算基准工作温度时的相电阻。

基准工作温度的钉子绕组相电阻：

2. 作空载特性曲线 I0、P0、cosφ0=f(U0)

I0=f(U0)

P0=f(U0)

cosφ0=f(U0)

3. 作短路特性曲线Ik、Pk、cosφk=f(Uk)

Ik=f(Uk)

Pk=f(Uk)

cosφk=f(Uk)

4. 由空载和短路试验的数据求取异步电机等效电路中的参数 (1) 由短路试验数据求短路参数

短路阻抗：Zk=Uk/Ik=218.8Ω 短路电阻：Rk=Pk/(3*Ik*Ik)=50.9Ω 短路阻抗：Xk=(Zk^2-Rk^2)^1/2=212.7Ω 转子电阻的折算值：R2’=Rk-R1=1.5Ω

定转子绕组漏电抗：X1δ=X2δ=Xk/2=106.35Ω (2) 由空载实验数据求激磁回路参数

空载阻抗：Z0=U0/I0=1221.7Ω 空载电阻：r0=P0/(3*I0*I0)=158.3Ω 空载电抗：X0=(Z0^2-r0^2)^1/2=1211.4Ω 激磁电抗：Xm=X0-X1δ=1105.1Ω

激磁电阻：rm=Pfe/(3*I0*I0)=(26.1-16.40)/(3*I0*I0)=92.4Ω

5. 作工作特性曲线 P1、I1、T2、n、η、s、cosφ1=f(P2)。

P1=f(P2)

I1=f(P2)

M2=f(P2)

n=f(P2)

η=f(P2)

s=f(P2)

cosφ1=f(P2)

6. 由损耗分析法求额定负载时的效率

P1=120.62W Pcu1=10.57W Pfe=6.7W S=0.043 Pad=0.005P2 Pmec=16.4W

P1=p2+Pcu1+Pfe+S*Pem+P2 解之得：P2=99.02W η=P2/P1=82.1% 五、思考题

1、由空载、短路试验所得的数据求取等效电路参数时，有哪些因素会引起误差?

(1)测量仪表本身存在误差;(2)实验条件非理想化，如空载实验不能完全做到真正空载;(3)短路实验中，定子转子电流会急剧增加，绕组发热产生误差;(4)三相并不严格对称，求解时取平均值计算引入误差;(5)求定子热态电阻时取75C°为热态温度，实际电机运行时受运行时间及电机具体状况的影响很可能不是75C°，因此产生了误差;(6)折算时忽略了铁耗功率以

及机械损耗

2、从短路特性曲线Ik=f(Uk)形状可以得出哪些结论? 短路电流随电压增大而增大，且与电压成线性关系。

3、试分析由直接负载法和损耗分析法求得的电动机效率各存在什么误差?

电机学实验课程开放式教学研究篇3

【摘要】本文阐述电机学实验课程开放式教学的现状，提出电机实验应以学生为主体，教师为主导，以开放式教学培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

【关键词】电机学实验课程开放式教学

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）11C-0156-02

电机学是一门实践性较强的专业基础课程，而电机学实验则是该课程的一个重要组成部分。实验因为是实践的重要手段，更突显其重要地位。通过创新电机实验教学模式，使学生进一步巩固和理解电机基础理论知识，提升基本技能和创新能力，培养发现问题、分析问题、解决问题的能力，进一步提高自身的综合素质，为今后的发展打下坚实的基础。

一、电机学实验课程教学现状

以我院为例，学生要学习的课程较多，各专业电机学课程学时普遍缩减到52-84课时。实验教学模式仍采用老办法，实验教师根据大纲要求制定实验项目，上课时老师先讲解实验内容，然后学生根据实验指导书，按规定的步骤操作，得出实验数据，分析整理，最后上交实验报告。整个过程学生比较被动地接受知识和技能。教学形式实质上是“填鸭式”，在课时较少的现实情况下，不要说让学生完成一些难度较大的综合性实验，就是在课内时间做基本实验，有相当一部分同学都完不成。所以说开放实验室应该是高职实验教学的必由之路。

二、电机学实验课程的开放式教学方法

电机学实验课程开放式实验教学的目的是培养学生掌握基本的实验方法与操作技能，培养面向电网公司、超高压输电公司、发电集团等企业的电力运行、安装、调试、智能电网等岗位的高素质技术技能型人才。

主要研究内容：设计教学方案，研究相应制度建设；按照课程标准，依托DDSZ-2联网型电机及电气技术实验装置，制定数量合适的实验项目。实验项目分为3种类型，分别是基本实验、选做实验和综合性实验。从长远看，电机学实验课程开放式教学是实验教学发展的必然趋势，在实验教学过程中，基本的实验必做，选做实验和综合性实验项目是可由学生亲自选定实验课题或者在教师指导下选题，学生选择仪器设备，制定实验步骤，处理和分析实验数据，完成实验报告，学生成为教学的主体。

（一）利用微课等实验视频课件给学生预习

传统的电机学实验预习，只是看实验指导书或者课本，虽然有文字、图片，但学生基本都表示看不懂，加之学生们普遍毅力较差，进而失去对实验的兴趣。基本上实验教师在课堂上要花相当多的时间让他们熟悉实验设备、了解实验步骤。采用微课把一些基本电机实验重要的操作步骤、安全要求等以视频的形式展示出来，放到互联网上给学生自由下载观看，10分钟以内的视频还是能抓住学生的注意力的，通过课前自由安排时间观看视频，不清楚还可以反复观看，让学生熟悉实验设备，熟悉操作步骤。教师针对实验出一些预习题目，学生做对才能做实验，使他们真正达到实验预习的要求，防止一些学生不预习就到实验室，盲目操作，给人身、设备带来风险。

（二）基本实验、选做实验和综合性实验的制定

高职学生基础普遍比较薄弱，因此开放式实验教学必须安排基本实验项目。只有学生具备了基本知识和技能，才能创新，否则就是空中楼阁，基础不扎实，是不可能真正创新的。这些基本实验项目由各专业自行制定，比如单相变压器的空载和短路实验、三相变压器的联接组实验、三相鼠笼异步电动机的首尾端及绝缘测试、三相鼠笼异步电动机的起动、三相同步发电机的空载运行、三相同步发电机的并网及负荷调节运行实验。如果学生在课程内未能完成基本实验，可以在开放时间内预约实验，继续完成。这解决了基础差的同学需要加强基本实验技能训练的要求。

只有对实验设备熟悉了，学生完成基本实验后才可以根据自己的兴趣爱好选择实验课题。实验室也可以提供一些选题方向和实验室可以做的实验项目供学生选择。比如我院发电厂及电力系统专业的电机学实验要求如表1。

高职学生在做这些实验时可以参考教师给出的实验步骤，也可以自行设计实验项目和步骤，并在实验一周前送呈实验教师审核，通过后可安排实验。在实验室操作过程中，综合运用所学知识调试仪器设备，通过分析比较、概括、归纳等，培养了学生动手能力和独立思维的作风。开放式的实验教学环境为此提供了宽阔的舞台，有利于提高实验教学的质量。

三、开放式教学应解决的几个问题

（一）必须制定新的实验教学体系和配套制度

要让学生主动地到实验室去做实验，没有学分的激励，很难促使更多的学生去做选做实验。至于多少个选做实验可以得多少学分，可由教务处统一作出规定。研究制定出新的实验教学体系和相关配套制度，特别是实验管理制度和薪酬奖励制度要到位，鼓励教师参与开放性教学工作，鼓励学生如电力系电力科技协会成员参与管理实验室，学院在工作量计算和资金方面予以支持，以充分调动教师和学生的积极性。

（二）必须定位清楚

开放式教学学生是主体，教师发挥引导、把关作用，学生始终处于主体位置，教师是为开放式教学服务。教师引导方法得当，学生就不会放任自流，把关就是要保证实验质量，改革考核办法，按新的评价方式去考核学生。

（三）必须做好实验预习

学生必须主动认真地预习，开放式教学就是要变被动实验为主动实验，如果学生不积极参与，课前不做准备，还是依赖教师一步一步指导，可想而知实验效果就比较差。

电机学实验课程开放式教学对我院来说是一项创新性工程，需要学院各部门、老师和学生的共同努力，通过灵活的形式挖掘学生的潜能，在实施过程中不可避免会出现一些问题，需要不断总结经验教训，锐意进取。

【参考文献】

[1]曲春雨，王秀平等.基于内容和过程创新的电机实验教学研究[J].高教学刊，2015（19）

【基金项目】广西水利电力职业技术学院教改项目“电机学实验课程开放式教学研究”（2015zz04）

【作者简介】黄骏（1975— ），男，壮族，广西南宁人，广西水利电力职业技术学院讲师，实验师，研究方向：电工，电机技术。

直线超声电机驱动实验研究篇4

1 系统方案设计

1.1 直线超声电机所需的驱动信号

实验使用的直线超声电机是A、B相驻波型超声电机, 其谐振频率约为33k Hz, 两相信号频率相同、相位差90°、峰-峰值为100~200V。由于电机导轨及其他配件加工特性, 两相驱动信号的频率、相位差、幅度均要可调节。

1.2 系统方案确定方案

选用综合性PLD/FPGA开发软件Quartus II为平台, 采用Verilog HDL输入。组成框图如图1, 该电机驱动系统以FPGA为核心, 由PC控制、UART接收、数据存储及DDS实现、DAC转换、低通滤波和放大等部分组成。计算机输入控制参数, 经UART转换后送入FPGA, 利用DDS产生两列有相位差、幅度差但频率一致的正弦波, 经DAC转换、放大滤波得到驱动信号。

2 硬件设计

2.1 总体设计

FPGA使用的是Altera的Cyclone IV系列芯片, 输入包括时钟和来自PC的控制字输入, 采用60MHz时钟、串口通信。所使用的模块[4]包括:UART模块、Rec模块、adder模块、Rom模块、PLL模块、 (硬件) 逻辑运算模块和数字运算模块。分别实现串口通信、Rom的正弦数据录入、频率相位累加、正弦波存储、时钟输出、逻辑数学运算。DAC接收信号为14位。

2.2 两相输出的DDS设计

DDS的工作原理, 如图1, 是根据输入基准时钟频率和输出信号频率, 计算出频率控制字K。加法器自加1运算, 将结果与K比较, 若相等则寄存器自加1, 将结果与相位控制字Pw相加作为波形查找表地址。波形查找表是一个相位/幅度转换ROM, 内部存储一个完整周期波形的相位/幅度值。相位寄存器寻址一次, 波形查找表输出与相位对应的幅度值。相位累加器自累加, 当累加器产生一次溢出时, 就生成一个周期的DDS合成信号。如图1, B相作为基准, 调节A相即得到相位差[-π, π]两相信号。两列波幅度控制采用直接由查表结果乘以A1、A2系数得到。

2.3 DAC电路

DAC芯片使用的是AD9852DAC芯片实现, DAC时钟频率为30Mhz, 由FPGA锁相环PLL提供。该DAC参考电压引脚均接地。

3 软件实现

3.1 PC端软件设计

PC采用串口通信工具实现对FPGA控制字输入, 控制字由4字节构成包含两相信号幅度、频率、相位差、状态信息。具体流程如图2所示。设计A、B相信号为10Khz~100Khz两列正弦波, 每周期采样256次, 对应周期正弦波分256等分, 相位精度约为1.40度, 计算可知DAC最高采样率大于30MSPS即可。

3.2 FPGA软件设计

FPGA相当于4输入查找表RAM。该系统模块化设计完成后, Quartus II软件完成对设计文件编译、优化、综合、布局布线和仿真。然后对FPGA芯片编程:将各种电路 (逻辑单元) 组成具有与设计功能相同的模块模并集成于FPGA中实现设计。PC通过指令选择进入不同的模式:竖直向上运行、竖直向下运行、停止运行自锁。在不同模式下分别执行相应的子程序, 最后向FPGA写入相应的控制字。FPGA接收后识别到有效控制字时, 按照参数输出两列正弦波。

3.3 实验结果

将波形生成工具设置生成256位无符号 (DAC芯片使用要求) 正弦波形保存, 完成对ROM的配置, 将波形相位差设为-90°和90°, 完成时序约束检查后生成仿真波形结果如图2 (右) 所示。实验结果表明能对实验直线超声电机实现既定规律运动控制。

4 结语

本文通过FPGA控制的直线超声电机应用于特定轨迹竖直方向运动控制, 综合运用了PC、FPGA、ADC、Quartus II等资源, 利用了软件平台参数化模块库 (LPM) 、仿真编译等功能及ROM和PLL等模块。实现了在Quartus上正确的逻辑输出, 通过Matlab得到了仿真波形信号输出, 实现了直线超声电机有效控制。将直线超声电机运用于竖直方向特定轨迹控制, 是对落体控制方式的创新, 也对直线超声电机的驱动力、速度等性能提出了新要求, 有较大的应用意义。

摘要：在工程实践中往往利用匀速旋转动力源实现往复直线运动, 为了实现机构小型化, 减少震动和精确控制, 提出用直线超声电机按一定规律控制物体实现直线运动, 提出PC+FPGA方式控制直线超声电机, PC给出控制信号, FPGA给出数字信号。对数字信号进行DAC转换后低通滤波和放大, 得到驱动电机的信号。

关键词：直线运动控制,直线超声电机,FPGA

参考文献

[1]邢亮, 沈豫鄂.PROE运动仿真中单向匀速电机实现往复直线运动的方式及分析[J].舰船电子工程, 2009 (9) :193-197.

[2]时运来.新型执行超声电机的研究及其在运动平台中的应用[D].南京航空航天大学, 2011.

[3]谭冠龙, 基于DDS的超声电机驱动电源的研制[D].电子科技大学, 2011.

单轴电机运动控制实验报告篇5

一．实验目的

1．熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。 2．掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。

二．实验内容

1．调节器的调试

三．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏。 2．MEL—11组件 3．MCL—18组件 4．双踪示波器 5．万用表

四．实验方法

1．速度调节器（ASR）的调试

按图1-5接线，DZS(零速封锁器)的扭子开关扳向“解除”。

（1）调整输出正、负限幅值“5”、“6”端接可调电容，使ASR调节器为PI调节器，加入一定的输入电压（由MCL—18的给定提供，以下同），调整正、负限幅电位器RP1、RP2，使输出正负值等于5V。

（2）测定输入输出特性将反馈网络中的电容短接（“5”、“6”端短接），使ASR调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画

图1-5 速度调节器和电流调节器的调试接线图

出曲线。

（3）观察PI特性

拆除“5”、“6”端短接线，突加给定电压(0.1V)，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。反馈电容由外接电容箱改变数值。

2．电流调节器（ACR）的调试按图1-5接线。

（1）调整输出正,负限幅值

“9”、“10”端接可调电容，使调节器为PI调节器，加入一定的输入电压，调整正，负限幅电位器，使输出正负最大值等于5V。

（2）测定输入输出特性

将反馈网络中的电容短接（“9”、“10”端短接），使调节器为P调节器，向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。

（3）观察PI特性

拆除“9”、“10”端短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。反馈电容由外接电容箱改变数值。

实验二双闭环晶闸管不可逆直流调速系统测试

一．实验目的

1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。 3．熟悉MCL-18，MCL-33的结构及调试方法

4．掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。

二．实验内容

1．各控制单元调试 2．测定电流反馈系数。

3．测定开环机械特性及闭环静特性。 4．闭环控制特性的测定。 5．观察，记录系统动态波形。

三．实验系统组成及工作原理

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的控制回路如图1-8b所示，主回路可参考图1-8a所示。

系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流的目的, ACR的输出作为移相触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制min和min的目的。

当加入给定Ug后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufn），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。

四．实验设备及仪器

1．教学实验台主控制屏。 2．MCL—33组件 3．MEL—11组件 4．MCL—18组件

5．电机导轨及测速发电机（或光电编码器） 6．直流电动机M03 7．双踪示波器 8．万用表

五．注意事项

电机实验篇6

摘要：针对高速磁悬浮电机拖动系统中转子本身的不平衡振动和由于不对中导致旋转时产生二倍转频振动，提出一种基于FIR滤波器的自适应前馈控制方法，把转子之间的扰动看成是不同频率的扰动，对两轴建立数学模型，将自适应滤波器的输出作为补偿信号与扰动相抵消.通过广义根轨迹分析了加入了前馈控制后对磁轴承控制系统稳定性的影响，并分析了在不同步长不同阶数下自适应前馈控制器的性能.仿真结果表明，该方法能有效地抑电动机转子轴的基频和二倍频振动，在电机对拖实验中，当转速为10000r/min时，转子基频和二倍频振动增益分别减小12.ldB和19dB，位移跳动量降低了67.56%.

关键词：磁悬浮电机；不对中；FxLMS算法；多频率振动

DOI：10.15938/j.jhust.2015.02.006

中图分类号：TP273

文献标志码：A

文章编号：1007-2683（2015）02-0028-07

0 引言

主动磁轴承（active magnetic bearings，AMB）因其无接触、无摩擦、无需润滑、长寿命和主动可控的优点，得到了越来越多的研究和应用.随着磁悬浮技术的日益成熟，磁悬浮电机被广泛应用到诸如磁悬浮鼓风机、磁悬浮压缩机等高速旋转机械装备领域.在旋转机械中，振动是广泛存在的，多频率振动多以倍频谐波或者独立无关形式存在.在一个测试电机性能的高速磁悬浮电机对拖系统中，两台电机分别作为主动和被动部件，转子由联轴器联接来传递扭矩，由于安装、制造和起浮的误差，两个电机的转子不能理想对中.在电机高速旋转时，转子不对巾会增大转子由于不平衡振动产生的转速同频振动，并且产生转速的二倍频振动，可以将转子二倍频比例值作为含有不对中故障转子严重程度的一个判断依据.由转子不对中引起的振动会增大控制电流和功耗，影响电机稳定性，不加以主动控制，严重的会使得转子碰到保护轴承，从而造成转子损坏，

基于FIR滤波器的白适应FxLMS算法由于结构简单，算法本身只有乘加运算，易于与标准DSP硬件匹配，系统存在建模误差时鲁棒性强等特点，已经广泛地应用与振动的主动控制和噪声的消除.魏彤等将FxLMS应用于控制力矩陀螺的精确前馈控制中，仿真证明可以抑制由于框架位移引起的振动，梁青等对FxLMS算法进行改进，在具有带通滤波器的系统上，在求出滤波器的输出的基础上，反解出电流值加入磁悬浮隔振器中，试验证明对隔振器中7Hz到15Hz的振动很有效果.ZENGER等证明了在控制系统中增加FxLMS算法的前馈通道的数量可以抑制多个不同频率的振动，但只有仿真缺乏实验验证.JIANG等利用频域分块LMS算法计算FIR滤波器权值，对多频率振动的抑制可以实现算法复杂度的不增加，但算法本身较复杂，不利于工程应用.上述这些文献里，着重描述了FxLMS算法的应用，欠缺对加入算法后对系统稳定性的影响，以及FIR滤波器长度和LMS算法步长等参数变化时不同控制效果的分析，

本文通过对FxLMS算法本身参数取值进行分析，并选择理想的参数，应用于磁悬浮电机的对拖试验平台.

1 对拖系统磁轴承转子模型

磁悬浮电机对拖系统的每个转子的径向由两个磁轴承支持，转子由柔性联轴器联接，当存在不对巾时，其相对位置示意图如图1所示，将其抽象为图2所示的力矩模型.

主动轴与被动轴之间的不对中夹角为.将被动轴投影到x-y平面后，投影轴与x轴的夹角为，电机的转矩T经过柔性联轴器传递到转子之后可以分解为两部分T2和T3：式中：T2为转矩；T3为垂直与转子方向的力矩.可以进一步分解为沿X轴和y轴的两个力矩：

Tx=Tsinacosp，Ty=Tsinasiβ.

（3）

根据欧拉运动方程，Tx、Ty、Tz还可以分别表示为：式中：ω为转子的角速度；Ti为转子绕轴i的转动惯量，i=X，y，z.由于转子仅有绕z轴的转动，所以上式可以简化为

Tcosa= /R8n，

（7）式中：IR为转子的极转动惯量；εR为转子的角加速度，对于具有夹角α的对拖系统，其角速度满足以下关系：式中：ω为被动轴的角速度；ω为主动轴的角速度；θ为主动轴的转角，式（8）可以展开为：式中，n=1.2. 3…其中，A，B、C、D均为只与α有关的常数，当夹角α不变时，其值也可以视为不变.将式（10）带人式，并令θ=ΩT，可以得到输入转矩：可以看出，x、y方向上的转矩频率都为转速的2n倍关系，故角度不对中产生2n倍转频的振动.

2 自适应前馈算法

3 稳定性分析

本文采用前馈控制器对磁轴承控制系统进行补偿，其改变r原控制系统的前向通道，因此有必要对新的磁轴承控制系统的稳定性进行分析，单个的自适应滤波器输出Y（z）和单个频率误差E（z）之间的关系为：式中：函可以取-90°<φ<90°，一般的，可以取A=l.在原系统为稳定的基础上，加入前馈控制的主动控制系统的主导根轨迹图如下所示，仿真时转速设为0-500Hz，每次增加5Hz.图5（a）、（b）中，FxLMS滤波器的阶数为32，步长d分别为0.0001和-0.000I.从图5（a）中可以看出，在低速时，系统极点息都存虚轴左侧，说明系统稳定，而转速达到200Hz以L的时候，系统就出现了不稳定极点，而图5（b）中，在低速时，系统的根轨迹在虚轴右侧，在转速为250Hz时到达虚轴左边，为了解决磁轴承系统到达高速不稳定的问题，在图5（c）为根轨迹的系统中，将（a）、（1））两图的取值结合，在振动频率为0-200Hz的时候取“为正值，200-250Hz时，取“为0.250-500Hz.时取为负值，系统的根全部位于左半平面，则在整个频率范围系统是稳定的.

4 算法仿真和性能分析

电机拖动实验装置常见故障维修篇7

概括起来,最容易出现问题的是三相可调电阻、电枢调节电阻、励磁调节电阻、功率因素表和转速表。下面对这几种部件的常见故障及其维护逐一进行详细讨论。

1 三相可调电阻

三相可调电阻由2个重叠的绕线式滑线变阻器装配在一起,每个变阻器有3个接线端子接到挂箱的面板上,供学生实验时进行接线。在正极接线端子与滑动触头之间串联有一个保险管。保险管的规格(额定电流)随变阻器最大阻值而变化。0~900欧姆的可调电阻对应于0.5A的保险管,0~90欧姆的可调电阻对应于1.5A的保险管。

通常三相可调电阻发生故障主要有以下几种情况:

(1)由于电流过大,保险管熔断,此时只要更换保险管即可。

(2)由于电流过大或者由于天气寒冷,导致3个接线端子的连接线与可调电阻的焊接点脱焊,致使线路断开。此时需要查找相应的脱焊点,重新焊接好。

(3)由于使用时间过久,磨损过度,使得绕线式电阻的电阻丝某一处断开了,也会导致线路断开,不能使用。此时需要使用万用表逐一仔细检查电阻丝的各个部分,找到电阻丝断开的故障点。根据故障情况采取不同的维修方法。可以用焊锡将断开点的2个线头焊接起来,恢复导电;如果比较严重则需要将电阻器整个更换。

(4)滑动触头的定位弹簧松动,导致滑动触头的碳刷不能与电阻丝接触良好。此时需要根据具体情况处理,如果不严重,则可以将弹簧压回去重新固定好。如果严重,无法修复,则需要更换整个可调电阻。

2 电枢调节电阻和励磁调节电阻

另外一个经常发生故障的地方是0~100欧姆电枢调节电阻(对应于1.5A保险管)和0~3000欧姆励磁调节电阻(对应于0.5A保险管)。这两个可调电阻都是单层可调电阻。其结构与上述三相可调电阻类似。因此常见故障也比较相似,主要有以下几种:

(1)由于电流过大,保险管熔断,此时只要更换保险管即可。

(2)由于天气寒冷或者焊点质量不好,导致3个接线端子的连接线与可调电阻的焊接点脱焊,致使线路断开。此时需要查找相应的脱焊点,重新焊接好。

(3)由于使用时间过久,磨损过度,使得绕线式电阻的电阻丝某一处断开了,也会导致线路断开,不能使用。处理方法同三相可调电阻(3)。

(4)滑动触头的定位弹簧松动,导致滑动触头的碳刷不能与电阻丝接触良好。处理方法同三相可调电阻(4)。

(5)由于学生拧动旋钮时过于用力,导致滑动触头和碳刷超出了最大电阻调节范围,碳刷与电阻丝不再接触,导致断路。此时应该将碳刷旋转,使之与电阻丝重新恢复接触,并将限位片重新恢复原位,以使得以后碳刷不再轻易脱轨。同时要告诫学生拧动旋钮时要小心,不要用力过大。

因此,在可调电阻器发生故障时,首先要检查是不是保险管熔断导致的断路,方法是将保险管座拧下来,取出保险管,首先用肉眼观察,一般熔断的保险丝都有一个断头。如果没有发现断头,则需要用万用表检测保险管的电阻值,如果在零欧姆附近,则可以判定保险管是好的,如果不是,则说明有问题,应该更换保险管。如果保险管是好的,则可以断定是内部问题。此时可以将可调电阻部件从设备上拆卸下来,再进行检测。先观察可调电阻器的外观,此时可以发现碳刷脱轨,定位弹簧松脱以及明显的焊点脱焊等问题,再根据情况采取相应的措施。如果没有发现脱焊等明显的问题,则需要用万用表逐一测量可调电阻器导电通路上的各个连接段的电阻值,找到断路点,再进行相应的处理,电阻丝的磨损断开往往是这一阶段的常见故障。

3 功率因素表

此外,功率因素挂箱也是容易出问题的地方,该挂箱有上下两个LED数字表头,可以直接显示被测电路的电压、电流、功率和功率因素数值。其常见故障有两种:

(1)保险管熔断导致表头不能正常工作。此时只需要更换6A的保险管即可。需要注意的是保险管更换后,表头工作有可能不会马上恢复正常,这是因为短路电流太大,导致数字表头的自我保护起作用。因此可能需要重复启动几次以后,功率因素表才会恢复正常。

(2)功率因素表对应的电路板出问题,这种问题往往是在设备电源发生缺相而未被发现,导致功率因素表也随之出现问题。这种故障的判断比较复杂,往往需要与其他工作良好的挂箱进行对比,甚至将其他挂箱里面的电路板安装到有问题的挂箱里面,替代怀疑有问题的电路板,然后进行测试。如果问题挂箱恢复正常,就可以断定是被替换的电路板出了问题,导致功率因素表不能正常工作,处理方法只有一个,那就是更换电路板。

4 DT09加载挂箱与转速表

DT09加载挂箱也是有可能发生故障的地方。常见故障有:

(1)转速L E D表不能正常指示转速值。由于D T09挂箱是通过测功机上的数码光盘来测量电机转速的,因此首先使得挂箱通电,再轻轻转动与测功机相连接的电机轴,看LED表头上是否有转速数值显示,如果有则转速表正常,如果没有,则转速表有问题。学生的一些误操作往往也会导致一些问题,并不一定是转速表本身的问题,因此这一故障确认步骤非常重要。在确认LED表头故障后,要分析故障的原因。由于数码光盘是转速测量的关键部件。因此,我们首先怀疑这个部件有问题。经过与其他工作正常的数码光盘对比,发现故障设备的数码光盘上有一些灰尘,小心地清除灰尘后,重新开机,转速表恢复正常工作,故障排除。

(2)加载旋钮不能正常工作,无法大范围加载。根据设备的加载原理,测功机的加载实际上是通过电位器的阻值调节来控制励磁电流的大小。因此可调电位器至关重要。不能大范围加载,很有可能是加载电位器出了问题。我们将怀疑有问题的电位器从挂箱上拆卸下来,经检测,发现其3个引脚中有2个引脚之间是开路的。至此,故障原因找到,更换一个新的电位器后,重新开机测试,加载正常,故障排除。

5 三相电源

最严重的故障往往是三相电源的缺相。这类故障原因很多。既有可能是电源输入插座或者插头的问题,也有可能是实验室供电电源的问题。还有可能是设备内部变压器的问题。因此需要用万用表先对外部供电电源进行检测,没有问题再对电源输入插座和插头进行检测,首先直接测量插座4个插孔相互之间的电压值。由于是380V三相四线制供电,因此三相火线相互之间是380V左右,而3个火线插孔各自与地线插孔之间应该是220V左右。如果不是这样,则说明插座有问题;应该拆开插座盖,检查其内部电路。但是要注意拆卸之前必须先切断电源,确保安全。如果插座没有问题,则应该检查插头是否有问题。此时应该将插头从插座拔出,使得线路断开并断电。然后再拆开插头内部,检查是否有线路断开或者接触不良等情况。如果有,则对其进行处理。如果没有,则需要继续追寻设备内部的故障原因。

曾经有一台设备,设备的总电源钥匙开关一拧到开的位置就报警。经过仔细检查实验室电源,正常;再检查插座插头,也正常。只能判断是设备内部的问题。由于厂家并没有提供具体的电路图。因此,我们只好自己通过观察绘制出设备的供电电路草图,以方便维修。

我们首先检查了设备内部的漏电开关,发现电压正常,说明该开关工作正常,然后检查3个变压器,其输出电压也正常。再沿着三相变压器线路继续向下追踪,发现在主电源控制屏上的3个输出端口有2个输出电压不正常:本应是380V,实际却是0伏。怀疑电路有断路问题,从输出端子朝电源输入端逆向搜索检测,最终发现有两相电路的5A保险丝已经熔断。更换保险丝以后,设备工作恢复正常,故障排除。

6 结束语

通过对电机拖动实验装置维护经验的总结,我们发现应该注意以下几个维护原则,方能使得设备能够及时修复,保证正常使用,延长设备的使用寿命。

(1)要与实验带教教师保持畅通的沟通渠道,及时了解最新的设备使用情况,包括故障情况。这方面我们采取的措施是在每个实验室都有一本设备故障保修本。由任课教师填写。

(2)要做到及时维修,及时处理;学生或者教师一旦提出故障问题,应该马上进行处理,能够马上修好的立即维修,不能马上修好的也应该说明情况,并采取措施,尽量不影响学生做实验。

(3)要经常与厂家联系,与厂家配合,能够自己维修的就自己维修,减少厂家的售后服务成本。这样厂家也会主动与学校配合,给予技术咨询和配件方面的支持。

(4)实验室管理人员要有强烈的责任心,切实认识到自己工作的重要性。从而增强工作的主动性。

(5)实验室管理人员要有甘当铺路石的奉献精神,切实为学生着想。当然学校也要主动为实验室管理人员着想,解决他们的后顾之忧,使得他们心情愉快,乐于奉献。

采取以上措施以后,电机拖动实验室的设备工作正常率大大提高了,保证了实验教学的顺利进行,提高了实验教学的质量,得到了师生们的好评。

摘要：介绍了电机拖动实验装置中常见故障的维修,包括三相可调电阻、电枢调节电阻、励磁调节电阻、功率因素表和转速表等,以及它们的处理方法,总结了查找相关故障的正确步骤。

关键词：电机拖动实验装置,故障,维修,步骤

参考文献

[1]胡伟轩,周鑫霞.电工技术[M].湖北:华中理工大学出版社,1997

电机实验篇8

电机及其运动控制是自动化专业的主干课程,对照CDIO人才培养模式的要求,本课程实验教学在过去存在一些不足和问题,主要体现在学生工程能力和创新能力培养的欠缺上。造成这一问题的原因有以下几方面,一是创新设计性实验比例较低,没有真正激发学生自主学习及创新设计的积极性;二是实验教学内容及设备与实际工程应用有一定的差距,缺乏有效培养学生工程应用能力的方法;三是实验教学方法、手段欠缺,学生实验大都只按规定的步骤机械地操作,对培养学生的动手能力和创新意识非常不利;四是实验课时不足,课程知识点多,很多实验由于学时问题不能开出。

结合这些问题,我们建成了基于网络的电机及其运动控制系统实验平台。在此平台上对电机及其运动控制系统课程的实验教学内容、方法、手段进行改革与研究,以提高实验教学效果,并激发学生的学习兴趣、培养学生的工程素质和创新精神,提高毕业生的专业竞争力。[3]

1 电机及其运动控制系统实验平台的组成

针对原有实验教学中存在的问题,我们对原有实验场地、设备重新组合调整,更新、增购实验设备,建设网络实验平台,最终建成了电机及其运动控制系统实验平台(如图1所示)。电机及其运动控制系统实验平台由电力电子及电机拖动实验室和网络实验平台组成。

1.1 电力电子及电机拖动实验室

在电力电子及电机拖动实验室中,学生完成教学大纲要求的16学时电机及运动控制系统实验内容。

1.2 网络实验平台

网络实验平台由实验室资源库、教学辅助实验平台、学生网络实验平台三部分组成。

1.2.1 实验室资源库

实验室资源库提供实验相关资源,包括:实验室概况、实验仪器设备图片及文字介绍,实验相关的课件及视频等。在学生进入实验室之前通过登陆资源库,了解实验相关仪器设备及内容,进行预习工作,以弥补实验课时不足。同时还包括部分日常生活中和工业实际生产中的典型运动控制系统案例,分析系统工作原理及其软硬件实现,将理论联系实际,提高了学生的学习兴趣,培养了学生的工程实践能力。

1.2.2 教学辅助实验平台

教学辅助实验平台是教师在课堂教学中可以通过校园网操作实验室仪器设备,获得电机在不同控制算法运行的实时数据及曲线。通过实例分析和讲解,可以帮助学生更快更好的理解枯燥难懂的理论,提高教学效果。

1.2.3 学生网络实验平台

学生网络实验平台可开设直流无刷电机、直流有刷电机、三相鼠笼机及正弦波永磁同步电机相关控制算法的网络实验。学生预约批准后,可通过校园网进行实验。此种方式可以弥补实验学时的不足,同时也可以满足部分学有余力的学生完成创新设计性实验。

2 实验教学改革研究

建成电机及运动控制系统实验平台后,我们针对过去实验教学中存在的问题,在实验内容设计、实验教学方法及手段、网络实验资源以及实验室开放等方面进行了改革与探索。经过一学期的实践,取得了初步的成效,大大提高了实验教学质量,提高了学生的学习兴趣,培养了学生的工程实践及创新能力。下面从4个方面介绍电机及其运动控制课程实验教学的改革与研究工作。

2.1 调整实验内容增加创新性实验比例

针对验证性实验、综合设计性实验、创新性实验比例的问题,通过对相关企业及其他高校的调查研究,我们对实验仪器设备进行了整合和更新。在原有实验仪器设备的基础上增加直流调速的计算机控制系统及基于DSP控制的交流变频调速系统的设备,以满足设计性实验教学要求。构建了“验证—综合—设计—创新”新的实验结构,使理论验证性实验、综合性实验和创新设计性实验的比例达到1:2:1,设计出紧密结合工程实际的、合理的实验项目。针对学生基础、能力层次的不同,在实验设计与实践方面教师对学生提出不同的要求。对于具有一定研究、创新能力和探索精神的学生,可要求他们提出提高性设计方案或具有创新性设计方案,可与学生科技创新活动相结合。[4,5,6]

2.2 加入工程应用环节增加学生工程基础知识

针对实验教学与工程实际相脱节的问题,我们在16学时课内实验的最后,增加了1学时的实际应用系统的介绍内容。现在介绍的是数控机床电机控制系统,教师对系统的组成、功能、工作原理给学生做详尽的介绍,学生可以看到实际的控制板、电机,并能自己动手操作一下,了解系统的软硬件的构成,并就相关问题与教师直接交流。这一实验结束后,学生反响热烈,大大激发了学生深入学习的热情。

此外,我们在实验资源库中给学生提供了一些典型运动控制系统的案例,例如变频空调控制系统、轧钢过程中的张力控制系统等,分析系统工作原理及软硬件实现。学生在课下通过学习了解实际生产过程中的电机是如何控制的,控制系统是什么样子的,弥补了实验设备与工程实际相脱节的问题,也开阔了眼界,对学生实际工程应用能力的培养是有益的促进。

2.3 改革实验教学方法注重能力培养

传统的注入式教育方式,重知识灌输、轻能力培养,学生难以积极主动地参与教学活动,不利于培养学生的自主学习能力和创新能力[7],不能满足CDIO教学模式的能力培养要求。针对实验教学方法的问题,我们首先改变了传统预习报告的方式。在实验之前,学生可以通过网络实验平台的资源库中相关的实验室概况及仪器设备介绍,实验相关的课件和实验预习要求进行预习,在学生进入实验室之前可以了解实验相关仪器设备及内容,根据要求进行预习工作。例如直流电动机的机械特性实验,我们的预习要求是根据实验要求设备设计测量电路,设计时要有启动电流保护,选择测量仪表量程等。在实验之前教师检查每一组的预习报告,通过后方可开始实验。改成这种预习方式以来,实验过程中再没出现过流烧坏电机的问题。由于过去学生长期适应被动式的实验方式,不会自主的发现问题与解决问题,通过预习问题的引导,学生查找资料、回顾所学的理论知识,完成这些问题,即使是验证性实验也起到了综合设计性实验的效果。通过这样的训练,引导学生积极思考,使学生的自主学习能力和知识的综合运用能力得到了提升。[8]

在实验过程中出现问题时,教师不会像以前一样直接解决问题,而是在先确保安全的前提下,引导学生根据故障现象分析故障原因,并通过所学理论知识解决问题。故障排除由学生完成,教师的作用是引导和把关。通过问题的解决,培养了学生分析问题和解决问题的能力,同时动手操作能力也得到提高。

实验结束后,学生实验报告的撰写,不能是简单的实验过程和结果的罗列,要求必须要对实验的现象和结果进行分析。实验报告批改时,不再要求学生的实验结果完全正确,如果结果错误但学生能够正确分析出错误原因,给出合理的解释,同样可以得到好成绩。在分析过程中,实验结果回归理论。通过实验结果的分析,再一次对理论知识进行确认,并对理论知识的理想情况与理论实际应用的差别原因进行分析,培养学生立足理论知识分析工程实际问题的能力。

2.4 合理使用实验室资源解决实验学时紧张问题

电机及其运动控制课程实验总计16学时,其中包括交、直流电机8学时及运动控制系统实验8学时。实验学时相对较少,有些实验不能开出。网络实验平台建成后,学生可以通过网络实验平台完成一些验证性的实验,可节约实验室学时,完成更多的实验内容。同时教师在讲课过程中可以通过校园网使用网络实验设备,得到控制系统实时数据。教师针对实时曲线进行分析讲解,学生对电机控制有直观的了解,增加感性认识,提高课堂教学效果 ,以弥补实验室实验学时的不足。

此外,电力电子及电机拖动实验室对学生开放,实验室全部资源都公开到网上,学生申请被批准后,可进入实验室重做课堂实验;也可提交创新性研究性实验方案,经过审核比准后,进行创新性研究性学习。例如,运动控制系统网络实验平台是基于DSP控制的,接口开放,学生可以在此平台上完成一些控制算法的开发。现在已有多名学生申请使用,并有1名学生已经发表了一篇高水平论文。实验室的开放为学生的创新性学习提供了良好的平台 ,有利于培养学生的创新能力和科研实践能力,很好地解决了实验学时少的问题。[9]

3 结束语

电机及其运动控制系统实验平台的建成及基于此平台的实验教学改革实践,改善了实验教学条件,提高了实验教学效果。解决了原有实验教学模式中存在的实验内容与工程实际脱节、没有充分重视学生的知识综合应用能力和创新意识的培养以及实验教学方法、手段单一的问题,注重了CDIO所要求的工程基础知识、自主学习能力、团队协作能力及工程系统能力四个层面的能力培养,为培养高素质的自动化专业工程应用型人才打下了良好的基础。[10]

摘要：简要地介绍了CDIO模式及电机及运动控制实验平台的基本情况,分析了传统教育模式下电机及运动控制实验教学的不足以及进行教学改革的必要性,从实验内容设计、实验教学方法的改进以及网络实验等方面进行改革,形成了新的教学模式,加强了对学生工程实践能力的培养。

《电机学》实验课程教学方法的改进篇9

《电机学》课程是电气信息类学生的一门专业基础课, 所涵盖的基础内容涉及电、磁、热、机械等基础理论知识, 具有理论性强、概念抽象的特点。在学生学习的过程中, 存在着教师难教、学生难学的“两难”现象。通过实验教学环节可以让学生对理论知识的理解加深, 对培养学生的动手能力、分析和解决问题的能力就显得尤其重要。实验教学在应用性本科生的学习阶段有重要的地位。通过实验, 可以让学生更好地领会和掌握课堂传授的概念和理论;同时可以促进学生自觉主动地去思考。

二、目前电机学实验存在的问题

目前电机实验教学过程中发现存在一些问题, 如: (1) 学生的动手操作意识淡薄, 学生在思想上认为实验实践没有理论知识重要; (2) 现行本科的教学中重理论而轻实践, 理论与实验教学课时之比多于8∶1; (3) 实验时由于学生人数多, 而相应实验设备数量不足, 往往使得实验台安排不过来, 有的学生根本没有动手的机会; (4) 实验室的成套设备利用率低; (5) 实验考核体系不够严格, 学生抄袭实验数据及实验结论现象严重; (6) 在实验内容的安排上也存在着一些问题, 实验安排与理论内容衔接不够密贴, 有可能理论内容在学习异步机, 而实验却在做变压器内容。

三、电机学实验教学方法的改进

在电机学实验教学方法上从以下几个方面做出改进:

1.增强实验和理论内容的衔接。通常, 电机实验的安排是在学完课程的某一部分或某个章节之后。那么实验和理论内容的衔接就存在一些问题, 例如, 在上完变压器的参数测量后安排变压器的空载和短路的实验;在学完三相异步电动机的运行原理和特性及启动与调速之后进行异步电动机的工作特性、M-S曲线测试以及测试各种情况下的启动电流等等。但由于学生开始缺乏对电机的感性认识, 使得教师在讲解电机尤其是交流绕组电机的结构及工作原理时, 学生们没有见过实物, 而感觉抽象, 对知识点的理解感到困难, 教学效果也不理想。实验实际是理论的升华, 所以在学习电机结构理论和安排电机实验之前应该先让学生到实验室对实物有一个感性认识, 结合实物讲解结构和组成, 再回到课堂理论教学进行理论分析, 最后在有一定的理论基础后学生再进实验室动手做实验, 最终使理论与实践结合, 这样能更好地理解理论, 同时也激发学生的学习兴趣。

2.启发学生对实验设备进行观察。在理论学习到一定阶段后, 可以让学生通过所学的理论去应用, 如通过观察电机铭牌上的转速去区分同步机和异步机;通过对电机外形的观察去区分绕线式异步电动机和同步发电机。这种方式使学生在比较中进行学习, 了解实物, 而不是一味地、被动地学习。

3.让学生带着问题做实验。在实验前教课教师根据实验内容提出一些问题, 让学生带着问题在实验中寻找答案, 并分析原因, 最后得出结论。如:为什么变压器空载实验时功率表的电流线圈要后接, 电压线圈要先接?而在做变压器短路实验时功率表的电流线圈要先接, 电压线圈要后接?为什么变压器空载实验一般在低压方进行, 而变压器短路实验一般在高压方进行?当三相电源断线时, 三相异步电动机能否启动?而三相异步电动机启动后, 电源出现断线, 电机的状态是什么?在做异步电动机M-S曲线测绘实验时电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因?……让学生带着问题去实验, 在实验中思考, 去加深对理论知识的理解。

4.教师在实验前进行实验教学演示。在学生做实验前, 实验教师要先按照实验要求, 给学生详细讲解实验线路、注意事项以及安全措施, 并给学生演示完整的实验, 让学生了解该实验的要求和调试步骤, 来提高实验教学效率。

5.科学分组, 相互配合, 人人都有动手的机会。实验是锻炼动手能力的好机会。做实验时尽量安排每组的实验人数, 使每组的实验人数都有动手的机会, 一般实验人数为2人一组, 两个人相互配合, 缺一不可。在分组上尽量掌握使积极主动的学生与学习不够主动的学生相组合的原则, 这样既保证了积极主动的学生的积极性, 又无形带动了那些不爱动手的学生, 从而调动了大多数学生的积极性, 加大了人人动手的机会。

6.将Matlab/Simulink仿真工具融合到实验教学中。由于各类电机存在不稳定区域, 常用仪表难以测量, 因此制约了电机实验教学的研究。通过引入软件Matlab/Simulink, 可以对电机的暂态进行模拟, 通过观察仿真结果, 加深认识, 即解决学习中的难点, 加强学生对电机学课程的理解, 并可以充实专业理论。如:笼式异步电动机空载起动时, 起动电流很大, 一般是额定电流的4~7倍, 带载启动电流更大;笼式异步电动机空载起动时, 其电磁转矩实际上是存在振荡的, 这个振荡时间很短, 用仪表是无法测量的, 而用Simulink仿真可以让学生直观地观察到空载启动时的电磁转矩的振荡和转速上升至稳定的波形以及启动电流的变化。不仅在异步电动机上, Simulink仿真技术在同步电机实验中的应用是以三相同步发电机的不对称运行和过渡过程作为同步发电机研究的重点, 通过对选择不对称运行的方式和故障时间的不同设置, 观察电流、电压的曲线加深认识, 解决学习中的难点。

7.增加综合性和创造性实验。在做电机实验时, 增加综合性和创造性实验内容, 如利用继电器接触器星/三角 (Y/△) 起动实验;增加异步电动机的顺序启动和反序停止的实验内容等。目的是激发他们的创造性热情和才能, 加大学生学习电机的兴趣。

四、偏重对实验过程的考核

考核是所有教学的一个重要的辅助手段, 考核的目的是为了让学生在实验过程中能够多动手多动脑, 从而更好地促进理论知识的学习。同时也在实验过程中培养动手能力和解决问题的能力。电机的实验考核应更加偏重于实验过程的考核, 只有在实验过程中才能反映学生的动手能力和分析问题的能力。电机实验考核包括以下几个方面: (1) 预习报告占15%。要求学生在实验前做好的预习, 充分了解实验目的和实验线路。 (2) 实验过程操作占40%。实验操作过程包括实验线路的连接、实验步骤的正确与否以及遇到问题时分析问题和解决问题的能力。 (3) 实验过程中回答问题占25%。实验前的提问在这个部分要得到回答。光做好实验、得到相应的数据还远远不够。通过回答问题可以联系到相关的知识点, 了解这些相关的知识点对实验的目的很重要。同时回答这些提问也可以反映学生的专业知识的应用能力。 (4) 实验报告占20%。实验报告关注测量数据、实验结果和实验测绘曲线, 并对实验中出现的问题进行分析。通过加大对实验过程的考核可以有效地避免实验报告的抄袭现象, 提高学生实验的积极性。

五、结论

《电机学》是电气专业的一门重要的基础课程, 学好这门技术课程, 扎实的理论基础、独立的实践动手能力是缺一不可的。《电机学》实验课程的教学方法改革是一项系统工程, 不是一朝一夕能完成的, 它需要我们深入地进行现场调研, 并在教学中要随时不断根据学生的能力进行适当的调整, 达到最佳的状态。作为该课程教师, 应该不断加强学习, 更好地扩展学生的知识面和培养他们的实际分析问题、解决问题的能力和动手能力。

参考文献

[1]孙雨萍.“电机学”特色教学体系研究[J].电气电子教学学报, 2010, (1) .

[2]肖金凤, 龚学余, 王有香.电机学精品课程建设的实验教学改革研究[J].电力系统及其自动学报, 2007, 19 (5) :125-128.

电机变频调速系统的仿真实验研究篇10

关键词：模糊神经网络,DSP,变频调速

1 引言

随着电力电子技术的发展,采用电力电子变换器的交流拖动技术得以应用,特别是大规模集成电路和高速处理的计算机控制技术的出现,使得高性能交流调速系统成为可能,本文介绍一种基于模糊神经网络的感应电机动态解耦控制,实验结果表明,模糊神经网络解耦控制在对电机的转速调节中,具有更好的抗负载干扰能力。

2 系统组成及调速原理

本文设计的双电机调速系统是一个具有转速负反馈的闭环系统。本系统的控制电路主控芯片采用的是T I公司的TMS320LF2407ADSP数字信号处理器。D S P的主要作用是负责各种电流的采样以及计算电机的转速和位置,最后通过运用基于模糊神经网络的矢量控制算法,得到所需要的控制信号。同时DSP还负责实时监控模糊神经网络矢量控制系统的运行状态,当系统出现故障时D S P会封锁S V P W M信号,使电机停止运转,并且会通过指示灯显示出来[3,4]。

3 矢量控制双电机变频调速实验系统模型

本系统采用磁链闭环、转差频率型矢量控制方式。图2为矢量控制变频调速系统模型框图,图中有上标*的为指令给定值,其余为实际值。

在电流的调节部分,由电流指令给定值和实时检测所得的三相电流偏差信号送至电流调节器,电流调节器采用滞环比较器,它的输出即为I G B T逆变器的控制信号。采用速度、电流双闭环的调节实现了励磁和转矩的分别控制,电机励磁仅仅取决于定子电流的励磁分量,转矩仅取决于定子电流的转矩分量,确定了电机的励磁和转矩值,就可以确定了i*M1和i*T1。应用矢量变换通过对定子电流跟踪给定值的控制就能够实现对电机转速的控制,并且定子电流励磁分量给定值i*M1和定子电流转矩分量给定值i*T1到实际值iM1、iT1的传递是解耦的,解耦的效果只与逆变器的延时时间有关,不依赖电机参数,这样有利于提高系统的控制性能,进而实现高性能的异步电机变频调速矢量控制。

4 优化模糊神经网络算法

本文针对F N C存在的在线修正权值计算量大、训练时间长,权值修正过度导致系统剧烈振荡等缺点,提出了F N C的优化方法,使其在线自学习过程中,仅对控制性能影响大的控制规则所对应的权值进行修正,以此减小计算量,加快训练速度。系统权值修正步长η采用规则如下[1]:

这里,E和CE的论域为[-1,1],各有7个模糊变量,定义为{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},隶属函数取高斯函数形式,然后采用重心法解模糊得:

这里αj=µA1j(E)µA2j(CE),m为规则的数目。

根据偏差及其偏差变化率大小采集用T-S规则模糊自适应修正步长。加快训练速度同时可以抑制控制器输出的剧烈变化,避免系统发生剧烈振荡,以获得更好的系统动态性能[2]。

本文重点研究基于自适应网络的模糊推理系统,假定系统有两个输入和一个输出。其T-S规则如下:

对给定的输入1x和x2,推理输出y*可计算如下:

式中,µj为规则R j的激励强度,由下式给出

相应的自适应神经模糊推理系统(ANFIS Adaptive-Network-based Fuzzy Inference System)的结构如图3所示:

这样,就构成了A N F I S,它在功能上等效于一具有T-S规则的模糊控制器,这个A N F I S就可以按照B P算法来更新参数,也可以使用Kalman滤波算法求解参数[5]。

5 系统运行状态仿真

由系统结构原理图,建立双机仿真模型,因为变频器属于滞后环节,故图中省略了两个变频器,采用的是三相正弦电源向系统直接供电的方式,由于本文的实验系统采用的两个电机型号是相同的,连接方式是同轴相连,两电机之间有一个转矩转速测试仪,弹性连接,所以建立仿真模型完全的对称。在系统仿真的过程中采用的是双电机,电机的电磁转矩互为负载转矩的形式。

通过前面的论证我们了解了频差控制的原理,仿真如下。首先让f1保持不变,不断的改变f2的数值。M1的频率初始给定值为25Hz,线电压的初始给定为175V,并且让线电压保持不变,给定M2的初始频率为2 2.5Hz,给定线电压幅值为152V。此时系统存在2.5Hz的频差,系统的转矩波形和角速度波形如图所示。

然后把M2的频率改变为23.5Hz,把线电压的幅值改为160Hz,此时系统的转矩仿真结果和系统的角速度的仿真结果如图6和图7所示。

通过图5双机角速度波形和图7显示的双机角速度波形,可以明显看出,双电机角速度绝对值始终是保持相等的,并且是随着频差的减小或者说是负载转矩的减小而呈升高的趋势,这种现象和电机的实际情况是相符的。

(1)15%频率扰动仿真实验

图8是传统的P I D控制器和模糊神经网络控制器分别在有1 5%的频率扰动情况下双方的系统仿真曲线,在1 5%的阶跃扰动下,由仿真图我们明显看出,传统PID的控制方法大约有20%的系统超调量,系统的调节时间大约为15秒。而采用本文提出的模糊神经网络控制器,系统的输出曲线很明显是比传统PID的控制优越的多,不仅系统的超调量几乎为0,而且调节时间也减少到了8秒。

(2)20%负载扰动实验

图9是传统的PID控制器和模糊神经网络控制器分别在有30%的负载扰动情况下双方的系统仿真曲线,由下面的仿真图形可以明显看出,当系统的参数变化不大时,模糊神经网络控制和PID控制的系统响应曲线变化都不是很大,但是通过比较FNNC和传统的PID控制的甩负荷特性,前者明显是优于后者的。

由上面的仿真结果,可以得出如下几点结论:

(1)本文的双电机调速系统采用的模糊神经网络控制算法比传统的P I D算法无论是在系统的稳定性和系统的快速性还是在系统的输出准确性方面,都有明显的优势,效果都明显比传统的算法优越,仿真结果很容易看出本文设计的控制器比传统的控制器有着很突出的优点。

(2)在系统的鲁棒性方面,本文采用的模糊神经网络算法也比传统P I D控制有着更为优越的系统鲁棒性。

6 结束语

本文在传统的PID控制基础上,采用了一种新型的基于模糊神经网络的双电机调速系统,所设计的模糊神经网络控制器有着优越的性能,同时本文给出了模糊神经网络算法,还有整个系统的硬件设计,理论上系统切实可行。仿真结果达到了设计的要求,系统的整体性能都有很大的提高。

参考文献

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