机电传动控制实验指导书概要

机电传动控制

实验一 认 识 实 验

一．实验目的

1．学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。

3．熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。

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．直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？

3．直流电动机起动时，励磁回路连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．实验项目

1．了解MEL系列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。

2．用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3．直流他励电动机的起动，调速及改变转向。

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．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）或电机导轨及校正直流发电机 3．直流并励电动机M03

4．220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部） 5．电机起动箱（MEL-09）。

6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。

五．实验说明及操作步骤

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机电传动控制

1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。 2．在控制屏上按次序悬挂MEL-13、MEL-09组件，并检查MEL-13和涡流测功机的连接。 3．用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1。 U：可调直流稳压电源 R：3000Ω磁场调节电阻（MEL-09） V：直流电压表（MEL-06） A：直流安培表（MEL-06） M：直流电机电枢 图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图300V档，直流安培表量程选为2A档。 （1）经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。直流电压表量程选为（2）按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V输出。 调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压UM和电流Ia。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取UM、Ia，填入表1-1。

（3）增大R（逆时针旋转）使电流分别达到0.15A和0.1A，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。

取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=

Ra1?Ra2?Ra3。

3表1-1 室温 ℃ 序号 UM（V） 1 2 3 2

Ia（A） Ra11 Ra12 Ra13 Ra21 Ra22 Ra23 Ra31 R（Ω） Ra1 Ra平均（Ω） Raref（Ω） Ra2 Ra3 机电传动控制

表中Ra1=（Ra11+Ra12+Ra13）/3

Ra2=（Ra21+Ra22+Ra23）/3 Ra3=（Ra31+Ra32+Ra33）/3

Ra32 Ra33 （4）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：

Raref=Ra235??ref

235??a式中Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）

Ra ——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω） θθ

ref——基准工作温度，对于

E级绝缘为75℃。

（℃） a ——实际冷态时电枢绕组的温度。

4．直流仪表、转速表和变阻器的选择。

直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联，并联或串并联的接法。

（1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为300V量程档。 （2）电流量程的选择。

因为直流并励电动机的额定电流为1.1A，测量电枢电流的电表可选用2A量程档，额定励磁电流小于0.16A，测量励磁电流的毫安表选用200mA量程档。

（3）电机额定转速为1600r/min，若采用指针表和测速发电机，则选用1800r/min量程档。若采用光电编码器，则不需要量程选择。

（4）变阻器的选择

变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定。在本实验中，电枢回路调节电阻选用MEL-09组件的100Ω/1.22A电阻，磁场回路调节选用MEL-09的3000Ω/200mA可调电阻。

5．直流电动机的起动 R1：电枢调节电阻（MEL-09）

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机电传动控制 Rf：磁场调节电阻（MEL-09） M：直流并励电动机M03： G：涡流测功机 IS：电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。实验开始时，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底。 U1：可调直流稳压电源 图1-2 直流他励电动机接线图带电压表 V2：直流电压表，量程为300V档，位于MEL-06 A：可调直流稳压电源自带电流表 mA：毫安表，位于直流电机励磁电源部。

U2：直流电机励磁电源 V1：可调直流稳压电源自（1）按图1-2接线，检查M、G之间是否用联轴器联接好，电机导轨和MEL-13的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。

（2）将电机电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻调至最小，转矩设定电位器（位于MEL-13）逆时针调到底。

（3）开启控制屏的总电源控制钥匙开关至“开”位置，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船形开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V电压。

（4）减小R1电阻至最小。 6．调节他励电动机的转速。

（1）分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf （2）调节转矩设定电位器，注意转矩不要超过1.1N.m，以上两种情况可分别观察转速变化情况

7．改变电动机的转向

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将电枢回路调节电阻R1调至最大值，“转矩设定”电位器逆时针调到零，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。

六．注意事项

1．直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf调到最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R1调至最小，使电机正常工作。

2．直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时，必须将电枢串联电阻R1调回最大值，励磁回路串联的电阻Rf调到最小值，给下次起动作好准备。

3．测量前注意仪表的量程及极性，接法。

七．实验报告

1.画出直流并励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，起动电阻R1 和磁场调节电阻Rf 应调到什么位置？为什么？

2.增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？

3.用什么方法可以改变直流电动机的转向？

4.为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？

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实验二 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=nN，使I=0，测取Uo=f(If)。 (2)外特性：保持n=nN，使If =IfN，测取U=f(I)。 (3)调节特性：保持n=nN，使U=UN，测取If =f(I)。 2.并励发电机 (1)观察自励过程

(2)测外特性：保持n=nN，使Rf2 =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=nN，使Rf=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）。

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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

图1-3 直流他励发电机接线图G：直流发电机M01，PN=100W，UN=200V，IN=0.5A，NN=1600r/min M：直流电动机M03，按他励接法 S1、S2：双刀双掷开关，位于MEL-05 R1：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于MEL-09。 Rf1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于MEL-09。 Rf2：磁场调节变阻器，采用MEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。 R2：发电机负载电阻，采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联）。调节时先调节串联部分，当负

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载电流大于0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免烧毁熔断器。

mA1、A1：分别为毫安表和电流表，位于直流电源上。 U1、U2：分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源。

V2、mA2、A2：分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA档），直流安倍表（量程为2A档）

（1）空载特性

a．打开发电机负载开关S2，合上励磁电源开关S1，接通直流电机励磁电源，调节Rf2，使直流发电机励磁电压最小，mA2读数最小。此时，注意选择各仪表的量程。

b．调节电动机电枢调节电阻R1至最大，磁场调节电阻Rf1至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直流电压已正常建立），使电机旋转。

b．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。

d．调节电动机电枢电阻R1至最小值，可调直流稳压电源调至220V，再调节电动机磁场电阻Rf1，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（额定值），并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。

e．调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达V0=1.2UN（240V）为止。 f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从UO=1.2UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2，使发电机励磁电流逐次减小，直至If2=o。

每次测取发电机的空载电压UO和励磁电流If2,只取7-8组数据，填入表1-2中，其中UO=UN和If2=O两点必测，并在UO=UN附近测点应较密。

表1-2 n=nN=1600r/min UO（V） If2（A） （2）外特性

a．在空载实验后，把发电机负载电阻R2调到最大值（把MEL-03中间和下端的变阻器逆时针旋转到底），合上负载开关S2。

b．同时调节电动机磁场调节电阻Rf1，发电机磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机的n=nN,U=UN（200V），I=IN（0.5A），该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流If2N= A.

c．在保持n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐渐增加负载电阻，即减少发电机负载电流，在额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，直到空载（断开开关S2），共取6-7组数据，填入表1-3中。其中额定和空载两点必测。

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表1-3 n=nN=1600r/min If2=If2N U（V） I（A） （3）调整特性

a．断开发电机负载开关S2，调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达额定值（UN=200V）

b．在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S2，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If2，使发电机端电压保持额定值U=UN，从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流I和励磁电流If2，共取5-6组数据填入表1-4中。

表1-4 n=nN=1600r/min,U=UN=200V I（A） If2（A） 2．并励直流发电机 图1-4 直流并励发电机接线图（1）观察自励过程 a．断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮，钥匙开关拨向“关”。 9 机电传动控制

按图1-4接线

R1、Rf1：电动机电枢调节电阻 和磁场调节电阻，位于MEL-09。 A1、mA1：直流电流表、毫安表，位于可调直流电源和励磁电源上。 mA2、A2：直流毫安表、电流表位于MEL-06。

Rf2：MEL-03中二只900Ω电阻相串联，并调至最大。

R2：采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω。 S1、S2：位于MEL-05

V1、V2：直流电压表，其中V1位于直流可调电源上，V2位于MEL-06。

b．断开S1、S2，按前述方法（他励发电机空载特性实验b）起动电动机，调节电动机转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。

c．合上开关S1，逐渐减少Rf2，观察电动机电枢两端电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件，如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。

（2）外特性

a．在并励发电机电压建立后，调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S2，调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机n=nN,U=UN，I=IN。

b．保证此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载，直至I=0，从额定到负载运行范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，填入表1-5中，其中额定和空载两点必测。

表1-5 n=nN=1600r/min Rf2= A U（V） I（A） 3．复励发电机

（1）积复励和差复励的判别 a．接线如图1-5所示

R1、Rf1：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。 A1、mA1：直流电流、毫安表

V2、A2、mA2：直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06组件。 Rf2：采用MEL-03中两只900Ω电阻串联。

R2：采用MEL-03中四只900Ω电阻串并联接法，最大值为2250Ω。 S1、S2：单刀双掷和双刀双掷开关，位于MEL-05开关板上。

按图接线，先合上开关S，将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述并励

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发电机外特性试验方法，调节发电机输出电流I=0.5IN，n=nN，U=UN。

b．打开短路开关S1，在保持发电机n，Rf2和R2不变的条件下，观察发电机端电压的变化，若此电压升高即为积复励，若电压降低为差复励，如要把差复励改为积复励，对调串励绕组接线即可。 图1-5 直流复励发电机接线图（2）积复励发电机的外特性。 实验方法与测取并励发电机的外特性相同。先将发电机调到额定运行点，n=nN，U=UN，I=IN，在保持此时的Rf2和n=n不变的条件下，逐次减小发电机负载电流，直至I=0。从额N定负载到空载范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，记录于表1-6中，其中额定和空载两点必测。

表1-6 n=nN = r／min Rf2=常数 U（V） I（A）

六．注意事项

小。

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1.起动直流电动机时，先把R1调到最大，Rf2 调到最小，起动完毕后，再把R1调到最

机电传动控制

2.做外特性时，当电流超过0.4安时，R2中串联的电阻必须调至零，以免损坏。

七．实验报告

1.根据空载实验数据，作出空载特性曲线，由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。

2.在同一张座标上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。分别算出三种励磁方式的电压变化率：

ΔU=

UO?UN?100? UN并分析差异的原因。

3.绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。

八．思考题

1.并励发电机不能建立电压有哪些原因？

2.在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？

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电机系统教学实验台使用说明

概述

MEL—Ⅰ型电机系统教学实验台总体外观结构如图1所示。图中序号5为涡流测功机

及其导轨，序号8为安装在电机工作台上的被试电机。被试电机可以根据不同的实验内容进行更换。为了实验时机组安装方便和快速的要求，实验台的各类电机均设计成相同的中心高。同时，各电机的底脚采用了与普通电机不同的特殊结构形式。在机组安装时，将各电机之间通过联轴器同轴联结，被试电机的底脚安放在电机工作台的导轨上，只要旋紧两只底脚螺钉，不需做任何调整，就能准确保证各电机之间同心度，达到快速安装的目的。当测量被试电动机输出转矩时，可从序号4的测功机力矩显示窗中直接读取。被试电机的转速是通过与测功机同轴联接的直流测速发电机来测量的。转速高低可以从图4的转速表直接读取。

图1 电机系统教学实验台总体外观

序号2为电源控制屏，通过调压器输出单相或三相连续可调的交流电源。

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序号1为仪表屏，根据用户的需要配置指针式和数字式表。

序号3为实验桌，内可放置各种组件及电机，桌面上放置测功机及导轨。

序号6为实验时所需的仪表，可调电阻器，可调电抗器和开关箱等组件。这些组件在实验台上可任意移动。组件内容可以根据实验要求进行搭配。

主要结构部件

一．电源控制屏 UuvUvwUwuUVWN3A3A3AU'3AV'3AW'3AKML1L2L3N 面板图如图2，图中各部件的序号为： 1．钮子开关。当开关拨向“电网电压”时，三相电压表指示为电网输入到主控制屏的三相电压值；当开关拨向“调压输出”时，电压表指示三相输出可变电压值。

2．电压表。可指示实验台输入的电压和交流电源输出的线电压，通过指针表旁边的开关切换。

3．三相主电源U、V、W输出。

4．保险丝座。3只3A保险丝分别是u、v、w三相电源输出的保险丝，进行电源的短路保护，一旦电网电压对称输入，而电源输出不对称，则有可能烧毁保险丝。

5．调压器。

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三相调压器的容量为1.5KVA，线电压0~430V连续可调，为了保证实验者的实验，电网与三相调压器之间接有隔离变压器或漏电保护器。三相调压器可调节单相或三相电压输出。当沿逆时针旋到底输出电压最小，改变旋钮位置，即可调节输出交流电源电压的大小。

6．主电源控制开关。当按下此开关时，红灯灭绿灯亮，主电路接触器闭合，U、V、W输出交流电。

7．电源钥匙开关。当钥匙开关转向“开”的位置，带红色按钮指示灯亮，电源控制屏接通电网。

8．交流电源断开开关。按下此按钮开关，绿灯灭红灯亮，表明三相交流电源U、V、W无电压输出。

二．测功机组件

测功机组件含MEL-13和电机导轨及测功机两部分，主要完成四个功能：

1、对电机进行加载；2、测量电机的转矩；3、测量电机的转速；4、对异步电机进行M~S曲线测绘。

1．涡流测功机

涡流测功机如图 1。实心圆盘与它的转轴由被试电动机驱动，磁极、励磁绕组、指针和转轴为一个整体，可以对机座支架左右偏转。当励磁绕组通过直流电流后，磁极产生的磁通，经气隙、钢盘，气隙回到相邻的磁极而闭合。被试电动机带动钢盘旋转切割磁力线，在钢盘中产生涡流，此涡流与磁场相互作用产生电磁转矩（制动转矩），则磁极将受到与此制动转矩大小相等方向相反的电磁转矩，使磁极顺电机旋转方向偏转一角度，并与平衡钟随之偏转而产生的转矩相平衡，于是指针在刻度盘上指示转矩值，改变励磁电流，即可改变制动转矩，而被试电动机负载也随之改变。

涡流测功机结构简单，调节方便，运行稳定，但输入钢盘的大部分由涡流损耗转换成热能，此热量主要散发在周围空气中，一部分被钢盘及轴承吸收，将使钢盘、轴承等温度升高。因此，涡流测功机运行时要采取散热措施。此外，当转速很小时制动转矩很小，所以涡流测功机不能测量低速电动机转矩和电机的堵转矩。

2．加载及转矩测量

测功机是一台定、转子均可转动的异步电机。它既可以做异步电动机运行，也可以作测功机用。作为测功机用时，定子绕组施加直流电压产生恒定磁场，当被试电动机拖动异步电机旋转时，转子将产生制动性质的电磁转矩，异步电机处于制动状态。若在异步电机定子上配备测力装置，即可测得被试电动机输出转矩，该测功机的优点是无电刷以及不需要外接电阻负载。当改变施加在测功机上直流励磁电压时，电磁转矩就随着变化，即被试电动机的负载大小就发生改变。在测功机的下部安装一电阻应变式压力传感器，根据压力传感器输出力的大小即可得出力矩值。

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3．转速的测量

转速的测量可采用永磁直流测速发电机和光电编码器。测速发电机的优点是信号处理简单，但存在安装不方便、线性度、对称性较大的缺陷。本组件采用光电码盘，即在测功机的转轴上安装一光栅，两边各有一发射管和接收管，根据接收管收到的脉冲周期用单片机进行处理，即可测得转速。它具有和转轴无机械接触、安装方便、读数精度高等优点。

4．导轨

导轨的作用是安装电机。为了实验时机组安装方便和快速的要求，被试电机均设计成 相同的中心高。电机的底脚采用了与普通电机不同的特殊结构形式。在机组安装时，各电机之间通过联轴器同轴联接，被试电机的底脚安放在电机导轨上，只要旋紧两只底脚螺钉，不需做调整，就能准确保证各电机之间的同心度，达到快速安装的目的。 5．M~S曲线测绘 电机的M~S曲线测绘指电机转速从0~额定转速时，转矩和转速的曲线关系。由于交流电机存在不稳定区域，因而在转速开环情况下，当负载增大到超过最大转矩时，电机转速迅速下降，无法读出转速值。此时，必须利用转速反馈，根据转速的高低动态地调整加载的转矩，使电机能够在任何一个转速条件下稳定运行。 456321(rpm).(N m)6．MEL-13的说明 面板如图3。图中各部件的序号为： 1．转速表。电机系统教学实验台转速的测量是采用光电码盘，用单片机进行处理，计算脉冲的宽度，即可测得转速。较早的测速是采用永磁直流测速发电机，将测速发电机输出的电压通过限流电阻接到直流电流表上，就构成了测量电机转速的16

12711108ONOFF9图3 测功机转速转矩测量面板图 机电传动控制

转速表。

2．转速模拟量输出。将脉冲信号经过D/A转换，再进行滤波输出，幅值为0—±10V。 3．转矩显示。测功机进行加载时，测功机的定子将反向偏转一角度，通过电阻应变式压力传感器测出力的大小，进行换算后，可显示转矩大小。

4．转矩调零电位器。 5．转矩模拟量输出。

6．“转矩控制”、“转速控制”选择开关。

7．“转速设定”电位器，可对电机转速进行控制，顺时针转到底，转速最高。 8．航空插座。与测功机相连，提供测功机所需的励磁电流以及转速、转矩反馈信号。 9．电源控制船形开关。 10．保险丝座。

11．突加突减负载开关。当开关往下扳时，电机处于空载状态，当开关往上扳时，负载的大小由“转矩设定”电位器和“转速设定”电位器进行控制。

12．“转矩设定”电位器

目前，实验台上加载采用两种方式：

（1）自耦调压器的输出电压经过整流向测功机励磁绕组提供电流。通过改变自耦调压器的输出电压，也就改变了测功机励磁电流，从而改变输出转矩。

（2）采用电流源控制。采用电流源控制后，易于实现转速的闭环调节，即使在电机转速的不稳定区域也能保持电机转速稳定，从而测出电机的M—S曲线，存在的缺点是对异步电机而言，存在较大的加载死区。操作方法为：

将电机导轨及测功机的信号线通过一塑料软管与MEL-13相连。MEL-13挂件的电源和交流220V相连。

a．将MEL-13的“转矩控制”、“转速控制”选择开关打向“转矩控制”，启动电机，则通过调节“转矩设定”电位器，即可方便地对被试电机进行加载试验。可分别从上下两个数显窗中读出转速和转矩值。逆时针旋到底，被试电动机的负载为零，顺时针转动，被试电动机负载增加。当需要测取电动机的堵转转矩时，可在测功机定子销紧孔中插入一根圆棒，将测功机定、转子销住，即可测取堵转转矩。

b．将MEL-13的“转矩控制”、“转速控制”选择开关打向“转速控制”，则通过调节“转速设定”电位器，使电机可稳定地运行于任何一转速（最低转速为300转/分左右），从而可通过测量转矩、转速画出电机的M~S曲线。

三．仪表屏

为电机实验提供需要的交流电流表、交流电压表、功率表。具体配置由所采购的设备型号不同由所差别。若设备为MEL-I系列，则交流电流表、电压表为三组指针式模拟表，

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机电传动控制 500V3A3A500V500V3A ( )LC500V3A3A500VONOFFONOFFONOFF量程可根据需要选择，功率表采用单独的组件（MEL-20或MEL-24）；若设备为MEL-II系列，则上述仪表为智能型数字仪表，量程可自动也可手动选择，功率表含在主控屏上。仪表数量也可能由于设备型号不同而不同。故不同的实验台，其接线图也不同。

功率表接线时，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。 所有仪表具有过压过流，错接线路不损坏仪表等功能。

日光灯功能开关，当拨到左边时，日光灯接入220V交流电，作照明用；当拨到右边时，日光灯的四个接线柱引出可做日光灯实验用。

四．220V直流稳压电源和直流电机励磁电源

本实验台提供两组直流电源，分别是供直流电机励磁绕组用的直流电机励磁电源以及供电枢绕组用的可调直流稳压电源。面板如图5和图6。

图5中各部件的序号分别是：

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机电传动控制 1．数字式直流电压表 2．直流电压幅度调节电位器 3．直流电源输出接线柱 4．保险丝座 5．电源控制船形开关 6．复位按钮 7．过流指示发光二极管 8．工作指示发光二极管 9．直流电流表接线柱 可调稳压电源具体技术指标为： （1）输出电压：90V~250V连续可调 （2）输出电流：Imax=2A （3）负载调整率不大于1V

电源带有完善的过压、过流保护措施，以确保学生误操作时不至于损坏电源。一旦输出发生短路，过流保护动作，自动切断功率场效应管的脉冲信号，从而保护功率器件，只需按下复位按钮，就可重新建立电压。可调直流稳压电源的电压输出端子只能用作电压输出，不能作为测试端输入电压； 正常工作时，绿色发光二极管亮，过载后，红色告警发光二极管亮。电压调节电位器逆时针旋到底，输出电压最低不大于90V，顺时针旋转，电压逐渐提高。 可调直流稳压电源带有电压表和电流表。其中电压表内部已接好，直接指示输出电压，而电流表的输入信号根据实验内容而定，可用作本装置的电流测量显示，也可用作外接电路电流的测量显示。 图6中各部件的序号分别是： 1．直流毫安表接线柱 2．直流励磁电源输出接线柱 3．保险丝座 4．电源控制船形开关 5．工作指示发光二极管 6．数字式直流毫安表 220V直流电机励磁电源提供220V~230V/0.5A的直流电源，供直流电机励磁绕组使用，其电压输出端子只能输出电压，不能作为测试端输入电压，

19 OFFImax=2.5A3AVAONOFFmAImax=0.5A0.5AON 机电传动控制

工作时工作指示灯亮。配置的直流毫安表即可用作直流电机励磁电源的电流测量显示，也可用作外接电路电流的测量显示，用作外接时注意电流不要超过200mA。直流毫安表电源受可调直流稳压电源控制。

五．同步电机励磁电源 面板如图7，序号中各部件为： 1．励磁电源输出接线柱 2．告警发光二极管 3．复位按钮 4．电源控制船形开关 5．电流调节电位器 6．工作发光二极管 7．直流电流表 同步电机励磁电源属电流源，其调节范围为0~2.5A，最大输出电压为24V，带三位半数显监视输ON出电流，并具有开路保护功能。本电流输出显示只能OFF供本装置使用，不可用作外接。电流调节顺时针增大，工作时工作指示灯亮，当告警时，可按下复位按钮即可正常工作。 A六．指针式交流电压表和交流电流表 指针式表均由电子线路配上磁电系指针式表头构成，并具有超满量程切断电源及声光告警的功能。 电压表分15V、30V、75V、150V、300V、450V六档，电流表分0.25A、0.5A、1A、2.5A、5A五档。 多量程电压表面板如图8。 量程选择琴键开关用于选择合适的测15V30V75V150V300V450V量量程，为了提高测量精度，应当当指针偏转2/3时进行读数。 1.表头 2.被测电压输入 3.告警发光二极管 为了防止选择电压量程时，高电压输4.复位按钮 5.量程选择琴键开关 入小量程测量，从而损坏仪表，指针表还6.量程选择指示二极管设有过量程保护电路，一旦输入电压超过图8 指针式多量程交流电压表量程的5%~10%，则仪表告警电路自动切断主电源，同时，告警指示发光二极管发亮。当故障排除后，按下复位按钮，仪表恢复正20

机电传动控制 常工作。 指针式交流电流表工作原理与交流电压表原理相似，面板如图9。不同之处在于电流表是用锰铜丝取样。为了防止过大的起动电流对仪表的冲击，并设置了短路直键开关键4。设置键6的目的是避免电路瞬间过电流，例如电机起动时电流很大可能超过满量程告警，电源被切断电机不能进入正常工作，这时可用键6在电机起动时将电流表短接使电流表不会出现告警，当电机起动后将键6打开，使电流表处于测量状态。应该指出，因接触电阻的存在，当短接时，电流表仍有指示值，这时不要将此指示值误认为是电路被测的电流值，因此，只有当测量指示灯亮时，电流表指示值才是被测电流值。 0. 25A0. 5A1A2. 5A5A1.表头 2.被测电流输入 3.告警发光二极管 4.复位按钮 5.量程选择琴键开关 6.测量短路选择开关 7.量程选择指示二极管图9 指针式多量程交流电流表七．直流电压表、电流表、毫安表 本实验台的直流仪表均采用数字式显示（ICL7107），直流电压表面板框图如图10。 1．测量输入接线柱 2．告警发光二极管 3．复位按钮 ON2V20V300V4．电源控制开关 OFF5．量程选择开关 6．数显表头 电压表量程分2V、20V、300V四档。 数字式仪表显示的数值为平均值，但由于告警电路是根据输入的最大值来整定的，因而当输入直流脉动电压或电流时，虽然显示未超量程，但告警线路仍可能工作。 设有过量程保护电路，一旦输入电压超过量程的5%~10%，则仪表告警，同时，告警指示发光二极管发亮。当故障排除后，按下复位按钮，仪表恢复正常工作。 直流毫安表、电流表的面板框图如图11、12。 毫安表量程分2mA、20mA、200mA。 电流表量程分2A、5A。 21 机电传动控制 ON2mA20mA200mAON2A5AOFFOFF八．三相可变电阻器 A4A4 0.F15A 0.F25A 0.F15A 0.F25AF1900?0.41A900?0.41AF2900?0.41AF1900?0.41AF2A3A2图13 电阻串联A1A3A2图14 电阻并联A1 A4 0.F15A 0.F25AF1900?0.41A900?0.41AF2A3A2A1图15 电位器接法三相可变电阻分MEL-03、MEL-04两种。 每相有两只电阻，每只电阻可调范围为0 ~ 900Ω（或0 ~ 90Ω），允许电流为0.4A（或1.3A）。两只电阻作为可变电阻使用时可有串联或并联两种联接方法，。串联接法如图13所示：将A3接线柱不用，A1A2两接线柱之间电阻可调范围为0 ~ 2×900Ω。并联接法如图14所示：将A1与A2短接。A1A3两接线柱之间电阻可调范围为0~900Ω/2。 由于实验的需要，A相两只电阻除了作可变电阻使用外，还可采用电位器接法做分压器用。例如他励直流电机励磁电压调节就是采用电位器22 机电传动控制

接法。作分压器时可以单只使用，也可并联使用。如图15面板图所示，固定电压施加在A2A4端，而可变电压可以从A3A2（或A3A4）端引出。

九．三相可变电抗器

三相可变电抗器面板如图15所示。 每相可变电抗均由一只250VA自耦变压器和一个1.08H的固定线电抗器所组成。其中自耦变压器允许最大电压为250V，最大电流为0.45A，电抗器允许最大电流为0.5A。 当固定电抗器L1和X接线柱分别与自耦变压器的a和x接线柱相连接时，移动自耦变压器触点a，从A和x两端引出电抗即可改变。

1 L X A a 图16 三相可变电抗x

十．步进电动机及驱动系统

步进电动机是将输入的电脉冲信号转换成角位移的特殊同步电动机，由于每输入一个电脉冲，转子就前进一步，故称步进电动机，因为它输出的角位移与输入的电脉冲数成正比，而且不受电压波动、负载变化和环境条件的影响，故可以通过改变输入电脉冲数的频率，能在很宽的范围内调节电动机转速，并能快速起动、制动和反转。步进电动机在正常运行时（不丢步也不越步），其步距误差不会累积，所以它更适用于数字控制的开环系统。

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：不小于5HZ~1KHZ。 工作条件：供电电源AC220V±10%，50HZ 环境温度：-5℃~40℃

2．面板示意图

面板示意图见图17

1）．电脉冲频率显示，为6位数码管组成，可显示1HZ~10KHZ。 2）．电脉冲信号观察点，可连接至示波器观察电脉冲信号。 3）．三相反应式步进电动机A组脉冲发光二极管指示。

4）．控制信号接地点，当观察脉冲信号时，示波器的地线接此点。 5）．三相反应式步进电动机A相脉冲示波器观察点。

6）．电脉冲计数显示清零按钮，当按下此按钮后，计数数码管显示为“000”，重新开

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机电传动控制 始计数。 CPABCLaLbLcRiONOFF图17 步进电机驱动系统7）．复位按钮，当按下此按钮时，电机处于初始状态（电机处于三拍运行状态时，C相通电，电机处于六拍状态时，C相通电），每次改变电机控制方式，或重新起动电机，均需按下此按钮。 8）．置数控制琴键开关。 9）．连续运行控制琴键开关。 10）．单步运行控制琴键开关。 11）．驱动电源输出接线柱，引全步进电动机控制绕组。 12）．电源控制铅形开关。 13）．取样电取输入接线柱。将取样电阻R接入三相步进电动机任一相控制绕组，则24

机电传动控制

通过此取样电阻可用示波器观察电流波形。

14）．电机正反转控制琴键开关。按下此按钮后，电机处于止转状态，步进电机控制绕组通电顺序为A-B-C，弹出此按钮，则绕组通电顺序为C-B-A。

15）．三板/六板控制琴键开关，三拍时，每板只有一个绕组通电，六拍时，一个绕组，二个绕组轮流通电，即通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA或A-AC-C-CB-B-BA。

16）．电流调节电位置，通过调节此旋钮，可改变流过步进电机控制绕组的电流大小。 17）．启动/停止控制琴键开关，当按下此开关，且控制方式处于连续或置板时，电机开始运行。

18）．频率调节电位器，当改变此旋钮时，可改变电脉冲的频率，从而改变电机的转速。 19）．单步运行按钮开关，每按下一次，电机单步运行一拍。 20）．置数拔盘开关，通过设置此开关，可对电机的运行预置拍数，范围为1~999。 21）．置数显示数码管，当电机处于置数状态运行时，数码管可动态显示电机的运行拍数，直至达到拔码盘预置的运行拍数。 3．驱动电源原理框图 方向控制 脉冲发生器 环形分配器方式控制调频调压信号图18 步进电机驱动系统原理框图信号合成功率放大步进电机4．使用说明 开启电源控制船形开关，驱动系统处于通电状态，脉冲频率显示数码管显示当前的电脉冲频率，计数显示数码管则显示“000”，按一下复位按钮，电机处于初始状态，可根据需要进行进一步操作。

操作示例：

（1）单步操作运行：“单步”运行控制琴键开关按下，每按一下“单步”运行按钮，电机完成一拍，若连续按钮，则由三只发光二极管组成的绕组通电状态指示器A、B、C将依次循环发亮，以示电脉冲的分配规律。

（2）连续运行：分别按下“连续”运行控制、“正转/反转”、“三拍/六拍”控制琴键开关，以确定步进电机当前所需的运行方式。最后按下“启动/停止”开关，即可实现电机的

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机电传动控制

连续运行。

（3）置数运行：分别按下“置数”、“正转/反转”、“三拍/六拍”控制琴键开关，再由置数拔码预置拍数，最后按下“启动”开关。

（4）步进电机转速的调节与电脉冲频率显示。

改变面板上“调频”电位器旋钮，即可改变电脉冲的频率，从而改变步进电机的转速。同时，由频率计显示，电脉冲的频率。

（5）脉冲波形的观察。

分别将CP及A、B、C各观察点接到示波器输入端，即可观察到相应的脉冲波形。

5．步进电动机技术数据

相数：三相

每相绕组电阻：0.45Ω 每相静态电流：3A 直流励磁电压：24V

十一．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，输出绕组的电压与转角的正弦、余弦成函数关系，或在一定范围内可能成线性关系。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。

1．使用说明

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）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

a．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。

b．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。

c．将固紧滚花螺母拧松后，便可轻松旋转刻度盘（不允许用力向外接，以防轴头变形）。

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机电传动控制

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 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

十二。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。

1．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 20V±5% 激磁电流 0.2A 次级电压 49V 频率 50HZ

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L1、L（L2′）2L1′、表示；次级绕组用T1、T2、T3（T1′、T2′T3′）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。

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机电传动控制

5．接收机的指针圆盘直径为4cm，测量静态步转矩=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（不允许用力向外接，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的指针小圆盘的小孔上，将线绕过小圆盘上边凹槽，在砝码即可。

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

十三．操作步骤

一．上电步骤

1．合上漏电保护器。

2．把日光灯开关打向照明，看到日光灯会被点亮。

3．把总电源开关打向“开”的位置，断开指示灯亮。控制屏上所有单相电源插座有交流220V电压输出，把“指示选择”开关打向电网电压侧，则三只指针表应有380V电压指示。这时，若将同步电机励磁电源的电源开关打向ON处，侧此设备工作指示灯亮，电流输出显示为O；若将三相交流电压表、三相交流电流表的电源开关打向ON处，若打开主控屏上所挂挂箱的电源，上面的表头在漏电的情况下会有显示或指示。

4．将三相调压器旋钮左旋到底，按下闭合按钮，听到继电器吸合声，断开按钮指示灯在，闭合按钮指示灯亮，将直流电机励磁电源和可调直流稳压电源的电源开关打向ON处，则直流电机励磁电源有220V~230V的直流电压输出。可调直流稳压电源告警灯亮，若按下复位按钮，则电压输出显示有电压指示，当调节电压调节旋钮，则会有90~250V的直流电压输出。

5．将“指示选择”开关拨向调压输出侧，顺时针调节调压器旋钮，则三只指针表将会有相同幅值的电压输出，用万用表测量，U、V、W、N将会有相电压显示。

6．若需做实验，可按实验指导书上所要求来做。 二．断电步骤

1．按下断开按钮，断开指示灯亮，将所有实验挂箱及仪表电源开关打向OFF处，关闭日光灯。

2．把钥匙开关打向关的位置。 3．断电漏电保护器。

十四．注意事项

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机电传动控制

1．测功机只能输出信号，不能外接输入。 2．电阻盘转动不要用力过猛，以免损坏电阻盘。

3．电机与导轨连接时不要用力过猛，一定要连上橡皮连接头，加上固定螺丝。 4．仪表使用时注意量程选择，防止乱告警。

5．当电路告警或换做实验时，交流电源调节从零开始调。 6．励磁电源不要和直流稳压电源混淆，以免损坏设备。

7．设备中若有保险丝烧坏，可用同规格保险丝换上，不可过大或过小。 8．挂箱搬动要轻拿轻放，因为里面有些电路板是插板式，以免松动。

9．烙铁不要放在实验桌及主控屏上，以免烧坏实验桌和主控屏，还有导线、仪表。

十五．简易故障维修

序号 1 故 障 现 象 漏电保护器合不上 故 障 原 因 1．漏电保护器脱扣器弹出 2．后面电路有严重短路 1．总电源输入缺相 2．电源插座没有插好 3．输入保险丝、输出保险丝有损坏 1．调压器输出电压过高 2．接线错误导致过压、过流 3．测量仪表量程先的不对 保险丝烧坏 1．3A保险丝烧坏 2．电源没有插好 3．告警没有复位 0.5A保险丝烧 0.5A保险丝烧坏 1.5A保险丝烧坏 2 指针式仪表缺相 3 4 5 6 7 上电告警 测功机加不上载 可调直流稳压电源，无输出电压 励磁电源无输出 可调电阻箱电阻∞大

十六．MEL—Ⅰ型电机教学实验台中各被试电机的额定值

三相组式变压器MEL—01的额定值：

额定容量S1N/S2N=231/231VA，额定电压U1N/U2N=380/95V，额定电流I1N/I2N=0.35/1.4A，

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机电传动控制

Y/Y接法。

三相芯式变压器MEL—02的额定值：

额定容量S1N/S2N/S3N=152/152/152VA，额定电压U1N/U2N/U3N=220/63.5/55V，额定电流I1N/I2N/I3N=0.4/1.38/1.6A,Y/△/Y接法。

直流发电机M01的额定值：

额定功率PN=100W，额定电压UN=200V，额定电流IN=0.5A，额定转速nN=1600r/min。E级绝缘。

直流串励电动机M02的额定值：

额定功率PN=120W，额定电压UN=220V，额定电流IN=0.5A，额定转速nN=1400r/min。E级绝缘。

直流并励电动机M03的额定值：

额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.1A，额定励磁电流IfN＜0.16A，额定转速nN=1600r/min。E级绝缘。

三相鼠笼式异步电动机M04的额定值：

额定功率PN=100W，额定电压UN=220V，额定电流IN=0.48A，额定转速nN=1420r/min，定子三相绕组Δ接法，E级绝缘。

三相绕线式异步电动机M09的额定值：

额定功率PN=100W，额定电压UN=220V，额定电流IN=0.55A，额定转速nN=1420r/min。定、转子三相绕组均为Y接法，E级绝缘。

双速异步电动机M11的额定值：

额定功率PN=120/90W，额定电压UN=220V，额定电流IN=0.7/0.7A，额定转速nN=2900/1450r/min。定子绕组YY/△接法，E级绝缘。

单相电容运转电动机M06的额定值：

额定功率PN=120W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1A，额定转速nN=1430r/min，E级绝缘。

三相同步发电机M08的额定值：

额定容量SN=170VA，额定电压UN=220V，额定电流IN=0.45A，额定转速nN=1500r/min，额定功率因数cosφN=0.8，额定励磁电压UfN=14V，额定励磁电流IfN=1.2A,定子三相绕组Y接法。E级绝缘。

三相同步电动机M08的额定值：

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机电传动控制

额定功率PN=90W，额定电压UN=220V，额定电流IN=0.35A，额定转速nN=1500r/min，额定励磁电压UfN=10V，额定励磁电流IfN=0.8A,定子三相绕组Y接法。E级绝缘。

三相反应式步进电动机的额定值：

额定电压UN=24V，额定电流IN=3A，步距角1.5/3

00

交流伺服电机的额定值：

额定功率PN=25W, 额定控制电压UN=220V，额定激磁电压UN=220V，堵转转矩M=3000g.cm,空载转速=2700 r/min

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机电传动控制

额定功率PN=90W，额定电压UN=220V，额定电流IN=0.35A，额定转速nN=1500r/min，额定励磁电压UfN=10V，额定励磁电流IfN=0.8A,定子三相绕组Y接法。E级绝缘。

三相反应式步进电动机的额定值：

额定电压UN=24V，额定电流IN=3A，步距角1.5/3

00

交流伺服电机的额定值：

额定功率PN=25W, 额定控制电压UN=220V，额定激磁电压UN=220V，堵转转矩M=3000g.cm,空载转速=2700 r/min

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