水轮机选型设计与特性曲线绘制

《水电站课程大作业》

目录

1 问题提出 (1)

2 问题的分析 (1)

3 水轮机选择与比较 (2)

3.1 水轮机型号初选 (2)

3.2 反击式水轮机的主要参数选择 (2)

3.2.1 混流A253-46型水轮机 (2)

3.2.2 混流A502-35型水轮机 (5)

3.3 两种方案的比较分析 (7)

3.4 主要结论 (8)

4 蜗壳及尾水管尺寸计算与绘图 (8)

4.1 蜗壳断面尺寸计算 (8)

4.2 尾水管型式及尺寸计算 (10)

4.2.1 尾水管型式确定 (10)

4.2.2 尾水管主要尺寸的确定 (11)

4.2.3 尾水管局部尺寸的确定 (11)

4.3 蜗壳以及尾水管单线图绘制 (12)

5 原型运转综合特性曲线的绘制 (12)

5.1 等水头线的绘制 (12)

5.2 等效率线的绘制 (14)

5.3 出力限制线的绘制 (15)

5.4 等吸出高度线的绘制 (15)

5.5 运转综合特性曲线 (17)

1 问题提出

某坝后式电站，总装机容重为120MW，初拟装四台机组，电站最大水头H max=140m，最小水头H min=100m，加权平均水头H av=116m，计算水头H r＝110m，下游水位-流量曲线如下表所列：

表 1 下游水位-流量关系曲线

要求：

（l）确定水轮机类型及装置方式；

（2）确定水轮机转轮直径D1及转速n，校核水轮机的工作范围和计算水头下的额定出力；

（3）计算在设计水头下，机组发出额定出力时的允许吸出高Hs，并算出此时水轮机的安装高程。问此工况是否是气蚀最危险工况？为什么？

（4）采用圆形断面的金属蜗壳，最大包角φmax＝345°，导水叶高度b0=0.224D1。请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。并用CAD绘出蜗壳、尾水管单线图。

（5）将模型综合特性曲线转换成原型运转综合特性曲线。

2 问题的分析

本题是一个水轮机选型的综合题，本题的任务要求有：

◆选择水轮机的台数和单机容量；

◆选择水轮机的牌号、型号及装置方式；

◆确定水轮机的直径、转速、吸出高及安装高程；

◆确定蜗壳及尾水管尺寸；

◆绘制水轮机运转综合特性曲线；

选型设计已经收集的基本资料：

（1）水能规划资料

◆装机容量：总装机容量为120MW,初拟四台机组；

◆各种代表水头：H max=140m, H min=100m, H av=116m, H r＝110m；

◆下游水位与流量关系曲线（表1）。

（2）水轮机产品技术资料

◆水轮机的系列型谱：附件中包括轮系的水头适用范围、最优工况和限制

工况下的单位转速、单位流量和模型汽蚀系数。

◆ 同步转速n ：机组的同步转速与发电机的磁极对数有关，磁极对数只能

是一对一对的，在选择水轮机转速是必须套用同步转速。n=3000/p(r/min)。

◆ 某一轮系的模型综合特性曲线（包括飞逸特性曲线）。

3 水轮机选择与比较

3.1 水轮机型号初选

在水轮机型号选择中，起主要作用的是水头，每一种水轮机都有一定的水头使用范围。上限是由其结构强度和气蚀条件决定的，一般不允许超出。而下限是由经济条件决定的。H max 不能超过该轮系的适用水头的上限；H av 、H r 在适用水头范围之内。若两种型号都适用，则需要进行对比分析和计算。问题条件中已经给出了电站的最大水头H max =140m ，最小水头H min =100m ，加权平均水头H av =116m ，计算水头H ＝110m 。于是，可以根据水头数据参考水轮机的系列型谱选择水轮机类型。

查《中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表》有多种选择方案，为了便于比较分析本文初步选择水轮机型号为A253-46和A502-35。两种机型均为混流型，装置方式采用立轴布置。 3.2 反击式水轮机的主要参数选择

利用模型综合特性曲线选择水轮机的主要参数，首先根据模型综合特性曲线，利用相似公式计算出原型水轮机的主要参数，然后把已选定的原型水轮机主要参数换成模型参数，会在模型综合特性曲线图上，以检验所选的参数是否合适，如果合适，则这些参数即为所选参数。 3.2.1 混流A253-46型水轮机

1．转轮直径D 1的计算

由公式ηηH H D Q QH N 21 181.981.9==可得到D 1的计算公式为：

η

23

1181.9H Q N

D =

(1) 注意几个参数的取值：

● N 取水轮机额定出力N r ，/r f f N N η=，f N 是发电机的额定出力（机组

容量）；f η是发电机效率，查资料可取为96%；所以求得N r =31.25MW 。 ● H 取设计水头H r =110m 。

● '1Q 取限制工况下的单位流量'1m a x Q ，查型谱表得'

1max Q =0.805m 3/s,

M η=88.6%。

● 效率ηηη?+=M ，这一步需要试算，初步估计%.41=?η，则

90%M ηηη=+?=。

由以上参数可以计算出D 1=1.95m ，对照标准直径去定D 1；通常是选用相近而偏大的标准直径，以便使水轮机有一定的富裕容量。所以选择D 1=2.0m 。

2. 转速的计算

水轮机转速的计算公式为：1

'1D H

n n =（2）

参数取值：

● 已知D 1=2.0m 。

● H 取H av =116m ；即在运行过程中出现最多的水头。

● '1n 选用原型最优单位转速'10n ；初步假定'10'10M n n == 63(r/min)，'

10M n 为模

型的最优单位转速。

由以上参数，计算出n=339.3(r/min)，按照标准选取转速，选取与之相近的同步转速333.3(r/min)，p=9。

3. 效率及单位参数修正

查表可得A253-46型水轮机在最优工况下的模型最高效率为2%9max =M η，模型转轮直径为D 1M =0.46m ，原型效率

5

1

1max max )1(1D D m

M ηη--=（3） 于是，求得max 94.0%η=，效率修正值为max max M ηηη-=?=2%。考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的η?值中再减去一个修正值ξ。现在取0.6%ξ=，则可得到效率修正值为 1.4%η?=，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为

max max 92% 1.4%93.4%M n ηη=+?=+=

88.6% 1.4%90%M n ηη=+?=+=（与上述假设相同）

单位转速的修正值按下式计算：

''

1101)M n n ?=（4-1）

则：'

1'101)10.76%M

n n ?===（4-2）

由于'

1'10 3.0%M

n n ?<，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量'1Q 也可以

不加修正。

由上可见，原先假定的''''

11max 101090%,,M Q Q n n η===是正确的，所以上述计

算及选用的结果D 1=2.0m 、n=333.3r/min 也是正确的。

4. 工作范围检验

在选定D 1=2.0m 、n=333.3r/min 后，水轮机的'

1max Q 及各特征水头相对应的'

1n 即可计算出来。水轮机在H r 、N r 下工作时，其''

11max Q Q =，故

'

3

1max 0.7670.805/Q m s =

==<（5）则水轮机的最大引用流量为

'

23max 1max 10.767232.18/Q Q D m s ==?=（6）

与特征水头H max 、H min 、和Hr 相对应的单位转速为

'

1min '

1max '156.34/min

66.66/min 63.56/min r n r n r n r ====

===

==（7） 在A253-46型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出'

1max

767/Q L s =、'1min 56.34/min n r =和'1max 66.66/min n r =的直线，如图1所示。由图可见，有这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于A253-46型水轮机方案，所选定的参数D 1=2.0m 、n=333.3r/min 是合理的。

图 1 A253-46型水轮机的工作范围检验

5. 吸出高度Hs 和安装高程s Z 计算

由水轮机的设计工况参数，'163.56/min r n r =，'

1max

767/Q L s =，在图1上可查得相应的气蚀系数约为0.047σ=，并在《水电站》图2-26查得气蚀系数的修正值约为0.02σ?=，由此可求出水轮机的吸出高度为

10()900

s H H σσ?

=--+?（8）

其中?是水轮机安装位置的海拔高程，在初始计算时可取为下游平均水位的海拔高程，即453.6m ?=，带入公式求得

2.126s H m =。

即转轮中压力最低点在下游水面2.126m 以上，水轮机安装位置合理，可见A253-46型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

安装高程s Z 按照公式

0/2s w s Z H b =?++（9）

其中w ?为设计尾水位。设计流量3max 32.18/Q m s =，查下游水位-流量曲线表得设计尾水位452.774w m ?=，而010.250.5b D m ==，于是求得455.15s Z m =。

由模型综合特性曲线知，图上还有更高的气蚀工况0.065σ=，比设计工况时的气蚀系数0.048m σ=大，因此该工况不是气蚀最危险工况。 3.2.2 混流A502-35型水轮机

与混流A253-46型水轮机的参数选择一样，本文从以下4个方面进行分析研究。

1. 转轮直径D 1计算

查《中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表》可得A502-35型水轮机在限制工况下的单位流量'310.872/M Q m s =，效率87%M η=，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量''3110.872/M Q Q m s ==，效率89%η=。

上述的'1Q 、η、31250Nr kw =和110r H m =，代入公式（1）中可得1 1.89D m =，选用与之接近而偏大的标称直径1 2.0D m =。

2. 转速n 计算

查《参数表》可得A502-35型水轮机在最优工况下单位转速'

1062/min M n r =，

初步假定''1010M n n =，将已知的'10n 和116av H m =,1 2.0D m =代入式（2）可得333.88/min

n r =，选用与之接近的同步转速333.3/min n r =。 3. 效率及单位参数的修正

查《参数表》可得A502-35型水轮机在最优工况下的模型最高效率为m a x 92.7%M η=，模型转轮直径为10.35M D m =，根据式（3），可求得原型效率max 94.8%η=，则效率修正值94.8%92.7% 2.1%η?=-=。考虑模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在求得的η?值中减去一个修正值ξ。现在取0.1%ξ=，则可得效率修正值为2%η?=，由此可得原型 水轮机在最优工况和限制工况下的效率为

max max 92.7%2%94.7%M ηηη=+?=+=

87%2%89%M ηηη=+?=+=（与上面假设值相同）

单位转速的修正值按公式（4）计算，则

'

1'

101)1 1.07%3%M

n n ?===< 按照规定单位转速可以不加修正。同时，单位流量'1Q 也可不加修正。

由以上可见，原假定的89%η=，''

1010M n n =，

''3110.872/M Q Q m s ==是正确的，那么上述计算的结果1 2.0D m =，333.3/min n r =也是正确的。

4. 共作范围的检验

在选定1 2.0D m =，333.3/min n r =后，水轮机的'

1max Q 及各特征水头相对应的'1n 即可以计算出来。

水轮机在H r 、N r 下工作时，其''

11max Q Q =，故由式（5）求解得到'331max 0.776/0.872/Q m s m s =<

则水轮机的最大引用流量由式（6）有：

'

3max 1max 132.54/Q Q D m s ==

与特征水头H max 、H min 、和Hr 相对应的单位转速为

'

1min '

1max '156.34/min

66.66/min 63.56/min r n r n r n r ====

===

== 在A502-35型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出'

1max

776/Q L s =、'1min 56.34/min n r =和'1max 66.66/min n r =的直线，如图2所示。由图可见，有这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于A502-35型水轮机方案，所选定的参数D 1=2.0m 、n=333.3r/min 是合理的。

图 2 A502-35型水轮机的工作范围检验

5. 吸出高度Hs 和安装高程s Z 计算

由水轮机的设计工况参数，'163.56/min r n r =，'

1max

776/Q L s =，在图2上可查得相应的气蚀系数约为0.076σ=，并在《水电站》图2-26查得气蚀系数的修正值约为0.02σ?=，水轮机安装位置海拔高程453.6m ?=，由水轮机的吸出高度公式（8）计算求解得 1.064s H m =-。

即转轮中压力最低点在下游平均水面以下 1.064m ，水轮机安装位置合理，可见A253-46型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

安装高程s Z 按照公式（9），设计流量3max 32.54/Q m s =，查下游水位-流量曲线表得设计尾水位452.778w m ?=，而010.250.5b D m ==，于是求得455.964s Z m =。

由模型综合特性曲线知，图上还有更高的气蚀工况0.11σ=，比设计工况时的气蚀系数0.078m σ=大，因此该工况不是气蚀最危险工况。

3.3 两种方案的比较分析

为了便于比较分析，现将这两种方案的有关参数列入表2中。

表 2水轮机方案参数对照表

由表2可见，两种机型方案的水轮机直径D 1相同，均为2.0m 。但A253-46型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高，气蚀系数较小，安装高程较高，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖工程量，所以在制造供货方面没有问题时，初步选择A253-46型方案较为有利。 3.4 主要结论

◆ 经过初选与比较最终选择的水轮机类型为A253-46型，装置方式采用轴

立混流式。

◆ 水轮机直径D 1=2.0m ，转速n=333.3r/min ，水轮机的工作范围100m-140m ，

计算水头下的额定出力31250Nr kw =。

◆ 在设计水头H r ＝110m 下，机组发出的额定出力时的允许吸出高

2.126s H m =，水轮机安装高程为455.15s Z m =，此工况不是气蚀最危险

工况。

4 蜗壳及尾水管尺寸计算与绘图

采用圆形断面的金属蜗壳，最大包角φmax ＝345°，导水叶高度b 0=0.224D 1。请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。并用CAD 绘出蜗壳、尾水管单线图。 4.1 蜗壳断面尺寸计算

蜗壳各断面尺寸根据沿流各断面流速相等条件计算。水流进入座环时，按照均匀对称如流的要求。径向流速分量应等于常数，既有

max

r a Q V const D b π=

=（10） 其中a D 为座环外径，查规范得到可取 3.45a D m =，座环内径 2.85b D m =；0

b 为导叶高度，由题中b 0=0.224D 1=0.448m ； 圆周速度分量径向变化规律有两种假设

a) 假设任一断面上沿径向各点的水流速度矩等于常数，即const r V u =； b) 假设任一断面上沿径向各点的水流圆周分速度等于常数，即

c u V const V ==。

前一种假定对满足蜗壳均匀、轴对称进水好一些；后一种假定使得蜗壳尾部断面尺寸较大，有利于减小水头损失，并便于加工制作。本文为了计算方便，采用假设（b ），由各断面流速相等条件，得到各断面流速：（包角从鼻端起算，如图3所示）/s 31.28m =3max Q

max 360

Q Q i i ?

=（11）

图 3 金属蜗壳的平面单线图

于是得到蜗壳半径i ρ计算公式：

c

i

i V Q πρ=

（12） 设计水头Hr=110m ，查《水电站》教材，图2-8蜗壳进口断面平均流速曲线，对金属蜗壳可取上限值9.6/c V m s =。

蜗壳外包线i R （如图4所示）计算公式：

图 4 金属蜗壳外包线示意图

i a i r R ρ2+=（13）

其中m r a 725.12/D a ==，m r b 425.12/D b == 计算成果表见表3：

1530456075901051201351.30 2.61 3.91 5.21 6.527.829.1210.4311.7313.030.21

0.29

0.36

0.42

0.46

0.51

0.55

0.59

0.62

2.14 2.31 2.45 2.56 2.65 2.74 2.83 2.90 2.97表 3 蜗壳尺寸计算成果表

4.2 尾水管型式及尺寸计算 4.2.1 尾水管型式确定

尾水管的型式很多，目前最常用的有三种：直锥形、弯锥形和弯肘形。他们的特点如下：

1. 直锥形尾水管结构简单，性能最好（w η可达80%-85%），但其下部开挖

工程量最大，因此一般应用于小型水轮机。

2. 弯锥形尾水管比直锥形尾水管对了一段圆形等直径的弯管，它是常用于

小型卧式水轮机中的一种尾水管，由于其转弯段水力损失较大，所以其性能较差，w η约为40%-60%。

3. 弯肘形尾水管不但可以减小尾水管的开挖深度，而且具有良好的水力性

能，w η可达75%-80%，除贯流式机组外几乎所有的大中型水轮机均采用这种型式的尾水管。

因此，本文中尾水管型式选用弯肘形尾水管。它由进口直锥段、中间肘管段和出口扩散段三部分组成。

4.2.2 尾水管主要尺寸的确定

对混流式水轮机的尾水管（图），在一般情况下，其尺寸可以根据《水电站》教材表2-1：推荐的尾水管尺寸表确定，由于水轮机属于高水头水轮机（D1>D2），可以选择尺寸数据如表4所示。

图 5 混流式水轮机弯肘形尾水管

L/D1B5/D1D4/D1h4/D1h6/D1

表 4 尾水管尺寸表

4.2.3 尾水管局部尺寸的确定

1.进口直锥段。进口直锥段是一段圆锥行扩散管，对于混流式水轮机，其

单边扩散角θ的最优取值为7°-9°。

2.中间弯肘段。它是一段90°转弯的变截面弯管，其进口断面为圆形，出

口断面为矩形，在《水电站》教材表2-2和图2-18给出了标准混凝土肘

管尺寸，其中所列数据对应

441000

h D mm

==，应用时乘以选定的

42.2

h=，即可得到所需值。

3.出口扩散管。它是一段水平放置、两侧平行、顶板上翘α角的矩形扩散

管。一般取1013

α=?-?。

4. 尾水管的高度。尾水管的高度h 是指水轮机底环平面的高度，对高水头

混流式水轮机（D 1>D 2），12.2

4.4h D m ≥=。

5. 尾水管的水平长度。尾水管的水平长度L 是指机组中心线到尾水管出口

断面的距离，通常取1(3.5~4.5)L D =。 4.3 蜗壳以及尾水管单线图绘制

通过以上计算确定蜗壳以及尾水管的尺寸，运用CAD 软件绘出蜗壳及尾水管单线图如图

图 6 A253-46型水轮机蜗壳、尾水管单线图

5 原型运转综合特性曲线的绘制

运转综合特性曲线能更直观、更方便地指导水电厂运行。它是由模型综合特性曲线装换成的原型水轮机的综合特性曲线。可以分为四个部分进行。 5.1 等水头线的绘制

给定某一水头，对应综合特性上的一条横线，该横线与效率等高线相交，形成一系列交点，算出对应的原型出力，可以作出等水头曲线，即绘出对应每个H 值的效率特性曲线()f N η=。A235-46型水轮机等水头曲线计算表格见表5，用到的公式有：

H

nD n m 1

1=

η23

21 181.9H D Q N =

对每组数据，以N 的大小为基准进行升序排列，然后运用excel 画图工具，对个别突变点进行平滑处理，作出等水头曲线如图7所示：

表 5 A235-46型水轮机等水头曲线计算成果表

图 7 等水头曲线

5.2 等效率线的绘制

在等水头曲线上作出某一效率值的水平线，它与图中的各等H 线相交，读出所有交点的H 、N 值，并将其点绘制在H~N 坐标图上，把它们连成光滑曲线，就得到了该效率值的等效率值，整理出数据表格如表6所示，用excel 画图，作出等效率线如图8，

表 6 等效率线上的N 、H 值求解表格

图 8 等效率曲线图

5.3 出力限制线的绘制

出力限制线表示水轮机在不同水头下实际允许发出的最大出力。由于水轮机与发电机配套运行，所以水轮机最大出力收到发电机额定出力和水轮机5%出力储备线的双重限制。

发电机额定出力gr N 的限制记为水轮机额定出力r N 的，因此在运转综合特性曲线图上，r H H ≥时的出力限制线为31250r N N kw ==的一段垂直线，如图9所示，由于r H 是水轮机发出额定出力的最小水头，所以r H H <时，水轮机出力受5%出力储备线额限制。在相应的模型综合特性曲线图中的5%出力储备线上

找出相应于m i n

100H m =的工况点，1793/Q L s =，然后求出对应的kw 2520581.923

min 21'1min ==ηηH D Q N 。在图9中把r H 、r N 与min H 、min N 点连成直线，得到r H H <时的出力限制线。

图 9 出力限制线

5.4 等吸出高度线的绘制

（1） 绘出各水头下的1'()Q f N =辅助曲线，运用excel 绘制曲线如图10所示。

图 10

1'()Q f N =辅助曲线图

（2） 求出各水头下的'1M n 值，并在相应的模型综合特性曲线上查出'1M n 水平线

与各等气蚀系数σ线的所有交点坐标'1Q 、σ值。

（3） 在1'()Q f N =辅助曲线上相应于上述各'1Q 的N 值，填入表6。利用公式

10()900

s H H σσ?

=-

-+?计算出相应于上述各σ的Hs 值，计算结果见表7。

表 7 吸出高度计算表

（4） 根据表中对应的Hs 值和N 值，作出()s H f N =曲线，如图11所示。

图 11 Hs~f(N)曲线

（5） 在()s H f N =图上任取某Hs 值（如取Hs=1m 和1.5m ），作水平线与曲线

相交，记下各交点的Hs 、N 值，并点绘在H~N 坐标图上，将各点连成光滑曲线即成为某Hs 值(图中Hs=1m 和1.5m)的等吸出高度线，如图12所示。

图12 等吸出高度线

5.5 运转综合特性曲线

通过以上步骤，将各图综合在一起就可以得到原型运转综合特性曲线，如图

13。

图13 原型运转综合特性曲线

他励直流电动机的机械特性曲线的分析

浅析：他励直流电动机的机械特性 在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。 下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直 流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 ) 他励直流电动机电路原理图 当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通Φ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。 他励直流电动机的机械特性 a a a R I E U + =n E a Φe C =φa T em I C T =em T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φ e 0C U n =

实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩， 而电动机的实际空载转速 将低于n 0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。 β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称β大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N %来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。 电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附 加电阻时的机械特性，其方程式为 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。 他励直流电动机串电阻时的机械特性 人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公 式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。 （1） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa 越大，△n 0 n 'n ?em em T T R n βΦ==?2T e C C n ?em N a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=a R R =a R pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=

幅频特性和相频特性图

速度控制环优化 速度控制环的优化主要是速度调节器的优化。速度调节器主要优化比例增益与积分时间常数两个数据，先确定它的比例增益，再优化积分时间常数。如果把速度调节器的积分时间常数（MD1409）调整到500ms，积分环节实际上处于无效状态，这时PI速度调节器转化为P调节器。为了确定比例增益的初值，可从一个较小的值开始，逐渐增加比例增益，直到机床发生共振，可听到伺服电机发出啸叫声，将这时的比例增益乘以0.5，作为首次测量的初值。 MD1407—速度增益Kp MD1409—积分时间Tn 速度环手动优化的具体步骤： 步骤一、用适配器将驱动器和计算机相连接，启动计算机和系统（电缆连接必须断电） 步骤二、等机床准备好后使机床工作在JOG方式下。 步骤三、在计算机上运行“SIMODRIVE 611D START TOOL”软件，首先会弹出画面如图

【Axis-】出现如下画面 所示

步骤六、点击【Drive MD】，进入如下画面 步骤七、点击【Boot file/Nck res...】，再点击【Measuring parameters】，进入如下画面，Amplitude为输入信号幅值，峰值力矩的百分比；Bandwidth 为测量带宽；Averaging 为平均次数，次数越多，越精确，时间越长，通常20次；Settling time 为建立时间，注入测量信号和偏移，到记录测量数据 间的时间；Offset为斜坡偏移量（避免启停时出现浪涌电流）。

提示画面，机床参数MD1500应设置为0，如下图所示 步骤九、点击【OK】，出现提示画面如下图

步骤十、按机床NC Start按钮，开始优化，在计算机上点击【Display】，出现如下画面（如果在此时伺服电机发生特别大的噪声，这时应紧急按下急停 按扭）。 通过得到的曲线可以看出，改变MD1407和MD1409的值就可以使曲线发生变化。速度环参数的调节是驱动参数调节的重点，有时在电机的标准机床数据的情况下，电机可能会产生噪声。这种情况下，应先减小速度环的增益值。在改变增益时，观察调节器的幅频特性曲线的变化趋势，使曲线的幅值在0dB 位置达到最宽的频率范围，优化调整方法如下： ○1如果速度调节器的幅频特性曲线的幅值不超过0dB，可提高比例增益MD1407，频宽也增加，响应特性得到改善。当比例增益增大到一定数值后，幅 频特性曲线中的幅值会极度变化，频宽变窄，系统的动态特性降低。

电机特性曲线

? ? ? ? ? ? 电气控制与PLC网络教学资源当前位置: 电气控制与PLC网络教学资源> 学习情境> 项目一货物升降机的继电-接触器控制> 正 文 1.1.3三相异步电动机的工作特性 作者: Admin | 来源：| 点击: 517 | 发布时间: 2007-10-07 异步电动机的转矩特性动画演示 一、三相异步电动机的转矩特性 异步电动机的电磁转矩T是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，它使电动机旋转。 式中U1——定子绕组相电压有效值，单位是伏特(V)； f1——定子电源频率，单位是赫兹(Hz)； s——电动机的转差率；

R2——转子绕组一相电阻，单位是欧姆(Ω)； X20——转子不动时一相感抗，单位是欧姆(Ω)； C——与电机结构有关的比例常数。 为了分析方便，将异步电动机的电磁转矩T代替电动机的输出转矩T2 由于电动机的转子参数R2及X20是一定的，电源频率f1也是一定的，故当电源电压U1一定时，上式即表明异步电动机的电磁转矩T只与转差率s有关，因此可用函数式T=f（s）表示，称为异步电动机的转矩特性，画出其图象则称为转矩特性曲线，如图1-13所示。 图1-13异步电动机的转矩特性曲线

二、异步电动机的机械特性 1.电动机的额定转矩的实用计算式 旋转机械的机械功率等于转矩和转动角速度的乘积,对于电动机而言,就有 P2=T2Ω(1-4) 当电动机的输出转矩T2用牛·米(N·m)作单位，旋转角速度Ω用弧度/秒(rad/s)作单位时，输出功率P2的单位是瓦特。 在电动机中计算转矩时输出功率P2的单位是千瓦(kW)，转速n的单位是转/分(r/min)，所以可以将计算公式简化，如在额定状态下转矩公式为 式中T N——电动机的额定转矩，单位是牛·米(N·m)； P N——电动机的额定功率，单位是千瓦(kW)； n N——电动机的额定转速，单位是转/分(r/min).

生产机械的机械特性

生产机械的机械特性 同一转轴上负载转矩与转速之间的函数关系，称为生产机械的机械特性。即 n=f(T L)。不同类型的生产机械在运动中受阻力的性质不同，其机械特性曲线的形状也有所不同，大体上可以归纳为以下几种典型的机械特性。 一、恒转矩型机械特性 此类机械特性的特点是负载转矩为常数，如图2.4所示。属于这一类的生产机械有提升机构、提升机的行走机构、皮带运输机以及金属切削机床等。 依据负载转矩与运动方向的关系，可以将恒转矩型的负载转矩分为反抗转矩和位能转矩。 反抗转矩也称摩擦转矩，是因摩擦、非弹性休的压缩、拉伸与扭转等作用所产生和负载转矩，机床加工过程中切削所产生的负载转矩就是反抗转矩。反抗转矩的方向恒与运动方向相反，运动方向发生改变时，负载转矩的方向也会随着改变，因而它是阻碍运动的。按关于转矩正方向的约定可知，反抗转矩恒与转速n 取相同的符号，即n为正方向时T L为正，特性曲线在第一象限；n为反方向时T L为负，特性曲线为第三象限，如图2.4所示。 位能转矩与摩擦转矩不同，它是物体的重力和弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生的负载转矩，卷扬机起吊重物时重力所产生的负载转矩就是位能转矩。位能转矩的作用方向恒定，与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方

向便促进运动。卷扬机起吊重物时由于重力的作用方向永远向着地心，所以，由它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向，当电动机拖动重物上升时，T L 与n方向相反；而当重物下降时，T L则与n方向相同。不管n为正向还是反向，反抗转矩T L和符号总是正的；位能转矩T L的符号则有时为正，有时为负。 二、离心式通风机型机械特性 这一类型的机械是按离心力原理工作的，如离心式鼓风机、水泵等，它们的负载转矩T L与n的平方成正比，即T L=Cn2，C为常数，如图2.5所示。 三、直线型机械特性 这一类机械的负载转矩T L是随n的增加成正比地增大，即T L=Cn，C为常数，如图2.6所示。 实验室中作模拟负载用的他励直流发电机，当励磁电流和电枢电阻固定不变时，其电磁转矩与转速即成正比。 四、恒功率型机械特性 ，或K=T L n∞P为常数，如此类机械的负载转矩T L与转速成反比，即T L=K n 图2.7所示。例如车床加工、在粗加工时，切削量大，负载阻力大，开低速；在精加工时，切削量小，负载阻力小，开高速。当选择这样的加工方式时，不同的转速下，切削功率其余不变。

架空线路机械特性及安装曲线制作及应用

广西电力职业技术学院电力工程系 课程设计说明书 题目架空线路机械特性及安装曲线 制作及应用 专业高压输配电线路施工运行与维护 班级电力812班 学号 204081224 学生姓名韦振堂 指导教师曾令通 2009年 09 月 12日 摘要 本设计是高压输配电线路专业的线路设计方案。根据课程应用知识设计规格采用的导线型号为LGJ—120/7，气象条件为第VI 气象区。初步设计的工作包括：确定气象条件、编制导线的机械应力计算原则（指安全系数、平均运行应力等）及应力弧锤曲线。根据导线型号和经过的气象区条件利用WCAD线路设计辅助软件求出导线计算参数、导线特性、计算比载、控制条件、有效临界档距和各种气象条件下不同档距的应力和弧锤值并用AutoCAD绘出导线机械特性曲线导线安装曲线的制作及过程；断线张力和邻档断线的交叉跨越校验；施工紧线时弧锤观测档选择及观测档的观测弧锤值计算。根据导线型号、气象条件和不同的档距选择防振锤型号、防振锤安装个数和计算出防振锤的安装距离。 2009年9月 目录

第一章导线应力弧锤特性曲线 (1) 1.1 导线应力弧锤特性曲线的定义 (1) 1.2 导线机械特性曲线的计算程序 (1) 1.3 确定控制条件 (4) 1.3.1 求已知年平均时的气象条件求最高气温时各孤立档的应力 (5) 1.3.2 根据以上结果可手工绘出导线特性曲线如下图 (8) 1.4 导线安装曲线 (8) 1.4.1 导线安装曲线的计算 (9) 1.4.2 根据以上结果可手工绘出导安装曲线如下图 (9) 第二章交叉跨越校验及观测挡的选择 (10) 2.1 断线前交叉跨越的基本要求 (10) 2.2 导线交叉跨越效验计算 (10) 2.3 施工紧线时的观测弧锤 (11) 2.3.1观测档的选择 (11) 2.3.2观测档的弧锤计算 (12) 第三章导线防振设计 (13) 3.1 振动的起因 (13) 3.2 影响振动的主要因素 (13) 3.3 防振措施 (13) 3.4 导线防振锤的安装 (14) 3.5 计算防振锤的安装距离 (16) 参考文献 (17) 附录一 (18) 附录二 (19) 致谢 (20)

实验十二 幅频特性和相频特性

实验十二 幅频特性和相频特性 一、实验目的：研究ＲＣ串、并联电路的频率特性。 二、实验原理及电路图 1、实验原理 电路的频域特性反映了电路对于不同的频率输入时，其正弦稳态响应的性质，一般用电路的网络函数()H j ω表示。当电路的网络函数为输出电压与输入电压之比时，又称为电压传输特性。即： ()2 1U H j U ω= 1）低通电路 R C 1 U 2 U 10.707 () H j ω0 ωω 图1-1 低通滤波电路 图1-2 低通滤波电路幅频特性 简单的RC 滤波电路如图4.3.1所示。当输入为1U ，输出为2U 时，构 成的是低通滤波电路。因为： 1 1 2 111U U U j C j RC R j C ωωω=?=++ 所以： ()()()211 1U H j H j U j RC ωω?ωω===∠+

()() 2 11H j RC ωω= + ()H j ω是幅频特性，低通电路的幅频特性如图 4.3.2所示，在1RC ω=时，()120.707H j ω==，即210.707U U =，通常2U 降低到10.707U 时的 角频率称为截止频率，记为0ω。 2）高通电路 C R 1 U 2 U ω ω0 0.707 1() H j ω 图2-1 高通滤波电路 图2-2 高通滤波电路的幅频特性 12 1 11U j RC U R U j RC R j C ωωω=?= ?+?? + ??? 所以： ()()()211U j RC H j H j U jRC ωωω?ω===∠+ 其中()H j ω传输特性的幅频特性。电路的截止频率01RC ω= 高通电路的幅频特性如4.3.4所示 当0 ωω<<时，即低频时 ()1 H j RC ωω=<< 当0ωω>>时，即高频时， ()1 H j ω=。 3）研究RC 串、并联电路的频率特性：

导线机械特性曲线绘制

电气化届架空线路课程设计机械特性曲线绘制设计 学生姓名 学号 所属学院 专业农业电气化与自动化 班级 指导教师 日期

前言 建设一条架空线输电线路,必须符合经济合理、安全适用的原则，既要充分利用材料的强度，又要保证安全运行。 对于悬挂在架空线路杆塔上的导线，外界温度变化将引起导线的伸长或缩短，而导线上的荷载变化将引起导线的弹力变形，这两种现象都使导线的长度发生变化。通过计算可知：档距一定时，导线长度的微小变化也会导致导线应力和弧垂的很大变化。导线长度的缩短，将使导线应力增大，弧垂减小；反之，导线伸长，将使导线应力减小，弧垂增大。显然，在线路设计时，必须计算导线的应力和弧垂，确定和掌握导线在各种气象条件下的应力和弧垂的变化情况，并保证当导线应力最大时，其值不超过导线强度允许值，而当弧垂最大时，要保证导线的对地安全距离，从而保证线路设计经济合理、运行安全可靠。 本次设计是要绘制导线的机械特性曲线，在线路设计过程中，为了设计计算的方便，总是首先计算导线在各种不同气象条件下和不同代表档距时的应力和弧垂，并把计算结果以横坐标为代表档距，纵坐标为应力或弧垂绘制成各种气象条件时代表档距和应力或弧垂的关系曲线，这些曲线就称为导线的应力或弧垂曲线，简称导线机械特性曲线。

目录 工程概况 (3) 1．导线型号的确定 (3) 2.各气象条件时的比载确定 (3) 3.安全系数及防振措施的确定 (4) 4.临界档距计算及辨别 (4) 4.1计算数据 (4) 4.2临界档距计算 (4) 4.3有效临界档距辨别 (5) 4.4结论 (5) 5.机械特性应力特计算 (5) 6.绘制机械特性曲线 (7) 致谢 (8) 参考文献 (9)

架空线路机械特性及安装曲线制作及应用

架空线路机械特性及安装 曲线制作及应用 Prepared on 24 November 2020

广西电力职业技术学院电力工程系 课程设计说明书 题目架空线路机械特性及安装曲线 制作及应用 专业高压输配电线路施工运行与维护 班级电力812班 学号 4 学生姓名韦振堂 指导教师曾令通 2009年 09 月 12日 摘要 本设计是高压输配电线路专业的线路设计方案。根据课程应用知识设计规格采用的导线型号为LGJ—120/7，气象条件为第VI 气象区。初步设计的工作包括：确定气象条件、编制导线的机械应力计算原则（指安全系数、平均运行应力等）及应力弧锤曲线。根据导线型号和经过的气象区条件利用WCAD线路设计辅助软件求出导线计算参数、导线特性、计算比载、控制条件、有效临界档距和各种气象条件下不同档距的应力和弧锤值并用AutoCAD绘出导线机械特性曲线导线安装曲线的制作及过程；断线张力和邻档断线的交叉跨越校验；施工紧线时弧锤观测

档选择及观测档的观测弧锤值计算。根据导线型号、气象条件和不同的档距选择防振锤型号、防振锤安装个数和计算出防振锤的安装距离。 2009年9月 目录 第一章导线应力弧锤特性曲线 (1) 导线应力弧锤特性曲线的定义 (1) 导线机械特性曲线的计算程序 (1) 确定控制条件 (4) 1.3.1 求已知年平均时的气象条件求最高气温时各孤立档的应力 (5) 1.3.2 根据以上结果可手工绘出导线特性曲线如下图 (8) 导线安装曲线 (8) 1.4.1 导线安装曲线的计算 (9) 1.4.2 根据以上结果可手工绘出导安装曲线如下图 (9) 第二章交叉跨越校验及观测挡的选择 (10) 断线前交叉跨越的基本要求 (10) 导线交叉跨越效验计算 (10) 施工紧线时的观测弧锤 (11) 2.3.1观测档的选择 (11) 2.3.2观测档的弧锤计算 (12)

异步电动机机械特性的MATLAB仿真

辽宁工业大学 实验室开放课题设计（论文） 题目：异步电动机机械特性的MATLAB仿真》 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化 131 学号： 0 ` 学生姓名：徐峰 指导教师：赵丽丽

起止时间：

摘要 异步电动机以其结构简单、运行可靠、效率较高、成本较低等特点，在日常生活中得到广泛的使用。目前，电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。MATLAB是一个高级的数学分析和运算软件，可用动作系统的建模和仿真。在分析三相异步电动机物理和数学模型的基础上，应用MATLAB软件简历了相对应的仿真模型；在加入相同的三相电压和转矩的条件下，使用实际电机参数，与MALAB给定的电机模型进行了对比仿真。 第一章对异步电机的实验要求做出了相关的描述，第二章对MATLAB仿真软件做了一定的介绍，第三章是对异步电动机的机械特性、启动、制动和正反转进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。 经分析后，表明模型的搭建是合理的。因此，本设计将结合MATLAB的特点，对三相异步电机进行建模和仿真，并通过实际的电动机参数，对建立的模型进行了验证。 关键词：异步电机、数学模型、MATLAB仿真、三相异步电动机

目录 第1章实验任务及要求 (1) 第2章 MATLAB及SIMULINK的介绍 (2) MATLAB介绍 (2) S IMULINK模块的介绍 (3) 第3章仿真实验 (4) 三相异步电动机的机械特性 (4) 三相异步电动机起动的仿真 (6) 三相异步电动机制动仿真 (8) 三相异步电动机正反转仿真 (10) 第4章总结 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)

函数幅频特性曲线

1：已知x(t)=1，试用MATLAB 分析其幅频特性曲线。 解：因为x(t)=1是连续非周期信号，其对应的频谱是非周期连续的，对于连续的信号计算机不能直接加以处理，因而，需要将其先离散化，再利用离散傅里叶变换（DFT ）对其进行分析实现其近似计算。对连续时间信号x(t)可以分解成x(t)=u(t)+u(-t-1)，通过采取不同的采样间隔来分析其频谱。 (a)对x(t)离散化的采样间隔取R=0.005，对F(W)取N=7000，图像如图a ； (b)对x(t)离散化的采样间隔取R=0.01，对F(W)取N=30，图像如图b ； (c)对x(t)离散化的采样间隔取R=0.01，对F(W)取N=7000，图像如图c 。 针对(a)情况的程序如下：R=0.005;t=-5:R:5; f=Heaviside(t)+Heaviside(-t); W1=2*pi*2; N=7000;k=0:N;W=k*W1/N; F=f*exp(-j*t'*W)*R; F=real(F); W=[-fliplr(W),W(2:7001)]; F=[fliplr(F),F(2:7001)]; subplot(2,1,1);plot(t,f); xlabel('t');ylabel('x(t)'); title('x(t)函数的图像'); subplot(2,1,2);plot(W,F); xlabel('w');ylabel('F(w)'); title('x(t)函数的傅里叶变换F(w)'); 图a R=0.005， N=7000

图b R=0.01，N=30 图c R=0.01，N=7000

幅频特性和相频特性

HUNAN UNIVERSITY 电路实验综合训练 报告 学生姓名蔡德宏 学生学号 2 专业班级计科1401班 指导老师汪原 起止时间2015年12月16日——2015年12月19日 一、实验题目 实验十二幅频特性与相频特性 二、实验摘要(关键信息) 实验十二 1、测量RC串联电路组成低通滤波器的幅频特性与相频特性(元件参数:R=1K ,C=0、1uF,输入信号:Vpp=3V、f=100Hz~15KHz正弦波。测量10组不同频率下的Vpp,作幅频特性曲线与相频特性曲线)。 2、测量RC串联电路组成高通滤波器的幅频特性与相频特性(电路参数与要求同上)。 3、测量RC串并联(文氏电桥)电路频率特性曲线与相频特性曲线。 实验十三 1、测量R、C、L阻抗频率特性(电路中用100Ω作保护电阻,分别测量R、C、L在不同频率下的Vpp,输入信号Vpp=3V、f=100Hz~100KHz的正弦波,元件参数:R=1K、C=0、1uF、L=20mH),取10组数据,作幅频特性曲线。 2、搭接R、L、C串联电路,通过观测Ui(t)与UR(t)波形,找出谐振频率。将电阻换成电位器,测量不同Q值的谐振频率。 三、实验环境(仪器用品) 函数信号发生器(DG1022U),示波器(DSO-X 2012A),电位器(BOHENG3296-w104),3只电阻(保护100Ω,实验1KΩ),电容器(0、1μF),电感(20mH),面包板,Multisim 10、0(画电路图),导线若干。

四、 实验原理与电路 1、当在RC 与RL 及RLC 串联电路中加上交变电源,并不断改变电源频率时,电路的端口电压U 与电阻U 两端电压也随之发生规律性改变。 1)RC 串联电路的稳态特性 有以上公式可知,随频率的增加,I,增加,减小。当ω很小时2πψ→,电 源电压主要降落在电容上,此时电容作为响应为低通滤波器;反之,0→ψ,电压主要将在电阻上,电阻作为响应称为高通滤波器。利用幅频特性可构成不同的滤波电路,把不同频率分开。 2）文氏电桥: 如图电路,若R1=R2,C1=C2,则振荡频率为RC π21f 0=,正反馈的电压与输出电压同相位(此为电路振荡的相位平衡条件),实验电路图如下: 五、 实验步骤与数据记录 仪器测量值:电容C1=102、5nF C2=101、7nF 电阻R1=1、007Ωk R2=1、016Ωk 1)高通滤波器:

7流体机械的特性曲线与运行调节(精)

7 流体机械的特性曲线与运行调节 §7-1流体机械特性曲线的定义与分类 流体机械的性能取决于三个基本因素： []?? ? ???）（或，，、或，），（或，—运动参数，，，—介质的物性参数，—几何参数h h p H P ，q q Q n R m v σηκ μρ?α) (0 几何参数和物性参数一定时，机器的工况由H q n v 和，三个参数决定，而ση，，P 等则是工况的函数。流体机械特性曲线的广义函数为： )(0H q n f P v ，，，，，，，，κρ?αση= H q n v 和，中只有二个是独立的自变量，当几何参数和物性参数一定时，上式自变量的数 目为2~6个 ?? ?常数参数为自变量，其余为综合特性曲线：取二个 常数参数为自变量，其余为线型特性曲线：取一个 一、线型特性曲线 在线型特性曲线中只有一个自变量，选择不同的自变量就得到不同的特性曲线，如工作特性曲线和转速特性曲线等 （一）泵与风机的工作特性曲线 1、v q H ~曲线 ①vT T q H ~∞ ∞∞= u T c u g H 221 ∞∞∞-=y m u ctg c u c 2222β 2 22b D q c vT m π= ∞ ∞∞ -=y vT T ctg b D g q u g u H 22 222 2 βπ ∞==y ctg b D g u B g u A 22 2222βπ； vT T Bq A H -=∞ 上式为一直线方程，其斜率由∞y 2β来决定。

??? ??? ???? ???==?>???? ?? ?=== =?<==?∞∞∞ ∞∞∞∞∞g u H q ctg b D u q H g u H q g u H q T vT y y vT T T vT y T vT y 2 2 222 2222 22 2 20900090090时，，上升线，前弯式， 当时，时，，下降线，后弯式当时，，水平线，径向式， ＝当ββπββ 以后弯式叶片为例： ②vT T q H ~ ??? ? ???=====∞∞y vT T T vT T T ctg b D u q H g u K H q KH H 22 222 200βπ时，时， K 为滑移系数。1

幅频特性和相频特性

HUNAN UNIVERSITY 电路实验综合训练 报告 学生姓名蔡德宏 学生学号201408010128 专业班级计科1401班 指导老师汪原 起止时间 2015年12月16日—— 2015年12月19日

一、 实验题目 实验十二 幅频特性和相频特性 二、 实验摘要（关键信息） 实验十二 1、测量RC 串联电路组成低通滤波器的幅频特性和相频特性（元件参数：R=1K Ω，C=0.1uF ，输入信号：Vpp=3V 、f=100Hz~15KHz 正弦波。测量10组不同频率下的Vpp ，作幅频特性曲线和相频特性曲线）。 2、测量RC 串联电路组成高通滤波器的幅频特性和相频特性（电路参数和要求同上）。 3、测量RC 串并联（文氏电桥）电路频率特性曲线和相频特性曲线。 实验十三 1、测量R 、C 、L 阻抗频率特性（电路中用100Ω作保护电阻，分别测量R 、C 、L 在不同频率下的Vpp ，输入信号Vpp=3V 、f=100Hz~100KHz 的正弦波，元件参数：R=1K 、C=0.1uF 、L=20mH ），取10组数据，作幅频特性曲线。 2、搭接R 、L 、C 串联电路，通过观测Ui （t ）和UR(t)波形，找出谐振频率。将电阻换成电位器，测量不同Q 值的谐振频率。 三、 实验环境（仪器用品） 函数信号发生器（DG1022U ），示波器(DSO-X 2012A),电位器（BOHENG3296-w104），3只电阻（保护100Ω，实验1K Ω），电容器(0.1μF )，电感（20mH ），面包板，Multisim 10.0（画电路图），导线若干。 四、 实验原理和电路 1、当在RC 和RL 及RLC 串联电路中加上交变电源，并不断改变电源频率时，电路的端口电压U 和电阻U 两端电压也随之发生规律性改变。 1）RC 串联电路的稳态特性 有以上公式可知，随频率的增加，I, 增加， 减小。当ω很小时2 π ψ→ ，电 源电压主要降落在电容上，此时电容作为响应为低通滤波器；反之，0→ψ，电压主要将在电阻上，电阻作为响应称为高通滤波器。利用幅频特性可构成不同的滤波电路，把不同频率分开。

他励直流电动机的机械特性曲线的分析

浅析：他励直流电动机的机械特性 在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。 下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直 流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 ) 他励直流电动机电路原理图 当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通Φ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。 他励直流电动机的机械特性 实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩， 而电动机的实际空载转速 将低于n 0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。 β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称β大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N %来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。 电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。 他励直流电动机串电阻时的机械特性 人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。 （1） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa 越大，△n 也越大，特性变“软”,这类人为机械特性是一组通过 n 0 ,但具有不同斜率的直线。 如下图所示 （2） 改变电枢电压时的人为机械特性 a a a R I E U + =n E a Φe C =φa T em I C T =em T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φ e 0C U n =0 n 'n ?em em T T R n βΦ==?2T e C C n ?em N a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=0=pa R N ΦΦ=

三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特 性 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

三相异步电动机的运行特性 摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。 固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用 三相异步电动机的运行特性 三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。由于转子转速与同步转速 、转差率存在下列关系，即 （）

则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。 三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 机械特性的物理表达式 由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为 （） 式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数； 为三相异步电动机的气隙每极磁通量； 为转子电流的折算值； 为转子电路的功率因数； 式（）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。 仅从式（）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功

率因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。现分析如表所示。 根据表中的分析，可作出曲线、和分别如图、、所示，据此可得出图所示的机械特性曲线。曲线分为两段：当较小时(),变化不大，，电磁转矩 与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当较大时 ()，如，减少近一 半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，段为曲线段，称为曲线部分。由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。 机械特性的参数表达式 1.参数表达式的推导：

架空线路机械特性及安装曲线制作及应用

架空线路机械特性及安装曲线制作及应用 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]

广西电力职业技术学院电力工程系 课程设计说明书 题目架空线路机械特性及安装曲线 制作及应用 专业高压输配电线路施工运行与维护 班级电力812班 学号 4 学生姓名韦振堂 指导教师曾令通 2009年 09 月 12日 摘要 本设计是高压输配电线路专业的线路设计方案。根据课程应用知识设计规格采用的导线型号为LGJ—120/7，气象条件为第VI 气象区。初步设计的工作包括：确定气象条件、编制导线的机械应力计算原则（指安全系数、平均运行应力等）及应力弧锤曲线。根据导线型号和经过的气象区条件利用WCAD线路设计辅助软件求出导线计算参数、导线特性、计算比载、控制条件、有效临界档距和各种气象条件下不同档距的应力和弧锤值并用AutoCAD绘出导线机械特性曲线导线安装曲线的制作及过程；断线张力和邻档断线的交叉跨越校验；施工紧线时弧锤观测档选择及观测档的观测弧锤值计算。根据导线型号、气象条件和不同的档距选择防振锤型号、防振锤安装个数和计算出防振锤的安装距离。 2009年9月

目录 第一章导线应力弧锤特性曲线 (1) 导线应力弧锤特性曲线的定义 (1) 导线机械特性曲线的计算程序 (1) 确定控制条件 (4) 1.3.1 求已知年平均时的气象条件求最高气温时各孤立档的应力 (5) 1.3.2 根据以上结果可手工绘出导线特性曲线如下图 (8) 导线安装曲线 (8) 1.4.1 导线安装曲线的计算 (9) 1.4.2 根据以上结果可手工绘出导安装曲线如下图 (9)

幅频特性和相频特性实验报告

HUNAN UNIVERSITY 课程实验报告 题目：幅频特性和相频特性 学生： 学生学号： 专业班级： 完成日期：2014年1月6号

一．实验容 1、测量RC串联电路频率特性曲线 元件参数：R=1K，C=0.1uF，输入信号：Vpp=5V、f=100Hz~15K 正弦波。测量10组不同频率下的Vpp，作幅频特性曲线。 2、测量RC串联电路的相频特性曲线 电路参数同上，测量10组不用频率下的相位，作相频特性曲 线。用莎育图像测相位差。 3、测量RC串并联（文氏电桥）电路频率特性曲线和相频特性曲 线 二．实验器材 1k?电阻一个，0.1uf电容一个，函数信号发生器一台，示波 器一台，导线和探头线若干 三．实验目的 （1）研究RC串并联电路对正弦交流信号的稳态响应； （2）熟练掌握示波器萨如图形的测量方法,掌握相位差的测量方法； （3）掌握RC串并联电路以及文氏电桥幅频相频特性特征。四．实验电路图

100nF

100nF 五．实验数据及波形图 电阻的幅度与峰峰值与频率： 电容的幅度与峰峰值与频率：

f/khz 3.1 5.0 9.1 13 15 Vpp/v 2.21 1.47 0.90 0.71 0.58 相位差/度-61.80 -72.21 -78.22 -80.02 -80.12 串并联电路频率峰峰值与相位差： f/khz 0.1 0.3 0.8 1.5 3 Vpp/v 0.348 0.92 1.54 1.70 1.54 相位差/度-81.88 -59.88 -26.24 -0.527 23.87 f/khz 5 7 10 12 15 Vpp/v 1.22 1.02 0.780 0.7 0.58 相位差/度44.60 54.46 64.32 64.68 69.66 当输入电压比输出电压=0.707(/2)时，其波形图如下： 1.电阻：

RL 、RC幅频相频特性要点

扬州大学物理科学与技术学院 大学物理综合实验训练论文 实验名称：RL、RC串联电路幅频特性和相频特性研究 班级：物教1101班 姓名：刘玉桃 学号：110801114 指导老师：徐秀莲

RL、RC串联电路幅频特性和相频特性研究（扬州大学物理1101 刘玉桃学号110801114 指导老师：徐秀莲） 摘要 在交流电路中，电阻值与频率无关，电容具有“通高频，阻低频”的特性，电感具有“通低频，阻高频”的特性。将正弦交流电压加到电阻、电容和电感组成的电路中时，各元件上的电压及相位会随着变化，这称作电路的稳态特性。当把正弦交流电压Vi输入到RC（或RL）串联电路中时，电容或电阻两端的输出电压V0的幅度及相位将随输入电压Vi的频率而变化。这种回路中的电流或电压与输入信号频率间的关系，称为幅频特性；回路电流和电压间的相位差与频率的关系，称为相频特性。将电容、电阻、电感串联起来，可以得到特殊的幅频特性和相频特性。本实验主要研究了交流电路中RL、RC串联电路的幅频特性和相频特性，不难得出，在RL、RC串联电路中，各元件上的电压幅度及相位随信号频率的改变而改变。 关键字：稳态特性；幅频特性；相频特性。 1.实验目的 （1）研究RL、RC串联电路对正弦交流信号的稳态响应 （2）学习使用双踪示波器,掌握相位差的测量方法； 2.实验仪器 名称数量型号 1、双踪示波器一台自备 2、低频功率信号源一台自备 3、九孔插件方板一块 SJ-010 4、万用表一只自备 5、电阻 2只 40Ω、1kΩ 6、电容 1只 0.5pF 7、电感 1只 1mH 8、短接桥和连接导线若干 SJ-009、SJ-301、SJ-302 9、开关 1只 SJ-001-1-纽子开关

直流电动机的机械特性

直流电动机的机械特性 直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。下面一常用的他励和并励电动机为例介绍其机械特性、起动、反转和调速，他励和并励电动机只是连接方式上的不同，两者的特性是一样的。 直流电机的接线图 图是他励和并励直流电动机的接线原理图。他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源电压Uf和电枢电源电压U两个直流供电；而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U 供电。 并励电动机的励磁绕组与电枢并联，其电压与电流间的关系为： U=E+RaIa 即：Ia=（Ra为电枢电压） If= I=Ia+If≈Ia 当电源电压U和励磁电路的电阻Rf（包括励磁绕组的电阻和励磁调节电阻）保持不变时，励磁电流If以及由它所产生的磁通Φ也保持不变，即Φ=常数。 则电动机的转距也就和电枢电流成正比，T= KTΦIa= KIa这是并励电动机的特点。

当电动机的电磁转距T必须与机械负载转距T2及空载损耗转距T0相平衡时，电动机将等速转动；当轴上的机械负载发生变化时，将引起电动机的转速、电流及电磁转距等发生变化。，称为： n===－Ｔ＝n0－ 式中 并励电动机的起动与反转 并励电动机在稳定运行时，其电枢电流位：Ia＝，因电枢电阻Ra很小，所以电动机在正常运行时，电源电压U与反电动势E近似相等。 在起动时，n=０，所以E＝kEΦn＝０。这时电枢电流及起动电流为Iast=，由于Ra很小，因此起动电流I ast可达额定电流IN的10～20倍，这时不允许的。同时并励电动机的转距正比于

电枢电流Ia，这么大的起动电流引起极大的起动转距，会对生产机械的传动机构产生冲击和破坏。 限制起动电流的方法就是在起动时的电枢电路中串接起动电阻Rst，见图。这时起动电枢中的起动电流的初始值为：Iast= 则起动电阻为：Rst=－Ra 一般：Iast=（1.5～2.5）IN 起动时，可将起动电阻Rst放在最大值处，待起动后，随着电动机转速的上升，再把它逐段切除。 注意：直流电动机在起动或工作时，励磁电路一定要保持接通，不能断开（满励磁起动）。普则，由于磁路中只有很小的剩磁，就有可能发生以下： 要改变电动机的转动方向，就必须改变电磁转距T的方向，可通过改变磁通Φ（励磁电流）或电枢电流Ia的方向实现。 并励电动机的调速 电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速，以满足不同的要求。 由转速公式：n=可知常用的调速方式有调磁调速和调压调速两种。 9.5.1改变磁通Φ（调磁调速） 当保持电源电压U为额定值不变时，调节励磁电路的电阻，改变励磁电流If而改变磁通Φ。 由式n=－Ｔ可见，当磁通Φ减小时，n0升高了，转速降也增大了；但 与Φ2成正比，所以磁通愈小，机械特性曲线也愈陡，但仍有一定的硬度。见图

幅频曲线

传感器与测试技术实验指导书 河北科技大学机械电子工程学院 2007年4月

实验一 传感器的静态标定 一、实验目的： 1．学习YJD-1型电阻应变仪的使用方法。 2．学习测量装置静态特性的标定方法。 3．掌握用分析软件对电阻应变式测力传感器的静态标定方法。 4．学习掌握电阻应变片的粘贴技术。 二、实验仪器： １ YJD-1型电阻应变仪 ２ 电阻应变式传感器 3 计算机及分析软件 三、实验系统及测试原理 图1 实验系统框图 新设计制造的传感器，需要对其参数和性能进行标定，以便检查是否符合设计要求。 另外，随着时间和周围环境的变化，使用中传感器的参数会发生变化，故需要进行定期 校准，所以测量装置的标定，是一项经常性，非常重要的工作。 电阻应变式测力传感器的静态标定，就是在静态下，通过加载装置对传感器施加载荷，同时由应变仪读取输出，而获取传感器的静态特性参数，如灵敏度，非线性度，回程误差等。 四、实验步骤 1 粘贴应变片 （1）惠斯登电桥挑选两个电阻值120Ω左右的电阻应变片,阻值差小于0.5Ω。 （2）砂纸打磨等强度梁，去除污物，用酒精清洗。 （3）用502胶水粘贴电阻应变片。（一片粘贴在受力的位置，一片粘贴在不受力的位置。） （4）用万用表检查有无短路、断路，引线与等强度梁间的绝缘电阻应大于150M Ω。 （5）焊接导线，并用胶带纸固定，在常温下，放置24小时后，方可使用。 图 2 自制电阻应变式传感器 2 仪器的操作使用方法： （1）联接电桥：将应变式传感器的应变片引出导线分别接于仪器的A 、B 、C 三点,并将接线柱旋紧,组成半桥单臂测量电路。

（2）调整灵敏系数盘K，使之与应变片的灵敏系数K相符。 （3）检查指示器指针是否准确的停止在机械零位，否则必须校正后方可工作。 （4）检查微调，中调，粗调三个调节旋钮，是否都指在零位。 （5）经指导老师检查无误后，方可打开电源。 （6）将选择开关旋到“预”上，调节“电阻平衡”，“电容平衡”两电位器，使指示电表的指针指于零位。然后将开关旋到“静”的位置，再调节“电阻平衡”使指针指于零位。在“预”、“静”反复调整几次后，此时电桥已予调平衡。 （7）仔细观察三分钟，电表指针不应有漂移。 （8）进行加载，指针偏移零位，旋转“微调”旋钮使指针指回零位，记下此时“微调”旋钮读数。加载：100，200，300，400，500（g）记录读数。 依次卸载并记录读数。注意卸载至零载荷时，不要忘记将微调旋钮读数记录下来。 五实验结果的整理与计算 1用分析软件进行数据处理 （1）打开计算机。 （2）双击桌面上的“虚拟实验系统”。 （3）进入“机械工程测试技术基础实验”点击“开始”。 （4）进入实验，点击实验一“应变式传感器的标定”。 （5）将实验记录的各数据分别填入，点击“作图”。 （6）按端点线性、最小二乘法二种方法做出拟合直线，求出线性误差。 （7）绘出回程误差特性曲线，并确定其回程误差H。 （8）确定本测力传感器的静态灵敏度S。 2 用计算法进行数据处理 （1）线性误差()f L 线性误差是指测量装置校准曲线与规定直线之间的最大偏差。在静态测量的情况下，用实验来确定被测量的实际值和测量装置示值之间的函数关系的过程称为静态校准，所得到的关系曲线称为校准曲线。 （2）常用的规定曲线 １）端基直线 端基直线是一条通过测量范围的上下限点的直线。端基线性是生产中选择拟合直线的一种简便方法。具体做法是：以校准曲线的首尾（即额定的最小与额定的最大值）相连的直线作为所选择的拟合直线。如图4所示。