【控制電機(jī)】實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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1、 《控制電機(jī)》 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 適用專業(yè): 信息、測控 課程代碼: 8401630 總學(xué)時(shí):56總學(xué)分:3.5 編寫單位:電氣信息學(xué)院 編寫人:李偉 審核人: 審批人: 批準(zhǔn)時(shí)間:年月日 目錄 實(shí)驗(yàn)一直流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………………1 實(shí)驗(yàn)二單相變壓器實(shí)驗(yàn)…………………………………………………………………………………… 3 實(shí)驗(yàn)三旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)驗(yàn)…………………………………………………………………………….………7 實(shí)驗(yàn)四 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)………………………………………

2、…………………………………….……… 注釋 ………………………………………………………………………………………………… 25 主要參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………………26 實(shí)驗(yàn)一 直流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù) 1、 掌握用實(shí)驗(yàn)方法測取直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性; 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 測取直流伺服電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性; 2、 測取直流伺服電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性; 三、 實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料 1、 DZSZ-1型實(shí)驗(yàn)裝置主控制屏; 2、 DD03導(dǎo)軌

3、、測速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表; 3、 DJ23校正直流測功機(jī),DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī); 4、 掛件D31(直流電壓、毫安電流表)、D41(三相可調(diào)電阻器)、D42(三相可調(diào)電阻器)、D52-2(智能轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率測試),D51(波形測試及開關(guān)板)。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 1、 直流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性測定: 圖1-1 直流伺服電動(dòng)機(jī)接線圖 1) 按圖1-1接線,校正直流測功機(jī)MG按他勵(lì)發(fā)電機(jī)連接,在此作為直流電動(dòng)機(jī)M的負(fù)載,用于測量電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和輸出功率。Rf1、Rf2分別選用D42的900Ω串聯(lián)900Ω共1800Ω阻值。R1用D41的90Ω與90Ω串聯(lián)阻值。R2為發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻,選用

4、D42的900Ω與900Ω變阻器串聯(lián),加上D41的90Ω與90Ω串聯(lián)變阻器4只,阻值最大2160Ω。當(dāng)負(fù)載電流大于0.4A時(shí)用D41的90Ω與90Ω串聯(lián)變阻器4只,而將D42的900Ω與900Ω變阻器串聯(lián)部分阻值調(diào)到最小并用導(dǎo)線短接。 2) 將直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)M的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1調(diào)至最小值,電樞串聯(lián)起動(dòng)電阻R1調(diào)至最大值,接通控制屏下邊右方的電樞電源開關(guān)使其起動(dòng),其旋轉(zhuǎn)方向符合轉(zhuǎn)速表正向旋轉(zhuǎn)的要求。 3) M起動(dòng)正常后,將其電樞串聯(lián)電阻R1調(diào)至零,并用導(dǎo)線將其短接。調(diào)節(jié)電樞電源的電壓為220V,調(diào)節(jié)校正直流測功機(jī)的勵(lì)磁電流使其等于校正值100mA。將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)和校正直流測功機(jī)的電

5、樞電流引入D52-2,選擇功能2,按位/+即可。調(diào)節(jié)校正直流測功機(jī)的負(fù)載電阻R2和電動(dòng)機(jī)的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1,使電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定值:U=UN,I=IN,n=nN。此時(shí)M的勵(lì)磁電流If即為額定勵(lì)磁電流IfN。 4) 保持U=UN,If=IfN,逐次減小電動(dòng)機(jī)負(fù)載。測取電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T2。共取數(shù)據(jù)8-9組,記錄于表1-1中。 表1-1 UN=220V IfN=_______mA Ia n(r/min) 5) 調(diào)節(jié)電樞電源的電壓為U=150V。保持U=150V和If=IfN不變,逐次減小電動(dòng)機(jī)負(fù)載。測取電

6、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T2。共取8-9組數(shù)據(jù)記錄于表1-2中。 表1-2 UN=150V IfN=_______mA Ia n(r/min) 五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、 由表1-1和1-2分別繪出直流伺服電動(dòng)機(jī)的固有和人為機(jī)械特性曲線n=f(T2)。 六、 思考題 1、 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁電流不變時(shí),減小電樞端電壓,為什么會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低? 實(shí)驗(yàn)二單相變壓器實(shí)驗(yàn) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù) 1、 通過空載實(shí)驗(yàn)測定變壓器的激磁阻抗; 2、 通過短路實(shí)驗(yàn)測定變壓器的短路阻抗。 二

7、、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 空載實(shí)驗(yàn):測取空載特性U0=f(I0),P0=f(U0),cosφ0=f(U0); 2、 短路實(shí)驗(yàn):測取短路特性Uk=f(Ik),Pk=f(Uk),cosφk=f(Uk)。 三、 實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料 1、 DZSZ-1型實(shí)驗(yàn)裝置主控制屏; 2、 掛件D33(交流電壓表)、D32(交流電流表)、D34-3(單三相智能功率、功率因數(shù)表); 3、 DJK10(三相組式變壓器)。 四、 實(shí)驗(yàn)原理 變壓器等效電路中的各種電阻、電抗或阻抗如Rk、xk、Rm、xm等稱為變壓器的參數(shù),它們對變壓器運(yùn)行能有直接的影響。知道了變壓器的參數(shù)后,就可以利用變壓器的等效電路來分析和

8、計(jì)算其運(yùn)行性能。同時(shí),從設(shè)計(jì)、制造的觀點(diǎn)看,合理地選擇參數(shù)對變壓器產(chǎn)品的成本和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能都有較大的影響。變壓器的參數(shù)可以通過空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)來測定。 空載實(shí)驗(yàn)用于測定變壓器的激磁阻抗。實(shí)驗(yàn)時(shí)為安全起見,通常在變壓器低壓側(cè)加電壓,將高壓側(cè)開路,然后通過三表(電壓、電流、功率表)測得變壓器在空載時(shí)的原邊電壓、電流及功率,再通過計(jì)算間接求得變壓器的激磁阻抗。 短路實(shí)驗(yàn)用于測定變壓器的短路阻抗。實(shí)驗(yàn)時(shí)通常在變壓器高壓側(cè)加電壓,將低壓側(cè)直接短路,,然后通過三表(電壓、電流、功率表)測得變壓器在短路時(shí)的原邊電壓、電流及功率,再通過計(jì)算間接求得變壓器的短路阻抗。 五、 主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn) 在進(jìn)行

9、空載實(shí)驗(yàn)時(shí),電壓表應(yīng)接在靠近電源側(cè),而電流表應(yīng)接在靠近變壓器繞組側(cè),而在進(jìn)行短路實(shí)驗(yàn)時(shí)則恰好相反,這樣做的目的是為了減小測量誤差; 六、 實(shí)驗(yàn)步驟 1、 空載實(shí)驗(yàn): 1) 在三相調(diào)壓交流電源斷電的條件下,按圖2-1接線。被測變壓器選用三相組式變壓器DJK10中的一只作為單相變壓器,其額定容量SN=50VA,U1N/U2N=127/31.8,I1N/I2N=0.4/1.6A。變壓器的低壓線圈a、x接電源,高壓線圈A、X開路。 圖2-1 單相變壓器空載實(shí)驗(yàn)接線圖 2) 選好所有電表量程。將控制屏左側(cè)調(diào)壓器旋鈕向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到底,即將其調(diào)到輸出電壓為零的位置。 3) 合上交流電源總

10、開關(guān),接通三相交流電源。調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器旋鈕,使變壓器空載電壓U0=1.2UN(UN=31.8V),然后逐次降低電源電壓,在1.2~0.2UN的X圍內(nèi),測取變壓器的U0、I0、P0。 4) 測取數(shù)據(jù)時(shí),U=UN點(diǎn)必須測,并在該點(diǎn)附近測的點(diǎn)較密,共測取數(shù)據(jù)7-8組,錄于表2-1中。 表2-1 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) U0(V) I0(A) P0(W) UAX(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 2、 短路實(shí)驗(yàn): 1) 切斷三相調(diào)壓交流電源,按

11、圖2-2接線。將變壓器的高壓線圈接電源,低壓線圈直接短路。 圖2-2 單相變壓器短路實(shí)驗(yàn)接線圖 2) 選好所有電表量程,將交流調(diào)壓器旋鈕調(diào)到輸出電壓為零的位置。 3) 接通交流電源,逐次緩慢增加輸入電壓,直到短路電流等于1.1IN(IN=0.4A)為止,在(0.2~1)INX圍內(nèi)測取變壓器的Uk、Ik、Pk。 4) 測取數(shù)據(jù)時(shí),Ik=IN點(diǎn)必須測,共測取數(shù)據(jù)6-7組記錄于表2-2中。實(shí)驗(yàn)時(shí)記下周圍環(huán)境溫度(℃)。 表2-2 室溫_____℃ 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) Uk(V) Ik(A) Pk(W) 1 2

12、 3 4 5 6 7 七、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、 給出空載特性曲線和計(jì)算激磁參數(shù); 1) 繪出空載特性曲線I0=f(U0),P0=f(U0); 2) 計(jì)算激磁參數(shù):從空載特性曲線上查出對應(yīng)于U0= UN時(shí)的I0和P0值,并由下面幾個(gè)式子計(jì)算出激磁參數(shù):,,。 2、 繪出短路特性曲線和計(jì)算短路參數(shù): 1) 繪出空載特性曲線Ik=f(Uk),Pk=f(Uk); 2) 計(jì)算短路參數(shù):從短路特性曲線上查出對應(yīng)于Ik=IN時(shí)的Uk和Pk值,并由下面幾個(gè)式子計(jì)算出環(huán)境溫度為θ(℃)時(shí)的短路參數(shù):,,,折算到低壓側(cè)

13、為,,。由于短路電阻RK隨溫度變化,因此算出的電阻應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)換算到基準(zhǔn)工作溫度75℃時(shí)的阻值,換算公式為,。注意,式中234.5為銅導(dǎo)線的常數(shù),若用鋁導(dǎo)線常數(shù)應(yīng)改為228。 3、 利用空載和短路實(shí)驗(yàn)測定的參數(shù),畫出實(shí)驗(yàn)變壓器折算到低壓側(cè)的“T”型等效電路。 八、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1、 在變壓器實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)注意電壓表、電流表、功率表的合理布置及量程選擇; 2、 短路實(shí)驗(yàn)操作要快,否則線圈發(fā)熱引起電阻變化。 九、 思考題 1、 變壓器的空載和短路實(shí)驗(yàn)中電源電壓一般加在哪一方較合適?為什么? 2、 在空載和短路實(shí)驗(yàn)中,各種儀表應(yīng)怎樣聯(lián)接才能使測量誤差最?。繛槭裁?? 實(shí)驗(yàn)三 旋轉(zhuǎn)變壓

14、器實(shí)驗(yàn) 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號(hào)元件。當(dāng)激磁繞組以一定頻率的交流電激勵(lì)時(shí),輸出繞組的電壓可與轉(zhuǎn)角的正弦、余弦成函數(shù)關(guān)系,或在一定X圍內(nèi)可以成線性關(guān)系。它廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的三角運(yùn)算、傳輸角度數(shù)據(jù)等,也可以作為移相器用。 一、使用說明 XSZ-1型旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)驗(yàn)裝置由旋轉(zhuǎn)變壓器中頻電源和旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)驗(yàn)儀兩部分組成。 (一) 實(shí)驗(yàn)儀 1、旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)指標(biāo) 型 號(hào):36XZ20-5 電壓比:0.56 電 壓: 60V 頻 率:400Hz 激勵(lì)方:定子 空載阻抗;2000Ω 絕緣電阻:≥100MΩ 精 度: 1級(jí) 2、刻度盤 1) 本裝

15、置將旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸與刻度盤固緊連接,使用時(shí)旋轉(zhuǎn)刻度盤手柄即可完成轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。 2)刻度盤上的分尺有20小格刻度線,每小格為3',轉(zhuǎn)角按游標(biāo)尺讀數(shù)。 3)將固緊滾花螺母擰松后,便可輕松旋轉(zhuǎn)刻度盤(不允許用力向外拉,以防軸頭變形)。需固定刻度盤時(shí),可旋緊滾花螺母。 3、接線柱 本裝置將旋轉(zhuǎn)變壓器的引線端與接線柱一一對應(yīng)連接,使用時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)接線圖用手槍插頭(或鱷魚夾),將接線柱連結(jié)即可完成實(shí)驗(yàn)要求。 (二) 中頻電源 1、技術(shù)參數(shù) 波 形:正弦波 頻 率:400Hz±5Hz 電 壓:0~70V 失真度:1% 負(fù) 載:36XZ20-5旋轉(zhuǎn)變壓器 2、電原理

16、框圖如圖3-3-1所示。 圖3-3-1中頻電源電原理框圖 3、結(jié)構(gòu)特征 1)前面板電壓表用于指示輸出電壓 (1) VA口:0——200V電壓輸入 VB口:0——70V電壓輸出 IA口:0——200mA電流輸入 IB口:輸出電流指示 注:波段開關(guān)用于上述四口的切換,系統(tǒng)分立取樣。各口可同時(shí)使用,波段開關(guān)可直接顯示切換,此電壓表只測量外部信號(hào)。 (2) 旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為增大輸出幅度,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為減小輸出幅度。 二、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)驗(yàn) (一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、研究測定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器

17、的空載輸出特性和負(fù)載輸出特性。 2、研究測定二次側(cè)補(bǔ)償、一次側(cè)補(bǔ)償?shù)恼嘞倚D(zhuǎn)變壓器的輸出特性。 3、了解正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的幾種應(yīng)用情況。 (二)預(yù)習(xí)要點(diǎn) 1、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理。 2、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的主要特性及其實(shí)驗(yàn)方法。 (三)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 1、測定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的空載時(shí)的輸出特性 2、測定負(fù)載對輸出特性的影響 3、二次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)的輸出特性 4、一次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)的輸出特性 5、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應(yīng)用時(shí)的接線圖 (四)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及掛件排列順序 1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 序號(hào)

18、型 號(hào) 名 稱 數(shù) 量 1 D56(XSZ-1) 旋轉(zhuǎn)變壓器中頻電源 1件 2 XSZ-1 旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)驗(yàn)裝置 1件 3 D42 三相可調(diào)電阻器 1件 4 D51 波形測試及開關(guān)板 1件 2、屏上掛件排列順序 D56、D51、D42 (五)實(shí)驗(yàn)方法 1、測定正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載時(shí)的輸出特性 圖3-3-2 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載及負(fù)載實(shí)驗(yàn)接線圖 1)按圖3-3-2接線。圖中R、RL均用D42上900Ω串聯(lián)900Ω共1800Ω阻值,并調(diào)定在1200Ω阻值。開關(guān)S1、S2、S3用D51

19、上相應(yīng)開關(guān),D1、D2為激磁繞組,D3、D4為補(bǔ)償繞組,Z1、Z2為余弦繞組,Z3、Z4為正弦繞組。 2)開關(guān)S1、S2、S3都在打開位置。 3)定子勵(lì)磁繞組兩端D1、D2施加額定電壓UfN(60V、400Hz)且保持不變。 4)用手緩慢旋轉(zhuǎn)刻度盤,找出余弦輸出繞組輸出電壓為最小值的位置,此位置即為起始零位。 5)在0o-180o間每轉(zhuǎn)角10o測量轉(zhuǎn)子余弦空載輸出電壓Ur0與刻度盤轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值。并記錄于表3-3-1中。 表3-3-1 UfN=60V ɑ(deg) 0o 10o 20o 30o

20、 40o 50o 60o 70o 80o 90o Ur0(V) ɑ(deg) 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o Ur0(V) 2、測定負(fù)載對輸出特性影響 1)在圖3-3-2中,開關(guān)S1、S2仍打開,開關(guān)S3閉合,使正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器帶負(fù)載電阻RL運(yùn)行。 2)重復(fù)實(shí)驗(yàn)方法3中3)、4)、5)的步驟,記錄余弦負(fù)載輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-2中。 表3-3-2

21、 UfN=60V ɑ(deg) 0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o UrL(V) ɑ(deg) 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o UrL(V) 3、測量二次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)的輸出特性 1)在圖3-3-2中,開關(guān)S1打開,S3閉合接通負(fù)載電阻RL,開關(guān)S2也閉合,使二次側(cè)正弦輸出繞組端Z3、Z4經(jīng)補(bǔ)償電阻R閉合。 2)重復(fù)實(shí)驗(yàn)方法3中3)、4)、5)

22、的步驟,記錄余弦負(fù)載輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-3中。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意一次側(cè)輸出電流的變化。 表3-3-3 UfN=60V ɑ(deg) 0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o UrL(V) ɑ(deg) 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o UrL(V) 4、測量一次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)輸出特性 1)在圖3-

23、3-2中,開關(guān)S3閉合接通負(fù)載電阻RL,S1也閉合,把一次側(cè)接成補(bǔ)償電路,開關(guān)S2打開。 2)重復(fù)實(shí)驗(yàn)方法3中3)、4)、5)的步驟,記錄余弦負(fù)載輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-4中。 表3-3-4 UfN=60V ɑ(deg) 0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o UrL(V) ɑ(deg) 100o 110o 120o 130o 140o 150o 160o 170o 180o UrL(

24、V) 5、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應(yīng)用時(shí)的接線圖如圖3-3-3所示。 1)按圖3-3-3接線。圖中RL用D42上900Ω串聯(lián)900Ω共1800Ω阻值并用萬用表調(diào)至1200Ω固定不變。 2)重復(fù)實(shí)驗(yàn)方法3中3)、4)和5)的步驟,在-60o-60o間,每轉(zhuǎn)角10o記錄輸出電壓Ur與轉(zhuǎn)角ɑ的數(shù)值并記錄于表3-3-5中。 圖3-3-3 正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應(yīng)用時(shí)的接線圖 表3-3-5 UfN=60V ɑ(deg) -60o -50o -40o -

25、30o -20o -10o 0o Ur (V) ɑ(deg) 10o 20o 30o 40o 50o 60o Ur (V) (六)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、根據(jù)表3-3-1的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),繪制正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器空載時(shí)輸出電壓Ur0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關(guān)系曲線,即Ur0=f(ɑ)。 2、根據(jù)表3-3-2的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),繪制負(fù)載時(shí)輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關(guān)系曲線,即UrL=f(ɑ)。 3、根據(jù)表3-3-3的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),繪制二次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關(guān)系曲線,即UrL=f(ɑ)。 4、根據(jù)表3-3-4的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),繪制一次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)載時(shí)輸出電壓UrL與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關(guān)系曲線,即UrL=f(ɑ)。 5、根據(jù)表3-3-5的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),繪制正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性應(yīng)用時(shí)輸出電壓Ur與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角ɑ的關(guān)系曲線,即Ur=f(ɑ)。 注:(1) 要保持電壓不變,可將轉(zhuǎn)角固定,微調(diào)旋鈕。 (2)負(fù)載RL參考值為1200Ω。 (七)、思考題 1、試分析旋轉(zhuǎn)變壓器一、二次側(cè)補(bǔ)償?shù)脑怼? 2、試分析正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器作線性變壓器的原理。 - 12 - / 13

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