电机及拖动基础实验.doc

电机系统实验指导书实验一 直流并励电动机一实验目的1掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。2掌握直流并励电动机的调速方法。二预习要点1什么是直流电动机的工作特性和机械特性？2直流电动机调速原理是什么？三实验项目1工作特性和机械特性保持U=UN 和If =IfN 不变，测取n、T2 、n=f(Ia)及n=f(T2)。2调速特性（1）改变电枢电压调速保持U=UN 、If=IfN =常数，T2 =常数，测取n=f(Ua)。（2）改变励磁电流调速保持U=UN，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(If)。（3）观察能耗制动过程四实验设备及仪器1教学实验台的主控制屏2电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）3可调电阻箱（NMEL-03/4）4直流电动机电枢电源（NMEL-18/1） 5直流电动机励磁电源（NMEL-18/2）6同步发电机励磁电源/直流发电机励磁电源（NMEL-18/3）7直流电压、毫安、安培表8旋转指示灯及开关板（NMEL-05B）9直流并励电动机M03 五实验方法1并励电动机的工作特性和机械特性。实验线路如图1-6a所示。U1、U2、：分别为直流电动机电枢电源、直流电动机励磁电源。mA、A、V2：直流毫安、电流、电压表G：涡流测功机，测功机加载控制位于NMEL-13。a将直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢电源调至最小。毫安表量程为200mA，电流表量程为2A档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与NMEL-13是否相连，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，按实验一方法起动直流电源，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。b直流电机正常起动后，调节直流电动机电枢电源的输出至220V，再分别调节直流电动机励磁电源和“转速/转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。c保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节”转速/转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流Ia、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。表1-8 U=UN=220V If=IfN= A Ka= 实验数据Ia（A）n（r/min）T2（N.m）计算数据P2（w）P1（w）（%）n（%）2调速特性（1）改变电枢端电压的调速实验线路如图1-6b所示。G：直流发电机M01，PN=100W，UN=200V，IN=0.5A，NN=1600r/minM：直流电动机M03，按他励接法S：双刀双掷开关，位于NMEL-05BR1：采用NMEL-03/4中R3的两只电阻相并联，并调至最大。mA：毫安表，位于直流电动机励磁电源上。U1、U2、U3：分别为直流电动机电枢电源、直流电动机励磁电源和直流发电机励磁电源。V2、A：分别为直流电压表（量程为300V档），直流安培表（量程为2A档）a合上开关S，按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节”转速/转矩设定”电位器，电枢电压和直流电动机励磁电源，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2= N.m。b保持T2不变，If=IfN不变，并打开开关S，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia，共取7-8组数据填入表1-9中。表1-9 If=IfN= A,T2= N.mUa（V）n（r/min）Ia（A）（2）改变励磁电流的调速a开关S闭合，直流电动机起动后，将直流电动机励磁电流调至最大，调节直流电动机电枢电源为220V，调节”转速/转矩设定”电位器，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2= N.mb保持T2和U=UN不变，逐次减小直流电动机励磁电流，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表1-10中。表1-10 U=UN=220V，T2= N.mn（r/min）If（A）Ia（A）（3）能耗制动按图1-7接线。U1：直流电动机电枢电源U2：直流电动机励磁电源RL：采用NMEL-03/4中电阻并联。S：双刀双掷开关（NMEL-05B）a将开关S合向“1”端，电枢电源调至最小，磁场电源调至最大，起动直流电机。b运行正常后，从电机电枢的一端拨出一根导线，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。c重复起动电动机，待运转正常后，把S合向“2”端记录停机时间。d选择不同RL阻值，观察对停机时间的影响。六实验报告1由表1-8计算出 P2和，并绘出n、T2、=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲线。电动机输出功率P2=0.105nT2式中输出转矩T2 的单位为Nm，转速n的单位为rmin。电动机输入功率P1=UI电动机效率=100电动机输入电流I =Ia +IfN由工作特性求出转速变化率：n= 1002绘出并励电动机调速特性曲线n=f(Ua)和n=f(If)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。3能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？实验二 三相异步电动机的起动与调速一实验目的通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。二预习要点1复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。2复习异步电动机的调速方法。三实验项目1异步电动机的直接起动。2异步电动机星形三角形（Y-）换接起动。3自耦变压器起动。4绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。5绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。四实验设备及仪器1实验台主控制屏2电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13、NMEL-14）3交流电压表、电流表、功率、功率因数表4旋转指示灯及开关板（NMEL-05B）5可调电阻箱（NMEL-03/4）6三相鼠笼式异步电动机M047绕线式异步电动机M09五实验方法1三相笼型异步电动机直接起动试验。按图3-5接线，电机绕组为接法。起动前，把转矩转速测量实验箱（NMEL-13）中”转速/转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，检查电机导轨和NMEL-13的连接是否良好。仪表的选择：交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。a把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转。（电机起动后，观察NMEL-13中的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）b断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值。注：按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。电流表受起动电流冲击，电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。c断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。d合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达23倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表中，注意试验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算：式中Ik：起动试验时的电流值，A； TK：起动试验时的转矩值，N.m；式中UK：起动试验时的电压值，V； UN：电机额定电压，V；测 量 值计 算 值UK（V）IK（A）TK（N.m）Tst(N.m)Ist(A)2星形三角形（Y-）起动按图3-6接线，电压表、电流表的选择同前，开关S选用NMEL-05B。a起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边（Y）接法。合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停转。b待电机完全停转后，合上电源开关，观察起动瞬间的电流，然后把S合向左边（接法），电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。3自耦变压器降压起动按图3-5接线。电机绕组为 接法。a先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断开电源开关，待电机停转。b待电机完全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察电流表的瞬间读数值，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压UN=220伏，整个起动过程结束。4绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动实验线路如图3-7，电机定子绕组Y形接法。转子串入的电阻由刷形开关来调节，调节电阻采用NMEL-03/4的绕线电机起动电阻（分0，2，5，15，五档），NMEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关拨向“转速控制”，”转速/转矩设定”电位器旋钮逆时针调节到底。a起动电源前，把调压器退至零位，起动电阻调节为零。b合上交流电源，调节交流电源使电机起动。注意电机转向是否符合要求。c在定子电压为180伏时，顺时针调节”转速/转矩设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢（只有几十转），读取此时的转矩值Ist和Ist。d用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为2、5、15的起动转矩Tst和起动电流Ist，填入表3-9中。注意：试验时通电时间不应超过20秒，以免绕组过热。表3-9 U=180VRst（）02515Tst（N.m）Ist（A）5绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速实验线路同前。NMEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关拨向“转矩控制”， ”转速/转矩设定”电位器逆时针到底，NMEL-03/4“绕线电机起动电阻”调节到零。a合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=220伏，使电机空载起动。b调节”转速/转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩T2不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速，记录于表3-10中。表3-10中 U=220V T2= N.mRst（）02515n（r/min）六实验报告1比较异步电动机不同起动方法的优缺点。2由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩：（1）外施额定电压UN。（直接法起动）（2）外施电压为UN/。(Y起动)（3）外施电压为UK/KA，式中KA为起动用自耦变压器的变比。（自耦变压器起动）。3绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。4绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。 实验三 异步电机的M-S曲线测绘一实验目的用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩转差曲线，并加以比较。二预习要点1复习电机M-S特性曲线。2M-S特性的测试方法。三实验项目1鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。2绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。四实验原理异步电机的机械特性的图5-6所示。在某一转差率Sm时，转矩有一最大值Tm，称为异步电机的最大转矩，Sm称为临界转差率。Tm是异步电动机可能产生的最大转矩。如果负载转矩TzTm，电动机将承担不了而停转。起动转矩Tst是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩，此时S=1（n=0）。对于绕线式转子异步电动机，转子绕组串联附加电阻，便能改变Tst，从而可改变起动特性。异步电动机的机械特性可视为两部分组成，即当负载功率转矩TzTN时，机械特性近似为直线，称为机械特性的直线部分，又可称为工作部分，因电动机不论带何种负载均能稳定运行；当SSm时，机械特性为一曲线，称为机械特性的曲线部分，对恒转矩负载或恒功率负载而言，因为电动机这一特性段与这类负载转矩特性的配合，使电机不能稳定运行，而对于通风机负载，则在这一特性段上却能稳定工作。在本实验系统中，通过对电机的转速进行检测，动态调节施加于电机的转矩，产生随着电机转速的下降，转矩随之下降的负载，使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。通过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。五实验设备1实验台主控制屏2电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13）3可调电阻箱（NMEL-03/4）4三相鼠笼式异步电动机M045三相绕线式异步电动机M09六实验方法1鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘被试电机为三相鼠笼式异步电动机M04，Y接法。G为涡流测功机，与M04电机同轴安装。按图5-7接线，其中电压表量程选用300V档，电流表可选0.75A量程档。起动电机前，将三相调压器旋钮逆时针调到底，并将NMEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关拨向“转速控制”，并将”转速/转矩设定”调节旋钮逆时针调到底。实验步骤：（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，起动交流电机。观察电机的旋转方向，是之符合要求。（2）顺时针缓慢调节”转速/转矩设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。）（3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表5-9。 表5-9UN=220VY接法序 号123456789转速（r/min）转矩（n.M）（4）当电机转速下降到200转/分时，逆时针回调”转速/转矩设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩M，转速n，填入表5-10。表5-10UN=220VY接法序 号