2014年电机与拖动实验指导.doc

实验二 直流他励电动机机械特性一、实验目的1、了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性。二、实验内容1、电动及回馈制动特性的测取。2、电动及反接制动特性的测取。3、能耗制动特性的测取。三、实验仪器1、电机拖动实验装置主控制屏2、DD01电机导轨、测速发电机TG及转速表3、ZYDJ01直流复励发电机G4、ZYDJ04直流并励电动机M5、ZYDT12三相可调电阻器6、ZYDT13三相可调电阻器7、ZYDT14可调电阻器、电容器8、ZYDT05直流电流表、电压表9、ZYDT11波形测试及开关板四、实验原理在生产实践中，有时希望电力拖动系统尽快地停车（或降速）；或者使位能性负载以稳定的速度下放，这就要求在电机的轴上加一个与转向相反的制动转矩。制动的方式有很多，最好是采用电气制动，即靠电动机本身产生一个与转向相反的电磁转矩使系统快速停车（或减速）或使位能性负载稳速下放。这时电动机的运行特点是，它从轴上吸收机械能将它转换称电能（消耗在电机内部或反馈电网），其电磁转矩与转速方向相反，是制动性质。电气制动的具体实现方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种。五、实验步骤及注意事项注意事项调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻过流烧毁熔断丝。1、 电动及回馈制动特性接线图如图16。R1选用900电阻R2选用180电阻R3选用3000电阻R4选用2250电阻（用两只900电阻相并联再加上两只900电阻相串联）按图16接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置；（1）、开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。（2）、电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。（3）、直流励磁电源钮子开关和220V可调直流稳压电源钮子开关须在断开位置。实验步骤：1) 按次序先按下绿色“闭合”电源开关，再合励磁电源船形开关和220V电源钮子开关，使直流电动机M启动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值为零。2) 分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机MG磁场调节电阻R3，负载电阻R4（先调节相串联的900欧电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900欧电阻相并联的旋钮），使直流电动机M的转速nN1600r/min，Ir+Ia=IN=0.55A,此时 If=IfN，记录此值。图16 直流他励电动机机械特性测定接线图3) 保持电动机的U=UN=220V,，If=IfN不变，改变R4及R3阻值，测取M在额定负载至空载范围的n、In，共取56组数据填入表17中。表17 UN=220V IfN= AIa(A)N(r/min)4) 拆掉开关S2的短接线，调节R3，使发电机G的空载电压达到最大（不超过220V），并且极性与电动机电枢电压相同。5) 保持电枢电压U=UN=220V，If=IfN，把开关S2合向1”端，把R4值减小，直至为零(先调节相串联的900欧电阻旋钮,调到零用导线短接以免烧毁熔断器)。再调节R3阻值使阻值逐渐增加，电动机M的转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，则电动机进入第二象限回馈制动状态进行直至电流接近0.8倍额定值(实验中应注意电动机转速不超过2100转/分)。6) 测取电动机M的n、Ia,共取5-6组数据填入表1-8中。表18 UN=220V IfN= AIa(A)N(r/min)因为T2=CMI2，而CM总为常数，则TI2，为方便起见，只要求n=f(Id)特性，见图17。图17 直流他励电动机电动及回馈制动特性2、 电动及反接制动特性在断电的条件下，对图16作如下改动:（1）、R1为1800欧磁场调节电阻，R2为900欧电阻。R3不用，R4不变。（2）、S1合向”1”端，S2合向”2”端(短接线拆掉，把发电机G的电枢两个插头对调。实验步骤：1) 在未上电源前,R1置最小值,R2置最大值2) 按钱前述方法启动电动机，测量发电机G的空载电压是否和直流稳压电源极性相反，若极性相反可把S2合向”1”端。3) 调节R2为900欧，调节直流电源电压U=UN=220V，调节R1使If=IfN，保持以上值不变，逐渐减小R4阻值，电机减速直至为零，继续减小R4阻值，此时电动机工作于反接制动状态运行(第四象限)。4) 再减小R4阻值，直至电动机M的电流接近0.8倍IN，测取电动机在第1，第4象限的n、I2，共取5-6组数据记录于表19中。表19 R2=900 UN=220V IfN= AI2(A)N(r/min)为简便起见，画n=f(Ia)，见图1-8。图18 直流他励电动机电动及反接制动特性3、 能耗制动特性图16中，R1用1800欧，R2改为360欧(采用90欧电阻相串联)，R3采用900欧电阻，R4仍用2250欧电阻。（1）、操作前，把S1合向”2”端，R1，R2置最大值，R3置最大值，R4置300欧(把两只串联电阻调至零位，并用导线短接,把两只并联电阻调在300欧位置)，S2合向”1”端。（2）、按前述方法起动发电机G(此时作电动机使用)，调节直流稳压电源使U=UN=220V，调节R1使电动机M的If=IfN，调节R3使发电机G的If=80mA，调节R4并先使R4阻值减小，使电机M的能耗制动电流Ia接近0.8IaN数据，记录于表110中。表110 R2=360 IfN= mAI2(A)N(r/min)（3）、调节R2到180欧，重复上述实验步骤，测取In、n，共取6-7组数据，记录于表111中。表111 R2=180 IfN= mAI2(A)N(r/min)当忽略不变损耗时，可近似为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转距T2=CmIa，他励电动机在磁通不变的情况下，其机械特性可以由曲线n=f(Ia)，见图19。图19 直流他励电动机能耗制动特性六、思考题答案（1）、直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩的方向是否也不变?为什么?参考答案：电磁转矩方向改变。例如当直流电动机进行能耗制动时，由其方程式可知，当n0时，T0，即当直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，但电磁转矩方向却改变了。（2）、M、G实验机组，当电动机M从第一象限运行到第四象限，其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么?作为负载的G，从第一到第四象限其电磁转矩方向是否改变?为什么?参考答案：当电动机带动未能性负载进行反接制动时，由于负载转矩大于起动转矩，因此电动机在重力的作用下使重物下放，此时n0，感应电动势方向改变，但电动机的电磁转矩方向却保持不变。作为负载的G，作为发电机运行，当其转速方向改变时，其感应电动势与转速成正比，因此感应电动势方向改变，电枢电流方向改变，从而使得电磁转矩方向改变。实验三 单相变压器一、实验目的1、空载和短路实验测定变压器的变比和参数。2、负载实验测取变压器的运行特性。二、实验内容1、空载实验测取空载特性Uof(Io)，Pof(Uo)。2、短路实验测取短路特性UKf(IK)，PKf(IK)。3、负载实验（1）纯电阻负载保持U1UN，COS21的条件下，测取U2f(I2)。（2）阻感性负载（COS20.8）保持U1U1N，COS20.8的条件下，测取U2f(I2)。三、实验仪器1、电机拖动实验装置主控制屏2、ZYDT08三相组式变压器3、ZYD83功率、功率因数表4、ZYDT01交流电流表（数字式）5、ZYDT02交流电压表（数字式）6、ZYDT13三相可调电阻器7、ZYDT11波形测试及开关板四、实验原理在使用基本方程组、等效电路和相量图来分析和计算变压器性能时，首先都必须知道变压器的参数，这些参数可以根据变压器所用的材料和有关的几何尺寸，在设计变压器时，通过计算求得，但对已制成的具体变压器来说，也可以通过实验方法求取。由于变压器的等效电路是一个四端网络，故其参数可以通过空载和短路实验测出。五、实验内容及注意事项注意事项：（1）、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置。（2）、短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。1、空载实验测空载特性Uof(Io)，Pof(Uo) 1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图21接线。被试变压器选用三相组式变压器中的一只作为单相变压器，其额定容量PN50W，U1N/U2N220/127V，I1N/I2N0.227/0.4A。变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。2）选好所有电表量程。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。3）合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。调节调压器旋钮，使变压器空载电压Uo1.2UN，然后，逐次降低电源电压，在1.20.2UN的范围内，测取变压器的Uo、Io、Po。4）测取数据时，UUN点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据67组。图21空载实验接线图5）为了计算变压器的变比，在UN以下测取原方电压的同时测出副方电压，数据也记录于表21中。表21序号实验数据计算数据Uo(V)Io(A)Po(W)UAX(V)COSK2、短路实验测短路特性UKf(IK)，PKf(IK)。图22 短路实验接线图1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图22接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。2）选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。3）按通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN为止，在（0.21.1）IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。4）测取数据时，IKIN点必须测共测取数据56组记录于表22中。实验时记下周围环境温度（）。注意：短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。表22室温序号实验数据计算数据Uo(V)Io(A)Po(W)UAX(V)COSK3、负载实验实验线路如图23所示。变压器低线圈接电源，高压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。图23负载实验接线图（1）、纯电阻负载保持U1UN，COS21的条件下，测U2f(I2)。1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S1、S2打开，负载电阻值调到最大。2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U2UN。3）在保持U1UN的条件下，合上S1逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的值，从空载到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2的电流I2。4）测取数据时，I20和I2I2N0.227A必测，共取数据57组，记录于表23中。 表23COS21U1UN110V序号U2（V）I2（A）1200.40.1422198.30.2023196.30.2544195.00.3035192.30.3566190.50.4067188.90.441（2）、阻感性负载（COS20.8）保持U1U1N，COS20.8的条件下，测得U2f(I2)。1）用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗值调至最大。2）接通交流电源电压至U1U1N。3）合上S1、S2，在保持U1U1N及COS20.8条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U2和I2。4）测取数据时，其中I20，I2I2N两点必须测，共测取数据56组记录于表24中。 表24 COS20.8UUNV序号U2（V）I2（A）六、思考题答案（1）、变压器空载和短路实验中电源电压一般加在哪一方较合适？参考答案：为了安全起见，空载实验中电源电压一般加在变压器低压侧，短路实验中电源电压一般加在变压器高压侧。（2）、在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？参考答案：空载实验中，电流表与电压表应采用内接法联接，短路实验中，电流表与电压表应采用外接法连接。（3）、激磁参数为什么要在额定电压下求取？参考答案：由于变压器的励磁参数Rm和Xm与磁路的饱和程度有关，在不同电源电压下测出有不同的数值，为了使测出的参数能符合变压器的实际运行，应选取额定电压时的数据来计算激磁阻抗。实验四 三相鼠笼异步电动机的工作特性一、实验目的1、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。2、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。3、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载实验的方法。二、实验内容1、测量定子绕组的冷态直流电阻2、判定定子绕组的首末端3、空载实验4、短路实验5、负载实验三、实验仪器1、电机拖动实验装置主控制屏2、DD02电机导轨、测速发电机及转速表3、ZYDJ12校正直流电动机4、ZYD83功率、功率因数表5、ZYDT01交流电流表（数字式）6、ZYDT02交流电压表（数字式）7、ZYDT11波形测试及开关板8、ZYDT13三相可调电阻器9、ZYDJ11三相鼠笼式异步电动机四、实验步骤及注意事项1、测量定子绕组的冷态直流电阻。将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组或铁心的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。（1）、伏安法图31三相交流绕组电阻测定1）量程的选择：测量时通过的测量电流小于电机额定电流的20%，即为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约50，因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档。2）按图31接线。把R（用900阻值）调至最大位置，合上开关S1，调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20%，以防止因试验电流过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S2读取电压值。读完后，先打开开关S2，再打开开关S1。断开S2，S1的次序不能颠倒，以防损坏电压表V。3）每一电阻测量三次，取平均值，测量定子三相绕组的电阻组，记录于表31中。注意事项：1） 在测量时，电动机的转子须静止不动。2） 测量通电时间不应超过2分钟。表31绕组绕组绕组I（A）50 4030504030504030U（V）0.850.670.510.850.680.510.860.670.51R（）1716.751717171717.216.7517（2）、电桥法用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥大致平衡的位置。然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮按入检流计。测量完毕，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。数据记录于表32中。表32绕组绕组绕组R（）171717电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。2、判定定子绕组的首末端先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联，如图32所示。将控制屏左侧调压器旋钮调至零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通交流电源。调节调压旋钮，使在绕组端施以单相低电压U=80V100V，注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压，如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端和首端相连，如图32（a）所示。反之，如测得电压近似为零，则两相绕组的末端与末端（或首端与首端）相联，如图32（b）所示。同样方法测出第三相绕组的首末端。32（a） 3-2(b)图32三相交流绕组首末端测定3、空载实验（1）、按图33接线。电机绕组为接法（UN220V），负载电机不接。图33三相鼠笼式异步电动机试验接线图（2）、把交流调压器调至电压最小位置，接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求（如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源）。（3）、保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行实验。（4）、调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。在这范围读取空载电压、空载电流。空载功率。（5）、在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据79组记录于表33中。表33序号UUo（V）Io（A）Po（W）COSoUABUBCUCAUoIAIBICIoPIPIIPo1220220220220.0000.2740.2810.2760.199-20.737.0216.320.472264.1265263.1264.0670.3390.3520.3450.160-32.454.0721.670.463180.5180.8180.5180.4330.2240.2230.2240.129-12.925.1012.20.444140.3140139.7140.0000.1750.1760.1740.101-6.8215.979.150.425100.899.6599.92100.1230.1350.1330.1300.077-2.489.116.630.4660.6358.9659.559.7950.1100.1020.9070.059-0.234.744.970.37720.9118.8413.9219.6900.0790.0740.6690.158-0.270.800.530.344、短路实验（1）、测量接线图同33。用制动工具把三相电机堵住。（2）、调压器退至零，合上电源，调节调压器使之升压到1.2IN，再逐次降压到0.3IN。（3）、在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。（4）、共取数据45组记录于表34中。表34序号UUK（V）IK（A）PK（W）COSKUABUBCUCAUKIAIBICIKPIPIIPK172.3071.2071.5671.6870.5810.5760.5760.334-0.9134.25833.3400.47266.3864.7865.1465.4330.5150.5100.5050.294-1.0627.0325.9700.46360.7459.0659.5259.7330.4560.4490.4450.260-1.221.4920.2900.44454.8253.4953.6253.9770.3950.3930.3870.226-1.3816.6815.3000.42549.4147.6748.0248.3670.3390.3370.3290.193-1.3012.3611.0600.40642.7441.1641.2441.7130.2730.2710.2650.156-1.218.287.0700.37736.5134.9935.0735.5230.2130.2130.2030.121-1.035.264.2300.345、负载实验（1）、测量接线图同图33。同轴联接负载电机。（2）、合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压（试验时保持电压恒定）。（3）、合上校正的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正（50mA或100mA）值并保持不变。（4）、调节负载电阻RL，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。（5）、从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速。直流电机的负载IF（可查对应的T2值）等数据。（6）、共取数据56组记录于表35中。表35序号I（A）P（W）IF（A）T2（Nm）n(r/min)IAIBICI1PIPIIP11234567五、思考题及答案（1）、由空载、短路实验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素引起误差？参考答案：引起误差的主要因素有：1）测量时的误差；2）计算空载阻抗时，忽略了定子绕组电阻；3）假设铁耗的大小与定子电压的平方成正比；4）作图时人为误差等。（2）、从短路实验数据我们可以得出那些结论？参考答案：从短路实验数据我们可以求取异步电动机的短路阻抗以及额定电流时的定、转子铜耗。实验五 三相异步电动机的起动与调速一、实验目的1、 通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。二、实验内容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、自耦式变压器起动。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。三、实验仪器1、电机拖动实验装置主控制屏2、DD02电机导轨、测速发电机及转速表3、ZYDJ12校正直流电动机4、ZYDT16绕线式异步电机转子电阻5、ZYDT01交流电流表（数字式）6、ZYDT02交流电压表（数字式）7、ZYDT11波形测试及开关板8、ZYDJ11三相鼠笼式异步电动机9、ZYDJ10三相绕线式异步电动机四、实验原理异步电动机直接起动时起动电流大而起动转矩小，过大的起动电流将引起电网电压的波动，影响接在同一电网上的其它电机与电气设备的正常运行；而且使电机本身受到过大的电磁力冲击；经常起动的电机还有可能使绕组过热而烧坏。小的起动转矩将使拖动系统的起动时间太长而影响生产率；对于重载起动将非常困难。为此，必须采取人为措施以改善其起动性能。对笼型电机而言，主要是用降低定子端电压的办法来限制起动电流；而对绕线式电动机而言，主要是用转子回路串电阻起动，既可以限制起动电流，由可以增大起动转矩。由异步电动机的转速公式可知，改变异步电动机的转速的方法有改变电源频率、改变电机定子绕组的极对数和改变转差率，改变转差率的方法很多，主要有改变定子电压、转子回路串电阻等，本实验采用的调速方法是绕线式异步电动机的转子回路中串电阻。五、实验步骤及注意事项1、 三相笼型异步电动机直接起动实验。按图3-5接线,电机绕组为接法仪表的选择：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。1）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。图35 异步电机直接起动实验接线图2）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。3）断开三相交流电源，将调压器退到零位。用堵转工具将电动机堵住。4）合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达2-3倍额定电流，读取电压值Uk，电流值Ik，转矩值TK，填入表36中，注意实验时，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比较下式计算:TST=式中IK：起动试验时的电流值，A；TK：电机额定电压，V；式中UK：起动实验是的电压值，V； UN：电机额定电压，V。表36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-)起动图36 异步电机Y起动接线图按图3-6接线，电压表，电流表的选择同前。1）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