电机及拖动基础实验指导书.doc

电机及拖动基础实验指导书主编 冯 翼审核 牛 勇校对 杨 艺北方民族大学电气信息工程学院二八年九月目 录第一章 电机实验的基本要求1 一、实验前的准备1 二、实验的进行过程1 三、实验报告的编写2第二章 操作注意事项4第三章 电机实验5 实验一 直流发电机的工作特性实验5 实验二 直流电动机工作特性及调速特性实验10 实验三 单相变压器等效参数测定实验14实验四 三相异步电动机参数测定20 实验五 三相异步电动机工作特性与机械特性测定24第一章 电机实验的基本要求电机实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法和操作技能，培养学生学会根据实验目的拟定实验线路、选择所需仪表、确定实验步骤、测取所需数据、进行分析研究，得出必要结论，从而提出实验报告。在整个实验过程中，人们必须严肃认真，集中精力，现按实验过程提出下列基本要求：一、实验前的准备：实验前应复习教科书中所学的有关章节，认真研究实验实验指导书，明确实验目的、内容、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题，有些内容可到实验室对照实物预习（如抄录被试电机铭牌、选择设备仪表），而后按照实验项目准备记录表格等。实验前应写好预习报告，其内容包括：实验名称、线路图、实验步骤、记录表格及注意事项等。预习报告及指导教师检查认为确定做好了实验前的准备，方可进行实验。认真做好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作的能力，提高实验质量和效率都很重要。二、实验的进行过程：在电机实验中所使用的电源，由于电压较高、电流较大、同时实验设备大多数是带旋转部分的机组，必须特别注意安全，严格遵守操作规程，以保证人身安全和仪器设备的安全。1、建立小组，合理分工：每次实验以小组为单位进行，每组由3-4人组成，推选组长一名，组长负责实验的进行，诸如分配记录、接线、调节负载、测量转速等工作，务求在实验过程中操作协调，数据准确。2、抄录铭牌，选择仪表：实验前应首先熟悉被试机组，记录电机及所有设备的铭牌和仪表量程，然后将仪表设备布置整齐，便于测取数据。3、按图接线，力求简明：根据实验线路图及所选仪表设备，按图接线。（1）合理安置仪器设备，使整个电路简明、合理、调节和读数最方便，并须顾及安全。（2）按照线路电流的大小来选择连接导线。（3）先按主电路再接其他电路。（4）检查线路种所有仪器设备是否完好，仪器量程与测试数据是否配合，所有调节设备是否在正常位置、仪表指针是否在零点。（5）本实验小组的同学应相互检查线路，要求每个人都清楚地掌握所接线路及个仪表和设备的作用。（6）实验线路经指导教师检查同意后，才能接通电源进行实验。4、实验开始前，实验小组应对实验方法及操作步骤进行讨论，取得一致意见，每项实验都应有明确地分工。5、启动电机，观察仪表：在正式实验开始之前，校准个仪表零位，熟悉刻度，并记下倍率，然后启动电机，观察所有仪表是否正常（如指针正、反向等），如出现异常，应及时报告，查清原因。如一切正常，即可正式开始实验。6、按照计划，测取数据：预习时对实验内容与实验结果应事先做好理论分析，并预测实验结果的大致趋势，做到心中有数，正式实验时，读取数据的多少及各组数据的间隔，应据实验内容确定，数据过多则费时间，太少则达不到要求。例如测取电机的磁化曲线时，在直线部分可以少取一些读数，而在饱和值附近应多取几组数据。7、认真负责，完成实验：实验完毕，应将数据交指导教师审阅，认可后，才允许拆线，并整理好实验台，归还仪表、导线渔工具等。三、实验报告的编写实验报告应根据实验目的，实测数据及在实验中观察和发现的问题，经过分析研究，得出结论或通过分析讨论写出心得体会。实验报告要简明扼要，字迹清楚，图表整洁，结论明确。内容包括：1、实验名称，专业班级，组别，姓名，同组同学姓名、实验日期、室温。列出被试电机及使用的设备仪表编号、规格、铭牌数据（额定容量、额定电压、额定电流及额定转速等）。2、实验目的，实验项目。3、实验报告的内容要精简扼要，字迹图表整齐清楚。4、数据整理和计算：记录数据的表格上需说明实验是在什么条件下进行的。例如：做发电机空载实验时：，。5、各项数据如系计算所得，必须列出所用公式，并以一组数据为例进行计算，直接列入表中。6、绘制曲线必须用坐标值画出，尺寸不得小于8080（mm2），曲线要用曲线尺或曲线板练成光滑曲线，不在曲线上的点按实际数据标出。7、结论：分析讨论的内容主要是对实验结果进行理论分析，比较各种不同实验方法所得结果，并指出其优缺点。有些实验结果与书本上得理论分析有所出入，其原因需作必要的说明。也可以写出实验的收获核心得体会。对被试电机的性能作出评价。分析讨论是实验报告中不可缺少的重要部分，必须深入思考，认真进行。逐步培养分析问题和解决问题的能力。每次实验每人独立作一份报告，按时送交指导教师审阅。第二章 电机实验安全操作注意事项为了按时完成电机实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守实验室的安全操作规程，一般电机实验的安全操作注意事项如下：1、人体不可接触带电线路。2、电源必须经过开关（或接触器）、保险丝后接入电机。接线或拆线都必须在切断电源（即拉开电源开关）情况下进行。3、学生独立完成接线或改接线路后，必须经指导教师检查允许，招呼全组同学引起注意后，方可合上电源。实验中如发生事故，应立即切断电源保护现场，并报告指导老师，检查允许，待查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。4、实验时应注意衣服、围巾、发辫及实验接线用的导线等，不得卷入电机的旋转部分，不得使用手或脚去促使电机启动或停转，以免发生危险。5、操作开关应迅速果断，快合快断，以免产生电弧烧坏闸刀，合闸时应使刀片投入刀座，保持接触良好。6、电动机直接起动时，电流表应从线路中拆离或经并联开关短路。7、电流互感器在使用时副方不得开路，以免产生高电压损坏仪器和危及人身安全。对具有很多匝数线圈的线路，要小心断路时产生高电压引起的危险。电容器用完后必须进行放电。8、总电源应由实验室工作人员掌管，其他人不得乱动。第三章 电机实验 实验一 直流发电机的工作特性测定实验（验证性实验）一、实验目的1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特行评定被试电机的有关性能。2、掌握直流发电机的自励条件并观察自励过程。二、实验仪器与器材1、直流发电机组2、起动电阻器3、灯箱4、直流电压表 D26-V 150/300/60025、直流电流表 D26-A 10/20A2 0.5/1A26、划线变阻器 20A、10、1A、1.9K27、转速表三、实验内容及步骤内容：1、用他励方式测取直流发电机的空载特性、外特性。2、研究并励直流发电机的自励条件并观察自励过程。3、测取并励直流发电机的外特性。 步骤：本实验采用直流他励电动机作原动力，用电枢串电阻方法起动电动机，在起动电动机时励磁回路串联电阻应放最小位置。本实验采用灯箱作为发电机的负载，因此改变接通灯泡的个数就可以改变发电机的负载大小。（一）他励直流发电机：1、空载特性：保持,测取。如图1-1接线，检查无误后，调节电动机励磁回路串联电阻Rf1在最小位置，发电机空载。合上开关，起动直流电动机，观察电机转向是否与标志方向一致。然后调节电动机电枢串联电阻及励磁回路串联电阻，使发电机转速达额定值。将开关倒向（他励）闭合，闭合前将发电机励磁回路串联电阻调到最大。闭合后逐渐减小电阻，使发电机空载电压左右，在保持发电机转速为额定值的条件下，从开始，将发电机励磁电流逐渐减小，每次记下发电空载电压及励磁电流，直至（即打开开关）。共取7-9组数据（在附近测点应较密），记录于表1-1中，当时测得的电压即为发电机的剩磁电压。注意在减少励磁电流时只能单方向调节。 图11表1-1 转/分 安 伏 (伏)（安）2、外特性：保持，测取。如图1-1接线，在发电机空载时起动直流电动机，开关合向（他励）位置。保持发电机转速为额定转速；调节发动机励磁回路串联电阻，使发电机空载电压等于额定电压，保持流励磁电流不变，即找到，,点，记下该组数据。在保持，不变的条件下，逐次增加负载（即增大发动机负载电流），直至，每次记下发电机输出电流和输出电压，共取6-8组数据，记录于表1-2中表1-2 转/分 安 (伏)（安）（二）、并励直流发电机：1、自励过程：如图1-1接线，发电机空载，其励磁回路开关打开，起动直流电动机，将发电机转速调到额定转速，用电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无，应将发电机接成他励，对电机进行充磁。调节发电机励磁回路串联电阻到最大位置，将开关合上（并励）位置，逐步减小，观察电枢两端电压，若电压上升则说明发电机励磁绕组产生的磁通与剩磁方向相同，反之，则应调换发电机励磁绕组极性或改变发电机旋转方向。注意不可带电操作。当上述剩磁电压和绕组联接均合要求时，且励磁回路总电阻小于临界电阻，电刷接触情况良好，就能建立稳定电压。对应着一定的励磁电阻，逐步降低电机转速，发电机电压随之下降，直到电压不能建立，此时转速即为临界转速。2、外特性：保持,常数，测取如图1-1接线，开关合向（他励）位置，发电机空载，起动直流电动机，并保持发电机转速为额定转速，调节使发电机空载电压等于额定电压，并保持不变和不变，逐渐增加发电机负载（增大发电机负载电流），直至，每次记下发电机输出电流和输出电压,共取6-8组数据，记于表1-3中。表1-3 转/分 (伏)（安）四、实验要求1、据空载实验表1-1所列数据，画出直流发电机的空载特性曲线，并从曲线中求出额定电压是电机的饱和度。（方法间附注）2、在同一坐标纸上画出他励、并励发电机的外特性，分别计算两种励磁方式时电压的变化率。，并讨论差异的原因。3、据所试发电机分析直流发电机的自励条件，并求取在额定转速下该发电机的临界电阻值。五、实验思考题1、在求取直流发电机各种特性曲线时，应保持哪些量不变，读取哪些数据？2、做空载特性实验时，励磁电流为何不能忽大忽小，而要保持单方向调节？3、并励直流发电机的自励条件是什么？当发电机不能自励时应如何处理？附注额定电压时电机的饱和系数及在额定转速下发电机的临界电阻值的计算方法：原始实验数据曲线是，有剩磁电压。把曲线沿直线部分延长交横轴点，由此得空载特性曲线，于是电机饱和度（或称饱和系数），为：，一般其临界电阻实验二 直流电动机工作特性和调速特性测定实验（设计性实验）一、实验目的1、熟悉并励直流电动机的起动方法。2、掌握测定并励直流电动机工作特性的方法。3、掌握并励直流电动机的调速方法和调速特性。二、实验内容1、熟悉并励直流电动机的起动方法用起动电阻器起动。2、用实验方法测定并励直流电动机的工作特性。3、用实验方法测定并励直流电动机的调速特性。三、实验仪器与器材1、直流电动机组，起动变阻器2、直流电压表 D26-V、150/300/60023、直流电流表 D26-A、10/12A2、0.5/1A24、滑线变阻器 20A、101、1A、1.9K25、灯箱6、转速表四、实验设计思路实验提示：试调节电枢回路电阻使当Ia=0.6IN时，使转速n=1500 r/min调节励磁回路电阻使当Ia=IN时，使转速n=1600 r/min五、参考实验方案（一）工作特性保持,不变，测取，。按图2-1接线，电动机电枢回路串联电阻短接，发电机空载，其励磁回路串接调到最大，合上电源开关，用起动器起动直流电动机。调节电源电压，使电动机电枢两端电压等于其额定电压，调节，使电动机转速等于其额定转速，即，。调节使发电机励磁电流为其额定定值。在保持，不变时，逐步增加发电机负载电流，直到电动机输入电流达到额定电流为止，此点即为电动机额定运动点，记录电动机输入电流，转速和发电机负载电流及。以后在,及不变的条件下，逐步减小发电机输入电流输出电流直至。共取6-8组数据，记录于表2-1中。表2-1 伏 安 安 (安)（转/分）（安）（牛.米） (瓦)（二）、调速特性1、改变电枢电压调速：按图2-1接线，发电机空载，电阻调为零，按前述方法起动直流电动机。调节电源电压等于电动机的额定电压，,调节电动机励磁电流,适当增加发电机负载，使电动机电流，记下此时发电机负载电流，在保持，不变，发电机励磁电流为规定值条件下，逐次调节，以改变电压，电动机转速逐次减小，每次测量，共取56组数据，记录于表22中。表2-2 安 安（伏）（转/分）（安）2、改变励磁电流调速按图2-1接线，按前述方法起动直流电动机，保持电动机电枢电压，适当增加电动机负载，使其电流，在保持，发动机电枢电流不变，其励磁电流为规定值条件下，缓慢地减小电动机励磁电流，电动机转速逐渐增加，一直到为止，其取5-6组数据，记录于表2-3中。表2-3 伏 安 安 牛米（安）（转/分）（安）六、实验要求1、根据实验（二）的数据计算并给出并励直流电动机的工作特性曲线，。电动机的输出转矩等于发电机轴上输入转矩。电动机的输入及输出功率为： (瓦)。（瓦），式中单位为牛米。 （瓦），式中单位为公斤米。由工作特性计算转速变化率。2、画出并励直流电动机调速特性和，分析两种调速方法的优缺点。当等于常数时，两种调速方法的电枢电流变化情况如何？七、实验思考题1、并励直流电动机有哪些起动方法？各有什么特点？2、并励直流电动机的调速原理是什么？有哪些调速方法？他励直流电动机呢？图21 实验三 单相变压器等效电路参数的测定（验证性实验）一、实验目的1、掌握用实验方法测定单相变压器的参数。2、掌握通过负载实验确定单相变压器的运行特性。二、实验仪器与器材1、单相变压器，三相调压器，灯箱。2、交流电流表：小量程和大量程各一块 D26-A0.5/1A1 10/20A13、交流电压表：小量程一块；大量程两块 D26-V24、功率表：和各一块。5、D34-W16、D39-W1三、实验内容及步骤内容：1、测定单相变压器的变化。2、通过空载实验测取空载特性。3、通过短路实验测取短路特性。4、通过变压器接线电阻负载实验测取负载特性。 步骤：（一）、测变比：如图3-1接线，电源经调压器BT接至低压线圈，高压线圈开路，闭合电源开关K，将低压线圈外施电压调至50额定电压左右，测量低压线圈电压和高压电圈电压。对应不同输入电压，共取三组数，记录于表3-1中。图31表3-1（伏） (伏)(二)、空载实验：如图3-2接线，变压器低压边接电源，高压边开路。用低功率因数瓦特表测功率。接通电源前，调压器BT应调到零位。检查无误后，合上开关,调节电压到1.2，然后逐次降压，每次测量空载电压，电流及损耗，在1.2-0.5内，测取8-9组数据，记录于表3-2中。图32表3-2序 号实验数据计算数据 (伏) (安) (瓦)(三)、短路实验：如图3-3接线，变压器高压边接电源，低压边直接短路（或接一电源表短路）。接通电源前，调压器应调到零位。检查无误后，合上开关，逐渐增加电压使短路电流达1.1,在1.1-0.5内，测取短路功率，短路电压和电流，读取5-6组数，记录于表3-3中。本实验应尽快进行，否则线圈发热，线圈电阻增大。测量变压器的周围环境温度，作为实验时线圈的实际温度。图33表3-3 序号（安）（伏）（瓦）（四）、负载实验：如图3-4接线，变压器原方经调压器，开关接电源，副方接线电阻负载。将负载电阻调至最大值，闭合开关，调节外施电压使，并保持不变，逐次减少负载电阻，增加负载电流，在输出电流从零到额定值范围内，测取输出电流和电压，共取6-8组数据，记录于表3-4中图34表3-4 伏 （安）（伏）四、实验要求（一）、计算变比：根据测变比实验所得三组数据，分别计算变比，取其平均值作为被试变压器的变比。（二）、根据空载实验数据作空载特性曲线和计算激磁参数。1、计算， 作空载特性曲线， 2、计算激磁参数从空载特性上查的空载电压为额定电压（）时的和。用以计算激磁参数。，折合到原方：，(三)、根据短路实验作短路特性曲线和计算短路参数1、作短路特性曲线，及。式中。2、计算短路参数：从短路特性曲线上查得短路电流等于额定电流时的短路电压和短路损耗，计算实验温度下的短路参数：， 折算到75下的短路参数。，（为常数，铜=235，铝=228）。计算短路电压（阻抗电压）百分数：；（瓦）额定电流时短路损耗。（四）根据空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的简化等值电路图。（五）根据负载实验数据，计算电压变化率。1、作线电阻的外特性曲线，根据表34数据，给出外特性曲线。2、按下式计算时变压器的电压变化率：（i）式中：负载系数，。（ii）由外特性曲线得： 二者进行比较。五、实验思考题1、如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗？2、变压器空载及短路实验时应该注意哪些问题？3、一般电源应该按在哪一方比较合适？4、变压器按不同性质的负载，其电压变化率有何不同？为什么？实验四 交流电动机参数测定实验（验证性实验）一、实验目的掌握用实验方法测定三相异步电动机参数二、实验内容1、通过空载实验测取空载特性曲线（I0，P0=f（U0）。2、通过短路实验测取短路电流Ik，短路功率Pk与短路电压Uk的关系曲线。三、实验设备三相异步电动机组三相调压器交流电压表：小量程100V，大量程300-600V个三块交流电流表：小量程1A，大量程10A各三块功率表：，D39-W两块；，量程1KW两块四、实验说明图4-1（一）空载实验如图4-1接线，功率表用低功率因数表。将调压器输出调至零位，闭和开关K，逐步升高电压，起动电动机。使电动机在额定电压下空载运行数分钟，待机械摩擦稳定后再进行实验，调节外施电压由1.2UN逐渐降低，直到转差率显著增大，电子电流开始回升为止。每次测量空载，空载电流，空载功率，共7-9组数据，记录于表4-1中。注意在UN附近应多测几个点。表4-1序号空载电压（伏）空载电流（安）空载功率（瓦）功率因数UABUBCUCAU0IAIBICI0PIPIIP0COS0（二）短路实验如图4-1接线，应注意更换仪表量程。先检查电动机转动方向后，将转子堵住。调节电动机外施电压使短路电流迅速升到1.2IN开始测量，逐步降低电压使短路电流降到0.3IN为止，每次同时读取三相短路电压，电流，输入功率，共取5-6组数据，记录于表4-2中。此实验应迅速测量，以免绕组过热。表4-2序号短路电压（伏）短路电流（安）短路功率（瓦）功率因数UABUBCUCAUkIAIBICIkPIPIIPkCOSk五、实验报告要求（一）作空载特性曲线：I0，P0，COS0=f（U0）；作短路曲线IK，PK=f（UK）（二）由空载，短路实验数据求简化的等值线路参数由表4-1中：U0=( UAB+UBC+UCA)/3伏I0=（IA+IB+IC）/3安P0=（P1PII）瓦COS0=P0/1.732U0I0在表4-2中：Uk=( +UABUBC+UCA)/3伏Ik=（IA+IB+IC）/3安Pk=（P1PII）瓦COSk=P0/1.732UkIk1、确定机械损耗和铁耗：做曲线P/0=P0-I20r1=f（U20），延长曲线交纵轴于K点，K点的纵坐标即为机械损耗，过K点作点画线平行于横轴，即可得相应于不同电压值的铁耗PFe，见图4-2图4-22、 求激磁参数：Z0=U0/I0=Z1+Zm=r1+jx1+rm+jXm因r1，x1，rmXm故激磁电抗：Xm= U0/I0激磁电阻：rm =PFe/3I20，式中U0，I0为空载额定相电压和相电流。3、 求短路参数：短路阻抗：Zk=Uk/Ik，短路电阻：rk=PK/3I2k短路电抗：XK=（Z2K-r2k）1/2式中UK，IK为相应于IK=IN时的相电压和相电流，PK为三相短路功率。定转子电阻的折合值：r1=r/2=rk/2定转子阻抗：X1=X/2=XK/2六、思考题1、如何用实验法测定三相异步电动机的铜耗和机械损耗