电拖实验报告

1/38电拖实验报告实验报告本课程名称：班级：姓名：学号：指导老师：xx学院自动化专业实验室实验一认识实验一实验目的1学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。2认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。3熟悉他励电动机的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。二预习要点1如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表、电流表的量程。2直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？3直流电动机起动时，励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？4直流电动机调速及改变2/38转向的方法。三实验项目1了解MEL系列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。2用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。3直流他励电动机的起动，调速及改变转向。四实验设备及仪器1MEL-I系列电机系统教学实验台主控制屏23直流并励电动机M034220V5电机起动箱操作并填表打开电源并调至产生220V速测取UM、Ia填入表1-1；表1-1表中Ra1=/3Ra2=/3Ra3=/32直流电动机的起动操作步骤：3/38停机电源），机，对调六、应调到什么位置？为什么？答：将电机电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小。一方面限制起动电流、另一方面避免造成飞车现象。2.增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？答：增大电枢回路的调节电阻，电机的转速降低。增大励磁回路的调节电阻，转速将会减小。3.用什么方法可以改变直流电动机的转向？答：用反接的方面可以改变直流电动机的转向4.为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？答：为了防止电机飞车现象的产生实验二直流并励电动机一.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？4/382.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及n=f。2.调速特性改变电枢电压调速保持U=UN、If=IfN=常数，T2=常数，测取n=f。改变励磁电流调速保持U=UN，T2=常数，R1=0，测取n=f。观察能耗制动过程四实验设备及仪器1MEL系列电机教学实验台的主控制屏。2电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量或电机导轨及编码器、转速表。3可调直流稳压电源4直流电压、毫安、安培表。5直流并励电动机。6波形测试及开关板。7三相可调电阻900。四、实验步骤1并励电动机的工作特性和机械特性。实验线路如图1-6所示：正向起动电动机，并使电动机处在额定运行点，记录此时的励磁电流I5/38f?IfN?92mA，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1-8U=UN=220VIf=IfN=ARa=P2=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=P2P1100由工作特性求出转速变化率：n=nO?nNnN1002调速特性改变电枢端电压的调速6/38正向起动电动机，使电动机处在U=UN，Ia=，If=IfN，记录此时的T2=保持T2不变，If=IfN不变，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1-9If=IfN=A,T=改变励磁电流的调速正向起动电动机，使电动机处在U=UN，Ia=，记录此时的T2=保持T2和U=UN不变，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n=，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-能耗制动，按图1一7接线：7/38MEL-03中两只900电阻并联。将开关S合向“1”端，R1调至最f调至最小，起动直流电机。运行正常后，从电机电枢的一端记录停机时间。c重复起动电动S合向“2”端记d选择不同RL阻值，观察五实验数据分析与处理1.由表1-8计算出P2和，并绘出n、T2、=f及n=f的特性曲线。2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f和n=f。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？答：制动电阻RL越大，能耗制动时间越长。根据公式可知To与制动电阻RL成正比关系。该制动方法制8/38动过程转速下降，制动转矩减小，制动效果变差。六思考题1、并励电动机的速率特性n=f为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？答:根据公式可得斜率较小且是负值。会出现上翘现象。在制动结束的时候，感应电动势和提供电压的方向相同，故斜率变为正值，在位能性负载的带动下出现上翘现象。在一定程度上，会因电流的上升而提高转速，但是这种现象可能会造成电流过载，烧毁电机。2、电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？答：电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压时电枢电流就会减少根据公式，发现这样会导致转速降低。3、当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？答：根据公式可知，在弱磁调速时，人为机械特性在固有机械特性上方，而且特性变软，故减小励磁电流会引起转速的升高。9/384、并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”？为什么答：在弱磁调速时，当磁场回路断线时转速会突然增大，有可能会出现飞车现象。实验三三相变压器一.实验目的1通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。2通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。二.预习要点1如何用双瓦特计法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。2三相心式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？3如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。变压器的绕组都有一定的电阻，铜耗的大小取决于负载电流和绕组电阻的大小。铜耗PcuPFe?I22Rsh由于铁芯中的磁通交变的，在贴心和结构件要10/38产生磁滞损耗和涡流损耗，?P04变压器空载和短路实验应注意哪些问题？电源应加在哪一方较合适？在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。三、实验设备1MEL系列电机教学实验台主控制屏2功率及功率因数表3三相心式变压器或单相变压器4三相可调电阻9005波形测试及开关板6三相可调电抗四、实验步骤1.测定变比实验线路如图2-4所示，选择正确的被试变压器选用MEL-02三相三线圈心式变压器、额定容量、接法实验时只用高、低压两组线圈，中压线圈不用。在三相交流电源断电的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。并合理选择各仪表量程。、KUV=/KVW=/KWU=/根据实验数据绘出cos?=1时的特性曲线11/38U2=f，由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率2U。表第11页绘出空载特性曲线U0=f，P0=f，cos0=f。式中Uo?/3Io?/3Po?Po1?Po2第12页绘出短路特性曲线UK=f，PK=f，cos?K=f。式中UK?/3IK?/3PK?PK1?PK2PK3U12/38Kcos?K?IK计算短路参数从短路特性曲线查出对应于IK=IN时的UK和PK值，并由下式算出实验环境温度?OC时的短路参数rK?PK3IN2,ZK?UK,X3INK?ZK?rK22折算到低压方ZK?ZKK13/382,rK?rKK2,XK?XKK2换算到基准工作温度的短路参数为rK75OC和ZK75OC，计算出阻抗电压。UKUKr?3INZK750CUN?100%?3INrK750CUN?100%UKX?14/383INXKUN?100%2IK=IN时的短路损耗PKN=3INrK75OC定负载范围内，测取变压器三相输出线电压和相电流，记录于表2-9中，其中I2=0和I2=IN两点必测。五、实验数据及分析1.计算变压器的变比解：如表2-62.根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数1)解：a)绘制空载特性曲线：U0=fb)P0=fC）cos0=f第14页。3交流功率、功率因数表。4直流电压、毫安、安培表。5三相可调电阻器900。6波形测试及开关板。7三相鼠笼式异步电动机M04。15/38四实验步骤1伏安法:关和220VR机额定电流的值，再接通开关值。读完后，打开开关S1。调节R使记录于表3-1表3-1电压输出105V室温30a起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，然后接通电源，逐渐升高电压。b调节电压由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。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。c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7-9组记录于表3-3中。表3-34短路实验测量线路如图3-3。a将起子插入测功机堵转孔中，使测功机定转子堵住。将三相调压器退至零位。b合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电流到倍额定电流，再逐渐降压至倍额定电流为止。a在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率，共取4-5组数据，填入表16/383-4中。做完实验后，注意取出测功机堵转孔中的起子。表3-45负载实验a合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压，并在试验中保持此额定电压不变。b调节测功机“转矩设定”旋钮使之加载，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到倍额定电流。c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、转矩等数据，共读取5-6组数据，记录于表3-5中。表3-5UN=220伏五实验报告1.计算基准工作温度时的相电阻由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻：r1lef?rlc235?ref235?17/38C式中rlef换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，；r1c定子绕组的实际冷态相电阻，；Oref基准工作温度，对于E级绝缘为75C；c实际冷态时定子绕组的温度，OC。绕组I：r1lef?235?75235?30235?75235?30?绕组：r1lef?绕组：r1lef?235?75235?30?2.作空载特性曲线：I0、P0、cos?0=fI0=fP0=fcos?0=f3.作短路特性曲线：IK、PK=f18/38IK=fPK=f4.由空载、短路试验的数据求异步电机等效电路的参数。由短路试验数据求短路参数短路阻抗Z?UKKIK?短路电阻rK?短路电抗X?PK3IK2?2?19/38KZK?2rK2?.72?式中UK、IK、PK由短路特性曲线上查得，相应于IK为额定电流时的相电压、相电流、三相短路功率。转子电阻的折合值r2?r1?rK?定、转子漏抗X1?X2?XK2?20/38由空载试验数据求激磁回路参数空载阻抗Zo?空载电阻空载电抗UoIo?1270式中U0、I0、P0激Xm?XO?激rm?PFe3I2?o式中PFe5.作工作特性曲线PP1=fI1=fn=f=fS=fcos?1=f由负载试验数据计算工作特性，填入表3-6中。21/38表3-6U1=220V计算公式为：I1S?IA?IB?IC33?1500?n1500?P1?100%cos?13U1I1P2?P2P1?100%式中I1定子绕组相电流，A；U1定子绕组相电压，V；S转差率；效22/38率。6.由损耗分析法求额定负载时的效率电动机的损耗有：铁耗PFe=机械损耗Pmec=定子铜耗PCU1?3I1r1?3?转子铜耗PCU?22?PemS1002?100?杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的。式中Pem电磁功率，W；Pem=P1-Pcul-PFe=铁耗和机械损耗之和为：P0=PFe+Pmec=PO-3I2O为了分离铁耗和机械损耗，作曲线PO23/38r=1?f2，如图3-4。延长曲线的直线部分与纵轴相交于P点，P点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过P点作平行于横轴的直线,可得不同电压的铁耗PFe。电机的总损耗P=PFe+Pcul+Pcu2+Pad=+=于是求得额定负载时的效率?P1?PP1?100%?100%?%为：式中P1、S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。六思考题1.由空载、短路试验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？答:1、电机发热。2、测量仪表的误差。3、电24/38机旋转时的摩擦。4、读数时的估读。2.从短路试验数据我们可以得出哪些结论？答：1、随着相电压的增大，电机线电流增大，2、随着相电压的增大，电机的输入功率增大。3、随着相电压的增大，电机功率因数增大。3.由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差？答：直接负载法需要测量输入功率和输出功率，电压、电流表、测量仪表误差造成输入功率误差；转速转矩传感器的误差引起输出功率误差。损耗分析法需要做空载试验、负载试验、温升试验，计算铁耗、机械耗、铜耗后才能求出效率，误差积累就很大。实验五三相同步发电机的并网运行一实验目的1.掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。2.掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。二预习要点1.三相同步发电机投入电网并联运行有那些条件？不满足这些条件将产生什么后果？如何满足这些条件？答:三相同步发电机与电网并联运行必须满足下25/38列条件：发电机的频率和电网频率要相同，即f=f；发电机和电网电压大小、相位要相同，即E0=U；发电机和电网的相序要相同。若不满足以上条件，则发电机内部会出现环流，也没有达到满载状态。满足这些条件后，方可将发电机安全平稳地合闸并网，避免并网时在发电机和电网中产生冲击电流。2.三相同步发电机投入电网并联运行时怎样调节有功功率和无功功率？调节过程又是怎样的？答：有功功率的调节：同步发电机并网后，需要调节它的有功功率和无功功率。若希望增加发电机输出的有功功率，根据功率平衡的观点，只有增加原动机的输入功率。实验中所用的原动机为直流电动机，在同步发电机并网的条件下，转速是不变的，若要改变直流电动机的输出功率，则应调节直流电动机的励磁电流或调节直流电动机的电枢电压。无功功率的调节：与电网并联的同步发电机，不仅要向电网输出有功功率，通常还要输出无功功率。分析表明，调节发电机的励磁即可调节其无功功率。当保持发电机有功功率不变时，必有由于、26/38及均为定值，所以进一步可写成形曲线。曲线说明，在任一有功功率值下，以其时在这两个条件的约束下，由相量图分析知，如果有功功率保持不变，调节同步发电机的励磁电流，电枢电流随励磁电流变化的规律为的励磁电流值为“正常励磁”值时，如果由此值增大励磁电流，则电枢电流增大，并发出感性无功功率；如果由此值减小励磁电流，则电枢电流也增大，并发出容性无功功率。三实验项目1.用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。2.用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行3.三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。4.三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。测取当输出功率等于倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。1MEL系列电机教学实验台主控制屏。2电机导轨及测功机、转矩转速测量。3三27/38相可变电阻器90。4波形测试及开关板。5旋转指示灯、整步表。6同步电机励磁电源。7功率、功率因数表。实验方法及步骤1用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。实验接线如图4-4。三相同步发电机选用M08。原动机选用直流并励电动机M03。mA、A1、V1选用直流电源自带毫安表、电流表、电压表。Rst选用MEL-04中的两只90电阻相串联。Rf选用MEL-03中两只900电阻相串联。R选用MEL-04中的90电阻。开关S1、S2选用MEL-05。交流电压表、电流表、功率表的选择同实验。同步电机励磁电源固定在控制屏的右下部。工作原理：三相同步发电机与电网首联运行必须满足以下三个条件。发电机的频率和电网频率要相同，即fII=fI；发电机和电网电压大小、相位要相同，即EoII=UI;发电机和电网的相序要相同；28/38为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光旋转法或整步表法检查相序和频率。实验步骤：三相调压器旋钮逆时针到底，开关S2断开，S1合向“1”端，确定“可调直流稳压电源”和“直流电机励磁电源”船形开关均在断开位置，合上绿色“闭合”按钮开关，调节调压器旋钮，使交流输出电压达到同步发电机额定电压UN=220伏。直流电动机电枢调节电阻Rst调至最大，励磁调节电阻Rf调至最小，先合上直流电机励磁电源船形开关，再合上可调直流稳压电源船形开关，起动直流电动机M03，并调节电机转速为1500r/min。开关S1合向“2”端，接通同步电机励磁电源，调节同步电机励磁电流If，使同步发电机发出额定电压220伏。观察三组相灯，若依次明灭形成旋转灯光，则表示发电机和电网相序相同，若三组灯同时发亮，同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。当发电机和电网相序不同则应先停机，调换发电机或三相电源任意二根端线以改变相序后，按前述方法重新起动电动机。当发电机和电网相序相同时，调节同步发电机励磁电流If使同步发电机电压和电网电压相同。再细调直29/38流电动机转速，使各相灯光缓慢地轮流旋转发亮，此时接通整步表直键开关，观察整步表V表和Hz表指在中间位置，S表指针逆时针缓慢旋转。待A相灯熄灭时合上并网开关S2，把同步发电机投入电网并联运行。停机时应先断开整步表直键开关，断开并网开关S2，将Rst调至最大，三相调压器逆时针旋到零位，并先断开电枢电源后断开直流电机励磁电源。2用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行在并网开关S2断开且相序相同的条件下，把开关S1合向“2”端接至同步电机励磁电源，MEL-07中的整步表直键开关打在“断开”位置。按前述方法起动直流电动机，并使直流电动机升速到接近同步转速。启动同步电机励磁电流源，并调节励磁电流If使发电机电压约等于电网电压220伏。将开关S1闭合到“1”端，接入电阻R。合上并网开关S2，再把开关S1闭合到“2”端，这时电机利用“自整步作用”使它迅速被牵入同步。3三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电30/38网并联运行。并网以后，调节直流电动机的励磁电阻Rf和同步电机的励磁电流If，使同步发电机定子电流接近于零，这时相应的同步发电机励磁电流If=Ifo。保持这一励磁电流If不变，调节直流电动机的励磁调节电阻Rf，使其阻值增加，这时同步发电机输出功率P2增加。在同步电机定子电流接近于零到额定电流的范围内读取三相电流、三相功率、功率因数，共取数据67组记录于表4-9中。表中：I=?P23UIIA?IB?IC3；P2=PI+PII；cos?4三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。a按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。b保持同步发电机的输出功率P20。c先调节同步发电机励磁电流If，使If上升，31/38发电机定子电流随着If的增加上升到额定电流，并调节Rst保持P20。记录此点同步发电机励磁电流If、定子电流Io。d减小同步电机励磁电流If使定子电流I减小到最小值，记录此点数据。e继续减小同步电机励磁电流，这时定子电流又将增加直至额定电流。f分别在这过励和欠励情况下，读取数据9-10组记录表4-10中。表中：I=IA?IB?IC3测取当输出功率等于倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。a按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。b保持同步发电机的输出功率P2等于倍额定功率。c先调节同步发电机励磁电流If，使If上升，发电机定子电流随着If的增加上升到额定电流。记录此点同步发电机励磁电流If、定子电流Io。d减小同步电机励磁电流If使定子电流I减小到最小值，记录此点数据。e继续减小同步电机励磁电32/38流，这时定子电流又将增加直至额定电流。f分别在这过励和欠励情况下，读取数据9-10组记录表4-11中。表中：I=IA?IB?IC3?P23UI；cos?六实验报告1.评述准确同步法和自同步法的优缺点。2.试述并联运行条件不满足时并网将引起什么后果？3.试述三相同步发电机和电网并联运行时有功功率和无功功率的调节方法。4.画出P20和P2倍额定功率时同步发电机的V形曲线，并加以说明。七思考题1.自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时先把同步发电机的励磁绕组串入10倍励磁绕组电阻值的附加电阻组成回路的作用是什么？33/38答：要串入大约10倍励磁绕组电阻值的附加电阻构成闭合回路，达到既能降低励磁绕组感应电势，又能保证同步电动机有足够起动转矩的目的。2.自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时先由原动机把同步发电机带动旋转到接近同步转速然后并入电网，若转速太低并车将产生什么情况？答：会造成冲击电流大，严重者不能拖入同步。实验六三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性一实验目的了解三相绕线式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。二预习要点1如何利用现有设备测定三相绕线式异步电动机的机械2测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。3如何根据所测得的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。三实验项目34/381测定三相绕线式异步电动机在电动运行状态和再生发电制功状态下机械特性。2测定三相绕线式异步电动机在反接制动运行状态下的机械特性。四实验设备及仪器1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。2电机导轨及测速表3直流电压、电流、毫安表456MUN=220G其UN=220RS电阻）R1和225Rf选用V2、A2、mA分别为直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06或直流在主控制屏上V1、A1、W1、W2为交流、电压、电流、功率表，含在主控制屏上S1选用MEL-05中的双刀双掷开关V2的量程为300V档，mA的量程为200mA档，A2的量程为2A档。RS阻值调至零，R1、Rf阻值调至最大。开关S1合向“2”端。三相调压旋钮逆时针到底，直流电机励磁电源船形开关和220V直流稳压电源船形开关在断开位置。并且直流稳压电源调节旋扭逆时针到底，使电压输出最小。实验步骤：接下绿色“闭合”按钮开关，接通三相交流电源，调节三相交流电压输出为180V，并在以后的实验中保35/38持不变。接通直流电机励磁电源，调节Rf阻值使If=95mA并保持不变。接通可调直流稳压电源的船形开关和复位开关，在开关S1的“2”端测量电机G的输出电压极性，先使其极性与S1开关“1”端的电枢电源相反。在R1为最大值的条件下，将S1合向“1”端。调节直流稳压电源和R1的阻值，使电动机从堵转到接近于空载状态，其间测取