电机及拖动实验指导书.doc

实验一直流发电机的工作特性一实验目的1 观察并励直流发电机的自励过程及自励条件。2 测定并励及他励直流发电机运行的负载外特性曲线。3 观察直流发电机的剩磁（无励磁）发电。二预习要点1 什么是发电机的运行外特性？如何测定？2 并励直流发电机不能自励发电时该如何处理？3 如何保持直流发电机的转速不变？4 直流发电机的他励运行与并励运行差异何在？为什么？5 认真阅读附录部分关于实验台的使用说明。三实验设备1原动机为直流电动机M03一台：UN 220V，IN 1.1A, PN 185W，nN 1600rpm2直流发电机为M01一台：UN 200V，IN 0.5A, PN 100W，nN 1600rpm3直流电流表三台（500mA、2A、2A各一台）4直流电压表一台5MEL03可变电阻箱（9006）及转速表（MEL09）各一台6直流励磁电源、可调直流电源各一台四实验项目1并励发电机A实验线路图1-1并励发电机（1）可调直流源经电枢电流测量表A1向直流电动机M03的电枢供电（V0内接）。（2）直流励磁电源经励磁电流测量表A2向直流电机的励磁线圈F1，F2供电。（3）直流发电机M01输出端接300V档电压表，负载回路串直流电流表2A档。（4）直流发电机的励磁线圈F1，F2并联到发电机的电枢端。（5）RL由3组900可变电阻并联后串联（见附录），总阻值01350可调。接线要求：必须保证在操作过程中带电导线的金属部分不裸露在外。完成接线后，检查各旋钮的初始位置：可调直流电源输出最小（调节旋钮逆时针旋到底），而RL在最大位置（3个调节旋钮都逆时针旋到底）；直流励磁电源开关置“0N”，可调直流电源开关置“0N”；必须经指导教师检查认可，才能通电。B实验系统的启动及调试（1）接通总电源后，先检查直流电动机的励磁电流测量表A2，必须要有100mA左右的电流指示，才能按复位键启动电机，否则禁止启动电动机，直到励磁电流正常。（2）渐升电动机转速，发电机端的电压表和电流表应有逐渐再大的读数，则表明发电成功，可将电动机升速到1600rpm。（3）如果渐升电动机转速，发电机端的电压表和电流表的读数不变化，则表明发电机不能发电，则将可调直流电源恢复到最低后关断，待改接发电机励磁接线后再开。（4）若励磁端对换后发电机仍不能发电，则要先充磁。方法如下：a)先将可调直流电源降到最小，然后关断。b)再将直流励磁电源关断。c)将发电机与电动机的励磁线圈F1，F2并联（见图1-2，不管如何并联法）。d)开启直流电源总开关，开启励磁电源，励磁电流测量表A2应有200mA左右的电流指示，片刻后关断两个开关。e)将发电机的励磁线圈F1，F2重新并联到发电机G的电枢F1，F2端。f)按以上步骤重新启动电动机。图1-2发电机充磁C并励直流发电机的运行外特性U=f（I）测定（n=1600rpm保持恒定） 表1-1数据记录：（n=1600rpm保持恒定）U(V)243238234231227218I(A)Imin= （RL最大)0.250.300.350.400.50注意：随发电机输出功率增大，必然造成电动机的转速跌落，要不断将转速调整到n=1600rpm（增大电动机的电枢端电压）。2 他励直流发电机外特性U=f（I）测定（n=1600rpm保持恒定）把发电机的励磁绕组（见右侧的F1、F2）也接到直流励磁电源，其余不变。 图1-3他励发电机所有旋钮重新置初始位置后启动电动机，操作方法同上。表1-2数据记录：（n=1600rpm保持恒定）U(V)244240238236233231I(A)Imin(RL最大)0.25 0.300.350.400.453观察直流发电机的剩磁（无励磁）发电关闭所有直流电源后，将直流发电机的励磁线圈F1、F2从励磁直流电源处断开（无励磁），并使发电机空载（且断开RL回路）。 图1-4剩磁发电所有旋钮重新置初始位置后启动电动机。观察发电机输出端的电压表是否有电压指示值：若有则剩磁发电成功，否则不成功。表1-3数据记录： n(rpm) 1600U(V) 19五实验报告1 画出实验时电气线路图。2 写出实验操作步骤（上电前的准备工作和上电后的操作步骤及注意事项）。3 实验原始数据记录。4 在同座标上画出直流发电机并励和他励运行时的外特性。56 回答问题（1） 并励发电机不能发电的原因有哪些？实验中如何解决？答：可能是发电机失磁或是励磁绕组接到电枢的记性不正确。解决方法是改变发电机励磁接线，若励磁端兑换后发电机仍不能发电，可采用充磁的方法。（2） 在电动机发电机组成的机组中，当发电机负载增加时，机组的转速会发生什么变化？如何处理？为什么？ 答：转速会降低。因为发电机负载增加时，电流随之增加发电机的输出功率增加，短时的输出功率增加会造成转速下降，应增加电动机的电枢端电压，从而使转速上升到1600rpm。（3） 简述发电机并励运行与他励运行时外特性曲线的异同。答：（1）相同，当负载增加时，磁通减小，相应的电动势下降，电枢电阻压降和电刷接触压降均增大。（2）不同：并励发电机中，端电压下降时，历次电流减小，引起磁通及电动势进一步减小。因此并励发电机的外特性比他励电动机好。（4） 直流发电机的剩磁发电是否一定能实现，为什么？答：不一定，因为励磁发电必须满足两个条件：励磁绕组并接到电枢的极性必须正确，且Rf UAX 。（2） 测定原、副方极性接线如图3-1 b)，在A、B间加100V交流电压。测量UAa 、UAX、UaX 的值，若UAa | UAX Uax|则可判定A、a为同极性端。其余类推。表3-2记录数据：UAX（V）UAa（V）Ua x（V）50.0025.1424.942 联接并用测量法判定以下联接组 （UUV为200V）三相变压器的联接组别是指变压器原、副方的不同联接方式及对各引出端的不同命名，由此造成原方线电压UAB 与副方线电压Uab间的相位差不同。由于这种相位差总是300的整数倍，好象时钟在整数点钟时时针与分针间的夹角相仿，故又称为变压器的“钟点数”。为此变压器原、副绕组中的A与a均应连接，表示“相量钟”长、短针的轴。 （a）Y/Y-12 （b）Y/Y-6图3-2 Y/Y-12及 Y/Y-6（1） Y/Y-12表3-3记录数据：UABUabUbB 199.7100.1101.3从图3-3相量图可知，若联接组别为Y/Y-12，则有：UbB UAB Uab 图3-3 Y/Y-12相量图（2） Y/Y-6表3-4记录数据：UABUabUbB199.899.98298.5从图3-4相量图可知，若联接组别为Y/Y-6，则有：UbB UAB Uab 图3-4 Y/Y-6相量图（3） D/Y-11 （a）D/Y-11 （b） D/Y-5图3-5 D/Y-11及 D/Y-5表3-5记录数据：UABUabUbB199.3171.0101.2从图3-6相量图可知，若联接组别为D/Y-11，则按余弦定理有：UbB2 Uab2UAB22 Uab UAB cos300 图3-6 D /Y-11相量图（4） D/Y-5表3-6记录数据：UABUabUbB199.3171.0357.3从图3-7相量图可知，若联接组别为D/Y-，则按余弦定理有：UbB2Uab2UAB22 Uab UAB cos1500 图3-7 D/Y-5 相量图五实验报告1 画出实验时电气线路图。2 在测定相间极性时，如何判别B与A或C是否为同极性端？画出实验线路并说明测量方法。在CZ间加100V交流电压，测量Uab,Uax,Uby的值，若Uab=Uax-Uby的绝对值，则可判定AB是同极性端。同理可判断其它实验五他励直流电动机的机械特性一实验目的1直流电动机的启动方法。2如何改变直流电动机的转向。3 直流电动机的调速方法。4 测定直流他励电动机的固有和人为机械特性，并比较各特性曲线。二预习要点1 直流电动机的启动方法有哪些？2 改变直流电动机机械特性有哪些方法？三实验设备1可调直流电压源（带输出指示）、直流励磁电源、测功机（MEL09）各一台2直流电动机（M03）一台UN：220V、IN：1.1A、PN：185W、nN：1600rpm3启动电阻箱（MEL09）一套4500mA、2A直流电流表各一台四实验项目实验线路如下： 图5-1他励电动机的固有和人为机械特性1 直流电动机的启动（测功机空载：即“转矩设定”旋钮逆时针旋到底）启动直流电动机之前，电流表A2的读数必须大于100 mA ，否则不允许启动。测功机的使用（见附录及图片3）测功机的控制选择：开关扳向“转矩控制”侧，转矩控制旋钮逆时针旋到底。测功机的使用：“3A”处的开关扳向下方，无负载转矩；“3A”处的开关扳向上方，调节“转矩设定”旋钮就可改变电动机的负载转矩。注意：测功机的转矩读数不正确，故不采用。转矩用计算法求取。直流电动机的启动严格受到电动机额定电流的制约，通常启动电流不能超过1.5IN 。将全电路欧姆定律应用于直流电动机的电枢回路，则有：U Ea IaR （式1）（式2）其中U是施加到电枢的直流电源，Ea是电动机的反电势，R是回路总电阻。由于启动瞬间电动机的反电势Ea Cen = 0 ，所以：显然要限制Ia 可采用两种方法：一是降低直流电源U，二是增大回路总电阻R。（1） 降压启动（启动电阻a ，励磁电阻f ）电枢回路未串电阻必须用低压启动：将可调直流电源的调节旋钮逆时针旋到底（输出最小），再接通励磁电源，必须先确认励磁回路已接通（有励磁电流指示），才能按“复位”键启动电动机。然后U从小到大逐渐增加，直到达额定电压UN 。关闭电源，可调直流电源输出保持不变进行下一项内容。（2） 串阻启动（励磁电阻f ，可调直流电源输出预设置为U = 220V）电枢回路串a 100电阻后可直接用额定电压启动：启动时串入a 100电阻，启动电动机后，逐步减小Ra直到a 0 。2 改变直流电动机的转向（测功机空载）电动机的转动缘于电磁转矩，电磁转矩的表达式如下：Ta CTIa（式3）由于 和Ia 都是有方向的量，所以改变其中任何一个都能改变电磁转矩的方向。改变 的方向只要改变励磁电流方向，改变Ia的方向只要改变直流电源U的极性。（1） 改变励磁极性（励磁电阻f ，可调直流电源输出预置在最小即逆时针旋到底）直流电源输出预置在最小串入a 100电阻后按“复位”键，如果电动机不转，则逐步减小a ，直到电动机转动，并观察电动机转向。关断可调直流电源及励磁，改变励磁极性，其它保持不变，重新通电并观察转向。（2） 改变直流电压U的极性（f ，可调直流源输出预置在U = U min）改变直流电源U的极性后，重新通电并观察转向。3 测定直流电动机的机械特性nf（Ta）用Ea Cen代入（式）U Ea IaR则有：（式4） 再用 Ta CTIa 代去（式4）中的Ia则有：（式5） 式5即为直流电动机的机械特性。由于Ta 与Ia成正比，通常可测 Ia 与n更为方便，即n f（KIa） f（Ta）注意：以下所有操作均串入Ra =100且使测功机空载，然后启动直流电动机 。（1）测定直流电动机的固有机械特性n f（KIa）f（Ta）U=220V记录直流电动机的铭牌参数：额定电压、额定电流、额定转速、励磁等。使励磁电阻f ，Ra =100且测功机空载。然后启动电动机，逐步减小Ra直到Ra = 0，调节可调直流稳压源的输出电压达U=220V 左右并保持不变。先记录下测功机空载时的转速n、电流Ia，然后用测功机的“转矩设定”旋钮改变Tf 使电动机电枢电流达表1中要求的值，同时记录下相应的转速n、电流Ia。表5-1记录数据：（转矩表显示值不准确，不要记录） n（rpm）159015671536150614791457 计算Tf（N.m）0.040.170.430.660.891.10 Ia（A）Imin 030 050 070 090110U=220V（2）测定直流电动机的人为机械特性n f（KIa）f（Ta）直流电动机的人为机械特性是指对电动机采取某些措施，使电动机工作于固有机械特性以外的特性曲线。从（式4）：（其中Ce是电机常数）可知，直流电动机的调速方案有三种：一是串阻（改变R）；二是调压（改变U）；三是调磁（改变）。 串阻特性（励磁电阻f ）在Ra两端接电压表，使Ra =100且测功机空载，启动电动机，调节可调直流稳压源的输出电压达U=220V, 逐步减小Ra 使Ra = 0 ，记录下当前转速nmax 。 逐渐增大Ra 使转速n 比 nmax下降23% ，然后测表2数据。表5-2记录数据：（转矩表显示值不准确，不要记录） n（rpm）154514881402132912551180 计算Ta（N.m）0.030.180.420.670.921.13 Ia（A）Imin 030 050 070 090 110U=220VRa = 49.1 （当电流为1A时根据电压表读数即得） 调压特性（励磁电阻f ）使Ra =100且测功机空载。然后启动电动机，调节可调直流稳压源的输出电压达U=150V, 逐步减小Ra直到Ra = 0 。然后测表3数据。表5-3记录数据： U=150V（转矩表显示值不准确，不要记录） n（rpm）1082105810271001984960 计算Ta（N.m）0.030.180.460.690.921.13 Ia（A）Imin 030 050 070 090 110 调磁特性（先使励磁电阻f ）使Ra =100且测功机空载。然后启动电动机，调节可调直流稳压源的输出电压达U=220V, 逐步减小Ra直到Ra = 0 。然后小心地增大励磁电阻f ，使If = 0.9 If max 。注意不要造成飞车!表5-4记录数据：（转矩表显示值不准确，不要记录） n（rpm）165216291590156515401512 计算 Ta（N.m）0.040.130.430.660.871.07 Ia（A）Imin 030 050 070 090 110U=220VIf = 0.9 If max 五实验报告1 画出实验时的电气线路图（用一个总图实现各实验项目）。2 在同一座标下画出固有、串阻、调压、调磁等4根特性曲线nf（Ta）。34 问题简答（1） 若直流电动机未加励磁就接通电枢电压，结果如何？并用数学表达式分析之。会使转速十分大产生飞车现象。直流电动机未加励磁就接通点数电压情况下，由公式得出n趋向无穷大，会损坏电机。（2） 如何改变直流电动机的转向？并用数学表达式分析之。电动机的转动源于电磁转矩，其表达式为由于和Ia都有方向，所以改变其中任何一个都能改变电磁转矩的方向，即改变直流电动机转向的方法有1改变励磁极性2改变直流电压的极性（3） 直流电动机的调速有哪几种方法？其机械特性如何？1、改变电枢电压;2、改变激磁绕组电压;3、改变电枢回路电阻。（4） 试分析造成直流电动机固有、串阻、调压、调磁等机械特性曲线不同的原因。同一型号的电动机不是完全一样的，和出场的差别有较大关系。另外，在平时使用中的使用习惯，线圈磁量大小都会导致曲线不同 实验七三相笼型异步电机的工作特性一实验目的1用直接负载法测取三相笼型异步电动机的工作特性。2测定三相笼型异步电动机的参数。二预习要点1何为三相异步电动机的工作特性？2三相异步电动机的等效电路有哪些参数？其物理意义如何？3如何测定三相异步电动机的工作特性和等效电路参数？三实验设备1直流电压源、三相调压器各一台2三相异步电动机一台（M04）3组合表具一套4电流插座三个四实验项目1测定M04定子绕组的冷态电阻 所谓电动机定子绕组的冷态电阻，是指电动机在室温下放置一段时间后，用温度计测量铁芯温度，若所得值与冷却介质（空气）温度值相差不超过2K，即为实际冷态，测得的绕组电阻就是冷态电阻。电动机参数：UN 220V（），IN 0.48A, PN 100W， nN 1420rpm测量方法有伏安法和电桥法，本实验采用直流伏安法。线路如下： 图7-1定子绕组的冷态电阻测定为防止绕组发热，试验电流取 0.1IN = 0.048（A） 50及10（mA）共3次/相。直流电源的输出电压尽量小，且在绕组回路串9006=5400可调电阻。表7-1记录数据：r1=R/9 （9次测量的平均值）室温= 20 0C 绕组1 绕组2 绕组3I（A）0.04570.04860.05400.05360.04830.04560.0460.04820.0546U（V）2.052.182.422.402.162.042.072.162.45R（）44.8644.8644.8144,7844.7244.744544.8144.87注意：（1）测量时要保持电动机转子静止。 （2）测量时间越短越好。2空载试验（测取空载电压、空载电流、空载功率等）由于要测量电动机的三相功率，所以采用二瓦特计法，具体原理及方法参见实验四。启动电动机空载运行数分钟后，待电动机机械损耗达到稳定状态后再进行数据测量。调节电动机定子电压：从1.2UN开始，逐渐降低电压直到电流或功率显著增大为止。实验线路如下： 图7-2测取三相笼型异步电动机的工作特性注意： （1）电动机转子必须与其它所有机械脱离。（2）通电前，三相调压器输出置“零位”，以后操作均如此。（3）在电流或功率显著增大点附近多测几个值（按需要自行酌定）。表7-2记录数据（注：功率值包括符号；电压表测量端要能灵活移动以便测量Uca）：序号U（V）I（A） P（W）COSUABUBCUCAU0IAIBICI0P1P2P0COS01264.0263.4266.5264.60.300.280.290.2931.93-48.016.070.122242.0241.6244.5242.70.270.250.260.2626.17-39.613.430.123220.0220.2222.4220.90.230.230.230.2320.24-31.811.560.134198.0198.3199.2198.50.200.300.200.2015.76-25.59.740.145176.0175.6176.2175.90.180.180.180.1811.59-19.98.310.156154.0154.7155.5154.70.160.150.160.168.70-15.87.10.177132.0132.4133.1132.50.130.130.130.135.95-12.26.250.21其中：U0 =（UAB+UBC+UCA）/3I0 =（IA+IB+IC）/ 3P0 =P1+P23堵转试验（堵转试验线路同上，但电动机与测功机必须联轴）（1）完成空载试验后先关闭电源等电动机完全停车，并务必使调压器输出在“零位”！（2）在测功机顶部小孔插入“十字”螺刀到底使电机堵转（用手转动电机确认）。（3）堵转电流从取1.2IN到0.3IN为止。注意：上电后小心地增大三相调压器的输出电压，严密监视电流表（相当于短路试验）。表7-3记录数据：IAN = 0.48A 功率值包括符号序号U（V）I（A）P（W）COSUABUBCUCAUKIAIBICIKP1P2PKCOSK173.8273.1573.8373.60.570.540.550.554.09-32.528.40.41270.9370.2570.7870.650.530.520.520.524.51-29.625.090.39366.1365.7566.4266.10.480.470.480,484.21-25.220.990.38461.7161.5362.0561.760.430.420.430.433.78-20.917.120.37552.6852.3053.3752.780.340.330.340.343.10-13.710.60.32641.9241.5642.6142.030.240.230.240.242.18-7.315.130.29730.6030.3131.2330.710.140.130.140.141.17-2.901.730.23其中：UK =（UAB+UBC+UCA）/3IK =（IA+IB+IC）/ 3PK =P1+P24负载试验（试验线路同上，但堵转螺刀必须取出）（1）完成以上实验后关闭电源，待电动机停止转动后取出堵转螺刀。 （2）用测功机改变负载转矩（不记录转矩表读数） （3）负载试验电流从1.25IN开始逐渐减小(1.1、1、0.8、0.6、0.4)到空载为止。表7-4记录数据（保持电动机电压UAB 220V 恒定）：功率值包括符号 IAN = 0.48A序号I（A）P（W）计算T2（N.M） n(rpm) P2(W)IAIBICIPPP10.600.600.620.61-51.2-13794.10.971385141.120.530.520.530.53-42.5-11779.750.861406126.130.480.470.480.48-34.9-10469.450.711421105.740.380.360.380.37-16.4-80.548.450.55144883.450.290.270.290.28-13.2-56.527.340.29147444.860.200.240.250.25-11.83-42.115.140.0514887.870其中：U =（UAB+UBC+UCA）/3 I =（IA+IB+IC）/ 3P =P+P P 2 =T2五实验报告1计算基准工作温度下的相电阻在室温下测量所得的电动机绕组相电阻要按下式转换（按E级绝缘取750C）：其中r1是9次测量的平均值，T0 = 2350C， 为试验时的环境温度。2作空载特性曲线I0、P0、cos0 = f（U0）3作堵转特性曲线IK、PK = f（UK）4求电动机的等效电路参数 （1）堵转参数（即短路参数） 图7-3电动机堵转时的等效电路其中IK、PK、UK对应堵转试验时当IK = IN时的相电流平均值、三相短路有功功率及相电压平均值。转子电阻的折算值：r2= rK - r1（r1忽略xm 、rm ，而r1 此前已求出）定、转子漏抗：X2 X1 XK / 2（2）由空载试验求激磁参数 其中I0、P0、U0对应空载试验时当U0 = UN时的相电流平均值、三相空载有功功率及相电压平均值。按下面提供的空载等效电路可知：激磁电抗 X 0 = Xm + X1 Z 0 = U 0 / I 0 （忽略激磁电阻）其中X1 在短路试验时已求出，所以Xm 就可求出。最后剩下激磁电阻：rm =PFe /3 I 02其中PFe 为额定电压时的铁耗，它可由空载时的PFe+Pmec = f（U02）曲线确定，如下图所表示： 图7-4 空载时异步电动机的等效电路 图7-5 PFe+Pmec = f（U02）曲线其中曲线的虚线部分的机械损耗Pmec 是按变化趋势推理使之与纵轴相连，因为由于转速变化不大，将Pmec近似看作常数并无不妥。由于空载试验时的空载功率P0 = PFe+Pmec + 3m1I02，其中铜耗3m1I02可求出，故有：P0 - 3m1I02 = PFe+Pmec然后按几何图形的比例关系分配PFe与Pmec 的大小。至此，电动机等效电路参数：r1、 x1 、xm 、rm 、x2、r2已全部求出，画出等效参数电路也就没有问题了。5画出电动机的等效参数电路6作工作特性曲线P1、I1、n、s、cos1 = f（P2）表7-5由负载试验数据计算工作特性，填入下表：（转矩表显示值不准确，不要记录）序号电动机输入电动机输出 计 算 值I 1（A）P 1（W）计算T2n(rpm)P2（W）S（%）（%）cos110.35163.60.811389122.17.4%66.5%0.8120.311620.721400114.76.7%71%0.8030.271360.621