北理珠电机学实验指导书

1、电机学实验指导书北京理工大学珠海学院信息学院2014年目 录实验一 直流电机单闭环调速系统实验3实验二 转速、电流双闭环直流调速系统9实验四 交流电机调速系统研究21实验五 三相异步电动机的实验研究24实验一 直流电机单闭环调速系统实验一、实验目的1熟悉“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统”的组成及其工作原理。2进一步了解实验系统主要组成单元的原理及其基本调试方法。3分析“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统”的起、制动控制及其过渡过程。二、实验内容1“实验系统”的接线与静态调试。2“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统”的静态特性研究。3“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系

2、统”的正、反向起、制动过渡过程和抗干扰性的实验研究。4“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统的”抗干扰性研究。三、实验设备与仪器1实验台主体及其主控电路、转速变换电路（DD02）、电流检测及变换电路（DD06）、电压检测及变换单元（DD09）以及负载控制器单元（DD07）。2给定挂箱(DSG01)3调节器挂箱I(DSA01)4调节器挂箱II(DSA02)5触发电路挂箱II(DST02)6IPM主电路挂箱(DSM02)7鼠笼转子异步电动机 + 磁粉制动器 + 旋转编码器机组。8慢扫描双踪示波器、频率计、数字万用表等测试仪器9微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。四、

3、实验电路的组成“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统”与实验六相比，只是增加了一个转速调节器（ASR），以组成转速电流负反馈闭环（外环），其组成框图71 转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统的组成框图图如图71所示，具体接线见附图27。五、实验步骤与方法（一）实验电路的连接与检查。1前已指出，本实验系统所使用的单元环节，与实验六基本相同，只是增加了一个转速调节器ASR，以组成转速闭环。ASR的调试要点和方法见调节器挂箱II（DSA01）使用说明。2按附图27连接系统，“状态切换”置“交流调速”档 ；给定单元（DG01）的极性开关、阶跃开关拨向上方，并置正、负给定为0；负载给定置0；经实

4、验指导教师检查认可后，闭合总电源，检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。3按实验六方法，检查各控制环节及其输入、出极性，并正确整定ASR、ACR的限幅值U *i m 、U ctm；完成三相正弦脉宽控制器（SPWM）的参数整定；依次调整并锁定电流、电压和转速调节器的反馈系数、；依次完成以下实验内容和步骤。（二）系统静态特性测试1分别完成有、无“低频补偿”的变频调速系统在高、低给定时的系统静态特性，数据录于表71。表71转速开环的电压源型异步电动机变频调速系统的静态特性实验数据U *nU*n U*nnom （V）U*n（12）U*n nom （V）无低频补偿TG（N.m）0TG1TGnomT

5、G3TGmTGb0TG1TGnomTG3TGmTGbT*Gn（rmin）n0(S0)n1(S1)nnom(Snom)n3(S3)nm(Sm)0n0( S0 )n1 ( S1 )n2 ( S2 )n3 ( S3 ) nm( S m )0S带低频补偿TG（N.m）0TG1TGnomTG3TGmTGb0TG1TGnomTG3TGmTGbT*Gn（rmin）n0(S0)n1(S1)nnom(Snom)n3(S3)nm(Sm)0n0( S0 )n1 ( S1 )n2 ( S2 )n3 ( S3 ) nm( S m )0STGm （N.m）图72 转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统的静特性固有特性

6、人工特性（高速） 人工特性（低速）2按表71数据在图72中分别绘制有、无“低频补偿”在高、低给定时“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统”的四条静态特性 S = f（T*G）曲线。（三）系统起、制动及直接正、反转控制1置正、反向给定分别至U*nU*nm= ±8V；极性开关拨向上方，阶跃开关拨向下方；各PI调节器取计算参数；AGR（DA06）取Rf2030 K，并调节输入电位器RP2使比例系数kp1，取电容Cf0.1F ；按表71将负载调至 TGTG nom ，检查无误后闭合交流电路。2通过阶跃开关空载、正向起动电机至空载转速 no，用双踪示波器分别测转速变换（DD02）和电流检测

7、及变换单元（DD06）的输出端，观察转速 n 和定子电流 Is 的波形；协调两个调节器的参数和频率给定动态校正（DA06）单元的反馈电容Cf，并反复起、制动直至系统稳定、过渡过程曲线满意；完成“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统”在积分给定时的正、反向空载起、制动至 no以及直接正反转的过渡过程实验。认真临摹最满意的一组正向空载起、制动过渡过程的转速 n 和定子电流 Is 的波形，绘于图73a；最后将阶跃开关拨向下方，直至电机停止。a） 积分给定时的空载正向起、制动过渡过程曲线 b） 突加给定时的正向起、制动过渡过程曲线b空载突加给定 带载突加给定图73 转速闭环的电压源型交流变频调速系

8、统正向起、制动过渡过程曲线3“给定及给定积分器（G I R）单元”由积分输出“U*n2” 改为阶跃输出“U*n1” ；阶跃起动电机到额定转速直至稳定，调节负载给定 ，使负载转矩TG TGnom ；重复步骤 2 ，完成“转速闭环的电压源型异步电动机变频调速系统，空载和带载时的突加给定起、制过渡过程实验，同时用双踪示波器分别观察空载和带载时，突加给定起、制动以及直接正反转时的电机转速 n 和定子电流 I s 的波形，认真临摹两组（空载、带载）正向阶跃起、制动的过渡过程曲线，绘于图73b）。4*通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印步骤 2、3 的过渡过程曲线，供撰写

9、实验报告和分析、研究系统动态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器”，或省略此项内容。）5阶跃开关拨向下方，停止电机，并分析、讨论之。（四）突加负载时的抗干扰性研究1任意设定某个给定U*n（或U*nm）；将DD07模式选择开关置到2档 ，但保持在恒转矩状态下负载转矩TGTGnom；接好双踪示波器，准备观察电机转速n和定子电流Is的波形。2闭合主电路，阶跃起动电机到给定转速直至稳定运行。图74 转速闭环的异步电动机变频调速系统突加、突卸负载时的过渡过程曲线 3先后将模式选择开关由2档切换到恒转矩档或切回2档（适当选择不同间隔时间），以实现突加、突卸负载。由双踪示波器观察系统在突加和突卸负载时的电

10、机转速n和定子电流I s的变化，并临摹较满意的一组绘于图74。4*通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印突加和突卸负载时的过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器”，或省略此项内容。）5*如果需要，本实验台可通过DA01单元的微分开关SM（拨向下方），实现转速微分负反馈。本单元转速微分负反馈的RC参数按通用性配置，不尽完美。若欲调整，必须从DSA01挂箱内部本单元的电路板中变更，务请注意。 6实验完毕，将阶跃开关拨向下方，待电机停转后，依次切除交流电路、主电路和控制电路，最后断开总电源开关。实验二 转速、电流双闭环直

11、流调速系统一、实验目的1熟悉“转速、电流双闭环直流调速系统”的组成及其工作原理。2熟悉“转速、电流双闭环直流调速系统”及其主要单元环节的调试。3分析、研究“转速、电流双闭环直流调速系统”的静特性及其特点。 4分析、研究“转速、电流双闭环直流调速系统”在突加给定起动过渡过程曲线和系统在突加、突卸负载时的抗扰性以及参数对系统动态性能的影响。二、实验内容1系统的单元调试及静态参数的整定。2“转速、电流双闭环直流调速系统”的静特性测试。3“转速、电流双闭环直流调速系统”突加给定起动过渡过程研究。4“转速、电流双闭环直流调速系统”突加、突卸负载时的抗扰性研究。三、实验设备与仪器1综合实验台主体（主控箱）

12、及其主控电路、转速变换电路（DD02）、电流检测及变换电路（DD06）、同步变压器（DD05）、负载控制器单元（DD07）等以及、平波电抗器（DD11）。2可控硅主电路挂箱（DSM01） 和触发电路挂箱（DST02）DT04。3给定单元挂箱（DSG01） DG014调节器挂箱（DSA01）DA01、DA02、DA03。5直流电动机+磁粉制动器+旋转编码器机组。6慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器7微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。四、实验电路的组成“转速、电流双闭环系统”是不可逆直流调速中，应用最普遍、最基本的典型实例，也是各种可逆和不可逆的直流调速系统的基本

13、组成部分，系统的组成框图如图21所示，接线电路见附图12。主要由“DG01” 、“DA01” 、“DA03”、 “DT04” 、“DSM01” 以及电流检测（DD06）、转速变换器（DD02）等基本环节组成。五、实验步骤与方法（一）实验路的连接与检查。图21 转速、电流双闭环直流调速系统组成 1本实验系统所使用的单元环节，与实验一基本相同，只是增加了一个“电流调节器ACR（DA03）”单元以组成电流内环，其调试要点和方法见调节器挂箱（DSA01）使用说明。2按附图12连接系统。负载模式选择为恒转矩模式，负载给定为零；确保各给定和反馈极性正确合理，反馈系数、调至最大；“工作模式我把”置“直流调速

14、”档。3调节器ASR、ACR接成1 : 1的比例状态（RnRi = R040k）；正、负给定置0V；切断转速和电流负反馈（转速和电流调节器接线端子Un和Ui的反馈输入改为接地）。4经实验指导教师检查认可后，打开总电源（左下面板），检查各指示灯状态，确认无异常后开始以下步骤。（二）静态参数的整定1主要单元环节的检查、调整及其参数整定1）闭合控制电路（电源控制与故障指示（CTD）控制电路按钮ON），主电路保持分断，将给定单元的阶跃开关S2拨向上方；依次使正、负给定U *n±0.5、±2V，测量ASR、ACR的输入、输出，检查比例特性；取U *n±2V， Cn Ci 2

15、F，用万用表分别测量ASR、ACR的输出并整定其限幅。2）检查并调整“触发器单元GT1”和“直流调速系统主电路”，整定触发零位：用双踪示波器检查“双路晶闸管移相触发器”斜率、相位、双窄脉冲输出；检查主电路接线，确认触发电路和主电路正常后，整定系统零位，即微调“DT04”单元的偏置电位器，使U *n0时，触发角90°。2电流内环静态参数整定1） 给定及给定积分器（DG01）单元的阶跃输出端U*n1由引向转速调节器的U*n端改为直接直接引向电流调节器的U*I输入端，（即暂且去掉ASR，注意！U*n1端不得与ASR的U*n端和ACR的U*i端同时相接）；电流调节器ACR接成PI调节器（取

16、Ri = R040k、Ci 2F）。检查无误后闭合主电路。2）负载给定为0，给定单元的极性开关S1拨向下方，缓慢增大给定直至U*nU*im；（U*im为转速调节器ASR的下限幅）待系统稳定运行后，同时调节电流反馈和负载转矩直至 Id Idm1.5Idnom（设电流过载倍数 1.5 ，若 不同，系数应随之变更），整定电流反馈系数U*imIdm，并锁定之。系统重新稳定运行后，减小给定U*n至0，电机停止后切除主电路。3转速外环静态参数整定1）闭合控制电路，将励磁电流整定至额定值，恢复“转速、电流双闭环直流调速系统”（即恢复ASR的给定输入引自给定单元的阶跃输出端U*n1，ACR的输入U*i引自AS

17、R的输出），将ASR接成 PI 调节器（取 R n = R040k、C n2F）。经检查无误后闭合主电路。2）给定单元的极性开关S1拨向上方，逐步增加给定使U*n=U*nm=+8V，电机升速至某值稳定后。调节（减小）转速反馈直至nnnom，以完成转速反馈系数U*nmnnom的整定，并锁定之。3）减小给定U*n至0，电机停止后切除主电路。负载给定为零。（三）转速、电流双闭环直流调速系统的静特性研究“转速、电流双闭环直流调速系统”的二个调节器（ASR、ACR）都是 PI调节器，无论是内环（电流环）还是外环（转速环）都是无静差系统。理论上，无静差系统的静特性是一条平行于横坐标的直线，即偏差UnU*n

18、Un0。实际并非尽然，内、外闭环都存在误差，即Un0，故静特性也不是一条平行于横坐标的直线。因此，有必要测试其静特性，并分析产生偏差的原因。1按实验前设计、计算之阻、容（Rn、Cn、Ri、Ci），设定DA01、DA03两个单元的参数，检查无误后闭合主电路。2增大给定并恒定至U*n=U*nm=+8V、nnnom；稳定后，调节负载给定，电枢电流在0 Idm 之间分别读取电流 Id 和转速 n 五组数据录于表21；负载给定为零，减小给定并恒定于12U*n，调节负载给定，在0 Idm 之间分别读取电流 Id 和转速 n 五组数据录于表21。表21 转速、电流双闭环系统静特性实验数据U*n（V）U*n1

19、/2U*nId（A）0Idm0Idmn（rmin）3减小给定电压 U *n 至 0，电机停止后，切除主电路。4根据表21 数据分别绘制高、低速两条静特性n = f（Id）于图22。图22 转速、电流双闭环直流调速系统的静特性高速 低速5分析双闭环系统静特性的特点，并与实验一“带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统”及其实验结果进行比较，得出相应结论。（四）转速、电流双闭环直流调速系统突加给定时的起动过渡过程1先置给定U*n=U*nm=+8V，再置阶跃开关S2于下方（端）。保持 ASR、ACR 为 PI 调节器，参数同前。负载给定为零，使机组接近空载。检查无误后闭合主电路。图23 突加给定起动

20、的过渡过程曲线空载 带载2由阶跃开关S2进行高速、空载、突加给定时的过渡过程实验，通过双踪示波器观察电流Id和转速n的过渡过程曲线，反复变更 RC阻容值，直至满意，并认真临模最满意的一组曲线于图23。 3阶跃开关S2拨向下方，待电机停转后，将转速给定设定为 12 U *n 。重新阶跃起动进行低速、空载、突加给定时的过渡过程实验，通过双踪示波器观察电流Id和转速n的过渡过程曲线。4阶跃开关S2拨向下方，电机停止后负载给定为零；阶跃起动电机到额定转速直至稳定运行后，调节负载给定，使电枢电流Id Idnom；尔后重复步骤 2、3 ，完成带载突加给定起动时的过渡过程实验，并通过双踪示波器观察电流Id和

21、转速n的过渡过程，并认真临模高速时的一组曲线于图23。5分析比较图23讨论空载和带载起动过渡过程的异同。6通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印相应过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器” ，或将此项内容省略。）7阶跃开关S2拨向下方。待电机停转后，切除主电路，分断负载开关SG。（五）转速、电流双闭环直流调速系统突加负载时的抗扰性研究1接好双踪示波器准备观察电流Id和转速n的过渡过程曲线；闭合主电路，阶跃起动到给定转速直至稳定运行。2设定负载在恒转矩模式下为额定转矩，模式选择在2档与恒转矩档之间切换可实现负载的突加

22、和突卸，反复切换（适当保持时间间隔），由双踪示波器观察突加和突卸负载时的电流和转速的过渡过程曲线并临模于图24。图24 突加和突卸负载时的过渡过程曲线3分析、讨论图24的过渡过程曲线，得出正确结论。4*通过左下面板的微机接口电路（DD01），接好微机系统，演示、存储、打印相应过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究系统动态性能。（未配置微机时可采用“存储示波器” ，或将此项内容省略。）5本实验台还可利用DA01单元的微分开关SM（拨向下方），实现转速微分负反馈。若改变微分反馈，可调节电位器RPd。6实验完毕，将阶跃开关S2拨向下方，待电机停转后，依次切除主电路、控制电路和总电源。六、思考题1电

23、流环对于系统的静态和动态各有什么作用？2转速和电流闭环各自对负载扰动和电网电压波动有否调节能力？3转速、电流双闭环系统，在其它参数不变的条件下，若将电流反馈系数 减小一倍，系统的转速n和电枢电流I d 各有何变化？为什么？4转速、电流双闭环系统，在稳定运行的状态下，其电流反馈或转速反馈线突然断开，系统各发生什么变化？为什么？实验三 单相变压器的实验研究一、实验目的1熟悉单相变压器的组成及其铭牌数据。2通过空载试验和短路试验确定单相变压器的参数。3通过负载试验测定单相变压器的运行特性。二、实验内容1单相变压器电压比的实验测定。2单相变压器的空载试验。3单相变压器的短路试验。4单相变压器的负载试验

24、。三、实验设备与仪器1实验台主体主电路。 2自耦变压器（TT）。3数字万用表、单相功率表各1个，电压、电流表各2块等。四、实验电路的组成 图41 单相自耦变压器 图42 “电压比”的实验测定“单相变压器”实验研究包括：单相变压器“电压比”测定；单相变压器的空载试验；单相变压器的短路试验；单相变压器的负载试验等。所有“单相变压器”实验，其“试验电源”都需由“单相交流调压器”供电 ，这个“单相交流调压器”采用的是“单相自耦变压器T T” ， 如图41所示。变压器的铁耗与“试验电源”的频率及波形有关，“试验电源”的频率应接近受试变压器的额定频率（允许偏差不超过1%），电源波形应为实际正弦波。实验前应

25、首先观察单相变压器的外形及其铭牌数据，这对于较大容量的变压器以及油浸变压器等尤为重要。五、实验步骤与方法（一）单相变压器“电压比K”的实验测定单相变压器“电压比K”的实验测定电路如图42所示，图中A、B分别与 “单相自耦变压器TT” （图41）的输出端A、B相连。实验开始前，应首先使“测试电源” 的输出电压为零即调节“单相自耦变压器” ，使其输出0。1由图42所示，“测试电源”由“单相自耦变压器” 的A、B端接至受试变压器T（DP01）的低压线圈（u1u2端），高压线圈（U1U2端）开路。2经实验老师检查无误后，闭合交流主接触器KM，接通“测试电源” 。3调节“测试电源”的输出，使其电压分别为

26、受试变压器T的二次侧额定电压的30% 、40% 、50% 左右。4用“万用表”分三次读取受试变压器T的低压线圈电压U u1 u2和高压线圈电压U U1U2 ，录于表41。5测试完毕，调节“测试电源”使其输出为零，并切断交流主接触器KM。6按表41数据，取三次K值平均值，得电压比K（K1K2K3）3，录于表41。表41 单相变压器“变比”的测定 K 序 号U u1 u2 （V）U U1U2 （V）变比 K U U1U2 U u1 u2123图43 “空载”测试电路（二）单相变压器的空载试验“单相变压器” 的空载测试电路如图43所示。图中，受试变压器T （DP01）的低压线圈施加“测试电压” ，即

27、“测试电源” 的A、B端接受试变压器T（DP01）的低压线圈（u1u2端），高压线圈（U1U2端）开路。变压器空载电流 I 0 （2.5%10%）I NOM ，依此选择交流电流表和功率表的电流量程。变压器空载运行时功率因数甚低，一般在0.2以下，应选低功率因数功率表测量功率，以减小测量误差。1按图43接线，经检查无误后，闭合交流主接触器KM，接通“测试电源” 。（KM闭合前务必将“测试电源”调至输出电压最小或为零，以免电流表、功率表的电流线圈在KM闭合时，因电流冲击而损坏。）图44 空载特性曲线2调节“测试电源”的输出，使受试变压器T 的二次侧电压（U u1 u2）为额定输出电压的1.2倍（1

28、.2 UNOM ）。3逐次降低电压，依次测量空载电压U 0 （U u1 u2）、空载电流I 0 、空载损耗P 0 。在空载电压U 0（1.2 0.5）UNOM 范围内，读取67组数据（包括U 0 UNOM点，在该点附近测量间隔应密一些），测量结果录于表42。表42 单相变压器的空载试验 序号项目1234567U 0 （V）I 0 （A）P 0 （W）4测试完毕，调节“测试电源”使其输出为零，并切断交流主接触器KM。5变压器的空载特性曲线，包括空载电流特性和空载损耗特性，即：I 0 = f（U 0） ； P 0 = f（U 0） 按此关系，根据表42数据，分别绘制变压器的空载电流特性和空载损耗特

29、性曲线于图44。根据空载特性曲线（图44），即可查出额定电压（U0U 1NOM）时的空载电流I 0和空载损耗P0 ，并由此按本文附录之三的方法计算变压器的励磁参数，即励磁电阻rm 、励磁感抗X m 及其复数阻抗Z m 。（三）单相变压器的短路试验 “测试电源” 的输出端A、B，接受试变压器T（DP01）的一次侧（U1U2端），受试变压器T的二次侧（u1u2端）经电流表短接，如图45所示。变压器的短路电压约为（5%10%）UNOM，为避免大的短路电流冲击，在图45 “短路”测试电路接通电源前，务必将“测试电源”调至输出电压最小或为零。1按图45接线，经检查无误后，闭合交流主接触器KM，接通“测试

30、电源” 。2调节“测试电源” 的输出，缓慢增加电压，使短路电流I K 上升到1.1 I NOM。3在短路电流I K （1.1 0.5 ）I NOM的范围内，依次测量短路功率P K 、短路电压U K 及短路电流I K 共45组数据（包括I K I NOM），测量结果记录于表43。本实验应尽快进行，以免因绕组发热引起温升，使其电阻增加而带来读数偏差。4国家规定油浸变压器的短路电阻值应换算到 75°时的数值。因此，读数后应立即测量受试变压器周围的环境温度 t°并录于表43。对于普通干式变压器则可以免此换算。表43 单相变压器变的短路试验 t° 序号项目123456I K

31、 （A）U K （V）P K （W）图46 短路特性曲线5测试完毕，调节“测试电源”使其输出为零，并切断交流主接触器KM。6变压器的短路特性曲线，包括短路电流特性和短路损耗特性，即：I k = f（U k）； P k = f（U k）按此关系，根据表43数据，分别绘制短路电流特性和短路损耗特性曲线在图46中。由此按本文附录之三的方法计算变压器的短路参数，即短路电阻rk 、短路感抗X k 及其复数阻抗Z k 。（四）单相变压器的负载试验变压器的“负载试验”电路如图47所示。如图，受试变压器T（DP01）的一次绕组（U1U2端）接测试电源A、B，二次绕组（u1u2端）经刀开关Q1（DP10），与负

32、载电阻 R L 或负载电感 X L 相连。负载电阻 R L也可改用灯泡负载。负载性质的选择各校按照实验要求自行确定。图47 “负载”试验电路1按图47接线，“测试电源”调至输出电压最小或为零；负载电阻R L务必调至阻值最大，断开刀开关Q1。2经检查无误后，闭合交流主接触器KM，接通“测试电源”电源。3调节“测试电源” 的输出，缓慢增加电压至U 1U 1NOM。4保持U 1U 1NOM恒定，闭合刀开关Q1，减小负载电阻R L，即增大负载电流I 2，使负载电流从零（I 20 、U 2U2 0）至额定值（I 2NOM）的范围内，测量负载电流I 2和二次侧电压U 2，共读取56组数据（包括I 2I N

33、OM点），录于表44。表44 单相变压器变的负载试验 U 1U 1NOM V序号项目123456U 2 （V）I 2 （A）5测试完毕，调节“测试电源”使其输出为零，并切断交流主接触器KM。6若需进行非纯电阻而功率因数一定的负载实验，实验方法和线路与纯电阻负载时相同，此时二次侧应该增加一个电抗器与负载电阻并联（或串联）组成感性负载。7受试变压器在纯电阻负载下的外特性（即负载特性）为： U 1U 1NOM ； cos = 1 ； U 2 = f（I 2）按此关系，根据表44数据，在图48中绘制受试变压器在纯电阻负载下的外特性。图48 纯电阻负载的外特性曲线根据“负载试验”数据，还可以计算单相变压

34、器的运行特性，即额定负载功率因数为1时，受试变压器的电压变化率 U 和效率以及功率因数为1时的效率特性 = f （P 2）。此处从略，如有需要可参考附录之三的相关内容。六、思考题41为什么要始终强调，在单相变压器实验测试前，应首先使“测试电源”的输出电压为零，测试开始时再缓慢升压？42在单相变压器空载和短路试验中，各种仪表应怎样联接，才能使测量误差最小？43用试验方法如何测定变压器的铁损和铜耗？（参考附录有关内容。）44变压器空载和短路时应注意哪些问题？一般测试电源应接在低压侧还是高压侧比较合适？为什么 ？实验四 交流电机调速系统研究一、实验目的1熟悉“转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调

35、速系统”的组成及其工作原理。2进一步了解实验系统主要组成单元的原理及其基本调试方法。3分析“转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统”的起、制动控制及其过渡过程。二、实验内容1“实验系统”的接线与静态调试。2“转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统”的静态特性研究。3“转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统”正、反向起、制动过渡过程的实验研究。4“转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统”的抗干扰性研究。三、实验设备与仪器1实验台主体（主控制箱）及其主控电路、转速变换电路（DD02）、电流检测及变换电路（DD06）、电压检测及变换电路（DD09）。2触发电路挂箱II

36、(DST02)3IPM主电路挂箱(DSM02)4给定挂箱(DSG01)5调节器挂箱(DSA01)6调节器挂箱(DSA02)7控制器挂箱(DSC01) 8鼠笼转子异步电动机 +磁粉制动器 +旋转编码器机组。9慢扫描双踪示波器、频率计、数字万用表等测试仪器10微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。 四、实验电路的组成“转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统”是另一种形式的交流变压变频（VVVF）调速系统的基础实验之一。其组成框图如图81所示，具体接线见附图28。教材 电力拖动自动控制系统（第二版）陈伯时主编，机械工业出版社，1999年5月。第228页关于“转差频率

37、控制的基本概念”中已经指出：“直流双闭环调速系统”中，其转速调节器的输出U*i代表了转矩给定信号，具有很好的调速特性。交流异步电动机中，影响转矩的因素很多，其电磁转矩公式：TeCmmI2cosj2 式中，Cm np N1kN1。由此可见，交流异步电动机的气隙磁通m、转子电流I2、转子功率因素cosj2等都影响转矩，而这些量又都与转速有关，所以控制交流异步电动机的转矩十分复杂。教材同时经推导指出，当电机运行时，转差率S很小，因此转差角频率s也很小，一般为定子角频率1的25，其电磁转矩的近似关系式可写为：图8-1 转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统组成框图TeKm2msR2上式表明，在

38、转差率S很小的范围内，只要维持气隙磁通m恒定，异步电动机的转矩与其转差角频率近似成正比。于是，在异步电动机中，通过控制s如同直流电机中控制电流一样，能够达到间接控制转矩的目的。以控制转差频率代表控制转矩，即“转差频率控制”的基本概念。根据转差频率控制的基本规律，图81中引入了（DG04）单元，即函数信号给定（GF），转向控制FR，当不需要正、反转控制时，可将其接12V。转差频率控制的异步电动机变频调速系统通常采用电流源变频器，使控制对象具有较好的动态响应，也便于回馈制动。与转速、电流双闭环直流调速系统一样，本系统外环是转速环、内环是电流环，转速调节器ASR的输出U *s代表转矩给定。于是，函数

39、发生器（GF）按U *s的大小产生相应的U *i1，再经电流调节器ASR控制定子电流，以保持气隙磁通m恒定。从而形成了在转速外环内的电流 频率协调控制。五、实验步骤与方法实验前仿照前述实验每实验组自行编制、设计“实验步骤、方法和实验用表”，并事先提交实验室，经指导老师检查、认可。（一）实验电路连接、检查及静态参数整定，经实验指导老师检查、认可后完成以下实验。（二）转速闭环、转差频率控制的异步电动机变频调速系统静态特性测试（三）系统起、制动及直接正、反转控制实验（四）突加负载时的抗干扰性研究实验五 三相异步电动机的实验研究一、实验目的1熟悉三相异步电动机的起动和正、反转控制。2分析、研究三相异步

40、电动机的工作特性。 二、实验内容1熟悉三相异步电动机的名牌数据和实验电路的组成2三相“绕线转子”异步电动机的起、停控制。3三相“笼型转子”异步电动机的起、停控制。 4三相异步电动机的正、反转控制。 5三相异步电动机的工作特性。三、实验设备与仪器1实验台主体主电路。2主电路挂箱、（DSM01、02） DM01、03单元。3给定单元挂箱（DSG01） DG01单元。4控制器挂箱（DSC01） DC04单元。5触发驱动挂箱（DST02） DT04单元。6功率器件挂箱、（DSP02、03） DP08、10单元。7三自耦变压器（TT） 选择采用。8三相“笼型转子”和“绕线转子”异步电动机和一台（DD10

41、、11）。9数字万用表，电压、电流表、功率表等。四、实验电路的组成“三相异步电动机” 实验研究的基本内容包括：熟悉三相异步电动机的铭牌数据、三相异步电动机的起动、转向控制、三相异步电动机的工作特性等。通常三相异步电动机分“绕线转子”和“笼型转子” 异步电动机两大类。前者过载能力较低、价格较高，可实现串级调速。后者则价格相对低廉、过载能力较高，但调速困难，且无法实现串级调速。三相异步电动机的特性研究有时要改变其定子的三相供电电压，为此其“试验电源” 与“三相变压器”实验一样，需由“三相交流调压器”供电 ，这个“三相交流调压器”同样可由“三相晶闸管交流调压电路”组成，如图61a）所示。也可以直接采

42、用“三相自耦变压器T T” ， 如图61b）所示。图61b）三相自耦变压器三相异步电动机的调速特性主根据转速 n 60 f12p ，其调速方法主要有 变频调速 改变定子频率，需要专用的变频设备； 变极调速 改变定子极对数2p ，需要专用调速电机，如二速、三速电机等。此外，从改变供电电压U1和转差率S 出发，通常有定子串电阻和调压调速以及串级调速等。本图61a） 三相晶闸管交流调压电路实验的特性研究将不讨论这些调速方法，将在“交流调速系统”实验中讨论。五、实验步骤与方法（一）熟悉三相异步电动机的名牌数据观察“三相异步电动机”外形包括“绕线转子”和“笼型转子” 异步电动机以及测速发电机。查看各台电

43、机的铭牌，读取相关数据录于表61。表61 三相异步电动机的名牌数据（额定值） 额定数据电 机型 号功 率（W）电 压（V）电 流（A）转 速（rpm）接线方式绕线转子异步电动机笼型转子异步电动机测速发电机永 磁（二）“绕线转子”异步电动机的起动三相“绕线转子”异步电动机的起动线路如图61所示，图中“绕线转子”异步电动机的“集电环” 与星形联结的三联电位器RP相联。实验中三只电位器RP 必须同步调节，本实验台“功率器件单元（DSP02）”以配备有三只功率电位器，虽不能同步调节，但可通过“三相不控整流桥单元（DM03）” ，按图61虚线框内所示改用一只电位器即可（为什么？）。图62 三相“绕线转子

44、”异步电动机的起动线路图63 “星 三角”起动线路实验时，先置起动电位器RP致阻值最大，作好起动准备。起动步骤为：接通交流主接触器KM，并调节“试验电源”使其输出电压到受试三相“绕线转子”异步电动机的额定电压U1NOM，然后缓慢调节起动电位器RP，减小起动电阻直至阻值为零，电动机便进入稳定运行状态。欲停止电机，应先缓慢增加电位器RP的阻值至最大，电机停止。起动和停止过程中电位器RP都不可调节得太快，以防止因为过冲击电流而烧坏电机。（三）“笼型转子”异步电动机的起动三相“笼型转子”异步电动机的起动方法通常有：“直接起动” 、“星 三角” 起动（或“星 三角” 起动器）、“电抗器”降压起动和“自耦

45、变压器”起动等。除“直接起动”外，这些起动方法都是定子降电压起动，现以“星 三角”起动方法讨论之。对于定子绕组为“三角形联结” 的“笼型转子”异步电动机可采用“星 三角”起动，其起动主线路如图6-3所示，控制电路如图6-4所示，当电机额定电压为220V时，控制电路的端接L2；380V电机，控制电路的端接N。图6-3中KM1、KM2为交流接触器，KM2闭合时异步电动机的定子绕组为“星形联结” ，KM1闭合时为“三角形联结”（请按线路自行分析）。起动步骤为：1先接通交流主接触器KM，并调节万能转换开关，使其输出电压至受试三相“笼型转子”异步电动机的额定电压U1NOM。2按一下按钮SUB3，异步电动

46、机的定子绕组为“星形联结”，电动机便起动，待电动机转速升速且稳定之（此时，施于电动机定子的电压为，为什么？）3电动机转速稳定后，在迅速按一下按钮SB2，定子绕组“三角形联结”，电动机继续升速，直至起动完毕。 图6-4 星三角起动控制电路“笼型转子”异步电动机的停止，有“自由停车” 、“机械抱闸” 、“反接制动” 和“能耗制动” 等。按一下按钮SUB1或直接分断交流主接触器KM，即可实现“自由停车” 。在电动机轴伸端设置专门的电磁控制的“机械抱闸装置”，电动机通电时“机械抱闸装置”自动放松，断电时则自动抱紧，利用机械摩擦阻力而制动。此时，采用“自由停车” 的同时，即实现“机械抱闸” 制动。“反接

47、制动” 和“能耗制动” 通常由专门的电器控制线路实现，由有关“电器控制”课程讨论，此处从略。（四）三相异步电动机的正、反转控制图65a)异步电动机的正、反转主电路图65b)异步电动机的正、反转控制电路最简单的三相异步电动机正、反转控制线路如图64所示。众所周知，三相异步电动机的正、反转控制只需互换其中两相，如图中采用三个按钮、两个接触器及其辅助触点组成电路。这种线路在普通需正、反转的中、小容量设备中常被采用。对于中、小容量“笼型转子” 异步电动机，如图常采用直接起动方式。图65a)中，输入端A、B、C与DM00对应输出端联结，其控制电路接线如图6-5b)所示。当电机额定电压为220V时，控制电

48、路的端接C；380V电机，控制电路的端接N。起动步骤为：接通交流主接触器KM，并调节万能转换开关使其输出电压到受试电动机的额定电压U1NOM；再将按钮SUB2按下电动机便直接起动至正向额定转速并稳定运行之。欲停止电机只需再按一下按钮SUB1，若要电动机直接反向旋转，只需将SUB3按下即可，电动机便自动反转。在SUB3按下后，待电机制动至转速接近为零时，立即将SUB1按下，这就实现了电机的反接制动。（五）三相异步电动机的参数测定图66 异步电动机的参数及其工作特性的测试线路三相异步电动机的参数测定包括电机定子绕组冷态电阻的测定、空载试验和短路试验。三相异步电动机参数和工作特性的测试线路如图66所

49、示。图中输入端A、B、C与“试验电源”图61a)或b)的对应输出端联结。先将“试验电源”的输出置零并分断交流主接触器KM。1异步电动机定子绕组的冷态电阻，可用伏安比较法测定，也可用伏安法或电桥法直接测定。（建议用书末附录之一“伏安法比较法”测定）。2异步电动机的空载试验线路按图66接线，图中功率表应采用低功率因数表。测试步骤为： 先置“磁粉制动器（DD06）转矩为零，使电机处于空载状态； 闭合交流主接触器KM，并逐渐调节“试验电源” 的输出至额定电压，起动电动机并保持其在额定电压下空载运转直至稳定； 调节“试验电源” 输出，使受试电机定子绕组的外施电压高达1.2UNOM ； 由1.2UNOM逐

50、渐减小，电动机的电流也相应减小，直至转差率显著增大，定子电流开始回升（或基本不变）。其间读取79组数据，每组包括三相空载电压（U UV 、U V W 、U WU ）、三相空载电流（I U 、I V 、I W ）和两瓦特表的功率（P1 、P2 ）。注意在UNOM附近多测试几点，记录于表62中； 按表62数据绘制空载特性I 0 f（U 0）、P 0 f（U 0） ，表中空载电压U 0（U UV U V W U WU ）3 、空载电流I 0 （I U I V I W ）3 、空载功率P 0 （P1P2 ） 、功率因数cos0P 0 U 0 I 0 。（此项可在实验报告中完成）表62 三相异步电动机的空载试验数据 序号电 压 （V）电 流 （A）功 率 （W）功率因数UUVUVWUWUU0I UI VI WI0P 1P 2P0cos 0123456783异步电动机的短路试验线路仍按图66接线，但要注意更换电压表和电流表的量程，并将低功率因数表换成高功率因数表。试验前先检查电动机的旋转方向，再堵转转子（防止制动工具抛甩伤及周围人员）。测试步骤为： 先置“磁粉制动器（DD06）转矩为较大，使电机处于堵转状态为度； 闭合交流主接触器KM，并逐渐调节“试验电源” 的输出，缓慢增加施加在受