电机及其拖动基础实验指导书2010

电机与拖动基础实验指导书2010年9月电机与拖动基础实验指导书电机与拖动基础实验（序言）电机与拖动基础是一门实践性很强的课程，当你学习了电机与拖动基础的理论知识后，必须通过一定数量的实验和实践，才能更清楚地掌握电机与拖动基础的组成和本质。在本课程中列出了两个典型实验：实验一、直流电动机各种运转状态时的机械特性测定。实验二、交流异步电动机各种运转状态时的机械特性测定。本课程实验是综合性很强的大型实验，涉及的知识面广，实验时环节多，须多人协同进行。为了提高工作效率和实验效果，建议按以下方式进行。一、预习在实验前做好预习工作，是保证实验顺利进行的必要步骤，也是培养学生独立工作能力，提高实验质量与效率的重要环节。要求做到：1．实验前应复习有关课程的章节，熟悉有关理论知识。2．认真阅读实验指导书及有关实验装置的介绍，了解实验目的、内容、要求、方法和系统的工作原理，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进行预习（如所用仪器设备、机组的名牌） 。3．画出实验线路图，明确接线方式，拟出实验步骤，列出实验时所需记录的数据表格。4．实验分组进行，每组 3~4人，每人都必须预习，实验前可每人或每组写一份预习报告。各小组在实验前应认真讨论一次，确定组长，合理分工，预测实验结果及大致趋势，做到心中有数。二、实验进行过程每个人在整个实验过程中必须严肃认真，集中精力，准时完成实验。1．预习检查，严格把关实验开始前，由指导教师检查实验预习质量（包括对本次实验的理解、认识及预习报告）。当确定已做好了实验前的准备工作方可开始实验。如发现未预习者，应拒绝其实验。2．分工配合，协调工作每次实验以小组为单位进行，组长负责实验的安排，可分工进行系统接线、起动操作、调节负载，测量转速及其它物理量、数据记录等工作。在实验过程中务求人人动手，个个主动，分工配合，协调操作，做到实验内容完整、数据记录正确。3．按图接线，力求简明。1电机与拖动基础实验指导书根据拟定的实验线路及选用的仪表设备，按图接线，力求简单明了。接线原则是先串联，后并联，即由电源开始先连接主要的串联电路，例如单相或直流电路，从一极出发，经过主要线路的各仪表、设备，最后返回到另一极。串联电路接好后再把并联支路逐段并上。导线的长短要合适，不宜过长或过短，每个接线柱上的接线不要超过两根。接线要牢，不能松动，这样可以减少实验时的故障。4．确保安全，检查无误为了确保安全，线路接好后应互相检查或请指导老师检查，确认无误后方可合闸通电。5．按照计划，操作测试按实验步骤由简到繁逐步进行操作测试。实验中要严格操作规程和注意事项，仔细观察实验中的现象，认真做好数据测试工作，并结合理论分析与预测趋势相比较，判断数据的合理性。6．认真负责，完成实验实验完毕，应将记录数据交指导教师检查，经指导教师认可后才允许拆线、整理现场，并将导线分类整理，仪表、工具物归原处。三、实验报告实验报告是实验工作的总结及成果，通过书写实验报告，可以进一步培养学生的分析能力和工作能力。因此必须独立书写，每人一份。应对实验数据及实验中观察和发现的问题，进行整理讨论，分析研究，得出结论，写出心得体会，以便积累一定的实际经验。编写实验报告应持严肃认真的科学态度，要求简明扼要，条理清楚，字迹端正，图表整洁，分析认真，结论明确。实验报告应包括以下几个方面内容：1．试验名称，专业班级，组别，姓名，同组同学姓名，实验日期。2．实验用机组，主要仪器、仪表设备的型号、规格。3．实验目的要求。4．实验所用线路图5．实验项目，实验步骤，实验结果。6．整理实验数据，注明实验条件。7．画出实验所得曲线或记录波形。8．分析实验中遇到的问题，总结实验心得体会。2电机与拖动基础实验指导书四、实验注意事项为了按时顺利完成实验，确保实验时人身及设备安全，养成良好的用电习惯，应严格遵守实验室的安全操作规程，并注意下列事项：1．人体不可接触带电线路。2．电源必须经过开关接入设备；接线或拆线均需在断开电源的情况下进行。3．合闸时应招呼同组同学注意，如发现问题应立即切断电源，保持现场，协助教师查清楚原因后方能继续进行实验。4．使用仪器、仪表时，要注意看清楚量程范围，以防损害仪器、仪表，保证测量数据的正确性。5．不要乱动与本实验无关的仪器、设备。本实验指导书经过自动化系01级学生试用，作了细小修改，可能还有不合理的地方，请学生和实验指导老师继续提出宝贵意见。编修：倪国宗运动控制实验中心3电机与拖动基础实验指导书试验一 直流电动机运行状态机械特性的测定一、实验目的了解直流电动机不同运行状态时的机械特性。掌握直流电动机机械特性的测定方法。二、实验系统组成及工作原理图1-1所示是直流电动机运行状态测定的实验线路图。图1-1直流他励电动机机械特性测定接线图直流电动机的机械特性 n=f(T)在忽略空载机械损耗的情况下，可近似地认为，电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转矩，即： T=CΦI，对他励直T a流电动机在磁通不变情况下又可将n=f(Ia)曲线表示为其机械特性，因为二者只相差常数CTΦ，为了要得到在一定电枢电压和励磁情况下电动机的机械特性，必须在电动机轴上施加一个可变负载，以便得到不同负载下电动机的电磁转矩和转速的关系，从而获得机械特性。获得电动机在电动状态的机械特性，在电动机轴上施加负载的形式是多种多样的，然而要同时获得反接，发电和能耗状态的机械特性，其最可行的方法4电机与拖动基础实验指导书是采用一台直流电机作为负载（图中G是作为负载用的直流并励发电机），利用其工作在不同的运转状态，测量出被试电动机(图中M是被试电动机)在不同运转状态的机械特性。三、实验设备及仪器1．MCL-II系列电机电力电子及电气传动教学实验台主控制屏2．直流电动机-直流发电机-测速发电机组实验机组参数：直流电动机M：100W，220V，0.55A，1600r/min直流发电机G：185W,220V,1.1A,1600r/min测速发电机：CFY-1型，2400r/min,48+/-10%V(或光电测速)3．三相可调电阻900Ω（MEL-03）4．三相可调电阻90Ω（MEL-04）5．波形测试及开关板(MEL-05)6．直流电压、电流、毫安表（ MEL-06）7．电机起动箱（MEL-09）四、实验内容1．电动及回馈制动机械特性测定。2．电动及倒拉反转机械特性测定。五、实验方法（一）电动及回馈制动机械特性测定1．实验接线如图 1-1M为直流并励电动机（接成他励方式），PN=100W,UN=220V,IN=0.5A,nN=1420r/min励磁电压UfN=220V,励磁电流IfN=0.1AG为直流并励发电机（接成他励方式），PN=185W,UN=220V,IN=1.1A,nn=1600r/min励磁电压UfN=220V,励磁电流IfN=0.11AV1为直流电压表，为 220V可调直流稳压电源自带。V2为直流电压表，量程为 300V（MEL-06）mA1为直流电流表，为 220V直流电机励磁电源自带。A1为直流电流安培表，为 220V可调直流稳压电源自带。5电机与拖动基础实验指导书mA2为直流电流表，量程为 200mA（MEL-06）A2为直流电流安培表，量程为 2A（MEL-06）Rmf选用3000Ω电阻（MEL-09）Rm选用180Ω电阻（MEL-04）Rgf选用1800Ω电阻（MEL-03）Rg选用2250Ω电阻（MEL-03）S1,S2为双刀双开关（MEL-05）2．开关、电阻等的设置在开启电源前，应该先检查开关、电阻等的设置。（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。（2）电阻Rmf放至最小值。电阻 Rm、Rgf、Rg放至最大值。（3）直流电机励磁电源开关和220V可调直流稳压电源开关必须放在断开位置。3．实验步骤（1）先合总电源开关，再合直流电机励磁电源开关和 220V可调直流稳压电源开关，使直流电动机M起动运转，调节直流稳压电源，使V1读数为U=220V，调节Rm阻值至零。2）分别调节直流电动机M的磁场调节电阻Rmf，使Imf=100mA，调节发电机G的磁场调节电阻Rgf，使Igf=110mA，调节负载电阻Rg（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节相并联的 900Ω电阻旋钮），使直流电机的转速 n=1420r/min,Ia=IN=0.5A,记录此值。3）保持电动机的U=UN=220V，Imf=100mA不变，改变Rg及Rgf阻值，测取M在额定负载至空载范围内的n、Ia，可取5~6组数据填入表1-1中。表1-1 UN=220V，Imf=Ia（A）n(r/min)4）拆掉开关S2的短接线，调节Rgf，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M电枢电压极性相同。5）保持电动机的U=UN=220V,Imf=100mA不变将开关S2合向“1”端，调节Rg阻值至零（先调节相串联的 900Ω电阻旋6电机与拖动基础实验指导书钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器）。再调节Rgf阻值使其逐步增加，电动机M的转速升高，当A1表的电流值为零时，此时电动机的转速为理想空载转速n0,继续增加Rgf阻值，则电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至电流接近-IN，（实验中应注意电动机转速不要超过1800r/min）。测取电动机M的n、Ia,可取5~6组数据填入表1-2中。表1-2UN=220V，Imf=Ia(A)n(r/min)因为T=CmΦIa,而CmΦ为常数，则T∝Ia，为了简单起见，只要求出n=f(Id)特性。电动机回馈制动机械特性如图 1-2所示图1-2直流他励电动机电动运行及回馈制动机械特性（二）电动及倒拉反转机械特性测定1．开关、电阻等的设置断开电源，对实验线路 1-1进行如下改动：(1)直流电动机M的磁场调节电阻 Rmf选用3000Ω电阻（MEL-09），Rm选用900Ω电阻（MEL-03）。发电机G的磁场调节电阻Rgf不用，负载电阻Rg选用2250Ω电阻（MEL-03）。(2)开关S1合向“1”端，S2合向“2”端（短接线拆掉）。把发电机G的电枢接线对调。7电机与拖动基础实验指导书(3)在没有合上电源开关前，电机M的磁场调节电阻Rmf置于最小值，Rm置于300Ω左右，负载电阻Rg置于最大值。2．实验步骤(1)先合总电源开关，再合直流电机励磁电源开关和220V可调直流稳压电源开关，使直流电动机M起动运转，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。(2)调节直流电动机M的电阻Rm为900Ω左右，调节直流稳压电源为U=220V,调节M的磁场调节电阻Rmf使Imf=100mA,保持以上值不变，逐渐减小负载电阻Rg阻值，电机减速直至为零，继续减小Rg阻值，此时电动机工作于转速反向的反接制动状态运行（第四象限）。(3)再继续减小Rg阻值（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节相并联900Ω电阻旋钮），使直流电动机M的电流接近IN，测取电动机M在第一、第四象限的n、Ia,可取5~6组数据填入表1-3中。表1-3 Rm=900Ω, UN=220V, Imf=Ia(A)n(r/min)电动及倒拉反转机械特性如图 1-3所示。图1-3直流他励电动机电动及倒拉反转机械特性8电机与拖动基础实验指导书六、实验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，防止因电阻过小产生过电流而烧毁熔断丝。七、实验报告根据实验数据绘出电动机运行在第一、第二、第四象限的机械特性。八、思考题（1）回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点？（2）直流电动机M从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，电磁转矩的方向是否改变？为什么？（3）M，G实验机组，直流电动机M从第一象限运行到第四象限，转子旋转方向变了，而电磁转矩的方向不变？为什么?作为负载的发电机G,从第一象限到第四象限其电磁转矩的方向是否改变？为什么？9电机与拖动基础实验指导书实验二、单相变压器实验一、实验目的1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。2、通过负载实验测取变压器的运行特性。二、实验系统组成及工作原理三、实验设备及仪器MCL-II系列电机电力电子及电气传动教学实验台主控制屏功率及功率因数表（MEL-20）三相可调电阻900Ω（MEL-03）三相可调电阻90Ω（MEL-04）波形测试及开关板（MEL-05）三相可调电抗（MEL-08）四、实验内容空载实验测取空载特性 U0 f(I0)。2. 短路实验测取短路特性 Pk f(Ik)，Uk f(Ik)。五、实验方法（一）空载实验1.实验接线如图2-1图2-1变压器空载实验接线图变压器T选用MEL-01三相组式变压器中的一只或单相变压器，实验时，变压器低压线圈2U1，2U2接电源，高压线圈1U1，1U2开路。10电机与拖动基础实验指导书A、V1、V2、W分别为交流电流表、交流电压表、功率表。接线时注意电流线圈和电压线圈的同名端，不要接错。2.实验步骤a).在三相交流电源断开的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底，并合理选择各仪表的量程。变压器T额定容量PN=77W，U1N/U2N=220V/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A。b).合总电源开关，接通三相交流电源，顺时针方向调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN。c).然后，逐次降低电源电压，在 1.2~0.5UN范围内；测取变压器的 U0、I0、P0，可取6~7组数据填入表2-1中，其中U=UN的点必须测 ，并在该点附近测量的点应密些。为了计算变压器的变化，在UN以下测取原方电压的同时测取副方电压，填入表2-1中。d).数据测量结束以后，断开三相电源开关，以便为下次实验作好准备。表2-1（0V）I0（A）p0(W)U1U11U2计算cos2U1234567（二）短路实验实验接线如图2-2图2-2变压器短路实验接线图实验时，变压器T的高压线圈1U1，1U2接电源，低压线圈2U1，2U2直接短路。11电机与拖动基础实验指导书A、V1、V2、W分别为交流电流表、交流电压表、功率表。选择方法同空载实验。2.实验步骤:a).在三相交流电源断开的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底，使输出电压为零。b).合总电源开关，接通三相交流电源，顺时针方向调节调压器旋钮，逐步加输入电压，使短路电流等于电压1.1IN为止。在0.5~1.1IN范围内测取变压器的UK、IK、PK，可取6~7组数据填入表2-2中。其中I=IK的点必须测。并记录实验时周围的环境温度℃。表2-2环境温度=℃UK（V）I（A）pk(W)U1U11U2计算cos21234567六、实验注意事项在变压器实验中，应该注意电压表、电流表、功率表的合理布置。短路实验中，操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。七、实验报告计算变比由空载实验测取变压器原、副方电压的三组数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比K。U1U11U2/U2U12U2绘出空载特性曲线和计算激磁参数。（1）绘出空载特性曲线U0 f(I0), P0 f(I0), cos 0 f(U0)式中：cos 0

P0U0I0（2）计算激磁参数12电机与拖动基础实验指导书从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式计算出激磁参数Porm I02U0ZmI02 2Xm Zm rm绘出短路特性曲线和计算短路参数。（）绘出短路特性曲线K=f（IK）、PK=f（K）、cosK=（K）1UIfI（2）计算短路参数从短路特性曲线上查出对应于短路电流IK=IN时的UK和PK值，并由下式计算出实验环境温度为（℃）短路参数'UKZKIKPKrKIK2XK'ZK'2rk'2折算到低压方'ZKZK2K'rKrK2K'XKXK2K由于短路电阻rk随温度变化，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度为75℃时的阻值。rr234.575k75CK234.5Zk75CrK2750CXK2式中：234.5为铜导线的常数；若为铝导线，其常数为 228。13电机与拖动基础实验指导书阻抗电压INZK750C100%UKUNINrK750C100%UKrUNINXK100%UKXUNIK IN时的短路损耗PKN IN2rk75C利用空载和短路测定的数据，画出被试变压器折算到低压边的″T″型等效电路。14电机与拖动基础实验指导书实验三 三相异步电动机各种运转状态时机械特性测定一、实验目的1．了解三相绕线式异步电动机在各种运转状态时的机械特性。2．掌握异步电动机机械特性的测定方法。二、实验系统组成及工作原理图3-1所示是三相绕线式异步电动机各种运转状态时的实验线路图。图3-1三相绕线式异步电动机机械特性测定接线图15电机与拖动基础实验指导书三、实验设备及仪器MCL-II系列电机电力电子及电气传动教学实验台主控制屏三相绕线式异步电动机—直流发电机—测速发电机组实验机组参数：三相绕线式异步电动机 M：100W，200V，0.5A，1420r/min直流电动机：185W,220V,1.1A,1600r/min（即本实验中代号为 G，当作发电机用，作为负载）3.三相可调电阻 900Ω（MEL-03）4.三相可调电阻 90Ω（MEL-04）5.波形测试及开关板(MEL-05)6.直流电压、电流、毫安表（ MEL-06）7.电机起动箱（MEL-09）四、实验内容1.测定三相绕线式异步电动机在电动状态下机械特性。2.测定三相绕线式异步电动机在回馈制动状态下机械特性。五、实验方法（一）测定三相绕线式异步电动机在电动状态下机械特性1.实验接线如图3-1，M为三相绕线式异步电动机，Y接法。G为直流并励发电机（接成他励方式），V1、A1、W1、W2为交流电压表、电流表、功率表，V2、A2、mA分别为直流电流电压、电流、安表，在（MEL-06）上。Rg选用675Ω电阻（MEL-03）。Rs选用三组90Ω电阻（MEL-04）。Rgf选用3000Ω电阻（MEL-09）。S1为双刀双开关(MEL-05)。2.开关、电阻等的设置在开启电源前，应该先检查开关、电阻等的设置。（1）开关S1合向“2”端。（2）V2的量程为300V档，mA的量程为200mA档，A2的量程为2A档。（3）电阻Rs调至零。电阻Rgf、Rg放至最大值。（4）直流电机励磁电源开关和 220V可调直流稳压电源开关必须放在断开位置。并且将直流稳压电源调节旋钮调到零。16电机与拖动基础实验指导书3.实验步骤：（1）合总电源开关，接通三相交流电源，调节三相交流电压为 200V（注意观察电动机转向是否符合要求，并在以后的实验中保持不变） 。（2）再合直流电机励磁电源开关， 调节直流电动机G的磁场调节电阻 Rgf,使Igf=95mA并保持不变。合220V可调直流稳压电源开关和复位开关，开关1S的“2”端测量电机G的输出电压极性，先使其极性与