电机与拖动实验指导书

电机与拖动实验指导书《―电机与拖动―》实验指导书暂定适用专业：_自动化__电气工程及其自动化_江苏科技大学电子信息学院1999年9月前言本课程是自动化、电气工程及其自动化等专业的主要专业基础实验课，是电机学和电力拖动基础两门课程的有机结合，本实验指导书力求做到内容精选，重点突出，物理概念清楚，实验手段明确。本实验指导书主要包括直流发电机、直流电动机、变压器、交流电动机和交直流拖动等实验。通过实验学生可以熟练的掌握基本的实验方法和操作技能，提高学生在实验过程分析和解决实际问题的能力。本实验为独立设课，共设置了十一项实验，其中交直流拖动实验两项实验为综合性实验。本实验还可以作为测控专业、应用电子和机电一体化等不同专业的选修课。目录一．实验一直流发电机二．实验二他励直流电动机的工作特性与调速性能测定三．实验三电动机飞轮矩和参数测定四．实验四五．实验五六．实验六七．实验七八．实验八九．实验九十．实验十十一.实验十一直流拖动实验单相变压器空载、短路和负载实验三相变压器的极性和连接组测定异步电动机参数测定三相异步电动机工作特性交流拖动实验控制电机实验自整角机实验实验一：_直流发电机实验_实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的1．掌握用实验方法测定他励直流发电机空载特性，及直流发电机在他励并励时的外特性。2．掌握并励直流发电机的自励条件，并观察其自励过程。二、实验内容.他励直流发电机的空载特性U0=f(If)2.他励直流发电机的外特性U=f(I)3.观察并励直流发电机的电压自建立过程4.并励直流发电机的外特性：U=f⑴三、实验原理、方法和手段本实验是以磁场中运动的导体两端能够产生电动势的原理，来验证直流发电机的各种特性。其方法和手段就是先要给直流发电机建立磁场，然后用电动机做原动机带动发电机电枢旋转。四、实验组织运行要求本实验为验证性实验，应采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件1．电机机组一套：（直流电动机－交流电动机－直流发电机－测速发电机－编码器）。.直流发电机：额定功率350W、额定转速1440r/min、额定电压165V、额定电流2.0A、额定励磁电压200V、额定励磁电流0.45A。.直流电动机：额定功率500W、额定转速1400r/min、额定电压220V、额定电流2.3A、额定励磁电压200V、额定励磁电流0.35A。.IPS-n电机转速测量仪。.三相调压器：调压范围0〜420V/50Hz、视载功率4KW、电流4A。6.直流电压表、电流表、负载单元、可变电阻器和开关导线等。六、实验步骤本实验的原动机为直流他励电动机，实验线路如图1-1所示图1-1他励直流发电机实验电路图1-1中：E为他励直流发电机、D为直流电动机、A1和A2为直流电流表、V和V1为直流电压表，根据发电机铭牌选择仪表的量程、RP1,RP2为滑线变阻器，分别用作直流电动机和发电机励磁回路的可变电阻、R3为可变电阻挂箱，作为负载电阻。1．起动机组步骤（1）起动前先检查线路，调压器调到零位，闭合K1,K处于断开位置，RP1调至最小位置，RP2、R3放在最大位置。（2）合上装置上空气开关、控制电路电源开关、励磁开关和主电源起动按钮。缓慢调节调压器电压，起动直流电动机，观察各电表指针是否有反偏，若有反偏应先将调压器调到零位，按下主电源停止按钮，将有反偏的表的接线端对调。然后再起电机。（3）调节调压器，使发电机转速达到额定值。2．他励直流发电机的空载特性实验保持发电机的转速为额定值，减少RP2,至发电机空载电压U0=1.2Ue左右，从该点开始，将发电机励磁电流逐次减少，每次记下发电机空载电压U0及励磁电流If，直至If=0（即K1断开），读取5-9组（包括U0=Ue）数据记录于实验表1-1中，当If=0时测得的电压为发电机的剩磁电压USC=V，常为2-4%Ue。注意，此时测得的为空载特性的下降分支，所以在减少电流时只能单方向调节。实验表1-1他励直流发电机的空载特性数据3．他励直流发电机的外特性实验合上K将发电机加上负载，调节（R3）负载大小和（RP2）发电机励磁电流的大小，使发电机在额定转速下输出电流为额定值I=Ie,输出端电压为额定电压Ue（该点即为发电机的额定运行点），此时的励磁电流If二A为额定励磁电流，记下该组数据，并保持If不变逐渐减少负载电流直至为零即断开K，记下每次电流和电压填于实验表1-2中。实验表1-2他励直流发电机的外特性数据4．并励直流发电机的电压自建立过程图1-2并励直流发电机实验电路（1）将发电机线路部分改成图1-2。（2）起动电动机到发电机的额定转速。（3）调节RP2观察发电机端电压是否升高，如果电压升高，则励磁绕组与电枢绕组的电压极性是相同的并励发电机就能建立稳定的电压。否则极性接错，应将励磁绕组的两个接线端对换一下。5．并励发电机外特性实验合上K，发电机加上负载，调节（R3）负载大小和（RP2）发电机励磁电流的大小，使发电机在额定转速下输出电流为额定值Ie,输出端电压为额定电压Ue（该点即为发电机的额定运行点），保持RP2不变，逐渐减少负载电流直至为零即断开K，记下每次电流和电压情况。实验表1-3并励直流发电机的外特性数据0七、思考题1．在做空载实验时，为什么不能反复调节励磁电流的大小？2．怎样改变直流发电机输出电压的极性？3．在测定空载特性和外特性时，应搞清楚哪些量须保持不变，读取哪些数据。八、实验报告按空载实验数据，画出他励直流发电机的空载特性曲线。按负载实验数据，在同一坐标中画出他励和并励直流发电机的外特性曲线。九、其它说明学生必须遵守实验室管理的相关规定及安全事项等内容。实验二：_他励直流电动机的工作特性与调速性能的测定_实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的1．熟悉他励直流电动机的起动及调速方法。2．他励直流电动机的工作特性测定。二、实验内容1．在额定电压与额定励磁电流的条件下，测定直流电动机的工作特性。2．在负载基本不变的情况下，分别改变电枢回路电阻R2,电枢电压U与励磁电流If的大小，测定直流电动机的转速。三、实验原理、方法和手段本实验是以通电导体在磁场中受到电磁力的作用，并能能产生运动的原理，来验证直流电动机的工作特性和调速性能。其方法和手段就是先要给直流电动机建立磁场，然后给直流电动机电枢通电。四、实验组织运行要求本实验为验证性实验，应采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件1．电机机组一套：(直流电动机－交流电动机－直流发电机－测速发电机－编码器)。.直流电动机：额定功率500W、额定转速1400r/min、额定电压220V、额定电流2.3A、额定励磁电压200V、额定励磁电流0.35A。.直流发电机：额定功率350W、额定转速1440r/min、额定电压165V、额定电流2.0A、额定励磁电压200V、额定励磁电流0.45A。.IPS-n电机转速测量仪。5.三相调压器：调压范围0〜420V/50Hz、视载功率4KW、电流4A。6.直流电压表、电流表、负载单元、可变电阻器和开关导线等。六、实验步骤本实验的原动机为直流他励电动机，实验线路如图2-1所示图2-1他励直流电动机实验电路.他励直流电动机的负载实验.按图2-1接好线后，空载起动直流电动机D至额定转速ne之后闭合K,使电动机带上负载，调协RP2和R3使直流电动机所带的负载不断增加，直流电动机所带的负载不断增加，直至运行于额定工作点，即额定电压Ue,额定电流Ie,调节RP1使电动机为额定转速ne。直流电动机运行于额定工作点时的励磁电流就叫额定励磁电流Ife。Ife找到后，在整个负载实验过程中,电动机的励磁电流要保持此额定值不变。.做直流电动机的负载实验。从额定值作到空载,测取5-7组数据，将不同负载时的直流电动机电枢电流Ia与转速记录在下面的实验表2-1内：实验表2-1他励直流电动机的负载特性数据实验过程中,减小直流电动机的负载是靠减小直流发电机的负载电流或减小直流发电机的励磁电流来实现的。电枢电流从额定值至空载值,测量的各点在曲线上应大致均匀分布。励直流电动机改变电枢回路电阻Ra的调速方法实验线路如图2-1在电动机电枢回路中串入可变电阻R。(1)起动直流电动机。实验条件为：U=Ue；If=Ife；在调速过程中电动机带一个恒转矩的负载。将电源电压与电动机的励磁电流均调到额定值。为使发电机能等效于一个恒转矩负载,我们设法在整个调速过程中,保持发电机励磁电流与电枢电流均不变。具体操作如下：合刀闸K并调节RP2,使发电机励磁电流等于其额定励磁电流；给发电机加上负载，并调节负载电阻R3,选择电动机负载电流为某个数值。(2)电动机电枢回路电阻R从零开始逐渐增大，当R变化时，转速会发生变化，使发电机的感应电势发生变化，所以这是必须调节一下R3或RP2,才能使发电机负载电流仍维持为原先的数据。测量转速n0将所串电阻R与对应的转速n分别记录在表2-2中。（测5~8组数据即可）。（由于转速变化时，发电机的空载转矩M。不可能为一常数，所以电动机的负载严格来说还不是一个恒转矩负载）实验表2-2他励直流电动机电枢回路串电阻调速数据I=（A）If=（A）3．直流电动机改变电压的调速方法（1）实验线路仍如图2-1。起动直流电动机，实验条件保持为：If=Ie，电枢回路不串联电阻，即R=0；电动机带一个恒转矩的负载，方法如上面所述。（2）调节电源电压，电压从额定值往下调节，测量电源电压U及转速n,并将测量结果记录在表2-3中（测6-7组数据即可）实验表2-3他励直流电动机调压调速数据I=（A）If=（A）4．他励直流电动机改变励磁电流的调速方法实验线路仍如图2-1。（1）实验条件保持为：U=Ue；R=0；带恒转矩负载，方法如前面所述。（2）调节直流电动机的励磁电流If（实为调节励磁回路所串电阻RP1）。当RP1由小变大时，If由大变小。测量励磁电流与对应的转速。（测5~8个点即可）将测量结果记录在表2-4中。（注意：电机最高转速不要超过1.2n）实验表2-4他励直流电动机励磁调速数据U=（V）I=（A）七、思考题1．他励直流电动机在运行时，励磁回路突然断线（即失磁）直流电动机会出现什么现象？2．怎样改变直流电动机的转速方向？3．在弱磁调速时，为什么不能把励磁电流降得很低？八、实验报告按实验数据，画出他励直流电动机的工作特性曲线。按调速实验数据，在同一坐标中画出他励直流电动机的调速特性曲线。九、其它说明学生必须遵守实验室管理的相关规定及安全事项等内容。实验三：_他励直流电动机参数测定_实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的应用基本的物理方法来测量和计算电动机的主要参数电子电路技术二、实验内容1．测定直流电动机的额定励磁电流。2．测定直流电动机电枢及励磁绕组的电阻及电感。3．测定直流电动机空载损耗曲线P0=f(n)。*4．测定电动机从切断电流到转子静止时的转速随时间变化关系n=f(t)。5.阅读直流电动机电气参数和飞轮矩的测定方法(见附表)。三、实验原理、方法和手段本实验是根据物理和电子电路技术中的基本定律和公式，用最基本的方法和手段来测量和计算直流电动机的主要参数。四、实验组织运行要求本实验为验证性实验，应采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件．电机机组一套：(直流电动机－交流电动机－直流发电机－测速发电机－编码器)。.直流电动机：额定功率500W、额定转速1400r/min、额定电压220V、额定电流2.3A、额定励磁电压200V、额定励磁电流0.35A。.直流发电机：额定功率350W、额定转速1440r/min、额定电压165V、额定电流2.0A、额定励磁电压200V、额定励磁电流0.45A。.IPS-n电机转速测量仪。5.三相调压器：调压范围0〜420V/50Hz、视载功率4KW、电流4A。6.直流电压表、电流表、负载单元、可变电阻器、电子秒表和开关导线等。六、实验步骤本实验的原动机为直流他励电动机，实验线路如图2-1所示1．电枢与励磁回路中电阻的测量图3-1a测电枢电阻电路图3-1b测励磁电阻电路如图3-1a在电枢回路中通入直流电，励磁回路不通电。根据电枢电压及电流比值可得到电枢电阻Ra=Ua/Ia。如图3-1b在励磁回路中通入直流电，电枢回路不通电。根据电枢电压及电流比值，可得到励磁电阻Rfa=Uf/If2．电枢与励磁绕组电感的测量图3-2a测电枢电感电路图3-2b测励磁电感电路如图3-2a在电枢回路中通入交流电，励磁回路不通电。根据电枢交流电压及电流比值，可得到电枢阻抗Rx=U/I，由R2x=R2a+X2及Xa=2nfL，可求得电枢电感L。如图3-2b在励磁回路中通入交流电，电枢回路不通电。根据励磁交流电压及电流比值，可得到励磁阻抗Rfx=U/I，由R2fx=R2fa+X2SXa=2nfL可求得励磁电感f。3.测定n=f(t)停车曲线及P0=f(n)曲线图3-3飞轮矩实验电路电动机在额定励磁电流情况下起动，升速到不同转速。断开电枢电流，测定电动机由不同转速自由停车所需时间。另外，在不同转速下记录相应的电枢电压及电流，则空载损耗可由下式求出：P0=UaIa-Ia2Ra实验表3-1各项数据填如其中：七、思考题1．如何进行直流电动机电枢电感及励磁绕组电阻和电感的测量？2．自由停车时为什么要保持直流电动机励磁电流不变？3.如何利用n=f(t)及P0=f(n)计算GD2值？八、实验报告.测量电动机的平均电枢绕组和电感。2.画出n=f(t),P0二f(n)曲线。3.计算电动机的飞轮矩GD2。4.计算电动机的机电时间常数TM。九、其它说明学生必须遵守实验室管理的相关规定及安全事项等内容。附：飞轮矩的测定电动机在额定励磁情况下起动，升速到不同的转速，记录下相应的电枢电压和电流值。用下式可计算出不同转速下的空载损耗值P0：P0=UaIa-Ia2Ra另外再分别测出电动机在上述各不同转速下自由停车时所需的时间。在自由停车过程中要保持励磁电流不变。然后绘制出n=f(t)和P0=f(n)曲线，并求得P0=f(t)曲线，见图3-4所示。图3-4n=f(t)P0=f(n)及P0=(t)曲线电动机在自由停车时，消耗在空载损耗的能量完全由电动机贮存的动能释放出来供给的。在转速n1减速到n2时，电动机释放出来的动能AA1为： △A1=0.5J(321-322)=1/2(GD2/4g)[(2nn1/60)2-(2nn2/60)2]=(GD2/7200)(n21-n22)从t1到t2消耗在空载损耗所需的能量AA2为：△A2=/P0dt(积分从t1到t2)由于AA1=AA2贝UGD2(n21-n22)/7200=JP0dt=S(积分从t1至Ut2)得：GD2=7200S/(n21-n22)(牛米2)其中：S既为图3-2阴影部分面积，单位为瓦.秒。之和。(因为此时电动机的电枢铜耗很小，忽略不计)即：P1=Pcd+P0F=2P0(其中：P1为电动机的输入功率，P0d为电动机的空载损耗，P0f为发电机的空载损耗，P0为平均损耗)。所以：P0=0.5P1=0.5Ue*Iao。电动机的输出功率P2可以根据输入功率P1减去电动机的全部损耗求得。其中：P1=Ue*Ia,全部损耗WP=Pcua+P0=(Ra75℃)Ia2+P0。(3)电动机的电磁转矩为：M=Pm/Q=(P1-Pcua)*60/2nQ工作特性的各点可列表3-2计算如下：实验表3-2他励直流电动机改变励磁调速数据Ue=(V)Ra(75℃)=(Q)实验四：_直流拖动实验_实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的1．学习用实验方法求直流电动机转速反接制动和回馈制动的工作情况。2．了解直流电动机在这两种制动特性下的工作状况。二、实验内容1．使直流电动机运行在人为特性上。2．检查直流发电机输出电压极限。3．测定直流电动机反接制动运行数据。4．测定直流电动机回馈制动运行数据。三、实验原理、方法和手段本实验是验证直流电动机不仅可以工作在电动状态，而且也可以在制动状态下工作。其方法和手段见实验步骤六。四、实验组织运行要求本实验为验证性实验，应采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件1．电机机组一套：（直流电动机－交流电动机－直流发电机－测速发电机－编码器）。.直流电动机：额定功率500W、额定转速1400r/min、额定电压220V、额定电流2.3A、额定励磁电压200V、额定励磁电流0.35A。.直流发电机：额定功率350W、额定转速1440r/min、额定电压165V、额定电流2.0A、额定励磁电压200V、额定励磁电流0.45A。4.IPS-n电机转速测量仪。5.三相调压器：调压范围0〜420V/50Hz、视载功率4KW、电流4A。6.直流电压表、电流表、负载单元、可变电阻器和开关导线等。六、实验步骤本实验线路如图4-1所示图4-1直流拖动实验图4-1中：F为直流发电机、D为直流电动机、A1、A2、A3和A4为直流电流表、V为直流电压表，根据发电机铭牌选择仪表的量程、RP1,RP2为滑线变阻器，分别用作直流电动机和发电机励磁回路的可变电阻、R1和R2分别为电动机和发电机的限流电阻。1．测定直流电动机反接制动运行数据。（1）调速：使直流电动机运行在人为特性下：K1断开，K2合上，保持电动机起动电阻为11欧姆，并且始终串接在电枢回路中。调节电动机励磁电阻，使其转速为n0。（2）检查发电机输出电压极性用万用表（电压表）检查直流发电机空载电压极性。使之与直流电源极性相反，调节R2最大值。（3）测定反接制运行数据当上述准备做好后，合上K1,观察电动机运行状况。调节直流发电机的负载电阻和励磁电阻，使电动机转速逐渐减小，直至为零，此为堵转状态。再调节负载电阻和励磁电阻，使电动机反向运行。记录上述过程中的转速n,电动机和发电机的电枢电流Id,Ifd,并填入表4-1中。（其中包括堵转点）。并测出电动机的电枢电阻Ra及其电枢回路所串电阻R1。实验表4-1直流电动机转速反接制动数据2．测定直流电动机回馈制动的运行数据。（1）检查发电机输出电压极性。用万用表（或电压表）检查直流发电机空载电压极性,使之直流电源极性相同，调节负载电阻R3为最值。（2）测定回馈制动运行数据。合上K2,调节直流发电机的负载电阻和励磁电阻，观察电动机运行状况,使之稳定运行于转速大于理想空载转速。记录上述过程的转速n,电动机和发电机的电枢电流Id,Ifd,并填入表4-2中。（其中包括理想空载点）实验表4-2直流电动机回馈制动数据七、思考题1．如何判断直流电动机运行在转速反接制动,还是回馈制动状态？2．直流电动机在转速反接制动时应注意哪些因素？3．直流电动机在回馈制动时，转速能为零吗？为什么？八、实验报告1．在直角坐标上，画出直流电动机反接制动