电机与拖动实验报告

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（即并励电动机按他励方式）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？答：直流他励电动机启动时转速n=0，反电动势E=0，电枢绕组电阻Ea很小，导致了启动电流很大，所以在电枢回路中需要串联起动变阻器，限制启动电流。不连接会容易损坏电机，缩短使用寿命。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？答：励磁回路连接的磁场变阻器应调至电阻最大值，使启动转矩足够大。4．直流电动机调速及改变转向的方法。答：直流电动机调速：1、串电阻调速2、调电压调速3、弱磁调速改变转向的方法：1、改变电流Is的方向2、改变磁通的方向三．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1．MEL-I系列电机系统教学实验台主控制屏2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）或电机导轨及校正直流发电机3．直流并励电动机M034．220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）5．电机起动箱（MEL-09）。6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。五．实验说明及操作步骤由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。2．在控制屏上按次序悬挂MEL-13、MEL-09组件，并检查MEL-13和涡流测功机的连接。3．用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1。U：可调直流稳压电源R：3000Ω磁场调节电阻（MEL-09）V：直流电压表（MEL-06）20V档或万用表直流20V档A：直流安培表（MEL-06）2A档M：直流电机电枢(1)经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。（2）按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至80V左右输出。（注：刚打开直流稳压电源的船形开关及按下复位开关就已经建立了80V左右的电压）调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压UM和电流Ia。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取UM、Ia，填入表1-1。（3）增大R（逆时针旋转）使电流分别达到0.15A和0.1A，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=。表1-1室温30℃序号UM（V）Ia（A）R（Ω）Ra平均（Ω）Raref（Ω）14.330.221.6521.1020.8523.204.1220.604.2121.0523.160.1521.0721.073.2621.733.0620.4032.020.120.2020.372.1121.101.9819.80表中Ra1=（Ra11+Ra12+Ra13）/3Ra2=（Ra21+Ra22+Ra23）/3Ra=(Ra1+Ra2+Ra3)/3Ra3=（Ra31+Ra32+Ra33）/3（4）计算基准工作温度时的电枢电阻由实验测得电枢绕组电阻值，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电枢绕组电阻值：Raref=Ra式中Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75℃。θa——实际冷态时电枢绕组的温度。（℃）4．直流仪表、转速表和变阻器的选择。直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联，并联或串并联的接法。（1）电压量程的选择如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为300V量程档。（2）电流量程的选择。因为直流并励电动机的额定电流为1.1A，测量电枢电流的电表可选用2A量程档，额定励磁电流小于0.16A，测量励磁电流的毫安表选用200mA量程档。（3）电机额定转速为1600r/min，若采用指针表和测速发电机，则选用1800r/min量程档。若采用光电编码器，则不需要量程选择。（4）变阻器的选择变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定。在本实验中，电枢回路调节电阻选用MEL-09组件的100Ω/1.22A电阻，磁场回路调节选用MEL-09的3000Ω/200mA可调电阻。5．直流电动机的起动R1：电枢调节电阻（MEL-09）Rf：磁场调节电阻（MEL-09）M：直流并励电动机M03：G：涡流测功机IS：电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。实验开始时，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底。U1：可调直流稳压电源U2：直流电机励磁电源V1：可调直流稳压电源自带电压表V2：直流电压表，量程为300V档，位于MEL-06A：可调直流稳压电源自带电流表mA：毫安表，位于直流电机励磁电源部。（1）按图1-2接线，检查M、G之间是否用联轴器联接好，电机导轨和MEL-13的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。（2）将电机电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻调至最小，转矩设定电位器（位于MEL-13）逆时针调到底。（3）开启控制屏的总电源控制钥匙开关至“开”位置，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船形开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V电压。（4）减小R1电阻至最小。6．调节他励电动机的转速。（1）分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf（2）调节转矩设定电位器，注意转矩不要超过1.1N.m，以上两种情况可分别观察转速变化情况7．改变电动机的转向将电枢回路调节电阻R1调至最大值，“转矩设定”电位器逆时针调到零，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。六．注意事项1．直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf调到最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R1调至最小，使电机正常工作。2．直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时，必须将电枢串联电阻R1调回最大值，励磁回路串联的电阻Rf调到最小值，给下次起动作好准备。3．测量前注意仪表的量程及极性，接法。七．实验报告画出直流并励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，起动电阻R1和磁场调节电阻Rf应调到什么位置？为什么？答：励磁回路串联的电阻Rf调到最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R1调至最小，使电机正常工作。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，电枢回路的电流减弱，电机的转矩减小，电机的转速变小；增大励磁回路的调节电阻，电枢回路的电流增强，电机的转矩变大，电机的转速变大。3.用什么方法可以改变直流电动机的转向？答：1、改变电流Is的方向2、改变磁通的方向4.为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？答：直流电动机在使用时一定要保证励磁回路连接可靠，绝不能断开。一旦励磁电流If=0，则电机主磁通将迅速下降至剩磁磁通，若此时电动机负载较轻，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；若电动机的负载为重载，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，引起电枢绕组因大电流过热而烧毁。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.预习要点什么是直流电动机的工作特性和机械特性？答：（1）直流电动机的工作特性：是指端电压，电枢电路无外串电阻，励磁电流时，电动机的转速n、电磁转矩T和效率η三者与输出功率P2之间的关系。在实际运行中，电枢电流Is可直接测量，并且Is差不多和P2成正比。所以往往将工作特性表示为n、T、η=f(Is)关系曲线。①转速特性n=f(Is)=，②转矩特性T=f(Is)＝＝＝9.55，③效率特性η=f(P2)=f(Is)=（2）机械特性：是指端电压，电枢电路无外串电阻，励磁电流时，电动机的转速n与电磁转矩T的关系：n＝f(T2)＝。直流电动机调速原理是什么？答：根据公式改变直流电动机的工作速度的原理如下：（1）改变电枢电路电阻R调速；（2）改变电枢供电电压U调速；（3）改变磁通φ调速。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(Ia)及n=f(T2)。2.调速特性(1)改变电枢电压调速保持U=UN、If=IfN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。(2)改变励磁电流调速保持U=UN，T2=常数，R1=0，测取n=f(If)。(3)观察能耗制动过程四．实验设备及仪器1．MEL系列电机教学实验台的主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）或电机导轨及编码器、转速表。3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）4．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。5．直流并励电动机。6．波形测试及开关板（MEL-05）。7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。五．实验方法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U1：可调直流稳压电源R1、Rf：电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。mA、A、V2：直流毫安、电流、电压表（MEL-06）G：涡流测功机IS：涡流测功机励磁电流调节，位于MEL-13。a．将R1调至最大，Rf调至最小，毫安表量程为200mA，电流表量程为2A档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与MEL-13是否相连，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，按实验一方法起动直流电源，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。c．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。实验数据Ia（A）1.11.00.90.70.50.40.30.2n（r/min）16001619163416661689170617261749T2（N.m）1.231.161.060.860.630.530.420.30计算数据P2（w）206.64197.19181.86150.44111.7394.9476.1255.09P1（w）256.96234.96212.96168.96124.96102.9680.9658.96η（%）80.4%83.9%85.4%89.0%89.4%92.2%94.0%93.4%△n（%）0%1.19%2.12%4.13%5.56%6.63%7.88%9.31%表1-8U=UN=220VIf=IfN=0.068ARa=20.85Ω2．调速特性（1）改变电枢端电压的调速a．按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻Rf，使电机的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2=N.mb．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=1.068A,T2=0.64N.mUa（V）220209201193184174161144n（r/min）17371668159715351453137012471106Ia（A）0.5500.5560.5680.5820.6040.6300.6720.736（2）改变励磁电流的调速a．直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻Rf调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2=N.mb．保持T2和U=UN不变，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n=1.3nN，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1-10U=UN=220V，T2=0.78N.mn（r/min）139613481302123411691104982867If（A）0.1100.1120.1100.1100.1110.1100.1120.112Ia（A）0.5500.5580.5700.5910.6150.6380.6910.753(3)能耗制动按图1一7接线U1：可调直流稳压电源R1、Rf：直流电机电枢调节电阻和磁场调节电阻（MEL-09）RL：采用MEL-03中两只900Ω电阻并联。S：双刀双掷开关（MEL-05）a．将开关S合向“1”端，R1调至最大，Rf调至最小，起动直流电机。b．运行正常后，从电机电枢的一端拨出一根导线，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。c．重复起动电动机，待运转正常后，把S合向“2”端记录停机时间。d．选择不同RL阻值，观察对停机时间的影响。六．实验报告1.由表1-8计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲线。电动机输出功率P2=0.105nT2式中输出转矩T2的单位为N·m，转速n的单位为r／min。电动机输入功率P1=UI电动机效率η=×100％电动机输入电流I=Ia+IfN由工作特性求出转速变化率：Δn=×100％2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(Ua)和n=f(If)。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。答：调压调速时，电压越大，转速越快，电枢电流越小。调磁调速时，励磁电流越大，转速越慢，电枢电流越小。一，改变电压。这种调速方法有下列优点：1机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较好。2调速幅度较大。3可均匀调节电压，可得到平滑的无级调速。但是需要用电压可以调节的专用设备，投资费用较高。二，改变磁通。这种