《电机原理及拖动第3版》彭鸿才电机拖动实验.docx

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《电机原理及拖动第3版》彭鸿才电机拖动实验

第二篇电机拖动实验

第一章电机实验理论

一、前言

电机原理及拖动实验是自动化专业电机原理及拖动技术基础课程的重要组成部分，也是学习研究电机理论的重要环节。

它的先修课程是电机原理及拖动、电工学,它的实验也是在电工原理、电子技术等实验课的基础上进行的，比较接近工程实际。

也是学生首次接触大功率设备实验。

它与基础课如电工原理、电子技术基础及后续大功率电子线路、供电和控制系统等实验既有相似之处又有不同。

基础课的实验偏重基础理论的消化与巩固，专业课的实验则偏重与对系统的分析与研究。

而电机原理与拖动实验则兼顾基础理论的消化和对实际问题的研究这样两个方面。

因此电机原理及拖动实验具有用电设备功率较大、接近工程实际、涉及电量和非电量的测量、电量和机械转动量的测量等特点。

电机原理及拖动实验的目的就是在于通过实验验证和研究课堂讲授的电机基本理论，使学生掌握电机实验的基本方法和操作技能。

培养学生根据实验目的拟定实验线路、选择所需仪表、测取实验数据、进行分析研究，从而获得解决实际问题的初步能力。

电机系统是一个包含了电、磁、力等物理量的综合系统，电机实验就是要使用合理的测量方法、正确的实验线路，通过适当的计算得出尽可能准确的数据，进而推导出符合实际的结论。

培养学生分析和解决实际问题的基本能力。

本书实验部分所用实验设备为DSZ-1电机拖动实验系列。

进行实验前必须阅读并遵守电机拖动实验守则。

二、电机拖动实验安全操作规程

电机拖动实验室的电源分为220V、380V，足以使人触电致死，同时实验室中电机的转动部分，也易引起事故。

为了既保证按时完成电机实验，又确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守实验室的安全操作规程，电机实验的安全操作规程如下：

1．人身安全

（1）人体严禁接触带电线路。

进行实验时严格遵守先接线路后送电源，先断电源后拆线的操作程序。

（2）严禁带电操作。

在改接线路时应特别注意严禁带电操作，以免发生触电事故。

实验时不得赤脚或穿拖鞋，最好穿胶底鞋。

（3）人体严禁接触机械的转动部分。

不得用手去促使电机起动或停转，以免发生危险。

（4）实验时应特别注意衣角、发辫、导线等防止被电机的转动部分卷入，实验人员最好穿工作服或紧袖口衣服。

（5）实验前应检查机组的防护罩是否放好，联轴器是否拧紧。

（6）通电之前，须经认真检查线路后并在周边人员知晓的情况下，开始通电实验。

（7）在实验过程中若发生异常情况，应立即关断电源，待查明原因、排除故障后方可继续实验。

（8）总电源开关不得擅自扳动。

2.仪表安全

连线前要求做好以下准备工作：

（1）按实验要求合理选择仪表类型、量程、精度等级、功率表的功率因数。

（2）按照合理布局的原则：

电路简单、读表准确、便于调节、安全运行。

（3）接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。

（4）接线前应搞清楚电路图与实物的对应关系，看懂实验电路图。

（5）接线要牢固。

防止发生电机超速或飞车事故以致损坏设备，特别应注意：

a.直流电动机激磁回路的接线必须认真检查，确保接牢固。

b.具有调节激磁回路电流的有关实验，必须调整好激磁回路电阻的位置。

（6）电流表串联在电路中，选择量程应考虑电机起动和变压器合闸时的冲击电流。

（7）电压表并联在电路中，选择量程应考虑电感回路在拉闸时续流产生的过电压，同时注意不能将电压表并联在电感电路中。

三、电机实验的特点、性质和目的

1、电机实验的特点

电机实验是比较接近工程实际的一种实验，也是学生首次接触较大功率设备的实验。

它与电工原理、电子技术基础等基础课实验，与变流技术、供电和控制系统等专业课实验，既有相似之处又有不同。

基础课的实验偏重基础理论的消化与巩固，专业课的实验则偏重对系统的分析与研究。

而电机实验则兼顾基础理论的消化和对实际问题的研究这两个方面。

从基础课实验过渡到电机实验要考虑下述特点：

（1）有较大的功率，例如：

选择导线时要考虑导线的截面及允许的电流，选择电器、开关等设备要考虑他们的容量和电压。

（2）比较接近工程实际，例如：

电机的空载损耗与机组的安装有关，电机的参数与；环境温度及电机的温升有关。

（3）涉及电量和非电量的测量，例如：

即涉及电压、电流、功率、……等电量，又涉及转速、转矩、温度等非电量的测量。

2、电机实验的性质

电机实验接近工程实际，但又区别与电机制造厂的型式试验和出广试验。

生产厂的试验以测量电机的性能、参数为目的，而其中许多参数对我们自动化专业并不重要。

所以我们说电机实验的性质是一种教学实验，用以帮助学生消化理论知识、学习实验技能为主，同时也是学生接近工业试验的一种手段。

3、电机实验的目的

（1）电机实验的目的就是在于通过实验验证和研究课堂讲授的基本理论，使学生掌握电机实验的基本方法和操作技能。

培养学生根据实验目的拟定实验线路、选择所需仪表、测取实验数据、进行分析研究，从而获得解决实际问题的初步能力。

（2）电机系统是一个包含了电、磁、力等物理量的综合系统，电机实验就是要用合理的测量方法、正确的实验线路，通过适当的计算得出尽可能准确的数据，进而推导出符合实际的结论。

（3）电机实验使学生掌握安排工程实验的初步知识，为今后研究工程实际问题组织实验打下基础，掌握必要的测试手段和技能，从而能灵活的运用适当的方法进行工程问题的测试。

（4）电机实验培养学生严肃认真，实事求是的作风，独立思考，独立工作的能力。

四、电机实验的方法

1.直接法

直接法是对所要测量的物理量进行直接测量例如：

用电压表测量电压、用电流表测量电流、用欧姆表测量电阻、用测功机测量电机的转矩等。

这种方法直观，测量的精度可以由所使用的测量仪表的精度确定。

它的缺点是有些物理量无法测量例如：

电机的电磁功率、电磁转矩、转动中电机绕组的直流电阻的测量等。

有时直接测量需要使用复杂的测试设备例如：

测量转矩需要使用测功机或转矩转速传感器和它的显示装置。

所以在条件有限时就要采用间接测量的方法。

2.间接法

间接法是通过各物理量之间的联系，用测量与被测量有关的其他物理量的方法来测定并计算出被测量的大小。

例如：

用伏安法测量电阻，用空载、短路实验方法来测定电机的参数，用测功机的方法来测定转矩，用测转子频率的方法来测量异步电动机的转速，用测出电机在起动过程中速度对时间的变化规律从而分析出电机的角加速度并间接的测量出电机转矩的方法等。

它的缺点是测试精度涉及许多复杂因素，因而较难准确计量（涉及到许多物理量的测量精度，各物理量之间计算公式的精度）。

3.电机实验中的可变负载

为求出被试电机在各种运转状态下的机械特性，需要一个可变的负载。

以直流他励电机做被试电机的负载，在实验中负载电机的接线方式有以下几种：

（1）负载电机接成发电机

负载电机接成发电机时产生的电磁转矩为：

图1-1负载电机接成发电机时的特性图1-2被试电机在电动状态时的负载特性

式中CTФ、CeФ为负载电机的转矩常数及电势常数；Ra、RC为负载电机的电枢绕组及外串电阻。

若负载电机的磁通及外串电阻保持恒定，则上式为一条通过坐标原点的直线。

根据负载转矩正方向的规定，此直线应穿过一、三象限。

当改变外串电阻Rc时，便可得到一簇位于一、三象限的直线。

如图1-1所示的直线3、4、5等。

若不计机组的空载转矩To这些直线与被试电机的交点即为待测的稳定运行点，如图1-1中的a、b、c、d各点。

若考虑空载转矩To则被试电机的电磁转矩应是负载电机的电磁转矩T与机组空载转矩之和，故被试电机的负载转矩曲线应由负载电机的转矩曲线T=f（n）与机组的空载转矩To=f（n）合成而得（见图1-2曲线4）

设被试电机参数下标用s表示；负载电机参数下标用L表示。

此时机组能量关系如图1-3。

由此能量关系图可知，若从负载端计算被试电机的电磁转矩则

T=9.55PM/n

＝9.55（ULIL+I2LRL+Po）/nN·m

若从被试电机端计算被试电机的电磁转矩则

T=9.55PM/n

＝9.55（USIS—I2SRS）/nN·m

负载电机的这种接线方式只能测出被试电机在电动状态下的机械特性。

图1-3被试电机在电动状态时的能流图

（2）负载电机接电源

1）负载电机的转向与被试电机的转向相反，此时负载电机的机械特性表达式为

式中n的符号在被试电机的n为正时，式中的n取负号，反之若被试电机的n为负时，上式中的n应取正号。

当电源电压U恒定，励磁电流及外串电阻RCFZ保持不变时，上式代表一条通过理想空载点且穿过一、四象限的直线改变外串电阻RC便可得到一簇直线，如图1-4中的3、4、5、6等。

当电机处于电动状态时，负载电机处于电势反接状态；若负载电机工作在电动状态，则被试电机便处于电势反接状态。

图负载电机的外串电阻较大，则可得到被试电机在电动状态下的稳定运行点（图1-4中的a、b点）；若负载电机的外串电阻较小，则可得到被试电机在电势反接状态下的稳定运行点（图1-4中的c、d点）。

因此负载电机的这种接线方式可以测出被试电机在电动状态及电势反接状态下的机械特性,如图1-4所示。

图中曲线1、2为被试电机特性；曲线3、4、5、6为负载电机特性。

当被试电机在电动状态下运行时，机组的空载转矩由被试电机负担；被试电机的电磁转矩为负载电机的电磁转矩与空载转矩之和，被试电机的负载转矩曲线如图1-5曲线2所示。

当被试电机在电势反接状态下运行时，机组的空载转矩由负载电机负担。

此时被试电机的负载转矩曲线如图1-5曲线3所示。

被试电机在电动状态下工作时的能量关系如图1-3.从被试电机端计算被试电机的电磁转矩可按下式进行：

T=9.55PM/n

＝9.55（USIS—I2SRS）/nN·m

从负载电机端计算被试电机的电磁转矩为：

T=9.55PM/n

＝9.55（ULIL+I2LRL+Po）/nN·m

图1-4负载电机接电源时被试电机特性和负载电机特性图1-5被试电机在电动和电势反接状态时的特性图

当被试电机工作在电势反接状态时，能量关系与上述相反。

此时从被试电机端计算被试电机电磁转矩为：

T=9.55PM/n

＝9.55（USIS＋I2SRS）/nN·m

从负载端计算被试电机的电磁转矩为：

T=9.55PM/n

＝9.55（ULIL－I2LRL－Po）/nN·m

图1-6负载电机接电源时的能流图

2）负载电机转向与被试电机转向相同，此时负载电机机械特性表达式为：

根据正方向的规定，上式中的T应为负号，是位于第二象限的直线（图1-7中的曲线1、2）。

负载电机的这种接线方式可测出被试电机第二象限的回馈制动和能耗制动特性。

此时不管被试电机是在回馈制动状态还是在能耗制动状态，空载转矩总是与被试电机的转矩同方向，即空载转矩是由负载电机负担的，因此被试电机的负载特性应如图1-8、9所示。

从被试电机端计算电磁转矩可用下式：

T=9.55PM/n

＝9.55（USIS＋I2SRS）/nN·m

图1-7负载电机接成电动状态转向与被试电机相同时的特性

从负载端计算电磁转矩为：

T=9.55PM/n

＝9.55（ULIL—I2LRL—Po）/nN·m

图1-8被试电机在回馈制动时的负载特性图1-9被试电机在能耗制动时的负载特性

（3）负载电机接成电动机

负载电机由发电机组供电。

这种接线方式适于测定异步电动机机械特性时采用。

由于异步电动机机械特性的非线性，为测出法的自然特性和能耗制动机械特性（全特性）要求负载电机具有很硬的机械特性，以获得较为稳定的工作点。

负载电机的这种接线方式即能满足此要求。

根据负载转矩正方向的规定，若负载电机的转向与被试电机相同则其机械特性应位于第一、二象限，调节励磁发电机可得一簇互相平行的特性。

如图1-10中的平行线。

这