电机与电力拖动实验指导书参考资料.docx
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电机与电力拖动实验指导书参考资料
电机及电力拖动技术
实验指导书
自动化实验室编
河北工程大学教务处
（二〇〇七年）
实验安全操作规程
为了顺利完成实验任务，确保人身安全与设备安全，实验者要遵守如下规定：
1、接线、拆线或多处改接线路时要切断电源。
实验中确需带电更改少量线路时，可用一只手操作，一次拔插一根线，不可双手同时接触线路。
任何时候人体都不得接触导线裸漏部分等可能带电的部件。
2、完成接线或改接线路后要经指导教师检查，并使周围同学注意后方可接通电源。
3、实验中如发生事故，应立即切断电源，并妥善处理。
4、实验室总电源开关的闭合由实验指导人员操作，其他人员允许分闸但不得合闸。
5、实验中电动机高速旋转，要谨防衣服、围巾和头发等卷入其中造成人身伤害。
实验一直流电动机各种运转状态的机械特性测试
一、实验目的
掌握用实验方法测定他励直流电动机各种运行状态下机械特性的方法。
二、预习要点
1．改变直流电动机机械特性有哪些方法。
2．直流电动机在什么情况下，从电动运行状态进入回馈制动状态。
直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电势平衡方程式以及机械特性。
3．直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式以及机械特性。
三、实验内容
1．测定电动及回馈制动状态下的机械特性。
2．测定能耗制动状态下的机械特性。
3．测定电动及反接制动状态下的机械特性。
四、实验设备
1．RTDJ34／RTDJ31直流并励电动机／直流复励发电机
2．RTDJ09／RTDJ10／RTDJ37电阻挂箱
3．RTZN02智能直流电压电流表挂箱，用2只
4．RTDJ12波形测试及开关板
5．手持式转速表
五、实验操作
1、实验接线
按图3-1接线，图中各部分说明如下：
1．MD和Ldf为被测直流电动机的电枢绕组和励磁绕组，使用RTDJ34直流并励电动机，接成他励方式使用。
额定电压220V，电流1.1A，转速1500rpm。
2．MG和Lgf为作测试设备使用的直流电机的电枢绕组和励磁绕组，使用RTDJ34直流复励发电机，接成他励方式使用。
与被测电机同轴连接。
3．电阻R1＝900Ω，选用RTDJ37上端的电阻。
R2＝360Ω＝180Ω＋180Ω，选用RTDJ37中间的电阻和RTDJ09上端的电阻。
R3＝3600Ω＝1800Ω＋1800Ω，选用RTDJ10上端和中间的电阻。
R4＝810Ω＝450Ω＋180Ω＋180Ω，选用RTDJ10下端的电阻（两只900Ω并联）、RTDJ09中间的电阻和下端的电阻。
4．直流电流表A1和A3选用两只RTZN02中的小量程电流表，A2和A4选用其大量程电表。
5．“直流电机励磁电源”和“直流电机电枢电源”分别取自实验台左边电源控制屏中部的相应电源输出。
6．发电机电枢回路里可并联一只直流电压表，用RTZN02上端的电压表。
2、电动及回馈制动状态下的机械特性测定
1．R2和R4阻值调到最大。
S1合向电源侧1，S2置于中间位置。
电枢电源调到最低（旋钮逆时针旋转到底），并关闭电枢电源开关。
2．闭合实验台电源总开关，按下起动按钮，接通励磁电源开关。
调节电阻R1使电动机励磁电流If＝110mA；调节电阻R3使发电机励磁电流Igf＝100mA。
3．接通电枢回路电源，升高电枢电源电压到220V并保持不变。
这时电机应该起动到了较高速度正常运转，观察是否有异常。
4．用直流电压表检测S2中间位置两接线端与电源侧“1”（图中右侧）两接线端的极性是否相同。
若不同，对调S2电源侧的两条线，使之极性相同。
5．把S2扳到短路线侧“2”，把R2调到“0Ω”，减小R4使被测电机MD电枢电流Ia＝1.0A。
该点作为第一个测量点，把电枢电流和转速计入表2-1。
6．逐次增大R4阻值直至发电机空载（把S2置于中间位置实现），测取若干组电动机电枢电流和转速的数据填入表2-1。
表2－1电动及回馈制动状态下的机械特性测试数据表
测试条件
Ua＝UN=220V，If＝110mA，R2=0Ω
电枢电流Ia（A）
0.8
0.6
0.4
0.2
转速n（rpm）
电枢电流Ia（A）
0.0
−0.1
−0.2
−0.3
−0.4
转速n（rpm）
7．
把S2扳到电源侧“1”（这时R4应是最大值），使发电机也接入电源，电源极性是使发电机能产生与电动机相同方向的电磁转矩。
减小R4到“0Ω”，并适当调节R3，使电动机电流Ia降到“0.0A”。
这时电动机的运行状态是电动机的理想空载点。
把电枢电流和转速计入表2-1。
如果上一步没能测“Ia＝+0.2A”的点，可在此通过调节R3找到并测该点。
8．逐渐增大R3阻值（弱磁）使发电机增加出力，转速升高，电动机进入第二象限回馈制动状态运行。
在增大R3的过程中测取电动机电枢电流和转速的数据填入表2-1。
注意：
机组最高转速不可超过2000转/分。
9．通过调节R3使发电机励磁电流恢复到正常值Igf＝100mA。
3、能耗制动状态下的机械特性
1．把R4置最大值，S2置于电源侧1不变。
把电动机电枢电阻R2调到“180Ω”（一个旋钮置最大，另一个置最小），扳S1使之置于短路线侧“2”。
2．减小R4阻值，使电机转速上升，直至电动机的电枢电流达到0.8A，此时电动机工作于能耗制动状态。
然后逐次增大R4阻值使转速降低，测取几组电动机电枢电流和转速的数据填入表2-2。
注意电动机电流为负值。
测试中必要时可降低电枢电源电压，测完后恢复额定值。
表2－2能耗制动状态下的机械特性测试数据表
测试条件
Ua＝0V，If＝110mA，R2=180Ω
电枢电流Ia（A）
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0.0
转速n（rpm）
0
4、电动及反接制动状态下的机械特性测定
1．把电动机电枢电阻R2置最大值“360Ω”，把R4置最大值，对调S2电源侧1的两条电源线使发电机产生的磁转矩与电动机方向相反。
S1和S2都置于电源侧“1”。
2．逐渐减小R4阻值，使电机减速直至为零。
继续减小R4，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于反接制动状态运行，直至电动机的电枢电流达到0.8A。
然后逐次增大R4阻值直至发电机空载（S2置于中间位置），测取6～7组电动机电枢电流和转速的数据填入表2-3。
注意电动机在第四象限运行时转速n为负值。
表2－3电动及反接制动状态下的机械特性测试数据表
测试条件
Ua＝UN=220V，If＝110mA，R2=360Ω
电枢电流Ia（A）
0.8
0.7
0.6
0.5
转速n（rpm）
六、注意事项
1．每次起动机组时，打开电枢电源之前，必须确保电枢电源调节旋钮在最小位置（逆时针旋转到底）,每次断开电枢电源之后要把该旋钮旋转到使输出最小位置。
2．要按实验指导书配电阻，以保证在不改接线情况下顺利做完实验。
3．发电机励磁一定要接并励绕组，错接串励绕组等于给电源短路。
4．所有记录的数据都是电动机的数据，切勿读错表。
七、实验报告要求
根据实验数据绘出电动机的上述三条机械特性n＝ƒ（Ia），并结合理论课内容和测试过程对特性曲线进行说明。
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．直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩的方向是否也不变？
为什么？
3．当电动机MD从第一象限运行到第四象限，其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么？
作为负载的MG，从第一到第四象限其电磁转矩方向是否改变？
为什么？
4．在电动机反接制动实验中，当电机MD运行在第一象限时，作为负载的电机MG是运行在什么状态？
当MD进入第四象限时，MG又运行在什么状态？
实验二单相变压器实验
一、实验目的
1．通过空载和短路试验测定变压器的变比和参数。
2．通过负载试验测取变压器的运行特性。
二、预习要点
1．变压器的空载和短路试验有什么特点？
实验中电源电压一般加在哪一方合适？
2．在空载和短路试验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？
3．如何用实验方法测定变压器铁耗及铜耗。
三、实验内容
1．空载试验测取空载特性Uo=ƒ（Io），Po=ƒ（Uo）。
2．短路试验测取短路特性UK=ƒ（IK），PK=ƒ（IK）。
3．纯电阻负载试验保持U1=UN,COSΦ2=1的条件下，测取U2=ƒ（I2）。
4．阻感性负载试验保持U1=UN，COSΦ2=0.8的条件下，测取U2=ƒ（I2）。
四、实验设备
1．RTDJ03三相组式变压器，其额定值为：
PN＝77W，U1N／U2N＝220／55V，I1N／I2N=0.35／1.4A
2．RDJ09／RTDJ21三相可调电阻器（90Ω）／电感器实验挂箱
3．RTZN08／RTZN09三相交流电流表／电压表
4．RTZN07智能功率表、功率因数表
五、实验操作
1、空载试验
1．按图3-1接线，注意切断三相可调压交流电源。
被试变压器选用RTDJ03中的任意一只。
变压器的低压线圈a－x接电源，高压线圈A－X开路。
2．把调压器手柄旋到零位（即将实验台左侧调压器手柄逆时针方向旋转到底，使调压器输出三相交流电源电压为零）。
3．合上实验台总电源开关，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关（按下调压器输出“接通”按钮或将调压器输出钮子开关旋转到水平位置），使实验线路接通交流电源。
调节调压器旋钮使被测变压器空载电压Uo=1.2UN。
4．逐次降低电源电压，在1.2～0.5UN的范围内，测取变压器的Uo、Io、Po，共测取6-7组数据。
U=UN点必须测数据，并在该点附近测试点分布较密，。
5．为了计算变压器的变比，在电压低于UN的点测试时读取副边电压，数据也记录于表3-1中。
表3-1变压器空载试验数据记录表
序
号
实验数据
计算数据
Uo（V）
Io（A）
Po（W）
UAX（V）
COSΦo
1
66
2
60.5
3
55
4
49.5
5
44
6
35.7
7
27.5
6．测完数据后，断开调压器输出开关（按下调压器输出“断开”按钮或将调压器输出钮子开关旋转到垂直位置），按下控制屏上的“停止”按钮，使实验线路和设备断电。
把调压器手柄旋到零位。
2、短路试验
1．按图3-2接线。
将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
在电源引线端串入电阻是为了降低变压器短路电流对调压器输出电压变化的敏感性，可取Rw＝90～180Ω，使用RTDJ37中间的电阻。
注意：
改接线路时要先关断电源。
2．把调压器手柄旋到零位，
按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。
逐次缓慢增加变压器电压，直到短路电流等于1.1IN为止，在“（1.1～0.2）IN”范围内测取变压器的UK、IK、PK。
测取5～6组数据记录于表3-2中，IK=IN点必须测。
✧注意：
本实验应在尽量短时间内完成，因为变压器的绕组很快就发热，使绕组电阻增大，读数产生偏差。
表3-2变压器短路试验数据记录表
序
号
实验数据
计算数据
IK（A）
UK（V）
PK（W）
COSΦK
1
0.385
2
0.35
3
0.315
4
0.245
5
0.175
6
0.07
3、纯电阻性负载试验
1．实验线路如图3-3所示。
变压器高压线圈接电源，低压线圈接负载电阻Rz。
Rz取RTDJ09中的四只90Ω电阻串联，并将其调到最大。
功率因数表取自RTZN07，通过“功能”键和“确认”健设为功率因数表。
电感Lz暂不接。
2．把调压器手柄旋到零位，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。
在空载情况下调节调压器使变压器输入电压U1＝UN＝220V，并保持不变。
3．逐次减小负载电阻Rz，使变压器电流增大，从空载（拔断Rz连接线实现）到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。
共取数据5～6组，记录于表3-3中。
注意I2＝0和I2＝I2N＝1.4A两点必需测。
表3-3变压器纯电阻性负载试验数据记录表
测试条件：
U1＝U1N＝220V，COSΦ2＝1
I2（A）
0.0
0.35
0.7
1.05
1.4
1.75
U2（V）
4、阻感性负载试验（COSΦ2＝0.8）
1．实验线路同图3-3，把负载电感接入，与负载电阻并联。
电阻调至最大，电感暂取两只700mH串联。
2．把调压器手柄旋到零位，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。
调节调压器输出使变压器输入电压U1＝UN＝220V，并保持不变。
3．在电感挂箱上通过串并联分别连接出表3－4中的电感值。
（其中467mH为两只700mH串联后再与第三只并联；233mH为三只700mH并联）。
在每个电感值下通过调节负载电阻把功率因数调为COSΦ2＝0.8，测取变压器的输出电压U2和电流I2，记录于表3-4中。
注意要测空载点（I2＝0）（拔断Rz和Lz连接线实现）。
表3-4变压器阻感性负载试验数据记录表
测试条件：
U1＝U1N＝220V，COSΦ2＝0.8
Lz（mH）
—
1400
700
467
350
233
I2（A）
0.0
U2（V）
六、实验报告
1、计算变比由空载试验所得变压器原副边电压的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。
变比计算公式为：
K=UAX／Uax。
2、绘出空载特性曲线和计算激磁参数
1．绘出空载特性曲线Io＝ƒ（Uo），Po＝ƒ（Uo），COSΦo＝ƒ（Uo）。
其中：
COSΦo＝Po／（Uo×Io）
2．计算激磁参数从空载特性曲线上查出对应于Uo＝UN时的Io和Po值，并由下式算出激磁参数：
rm＝Po／Io2，Zm＝Uo／Io，Xm＝√Zm2－rm2
3、绘出短路特性曲线和计算短路参数
1．绘出短路特性曲线UK＝ƒ（IK）、PK＝ƒ（IK）、COSΦK＝ƒ（IK）。
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，由下式算出实验环境温度为θ（℃）时的短路参数：
Z´K＝UK／IK，r´K＝PK／IK2，X´K＝√ZK2-rK2
折算到低压侧
ZK＝Z´K／K2，rK＝r´K／K2，XK＝X´K／K2
由于短路电阻rK随温度变化，因此，算出的短路电阻要按国家标准换算到基准工作温度75℃作时的阻值。
rK75℃＝rKθ×（235.5+75）／（234.5+θ），ZK75℃=√r2K75℃+X2K
式中：
234.5为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为228。
计算短路电压（阻抗电压）百分数：
UK%＝IN×ZK75℃／UN×100%，UKr%＝IN×rK75℃／UN×100%
UKX%＝IN×XK／UN×100%，IK=IN时短路损耗PKN=I2N×rK75℃
4、利用空载和短路试验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“Г”型等效电路（标上参数）。
5、变压器的电压变化率△u
（1）绘出COSΦ2=1和COSΦ2=0.8两条外特性曲线U2=ƒ（I2），由特性曲线计算I2=I2N时的电压变化率
△u%=（U2O－U2）／U2O×100%
（2）根据实验求出的参数，算出在I2=I2N下COSΦ2=1和COSΦ2=0.8时的电压变化率：
△u=UKr×COSΦ2+UKX×sinΦ2
将两种计算结果进行比较，分析不同性质的负载对变压器输出电压U2的影响。
6、绘出被试变压器效率特性曲线
（1）用间接法算出COSΦ2=0.8不同负载电流时的变压器效率，记录于表3-5中。
η={1-（PO+β2×PKN）／（β×SN×COSΦ2+PO+β2×PKN）}×100%
式中：
β×SN×COSΦ2=P2（W）；PKN为变压器IK=IN时的短路损耗（W）；
PO为变压器UO=UN时的空载损耗（W）;β=I2/I2N为副边电流标么值。
表3-5不同负载电流时的变压器效率计算表
COSΦ2=0.8，PO=W，PKN=W
β=I2/I2N
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
P2（W）
η
（2）由计算数据绘出变压器的效率曲线η=ƒ（β）。
（3）计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm：
βm=√PO／PKN
七、注意事项
1．要保证功率表的电压线圈并入被测电路，电流线圈串入被测电路。
2．实验电源引出端一定要在电源控制屏交流调压器输出端。
3．原边和付边有不同的额定电压，调压时一定要注意。
尤其注意第一项内容的额定电压为55V，最大调到66V。
4．接通电源前调压器要调回零。
调节一个指定电压时以所接电压表为准。
不能依据调压器手柄的指针或电源屏上端的电压表，因为那里是相电压。
实验三三相异步电动机的起动与调速
一、实验目的
通过实验熟悉异步电动机的几种起动方法，了解绕线式异步电动机转子串电阻的调速方法。
二、预习要点
复习异步电动机常用的起动方法和起动性能指标。
复习绕线式异步电动机转子串电阻调速的原理及其不足。
三、实验内容
1．鼠笼式异步电机的直接起动和堵转试验。
2．鼠笼式异步电机的星／三角（Y－△）降压起动。
3．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻起动与调速。
四、实验设备
1．指针式交流电流表（位于电源控制屏上部右侧）
2．RTZN09智能存储式真有效值电压表
3．RTDJ35三相鼠笼式异步电动机。
额定功率90W，额定电压220V（△接法）或380V（Y接法），额定电流0.48A（△接法），额定转速1420rpm。
4．RTDJ36三相绕线式异步电动机。
额定功率100W，额定电压220V（Y接法），额定电流0.55A，额定转速1420rpm。
5．RTDJ47-2电机导轨、磁粉制动器和旋转编码器
6．RTDJ37绕线式异步电动机转子电阻挂箱
7．RTDJ12开关挂箱
五、实验操作
1、三相鼠笼式异步电动机直接起动实验
1．
按图4-1接线。
电机选用RTDJ35，电压表选用RTZN09，电流表选用电源控制屏上的指针式交流电流表，初选3A档。
交流调压器输出端在电源控制屏右下角，手柄在实验台左端侧面。
把电动机安装在电机导轨上，与磁粉制动器轴对接，旋紧固定螺丝。
电机绕组△接法，对应的额定线电压220V。
2．把交流调压器调到零位，把RTZN12-3挂箱上的转矩调节旋钮调到最小位置（逆时针旋转到底）。
然后接通实验台电源（实验台左端侧面的开关）。
3．按下实验台的“起动”按钮（电源控制屏下端中间），接通调压器输出开关（在起动按钮下面），调节调压器（手柄在实验台左端侧面）使输出线电压达到电机额定电压220V（电源控制屏上端的相电压表指127V）。
然后断开调压器输出开关，使电机停下来。
4．待电机完全停止旋转后，再接通调压器输出开关，使电机全压直接起动。
记下电流表指针受起动电流冲击偏转到的最大值。
该最大偏转值虽不能代表起动电流准确值，但可与Y－△起动时的电流作定性的比较。
2、三相鼠笼式异步电动机堵转试验
1．断开调压器输出开关，将交流调压器调到零位，把RTZN12-3挂箱上的转矩调节旋钮调到最大（顺时针旋转到底）或适当大（目的是能实现堵转），然后再接通调压器输出开关。
2．升高调压器输出电压，使电机电流达额定值的2倍左右（可取1.0～1.1A），读取电压值UK和转矩值MK，记下电流值IK，并将数据填入表4-1。
该过程可重复多次，取其平均值作为短路计算的依据。
注意：
每次测试通电时间不应超过10秒，两次测试之间要有一定的时间间隔，以免绕组过热。
表4-1鼠笼式异步机堵转试验数据记录
次序
1
2
3
4
5
平均值
UK（V）
IK（A）
MK（Nm）
3．断开调压器输出开关，按下电源控制屏的停止按钮，把转矩调节旋钮调到最小。
✧对应于额定电压直接起动时的起动转矩Mst和起动电流Ist按下式计算：
Ist＝（UN／UK）×IKMst＝（Ist／IK）2×MK
式中IK、UK、MK为堵转试验时得到的堵转电流、电压和转矩值。
UN为电动机额定电压。
3、星形—三角形（Y－△）降压起动
1．按图4-2接线。
电机仍用RTDJ35，图中A-X、B-Y、C-Z为电机的三相绕组。
开关S取RTDJ12开关挂箱上的三掷三相开关。
2．把交流调压器调到零位，把RTZN12-3挂箱上的转矩调节旋钮调到最低，开关S合向右边（Y接法）。
然后接通实验台电源，按下实验台的“起动”按钮，接通调压器输出开关，调节调压器使输出线电压达电机额定电压220V。
然后断开调压器输出开关，使电机停下来。
3．待电机完全停止运转后，再接通调压器输出开关，使电机Y型接法起动，记下电流表指针受起动电流冲击偏转到的最大值。
并将其与直接全压起动的相应电流值作定性的比较。
4．把开关S由右边合向左边，使电机接法由星形变为三角形，电机进入正常运行。
从电流表可观察到Y－△转换时电流冲击不大。
注意：
开关S扳动时速度要适当，太快会造成电弧短路，太慢会使电机速度不必要地下降。
✧当开关S合向左边（△侧）起动时实际上就是前面的全压直接起动，所以，在此我们可以反复测试全压和Y－△降压起动的数据并进行比较。
4、绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻起动
1．按图4-3接线。
电机为RTDJ36，把电动机安装在导轨上，与磁粉制动器轴对接，旋紧固定螺丝。
图中转子电阻使用RTDJ37挂箱下端的专用电阻，定子绕组Y形连接，对应额定线电压220V。
2．将电源控制屏的交流调压器调到零位，把转矩调节旋钮调到最大或适当大（目的是能实现堵转）。
然后按下起动按钮，再接通调压器输出开关，使电机通电。
逐渐升高调压器输出电压到线电压为110V～150V之间的某个值，然后断开调压器输出开关。
3．在转子绕组分别串入电阻为Rr＝15Ω、5Ω、2Ω、0时，接通调压器输出开关，测取定子电流Iq和起动转矩Mq。
在每个电阻下可重复多次测试，取其平均值。
将数据填入表4-2。
注意：
每次测试通电时间不应超过10秒，两次测试之间要有一定的时间间隔，以免绕组过热。
表4-2绕线式异步机转子串电阻起动测试记录表（Uq＝V）
Rr（Ω）
0
2
5
15
Iq（A）
Mq（N.m）
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