电机拖动实验指导.docx
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电机拖动实验指导
电机与拖动基础
实验指导书
实验一直流发电机（天煌）
一、实验目的
1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。
2、通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。
二、预习要点
1、什么是发电机的运行特性？
在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。
2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？
3、并励发电机的自励条件有哪些？
当发电机不能自励时应如何处理？
4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？
三、实验项目
1、他励发电机实验
（1）测空载特性保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。
（2）测外特性保持n=nN使If=IfN，测取U=f（IL）。
（3）测调节特性保持n=nN使U=UN，测取If=f（IL）。
2、并励发电机实验
（1）观察自励过程
（2）测外特性保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。
3、复励发电机实验
积复励发电机外特性保持n=nN使Rf2＝常数，测取U＝f（IL）。
四、实验设备及挂件排列顺序
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
2
DJ23
校正直流测功机
1台
3
DJ13
直流复励发电机
1台
4
D31
直流电压、毫安、安培表
2件
5
D44
可调电阻器、电容器
1件
6
D51
波形测试及开关板
1件
7
D42
三相可调电阻器
1件
2、屏上挂件排列顺序
D31、D44、D31、D42、D51
五、实验方法
1、他励直流发电机
图1－1直流他励发电机接线图
按图1-1接线。
图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。
校正直流测功机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。
MG、G及TG由联轴器直接连接。
开关S选用D51组件。
Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。
R1选用D44的180Ω变阻器。
R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。
当负载电流大于0.4A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。
直流电流表、电压表选用D31、并选择合适的量程。
（1）测空载特性
1）把发电机G的负载开关S打开，接通控制屏上的励磁电源开关，将Rf2调至使G励磁电压最小的位置。
2）使MG电枢串联起动电阻R1阻值最大，Rf1阻值最小。
仍先接通控制屏下方左边的励磁电源开关，在观察到MG的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，起动直流电动机MG，其旋转方向应符合正向旋转的要求。
3）电动机MG起动正常运转后，将MG电枢串联电阻R1调至最小值，将MG的电枢电源电压调为220V，调节电动机磁场调节电阻Rf1，使发电机转速达额定值，并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。
4）调节发电机励磁分压电阻Rf2，使发电机空载电压达U0＝1.2UN为止。
5）在保持n=nN＝1600r/min条件下，从U0＝1.2UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2使发电机励磁电流逐次减小，每次测取发电机的空载电压U0和励磁电流If，直至If＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。
6）测取数据时U0＝UN和If＝0两点必测，并在U0＝UN附近测点应较密。
7）共测取7～8组数据，记录于表1-1中
表1-1n=nN＝1600r/minIL=0
U0（V）
If（mA）
（2）测外特性
1）把发电机负载电阻R2调到最大值，合上负载开关S。
2）同时调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的分压电阻Rf2和负载电阻R2使发电机的IL＝IN，U＝UN，n=nN，该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流IfN，记录该组数据。
3）在保持n=nN和If＝IfN不变的条件下，逐次增加负载电阻R2，即减小发电机负载电流IL，从额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流IL，直到空载（断开开关S，此时IL=0），共取6-7组数据，记录于表1-2中。
表1-2n＝nN＝r/minIf＝IfN＝mA
U（V）
IL（A）
（3）测调整特性
1）调节发电机的分压电阻Rf2，保持n=nN，使发电机空载达额定电压。
2）在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流IL，同时相应调节发电机励磁电流If，使发电机端电压保持额定值U＝UN。
3）从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流IL和励磁电流If，共取5-6组数据记录于表1-3中。
表1-3n=nN＝r/minU＝UN＝V
IL（A）
If（mA）
2、并励发电机实验
（1）观察自励过程
1）按注意事项使电机MG停机，在断电的条件下将发电机G的励磁方式从他励改为并励，接线如图1-2所示。
Rf2选用D42的900Ω电阻两只相串联并调至最大阻值，打开开关S。
2）按实验注意事项起动电动机，调节电动机的转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接成他励方式进行充磁。
3）合上开关S逐渐减小Rf2，观察发电机电枢两端的电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件。
如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。
4）对应着一定的励磁电阻，逐步降低发电机转速，使发电机电压随之下降，直至电压不能建立，此时的转速即为临界转速。
（2）测外特性
图1－2直流并励发电机接线图
1）按图1-2接线。
调节负载电阻R2到最大,合上负载开关S。
2）调节电动机的磁场调节电阻Rf1、发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机的转速、输出电压和电流三者均达额定值，即n=nN，U=UN，IL=IN。
3）保持此时Rf2的值和n=nN不变，逐次减小负载，直至IL=0，从额定到空载运行范围内每次测取发电机的电压U和电流IL。
4）共取6-7组数据,记录于表1-4中。
表1-4n＝nN＝r/minRf2＝常值
U（V）
IL（A）
3、复励发电机实验
（1）积复励和差复励的判别
1）接线如图1-3所示，Rf2选用D42的1800Ω阻值。
C1、C2为串励绕组。
2）合上开关S1将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述并励发电机外特性试验方法，调节发电机输出电流IL=0.5IN。
3）打开短路开关S1,在保持发电机n,Rf2和R2不变的条件下,观察发电机端电压的变化,若此时电压升高即为积复励,若电压降低则为差复励。
图1－3直流复励发电机接线图
4）如要把差复励发电机改为积复励,对调串励绕组接线即可。
（2）积复励发电机的外特性
1）实验方法与测取并励发电机的外特性相同。
先将发电机调到额定运行点，n=nN，U=UN，IL=IN。
2）保持此时的Rf2和n=nN不变，逐次减小发电机负载电流，直至IL=0。
3）从额定负载到空载范围内，每次测取发电机的电压U和电流IL，共取6-7组数据，记录于表1-5中。
表1-5n＝nN＝r/minRf2＝常数
U（V）
IL（A）
五、注意事项
1、直流电动机MG起动时，要注意须将R1调到最大，Rf1调到最小，先接通励磁电源，观察到励磁电流If1为最大后，接通电枢电源，MG起动运转。
起动完毕，应将R1调到最小。
2、做外特性时，当电流超过0.4A时,R2中串联的电阻调至零并用导线短接,以免电流过大引起变阻器损坏。
六、实验报告
1、根据空载实验数据,作出空载特性曲线,由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。
2、在同一座标纸上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。
分别算出三种励磁方式的电压变化率：
并分析差异原因。
3、绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。
七、思考题
1、并励发电机不能建立电压有哪些原因？
2、在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？
为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？
实验二三相变压器（天煌）
一、实验目的
1、通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。
2、通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。
二、预习要点
1、如何用双瓦特计法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。
2、三相心式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？
3、如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。
4、变压器空载和短路实验时应注意哪些问题？
一般电源应加在哪一方比较合适？
三、实验项目
1、测定变比
2、空载实验
测取空载特性U0L=f（I0L），P0=f（U0L）,cosφ0=f（U0L）。
3、短路实验
测取短路特性UKL=f（IKL），PK=f（IKL），cosφK=f（IKL）。
4、纯电阻负载实验
保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
D33
交流电压表
1件
2
D32
交流电流表
1件
3
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
4
DJ12
三相心式变压器
1件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34－3、DJ12、D42、D51
3、测定变比
图2-1三相变压器变比实验接线图
实验线路如图2-1所示，被测变压器选用DJ12三相三线圈心式变压器，额定容量PN=152/152/152W，UN=220/63.6/55V，IN=0.4/1.38/1.6A，Y/△/Y接法。
实验时只用高、低压两组线圈,低压线圈接电源，高压线圈开路。
将三相交流电源调到输出电压为零的位置。
开启控制屏上电源总开关，按下“开”按钮，电源接通后，调节外施电压U=0.5UN＝27.5V测取高、低线圈的线电压UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca，记录于表2-1中。
表2-1
高压绕组线电压（V）
低压绕组线电压（V）
变比（K）
UAB
Uab
KAB
UBC
Ubc
KBC
UCA
uca
KCA
计算：
变比K：
平均变比：
4、空载实验
图2-2三相变压器空载实验接线图
1）将控制屏左侧三相交流电源的调压旋钮调到输出电压为零的位置，按下“关”按钮,在断电的条件下，按图2-2接线。
变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。
2）按下“开”按钮接通三相交流电源，调节电压，使变压器的空载电压U0L=1.2UN。
3）逐次降低电源电压，在（1.2～0.2）UN范围内，测取变压器三相线电压、线电流和功率。
4）测取数据时，其中U0=UN的点必测,且在其附近多测几组。
共取数据8-9组记录于表2-2中。
表2-2
序
号
实验数据
计算数据
U0L（V）
I0L（A）
P0（W）
U0L
（V）
I0L
（A）
P0
（W）
cosΦ0
Uab
Ubc
Uca
Ia0
Ib0
Ic0
P01
P02
5、短路实验
1）将三相交流电源的输出电压调至零值。
按下“关”按钮，在断电的条件下，按图2-3接线。
变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
2）按下“开”按钮，接通三相交流电源，缓慢增大电源电压，使变压器的短路电流IKL=1.1IN。
图2-3三相变压器短路实验接线图
3）逐次降低电源电压，在1.1～0.2IN的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率。
4）测取数据时，其中IKL=IN点必测，共取数据5-6组。
记录于表2-3中。
实验时记下周围环境温度（℃），作为线圈的实际温度。
表2-3室温℃
序
号
实验数据
计算数据
UKL（V）
IKL（A）
PK（W）
UKL
（V）
IKL
（A）
PK
（W）
cosΦK
UAB
UBC
UCA
IAK
IBK
ICK
PK1
PK2
6、纯电阻负载实验
图2-4三相变压器负载实验接线图
1）将电源电压调至零值，按下“关”按钮，按图2-4接线。
变压器低压线圈接电源,高压线圈经开关S接负载电阻RL，RL选用D42的1800Ω变阻器共三只，开关S选用D51挂件。
将负载电阻RL阻值调至最大，打开开关S。
2）按下“开”按钮接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=UN。
3）在保持U1=U1N的条件下，合上开关S，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，测取三相变压器输出线电压和相电流。
4）测取数据时，其中I2=0和I2=IN两点必测。
共取数据7-8组记录于表2-4中。
表2-4U1=U1N=V；cosφ2=1
序号
U2（V）
I2（A）
UAB
UBC
UCA
U2
IA
IB
IC
I2
五、注意事项
在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。
做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。
六、实验报告
1、计算变压器的变比
根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。
2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数
（1）绘出空载特性曲线U0L=f（I0L），P0=f（U0L），cosφ0=f（U0L）
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时的I0L和P0值，并由下式求取激磁参数。
式中
，P0——变压器空载相电压，相电流，三相空载功率（注：
Y接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）。
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UKL=f（IKL），PK=f（IKL），cosφK=f（IKL）
式中
（2）计算短路参数
从短路特性曲线查出对应于IKL=IN时的UKL和PK值，并由下式算出实验环境温度θ℃时的短路参数
式中
PK——短路时的相电压、相电流、三相短路功率。
折算到低压方
换算到基准工作温度下的短路参数ｒK75℃和ZK75℃，计算短路电压百分数
计算IK=IN时的短路损耗
4、根据空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“T”型等效电路。
5、变压器的电压变化率
（1）根据实验数据绘出cosφ2=1时的特性曲线U2=f（I2），由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率
（2）根据实验求出的参数，算出I2=IN，cosφ2=1时的电压变化率
6、绘出被试变压器的效率特性曲线
（1）用间接法算出在cosφ2=0.8时，不同负载电流时变压器效率，记录于表2-5中。
表2-5cosφ2=0.8P0=WPKN=W
I2*
P2（W）
η
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
式中I*2PNcosφ2=P2
PN为变压器的额定容量
PKN为变压器IKL=IN时的短路损耗
P0为变压器的U0L=UN时的空载损耗
（2）计算被测变压器η=ηmax时的负载系数βm。
实验三三相异步电动机的起动与调速（天煌）
一、实验目的
通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。
二、预习要点
1、复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。
2、复习异步电动机的调速方法。
三、实验项目
1、直接起动
2、星形——三角形（Y-Δ）换接起动。
3、自耦变压器起动。
4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。
5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1件
2
DJ16
三相鼠笼异步电动机
1件
3
DJ17
三相线绕式异步电动机
1件
4
DJ23
校正过的直流电机
1件
5
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
6
D32
交流电流表
1件
7
D33
交流电压表
1件
8
D43
三相可调电抗器
1件
9
D51
波形测试及开关板
1件
10
DJ17-1
起动与调速电阻箱
1件
11
DD05
测功支架、测功盘及弹簧秤
1套
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D51、D31、D43
3、三相鼠笼式异步电机直接起动试验
图3-1异步电动机直接起动
1）按图3-1接线。
电机绕组为Δ接法。
异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接负载电机DJ23。
2）把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。
3）调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转，（如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电源）。
4）再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下
“开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值（按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量）。
5）断开电源开关，将调压器退到零位，电机轴伸端装上圆盘（注：
圆盘直径为10cm）和弹簧秤。
6）合上开关，调节调压器，使电机电流为2～3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK，转矩值TK（圆盘半径乘以弹簧秤力），试验时通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。
对应于额定电压时的起动电流ISt和起动转矩TSt按下式计算：
式中IK——起动试验时的电流值，A；
TK——起动试验时的转矩值，N·m。
表3-1
测量值
计算值
UK（V）
IK（A）
F（N）
TK（N·m）
ISt（A）
Tst（N·m）
4、星形——三角形（Y-Δ）起动
图3-2三相鼠笼式异步电机星形——三角形起动
1）按图3-2接线。
线接好后把调压器退到零位。
2）三刀双掷开关合向右边（Y接法）。
合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，打开电源开关，待电机停转。
3）合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机（Δ）正常运行，整个起动过程结束。
观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。
5、自耦变压器起动。
1）按图3-3接线。
电机绕组为Δ接法。
2）三相调压器退到零位，开关S合向左边。
自耦变压器选用D43挂箱。
3）合上电源开关，调节调压器使输出电压达电机额定电压220伏，断开电源开关，待电机停转。
4）开关S合向右边，合上电源开关，使电机由自耦变压器降压起动（自耦变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%、60%和80%）并经一定时间
图3-3三相鼠笼式异步电动机自耦变压器法起动
再把S合向左边，使电机按额定电压正常运行，整个起动过程结束。
观察起动瞬间电流以作定性的比较。
6、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动
电机定子绕组Y形接法
图3-4线绕式异步电机转子绕组串电阻起动
1）按图3-4接线。
2）转子每相串入的电阻可用DJ17-1起动与调速电阻箱。
3）调压器退到零位，轴伸端装上圆盘和弹簧秤。
4）接通交流电源，调节输出电压（观察电机转向应符合要求），在定子电压为180伏，转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流和转矩。
5）试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。
数据记入表3-2中。
表3-2
Rst（Ω）
0
2
5
15
F（N）
Ist（A）
Tst（N·m）
7、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速
1）实验线路图同图3-4。
同轴联接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机M的负载，MG的实验电路直流复励发电机接线图左接线。
电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。
直流复励发电机接线图
2）合上电源开关，电机空载起动，保持调压器的输出电压为电机额定电压220伏，转子附加电阻调至零。
3）调节校正电机的励磁电流If为校正值（100mA或50mA），再调节直流发电机负载电流，使电动机输出功
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