《机电传动控制》实验指导书Word格式文档下载.docx

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可调电阻箱（NMEL-03/4）中的单相可调电阻R1。

V：

直流电压表

A：

直流安培表

（1）经检查接线无误后，直流电动机电枢电源调至最小，R1调至最大，直流电压表量程选为300V档，直流电流表量程选为2A档。

（2）依次按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，使直流电动机电枢电源的船形开关处于“ON”，建立直流电源，并调节直流电源至110V输出。

调节R1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），改变电压表量程为20V，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0C

序号

UM（V）

Ia（A）

R（Ω）

Ra平均（Ω）

Raref（Ω）

1

Ra11

Ra1

Ra12

Ra13

2

Ra21

Ra2

Ra22

Ra23

3

Ra31

Ra3

Ra32

Ra33

表中Ra1=（Ra11+Ra12+Ra13）/3

Ra2=（Ra21+Ra22+Ra23）/3

Ra3=（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。

θref——基准工作温度，对于E级绝缘为750C。

θa——实际冷态时电枢绕组的温度。

（0C）

4．直流电动机的起动

实验开始时，将NMEL-13C“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”旋钮逆时针旋到底。

（1）按图1-2接线，检查电机导轨和NMEL-13C的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠。

（2）将直流电动机电枢电源调至最小，直流电动机励磁电源调至最大。

（3）合上控制屏的漏电保护器，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，分别使直流电动机励磁电源船形开关和直流电动机电枢电源船形开关处于“ON”位置，此时，电动机电枢电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，调节旋钮，使电动机电枢电源输出220V电压。

5．调节他励电动机的转速

（1）分别改变电动机电枢电源和励磁电流，观察转速变化情况。

（2）调节”转速/转矩设定”旋钮，改变转矩，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。

6．改变电动机的转向

将直流电动机电枢电源调至最小，”转速/转矩设定”旋钮逆时针调到底，先断开电动机电枢电源，再断开励磁电源，使电动机停机，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，须将励磁电源调到最大，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢电源调至最小，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将电枢电源调至220V，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，必须将电枢电源调回最小值，励磁电源调到最大值，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

1．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，电动机电枢电源和电动机励磁电源应如何调节？

2．减小电枢电源，电机的转速如何变化？

减小励磁电源，转速又如何变化？

3．用什么方法可以改变直流电动机的转向？

4．为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？

实验二直流发电机

1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该电机的有关性能。

2．通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。

1．什么是发电机的运行特性？

对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。

2．做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？

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？

1．他励发电机

（1）空载特性：

保持n=nN，使I=0，测取Uo=f（If）。

（2）外特性：

保持n=nN，使If=IfN，测取U=f（I）。

（3）调节特性：

保持n=nN，使U=UN，测取If=f（I）。

2．并励发电机

（1）观察自励过程

（2）测外特性：

保持n=nN，使Rf=常数,测取U=f（I）。

3．复励发电机

积复励发电机外特性：

保持n=nN，使Rf=常数，测取U=f（I）。

3．同步发电机励磁电源/直流发电机励磁电源（NMEL-18/3）

4．可调电阻箱（NMEL-03/4）

5．转速、转矩及功率测量（NMEL-13C）

6．开关板（NMEL-05）

7．直流电压、毫安、安培表

8．直流发电机M01

9．直流并励电动机M03

1．他励发电机。

按图1-3接线

S1：

双刀双掷开关（NMEL-05）

R1：

发电机负载电阻（NMEL-03/4中R1）。

V、A：

分别为直流电压表（量程为300V档），直流安倍表（量程为2A档）。

（1）空载特性

a．打开发电机负载开关S1，将NMEL-18/3中纽子开关拨向直流发电机励磁，直流发电机励磁电流调至最小，接通直流发电机励磁电源，注意选择各仪表的量程。

b．调节直流电动机电枢电源至最小，直流电动机励磁电流最大，接通直流电动机励磁电源，接通直流电动机电枢电源，使电机旋转。

b．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将直流电动机电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。

d．调节电动机电枢电源至220V，再调节电动机励磁电流，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（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。

e．调节发电机励磁电流，使发电机空载电压达UO=1.2UN（240V）为止。

f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从UO=1.2UN开始，单方向调节直流发电机励磁电流，使发电机励磁电流逐次减小，直至If=o。

每次测取发电机的空载电压UO和励磁电流If，只取7-8组数据，填入表1-2中，其中UO=UN和If=0两点必测，并在UO=UN附近测点应较密。

表1-2n=nN=1600r/min

UO（V）

If（mA）

（2）外特性

a．在空载实验后，把发电机负载电阻R1调到最大值，合上负载开关S1。

b．同时调节电动机励磁电流，发电机励磁电流和负载电阻R，使发电机的n=nN，U=UN（200V），I=IN（0.5A），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=mA.

c．在保持n=nN和If2=IfN不变的条件下，逐渐增加负载电阻，即减少发电机负载电流，在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I，直到空载（断开开关S1），共取6-7组数据，填入表1-3中。

其中额定和空载两点必测。

表1-3n=nN=1600r/min，If=IfN

U（V）

I（A）

（3）调整特性

a．断开发电机负载开关S1，调节发电机励磁电流，使发电机空载电压达额定值（UN=200V）。

b．在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S1，调节负载电阻R1，逐次增加发电机输出电流I，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，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I和励磁电流If，共取5-6组数据填入表1-4中。

表1-4n=nN=1600r/min，U=UN=200V

If（A）

2．并励直流发电机

a．断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮。

按图1-4接线。

S1、S2：

开关（NMEL-05）

直流电压表（量程为300V档）、直流电流表（量程为2A档）。

Rf：

NMEL-03/4中R2和R3的电阻单相串联（可取其中A相，将A2和A3短接，A1和A4引出），并调至最大。

b．断开S1、S2，按前述方法（他励发电机空载特性实验b）起动电动机，调节电动机转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。

c．合上开关S2，逐渐减少Rf，观察电动机电枢两端电压，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。

a．在并励发电机电压建立后，调节负载电阻R1到最大，合上负载开关S1，调节电动机的励磁电流，发电机的磁场调节电阻Rf和负载电阻R1，使发电机n=nN，U=UN，I=IN。

b．保证此时Rf的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载，直至I=0，从额定到负载运行范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，填入表1-5中，其中额定和空载两点必测。

表1-5n=nN=1600r/minRf=常值

（1）积复励和差复励的判别

a．接线如图1-5所示。

按图接线，先合上开关S2，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I=0.5IN，n=nN，U=UN。

b．打开短路开关S2，在保持发电机n，Rf和R1不变的条件下，观察发电机端电压的变化，若此电压升高即为积复励，若电压降低为差复励，如要把差复励改为积复励，对调串励绕组接线即可。

（2）积复励发电机的外特性。

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，I=IN，在保持此时的Rf和n=nN不变的条件下，逐次减小发电机负载电流，直至I=0。

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I，共取6-7组数据，记录于表1-6中，其中额定和空载两点必测。

表1-6n=nN=r／minRf=常数

起动直流电动机时，先把电枢电源调至最小，励磁电源调至最大，起动完毕后，再调节电枢电源。

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．在同一张座标上绘出他励、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：

ΔU=

100

并分析差异的原因。

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。

实验三直流电动机

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．掌握直流电动机的调速方法。

1．什么是直流电动机的工作特性和机械特性？

2．直流电动机调速原理是什么？

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

5．开关（NMEL-05）

6．直流电压、电流表

7．直流并励电动机M03

五．实验方法

1．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。

a．将直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢电源调至最小。

检查M01直流电机测功机与NMEL-13C是否相连，使船形开关处于“ON”，按实验一方法起动直流电机，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，调节直流电动机电枢电源的输出至220V，再分别调节直流电动机励磁电源。

将M01直流测功机励磁绕组与同步机/直流电机励磁电源相连接，M01直流测功机的电枢输出端与1800欧姆+360欧姆电阻箱R1电阻相连，使电动机达到额定值：

U=UN=220V，I=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（即增大与M01直流测功机的电枢输出端串接的1800欧姆+360欧姆可调电阻箱R1电阻的阻值），测取电动机电枢电流I、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。

表1-8U=UN=220VIf=IfN=mA

实验

数据

n（r/min）

T2（N.m）

计算

P2（w）

P1（w）

η（%）

△n（%）

（1）改变电枢端电压的调速

a．按上述方法起动直流电机后，同时调节与M01直流测功机的电枢输出端串接的1800欧姆+360欧姆可调电阻箱R1电阻的阻值，以及直流电动机电枢电压和直流电动机励磁电流，使电动机的U=UN，I=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2=N.m。

b．保持T2不变，If=IfN不变，逐次降低电枢两端的电压U，每次测取电压U，转速n和电枢电流I，共取7-8组数据填入表1-9中。

表1-9If=IfN=mA，T2=N.m

（2）改变励磁电流的调速

a．直流电动机起动后，将直流电动机励磁电流调至最大，调节直流电动机电枢电源为220V，同时调节与M01直流测功机的电枢输出端串接的（1800欧姆+360欧姆）可调电阻箱R1电阻的阻值，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2=N.m

b．保持T2和U=UN不变，逐次减小直流电动机励磁电流，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=N.m

（3）能耗制动

按图1-7接线。

采用NMEL-03/4中电阻R1。

S：

a．将开关S1合向电枢电源端，电枢电源调至最小，磁场电源调至最大，起动直流电机。

b．运行正常后，将开关S1合向中间位置，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S1合向电阻R1端，选择不同R1阻值，观察对停机时间的影响，记录停机时间。

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％

由工作特性求出转速变化率：

Δn=

2．绘出并励电动机调速特性曲线n=f（U）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。

3．能耗制动时间与制动电阻R1的阻值有什么关系？

该制动方法有什么缺点？

第二章异步电机

实验一三相鼠笼异步电动机的工作特性

1．掌握三相异步电机的空载、堵转和负载试验的方法。

2．用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。

3．测定三相笼型异步电动机的参数。

1．异步电动机的工作特性指哪些特性？

2．异步电动机的等效电路有哪些参数？

它们的物理意义是什么？

3．工作特性和参数的测定方法。

1．测量定子绕组的冷态电阻。

2．判定定子绕组的首未端。

3．空载试验。

4．负载试验。

2．电机导轨及测功机、矩矩转速测量组件（NMEL-13C）

3．交流电压表、电流表、功率、功率因数表

4．直流电压、电流表

5．可调电阻箱（NMEL-03/4）

6．开关（NMEL-05）

7．三相鼠笼式异步电动机M04

五．实验方法及步骤

1．测量定子绕组的冷态直流电阻。

准备：

将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁芯的温度。

当所测温度与冷动介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。

记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。

（1）伏安法

测量线路如图3-1。

S1，S2：

双刀双掷和单刀双掷开关（NMEL-05）。

采用NMEL-03/4中R1电阻。

A、V：

直流电流表和直流电压表。

量程的选择：

测量时，通过的测量电流约为电机额定电流的10%，即为50mA，因而直流电流表的量程用2A档。

三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆，因而当流过的电流为50mA时电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档，实验开始前，合上开关S1，断开开关S2，调节电阻R至最大。

分别合上绿色“闭合”按钮开关和直流电动机电枢电源的船形开关，调节直流直流电枢电源及可调电阻R，使试验电机电流不超过电机额定电流的10%，以防止因试验电流过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S2读取电压值。

读完后，先打开开关S2，再打开开关S1。

调节R使A表分别为50mA，40mA，30mA测取三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻值，记录于表3-1中。

表3-1室温0C

绕组I

绕组Ⅱ

绕组Ⅲ

I（mA）

注意事项：

（1）在测量时，电动机的转子须静止不动。

（2）测量通电时间不应超过1分钟。

（2）电桥法（选做）

用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥能大致平衡的位置，然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮接入检流计。

测量完毕后，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。

记录数据于表3-2中。

电桥法测定绕组直流电阻准确度以灵敏度高，并有直接读数的优点。

表3-2

绕组II

绕组III

2．判定定子绕组的首未端

先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意二相绕组串联，如图3-2所示。

将调压器调压旋钮退至零位，合上绿色“闭合”按钮开关，接通交流电源，调节交流电源，在绕组端施以单相低电压U=80~100V，注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的未端与首端相联，如图3-2（a）所示；

反之，如测得电压近似为零，则二相绕组的未端与未端（或首端与首端）相连，如图3-2（b）所示。

用同样方法测出第三相绕组的首未端。

3．空载试验

测量电路如图3-3所示。

电机绕组为△接法（UN=220V），且电机不与测功机同轴联接，不带测功机。

a．起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。

并使电机旋转方向符合要求。

（如电动机转向不符合要求，则对调任意两相电源。

）

b．保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。

c．调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。

在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。

d．在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7-9组记录于表