电机与拖动指导书.docx
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电机与拖动指导书
《电机与拖动》
实验指导书
水利与建筑工程学院
电气与动力实验室
目录
一、DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明…………1
二、电机及电气技术实验的基本要求和安全操作规程………………………3
三、实验项目
实验一单相变压器………………………………………………………………5
实验二三相变压器的联接组…………………………………………………10
实验三直流并励电动机………………………………………………………16
实验四三相鼠笼异步电动机的工作特性……………………………………20
实验五三相同步发电机的并联运行…………………………………………24
实验六工作台自动往返循环控制线路…………………………………………31
DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明
实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。
开启三相交流电源的步骤为：
1）开启电源前。
要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。
控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。
2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。
此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。
3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。
实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。
输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。
当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。
4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。
实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。
将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。
开启直流电机电源的操作：
1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。
2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。
接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。
励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。
当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。
但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。
3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。
所以本电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。
4）电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。
当输出电压出现过压时，会自动切断输出，并告警指示。
此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即能输出电压。
当负载电流过大（即负载电阻过小）超过3A时，也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。
有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线（空载）开机，待直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载（不可短路）工作。
若在空载时开机仍发生过流告警，这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关）予热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。
所有这些操作到直流电压输出都有3～4秒钟的延时。
5）在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在关机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。
同时要注意在电枢电路中串联起动电阻以防止电源过流保护。
具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。
电机及电气技术实验的基本要求和安全操作规程
1-1实验的基本要求
电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。
培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。
在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。
现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备
实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。
实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。
认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。
二、实验的进行
1、建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。
2、选择组件和仪表
实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。
3、按图接线
根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。
为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。
4、起动电机，观察仪表
在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常（如指针正、反向是否超满量程等）。
如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
5、测取数据
预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。
正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。
6、认真负责，实验有始有终
实验完毕，须将数据交指导教师审阅。
经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
三、实验报告
实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。
实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告包括以下内容：
1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。
2）列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据（PN、UN、IN、nN）等。
3）列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。
4）数据的整理和计算
5）按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm×8cm，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。
6）根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。
实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
7）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
实验一3-1单相变压器
一、实验目的
1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。
二、预习要点
1、变压器的空载和短路实验有什么特点？
实验中电源电压一般加在哪一方较合适？
2、在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？
三、实验项目
1、空载实验
测取空载特性U0=f（I0），P0=f（U0）,cosφ0=f（U0）。
2、短路实验
测取短路特性UK=f（IK），PK=f（IK）,cosφK=f（IK）。
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
DJ11
三相组式变压器
1件
7
D51
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ11
图3-1空载实验接线图
3、空载实验
1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图3-1接线。
被测变压器选用三相组式变压器DJ11中的一只作为单相变压器，其额定容量PN=77W，U1N/U2N=220/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A。
变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。
2）选好所有电表量程。
将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。
3）合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。
调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2UN的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。
4）测取数据时，U=UN点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。
记录于表3-1中。
5）为了计算变压器的变比，在UN以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表3-1中。
表3-1
序号
实验数据
计算数据
U0（V）
I0（A）
P0（W）
UAX（V）
cosφ0
4、短路实验
1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图3-2接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。
将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
图3-2短路实验接线图
2）选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。
3）接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN为止，在（0.2～1.1）IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。
4）测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据6-7组记录于表3-2中。
实验时记下周围环境温度（℃）。
表3-2室温℃
序号
实验数据
计算数据
UK（V）
IK（A）
PK（W）
cosφK
五、注意事项
1、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。
2、短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。
六、实验报告
1、计算变比
由空载实验测变压器的原副方电压的数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比K。
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U0=f（I0），P0=f（U0），cosφ0=f（U0）。
式中：
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式算出激磁参数
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=f（IK）、PK=f（IK）、cosφK=f（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。
折算到低压方
由于短路电阻rK随温度变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75℃时的阻值。
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
IK=IN时短路损耗PKN=IN2rK75℃
4、利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“T”型等效电路。
实验二3-3三相变压器的联接组
一、实验目的
1、掌握用实验方法测定三相变压器的极性。
2、掌握用实验方法判别变压器的联接组。
二、预习要点
1、联接组的定义。
为什么要研究联接组。
国家规定的标准联接组有哪几种。
2、如何把Y/Y-12联接组改成Y/Y-6联接组以及把Y/Δ-11改为Y/Δ-5联接组。
三、实验项目
1、测定极性
2、连接并判定以下联接组
（1）Y/Y-12
（2）Y/Y-6
（3）Y/Δ-11
（4）Y/Δ-5
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
DJ11
三相组式变压器
1件
5
DJ12
三相心式变压器
1件
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ12、DJ11、
3、测定极性
（1）测定相间极性
被测变压器选用三相心式变压器DJ12，用其中高压和低压两组绕组，额定容量PN=152/152W，UN=220/55V，IN=0.4/1.6A，Y/Y接法。
测得阻值大的为高压绕组，用A、B、C、X、Y、Z标记。
低压绕组标记用a、b、c、x、y、z。
1）按图3-8接线。
A、X接电源的U、V两端子，Y、Z短接。
2）接通交流电源，在绕组A、X间施加约50%UN的电压。
3）用电压表测出电压UBY、UCZ、UBC，若UBC=│UBY-UCZ│，则首末端标记正确；若UBC=│UBY+UCZ│，则标记不对。
须将B、C两相任一相绕组的首末端标记对调。
4）用同样方法，将B、C两相中的任一相施加电压，另外两相末端相联，定出每相首、末端正确的标记。
3-8测定相间极性接线图
（2）测定原、副方极性
图3-9测定原、副方极性接线图
1）暂时标出三相低压绕组的标记a、b、c、x、y、z,然后按图3-9接线，原、副方中点用导线相连。
2）高压三相绕组施加约50%的额定电压，用电压表测量电压UAX、UBY、UCZ、Uax、Uby、Ucz、UAa、UBb、UCc，若UAa=UAx-Uax，则A相高、低压绕组同相，并且首端A与a端点为同极性。
若UAa=UAX+Uax，则A与a端点为异极性。
3）用同样的方法判别出B、b、C、c两相原、副方的极性。
4）高低压三相绕组的极性确定后，根据要求连接出不同的联接组。
4、检验联接组
（1）Y/Y-12
图3-10Y/Y-12联接组
（α）接线图（ｂ）电势相量图
按图3-10接线。
A、a两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的额定电压，测出UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表3-11中。
表3-11
实验数据
计算数据
UAB
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
根据Y/Y-12联接组的电势相量图可知：
为线电压之比
若用两式计算出的电压UBb，UCc，UBc的数值与实验测取的数值相同，则表示绕组连接正确，属Y/Y-12联接组。
（2）Y/Y-6
（α）接线图（ｂ）电势相量图
图3-11Y/Y-6联接组
将Y/Y-12联接组的副方绕组首、末端标记对调,A、a两点用导线相联，如图3-11所示。
按前面方法测出电压UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表3-12中。
表3-12
实验数据
计算数据
UAB
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
根据Y/Y-6联接组的电势相量图可得
若由上两式计算出电压UBb、UCc、UBc的数值与实测相同，则绕组连接正确，属于Y/Y-6联接组。
（3）Y/△-11
按图3-12接线。
A、a两端点用导线相连，高压方施加对称额定电压，测取UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表3-13中
图3-12Y/Δ-11联接组（α）接线图（ｂ）电势相量图
表3-13
实验数据
计算数据
UAB
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
根据Y/Δ-11联接组的电势相量可得
若由上式计算出的电压UBb、UCc、UBc的数值与实测值相同，则绕组连接正确，属Y/Δ-11联接组。
（4）Y/Δ-5
将Y/Δ-11联接组的副方绕组首、末端的标记对调，如图3-13所示。
实验方法同前，测取UAB、Uab、UBb、UCc和UBc，将数据记录于表3-14中。
图3-13Y/Δ-5联接组
（α）接线图（ｂ）电势相量图
表3-14
实验数据
计算数据
UAB
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
根据Y/Δ-5联接组的电势相量图可得
若由上式计算出的电压UBb、UCc、UBc的数值与实测相同，则绕组联接正确，属于Y/Δ-5联接组。
五、实验报告
1、计算出不同联接组的UBb、UCc、UBc的数值与实测值进行比较，判别绕组连接是否正确。
六、附录变压器联接组校核公式（设
）
组别
UBb=UCc
UBc
UBc/UBb
12
>1
1
>1
2
>1
3
>1
4
>1
5
=1
6
<1
7
<1
8
<1
9
<1
10
<1
11
=1
实验三2-3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
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？
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、η=f（Ia）、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，测取n=f（If）。
（3）观察能耗制动过程
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台
2
DJ23
校正直流测功机
1台
3
DJ15
直流并励电动机
1台
4
D31
直流电压、毫安、电流表
2件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D44
可调电阻器、电容器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44
3、并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图2-6接线。
校正直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。
Rf1选用D44的1800Ω阻值。
Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。
R1用D44的180Ω阻值。
R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图2－6直流并励电动机接线图
2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。
3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流If2为校正值（50mA或100mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：
U＝UN，I＝IN，n＝nN。
此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。
4）保持U＝UN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。
测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。
共取数据9-10组，记录于表2-7中。
表2－7U＝UN＝VIf=IfN=mAIf2=mA
实
验
数
据
Ia（A）
n（r/min）
IF（A）
T2（N·m）
计
算
数
据
P2（W）
P1（W）
η（％）
Δn（％）
4、调速特性
（1）改变电枢端电压的调速
1）直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，If＝IfN记下此时MG的IF值。
2）保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使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。
3）共取数据8-9组，记录于表2-8中
表2－8If＝IfN＝mAT2＝N·m
Ua（V）
n（r/min）
Ia（A）
（2）改变励磁电流的调速
1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG的磁场调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，I＝0.5IN记下此时的IF值。
2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：
直至n＝1.
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