电机与拖动基础实验指导书.docx
《电机与拖动基础实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与拖动基础实验指导书.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电机与拖动基础实验指导书
《电机与拖动基础》
实验指导书
实验要求与注意事项
一：
实验之前必须进行充分的预习，初步明确实验的目的、要求、方法和步骤。
画出实验线路图，经老师检查合格后才可以到实验室做实验。
二：
由于本实验是220伏直流电，交流电，并且都是高速旋转的电机，所以一定要有安全意识，遵守实验室规则，确保人身安全。
三：
实验之前应对所实验的电机作一般性的检查，如电机的装配质量，名牌数据，测试中仪表量程的选择等。
以便保护设备的完好。
爱护实验仪器和设备。
四：
实验线路接好之后，同学先自己检查是否接线正确，然后再由老师检查，无误后，方可通电进行实验。
五：
实验过程中，调节负载或者改变电阻、电压、转速、等量时，必须先考虑其它量的变化关系，并随时注意转速和电流是否超过额定值。
六：
实验中要仔细观察，正确的操作，完整的纪录，深入的分析研究。
实验过程中如发生故障，应立即切断电源，分析故障原因，设法排除故障。
七：
实验后，要写出实验报告。
其内容根据每个实验的要求而定。
除了列出实验结果之外，还要有分析和结论。
计算内容必须列出所有的公式，并以一组数据为例进行计算，其它可直接列入数据表格中。
实验一：
直流电动机的机械特性…………………………………………………………….1
实验二：
三相异步电动机的机械特性……………………………………………………….7
实验三：
异步电动机的M-S曲线测绘……………………………………………………….11
实验一直流电动机的机械特性
一、实验目的
（一）测定直流他激电动机的固有特性和人为特性。
（二）了解直流电动机在各种运行状态下的接线方法、启动方式和运行状况。
（三）用理论计算的方法求出所测取的机械特性，并与实验结果作分析比较从
而加深对理论知识的理解。
二、预习要点
（一）改变直流他激电动机机械特性有哪些方法？
（二）直流他激电动机在什么情况下，从电动运行状态到回馈制动状态？
（三）直流他激电动机回馈制动的能量传递关系、电势平衡方程式及机械特性。
（四）直流他激电动机反接制动的能量传递关系、电势平衡方程式及机械特性。
三、实验项目
（一）测定直流他激电动机在电动状态时的固有特性（Ra=0）。
（二）测定直流他激电动机在电动、反接、再生、能耗、状态下的人为机械特性。
四、实验仪器与设备
（一）MEL系列电机教学实验台主控制屏
（二）电机导轨及测功机、转矩测速测量组件（NMEL-13）、电机
导轨、转速表
（三）直流并励电动机M03、M01、（接成他励方式）
（四）直流稳压电源（NMEL-18A）
（五）直流电压表、毫安表、安培表（MEL-001E）
（六）波形测试及开关板（NMEL-5）
（七）三相可调电阻900欧姆（NMEL-3）
（八）三相可调电阻90欧姆（NMEL-4）
（九）电机启动箱（NMEL-09）
五、实验线路、原理、说明及操作步骤
图1-1直流他励电动机机械特性实验线路
图中：
M：
直流并励电动机M01，PN=100W，UN=220V，IN=0.5A，nN=1600r/min，励磁电压Uf=220V、额定励磁电流IfN<0.13A，（接成他励接法）
G：
直流并励电动机M03，PN=185W，UN=220V，IN=1.1A，
nN=1600r/min，励磁电压Uf=220V、额定励磁电流IfN<0.16A，（接成他励接法）
S1、S2、S3：
双刀双掷开关、位于NMEL-05
mA1、A1：
为直流毫安表和直流安培表、位于直流电源上NMEL-18
mA2、A2：
为直流毫安表（量程选200mA）和直流安培表（量程选5A），位于MEL-001E
U1、U2：
为可调直流稳压电源和直流电动机励磁电源
V1：
可调直流电压表、直流稳压电源自带
V2：
直流电压表（量程选300V）、位于MEL-001E
Ra：
电动机电枢（armature）串入电阻、360Ω（四只90Ω串联）位于NMEL-04
Rf1：
电动机磁场调节电阻、900Ω变阻器、位于NMEL-03
Rf2：
负载机磁场（magneticfield）调节电阻、3000Ω/200mA、位于NMEL-09
RL：
电动机负载（load）调节电阻、用NMEL-03中间端和下端变阻器、串并联接法、阻值为2250Ω（两个900Ω串联加上两个900Ω并联）。
调节时先调节串联部分，当串联电阻部分调到最小还需继续调节时，必须用导线将串联电阻部分短接（防止负载电流过大烧毁熔断器），然后继续调节并联电阻部分。
RL的联接如图1-2。
图1-2负载RL的联接图
（一）固有特性测试
实验之前，检查开关、电阻等所处的位置：
1、接通励磁直流电源，调节Rf1、Rf2使电动机（M）和负载电
动机（G）加入适当的励磁电流，励磁电流额定值分别小于0.13A
和0.16A。
2、S2、S3、均合向左方，Ra、RL均至于最大位置。
Rf1、Rf2于最小位置。
3、接通可调直流电源，使电动机电枢电压为U=UN=220V，电机开始起动。
4、调节Ra至零，电动机转速升高。
分别调节磁场电阻Rf1、Rf2、和负载电阻RL、使电动机达到额定励磁对应的转速，n=nN，If+Ia=IN=0.5A，（如：
此时的励磁电流If=IfN=0.085A则0.085+0.42=0.5A）记录此值。
调RL时先调节串联部分，当串联电阻部分调到最小还需继续调节时，必须用导线将串联电阻部分短接（防止负载电流过大烧毁熔断器），然后再继续调节并联电阻部分。
5、保持U=UN=220V和上面测出的If=IfN不变，增加RL的阻值逐渐减小负载，测取电动机从额定负载到空载范围的转速n和电枢电流Ia，取5~6组数据列入表格并作曲线。
图1-3直流他励电动机固有机械特
Ra=0U=UN=220VIfN=（）A
Ia（A）
n（r/min）
注意：
测完之后负载RL退回最大位置，后面的实验均如此。
（二）人为特性测试（电枢串接电阻Ra360Ω）
1、电动状态特性（负载电动机G处于发电状态运行）
通电之前，RL置最大，Ra为360Ω，其余电阻均不变，S3合向右方。
此时负载电机G的转向要与被测电机G的转矩相反（可改变S3电源极性来判断）。
由于电动机电枢串接电阻，所以通电后转速明显下降，约在850r/min左右，特性变软，逐渐减小RL，测取在第一象限的4~5个n、Ia的值，直到电动机堵转n=0，（此时Ia约为0.5A），特性在第一象限。
图1-4直流他励电动机人为机械特性
Ra=360ΩUN=220VIfN=0.085A
Ia（A）
n（r/min）
2、反接制动状态特性
电机转速下降到堵转（n=0）继续减小RL则电机反转，进入第四象限，在堵转点至额定电流点范围测取2~3个n、Ia的值（Ia<0.6A）。
Ra=360ΩUN=220VIfN=（）A
Ia（A）
n（r/min）
3、回馈制动状态特性
将S3电源接线极性接为电动机和负载机的转矩方向相同。
逐渐减小RL，
则Ia减小、
转速升高，直到Ia=0、n=n0（理想空载转速点）。
继续减小RL到最小，电流反向，转速升高，若还达不到n0，可增大负载机励磁电阻Rf2继续升高电动机的转速，测取理想空载转速点以上的2~3个n、Ia的值。
（n<1900r/min）
Ra=360ΩUN=220VIfN=（）A
Ia（A）
n（r/min）
4、能耗制动状态特性
此时负载电机G处于电动状态，被测电机M
处于制动状态，其转矩为阻力矩，负载机产生原
动力矩。
S3仍置于右方，S2再合向右方，当S2合向右方时电动机立刻制动，逐渐减小RL，转速逐渐上升，电枢电流Ia反向增大（Ia<0.5A），测取在第二象限的4~5个n、Ia的值。
图1-5直流他励电动机能耗制动特性
Ra=360ΩUN=220VIfN=（）A
Ia（A）
n（r/min）
调节Ra=180Ω，再做出另一组能耗制动的特性。
Ra=180ΩUN=220VIfN=（）A
Ia（A）
n（r/min）
由上面几种运行状态的实验，可将几种状态的特性会在一个坐标系中，从
而可以方便的和理论计算出来的机械特性相比较、进行分析。
图1-6直流他励电动机特性的各种状态特性
六、思考题
（一）回馈制动实验中如何判断理想空载转速点？
（二）第一象限运行到第二象限旋转方向不变，电磁转矩的方向是否也不变？
七、实验报告
（一）用理论计算的方法求出所测取的机械特性，并与实验结果作分析比较。
（二）根据实验数据绘出电动机运行在第一、第二、第四象限的制动特性n=f（Ia）及能耗制动特性n=f（Ia）
实验二三相异步电动机的机械特性
一、实验目的
（一）测定交流异步电动机的固有特性和人为特性。
（二）了解交流电动机在各种运行状态下的接线方法、启动方式和运行状况。
二、预习要点
（一）如何利用现有设备测定三相线绕异步电动机的机械特性？
（二）测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题？
（三）如何由所测的数据计算被测电机在各种运行状态下的机械特性？
三、实验项目
（一）测定三相交流异步电动机的固有机械特性。
（二）测定三相交流异步电动机在电动运行状态和反接制动、再生发电
制动状态下的人为机械特性，（考虑如何测定能耗制动状态下的机械特性）。
四、实验仪器与设备
（一）EL系列电机教学实验台主控制屏
（二）机导轨及测功机、转矩测速测量组件（NMEL-13）
（三）直流并励电动机M03、三相线绕异步电动机M09
（四）直流稳压电源NMEL-18A（位于主控制屏下部）
（五）直流电压表、毫安表、安培表（MEL-001E）
（六）波形测试及开关板（NMEL-5）
（七）三相可调电阻900欧姆（NMEL-3）
（八）三相可调电阻90欧姆（NMEL-4）
五、实验线路、原理、说明
及操作步骤
实验线路如图2-1：
图2-1三相线绕异步电动机的机械特性实验线路
图中：
M：
三相线绕异步电动机M09，PN=100W，UN=220V，IN=0.55A，nN=1420r/min，定子、转子三相绕组均为Y接法，E级绝缘。
G：
直流并励电动机M03，PN=185W，UN=220V，IN=1.1A，nN=1600r/min，励磁电压Uf=220V、额定励磁电流IfN<0.16A，（接成他励接法）
S2、S3：
双刀双掷开关、位于MEL-05
mA、A-：
为直流毫安表、直流安培表、位于MEL-06
V_：
直流电压表、位于直流电源上。
U1、U2：
为可调直流稳压电源和直流电动机励磁电源。
V1、A1、A2、A3：
W1、W2：
为交流电压表、电流表、功率表，位于主控屏上。
Rs：
转子串入电阻、三组90Ω，位于nMEL-04Rf：
磁场（magneticfield）调节电阻、3000Ω/200mA、位于NMEL-09
RL：
负载（load）调节电阻、用NMEL-03中间端和下端变阻器、串并联接法、阻值为2250Ω（两个900Ω串联再串上两个900Ω并联）。
调节时先调节串联部分，当串联电阻部分调到最小还需继续调节时，必须用导线将串联电阻部分短接（防止负载电流过大烧毁熔断器），然后继续调节并联电阻部分。
RL的联接方式如图2-2。
图2-2RL的联接方式
（一）固有特性测试（定子电压降为1/2uN=110V）
实验之前，检查开关、电阻等所处的位置：
1、Rs、RL至于最大位置，Rf置最小，S2合向右方，挂箱NMEL13上的加载开关扳下，三相调压器置零位，直流电源旋钮调到最小位置。
2、接通励磁直流电源，使负载电动机（G）加入励磁电流,调节Rf、使If=95mA=0.095A。
3、接通三相交流电源，调节三相调压器逐渐使三相交流输出线电压为110V，注意观察电动机的转向是否符合要求。
然后，Rs值减小到零。
4、RL至于最大位置时，运行状态接近于空载，逐渐减小RL，先调节串联部分，然后继续调节并联电阻部分。
从接近空载到将要堵转（几十转左右）这个范围，测取负载电动机（G）的Ua、Ia、n、及异步电机（M09）连接定子上的电流表（A1）、功率表（W1、W2）的读数：
Ii、PⅠ、PⅡ。
取8~9组数据（拐点处多测几点）列入表格并作曲线。
Rs=0u=110VIf=0.095A
Ua（V）
Ia（A）
n（r/min）
Ii（A）
PⅠ（W）
PⅡ（W）
注意：
测完之后负载RL退回最大位置，后面的实验均如此。
5、测同步转速点n0：
S2拨向另一端，接通直流电源，调节直流稳压电源为220V，其电压值高于负载电动机（G）的电枢
端电压V_。
S2向左合，S3合向某一方后，
电动机和负载机的转矩方向应相同。
否则，
再将改变S3反向以改变电源极性。
图2-3三相异步电动机固有特性
•逐渐减小负载RL（先调节RL中相串联900Ω
电阻，此时电流Ia随之减小，所以调到零后不必用导线短接），再调节两个900Ω并联的电阻，调到零后，将整体RL用导线短接，以保证RL为0。
•减小负载RL到零后，调节励磁电流，使异步电动机（M）转速上升，当电机转速为同步转速时，观察异步电动机（M）转速是否升高至同步空载转速no，电动机特性到达第二象限，异步电动机进入再生发电制动状态，转速小于1550r/min。
测取负载电动机的Ua、Ia、n、及异步电动机（M）连接定子上的电流表（A1）、功率表（W1、W2）的读数：
Ii、PⅠ、PⅡ，PⅠ与PⅡ之和也应接近于0。
（二）人为特性测试（定子电压升至220V）
1、电动状态特性
通电之前，RL置最大，电动机转子串接的三个电阻Rs调至90Ω，S2向左合，S3合向某一方后，电动机和负载机的转矩方向应相反。
否则，再将改变S2反向以改变极性。
接通励磁和直流电源，使负载电动机（G）加入励磁电流调节Rf、使励磁电流If=95mA=0.095A，直流电源220V，交流电压升为220V。
逐渐减小RL，先调节RL中相串联900Ω电阻（1800Ω/0.41A），调到零后用导线短接以免烧毁融断器，再调节两个900Ω并联的电阻（450Ω/0.82A），测取在第一象限的4~5个n、Ia的值，大致从550r/min直到电机堵转n=0（堵转电流Ia约0.4A）。
2、反接制动状态特性
电机转速下降到堵转（n=0）继续减小RL则电机反转，进入第四象限，在堵转点至额定电流点范围测取2~3个n、Ia的值（Ia<0.8A）。
3、回馈制动状态特性
将S3拨回电动机和负载机的
转矩方向相同的位置。
测试及
判断方法同前。
`图2-4三相异步电动机人为机械特性
Rs=90Ωu=220VIf=0.095A
Ua（V）
Ia（A）
n（r/min）
Ii（A）
PⅠ（W）
PⅡ（W）
六、思考题
1、再生发电制动实验中，如何判断电机运行的同步转速点？
2、实验中交流电压降为110V，怎样计算全压220V所得的数据？
3、怎样测取电动机的能耗制动曲线？
画出接线图。
七、实验报告
绘出实验所得的三种状态下的机械特性和全压计算出的机械特性。
实验三异步电动机的M-S曲线测绘
一、实验目的
用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩-转差曲线，并加以比较。
二、实验要点
异步电动机的M~S曲线测绘指电机转速从0~额定转速时，转矩和转速的曲线关系。
由于交流电机存在不稳定区域，因而在转速开环情况下，当负载增大到超过最大转矩时，电机转速迅速下降，无法读出转速值。
此时，必须利用转速反馈，根据转速的高低动态地调整加载的转矩，使电动机能够在任何一个转速条件下稳定运行。
三、实验项目
（一）鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。
（二）绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。
四、实验原理
异步电机的机械特性的图3-1所示。
在某一转差率Sm时，转矩有一最大值Tm，称为异步电机的最大转矩，Sm称为临界转差率。
Tm是异步电动机可能产生的最大转矩。
如果负载转矩Tz＞Tm，电动机将承担不了而停转。
起动转矩Tst是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩，此时S=1（n=0）。
对于绕线式转子异步电动机，转子绕组串联附加电阻，便能改变Tst，从而可改变起动特性。
异步电动机的机械特性可视为两部分组成，即当负载功率转矩Tz≤TN时，机械特性近似为直线，称为机械特性的直线部分，又可称为工作部分，因电动机不论带何种负载均能稳定运行；当S≥Sm时，机械特性为一曲线，称为机械特性的曲线部分，对恒转矩负载或恒功率负载而言，因为电动机这一特性段与这类负载转矩特性的配合，使电机不能稳定运行，而对于风机泵类负载，则在这一特性段上却能稳定工作。
在本实验系统中，通过对电机的转速进行检测，动态调节施加于电机的转矩，产生随着电机转速的下降，转矩随之下降的负载，使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。
通过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。
五、实验设备
（一）NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
（一）电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13、NMEL-14）。
（三）电机起动箱（NMEL-09）。
（四）三相鼠笼式异步电动机M04。
（五）三相绕线式异步电动机M09。
五、实验方法
（一）鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘
被测试电机为三相鼠笼式异步电动机M04，Y接法。
G为涡流测功机，与M04电机同轴安装。
按图3-2接线，其中电压表采用指针式或数字式均可，量程选用300V档，电流表采用数字式，可选0.75A量程。
起动电机前，将三相调压器旋钮逆时针调到底，并将NMEL-13中“转矩控图3-2鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘
制”和“转速控制”选择开关扳向“转
速控制”，并将“转速设定”调节旋钮顺时针调到底。
实验步骤：
1、按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，起动交流电机。
观察电机的旋转方向，是否符合要求。
2、逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：
转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。
）
3、在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表3-1。
表3-1UN=220VY接法
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.m）
4、当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩T，转速n，填入表3-2。
表3-2UN=220VY接法
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.m）
（二）绕线式异步电动机的M-S曲线测绘
被试电机采用三相绕线式异步电动机M09，Y接法。
按图3-3接法，电压表和电流表的选择同前，转子调节电阻采用NMEL-04中两只90Ω电阻相并联（最大值为45Ω）。
NMEL-13的开关和旋钮的设置同前，调压器退至零位。
图3-3绕线式异步电动机的M-S曲线测绘线路
1、绕线电机的转子调节电阻调到零（三只旋钮顺时针到底），顺时针调节调压器旋钮，使电压升至180V，电机开始起动至空载转速。
逆时针调节“转速设定”旋钮，电机M09的负载随之增加，电机转速开始下降，继续逆时针调节该旋钮，电机转速下降至200转/分左右。
在空载转速至200转/分
范围时，读取8-9组绕线电机转矩T、转速n记录于表3-3。
表3-3U=180VY接法RS=0Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.m）
2、绕线电机的转子调节电阻调到2Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据，记录于表3-4。
表3-4U=180VY接法RS=2Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.m）
3、绕线电机的转子调节电阻调到5Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。
记录于表3-5。
表3-5U=180VY接法RS=5Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.m）
七．实验报告
1．在方格纸上，逐点绘出各种电机的转矩、转速，并进行拟合，作出被测试电机的M-S曲线。
2．对这些电机的特性作一比较和评价。
八．思考题
电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因何在？
升级会员 