zjh《电机原理及拖动技术实验指导书》.docx
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zjh《电机原理及拖动技术实验指导书》
电子信息工程、电子科学与技术、自动化专业系列实验教材
电机原理及拖动技术
实验指导书
实验安全操作规程
为了按时完成电机及电气技术实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程：
1）实验时，人体不可接触带电线路。
2）接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
3）学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
4）电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
5）总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。
实验一认识实验
一、实验目的
1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
二、预习要点
1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器?
不串接会产生什么严重后果?
3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置?
为什么?
若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?
4、直流电动机调速及改变转向的方法。
三、实验项目
1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序
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
DJ15
直流并励电动机
1台
4
D31
直流数字电压、毫安、安培表
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
8
D41
三相可调电阻器
1件
2、控制屏上挂件排列顺序
D31、D42、D41、D51、D31、D44
五、实验说明及操作步骤
1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、用伏安法测电枢的直流电阻
图2-1测电枢绕组直流电阻接线图
（1）按图2-1接线，电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。
A表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A档。
开关S选用D51挂箱。
（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。
调节R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），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。
将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表2-1中。
（3）增大R使电流分别达到0.15A和0.1A，用同样方法测取六组数据列于表2-1中。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值
表2-1室温℃
序号
U（V）
I（A）
R（平均）（Ω）
Ra（Ω）
Raref（Ω）
1
Ra11=
Ra1=
Ra12=
Ra13=
2
Ra21=
Ra2=
Ra22=
Ra23=
3
Ra31=
Ra3=
Ra32=
Ra33=
表中：
（4）计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验直接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：
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。
（Ω）。
θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75℃。
θa——实际冷态时电枢绕组的温度。
（℃）
3、直流仪表、转速表和变阻器的选择
直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。
（1）电压量程的选择
如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。
（2）电流量程的选择
因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。
（3）电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。
（4）变阻器的选择
变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。
4、直流他励电动机的起动准备
按图2-2接线。
图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。
校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。
直流电流表选用D31。
Rf1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。
Rf2选用D42的1800Ω阻值的变阻器。
作为MG励磁回路串接的电阻。
R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R2选用D41的90Ω电阻6只串联和D42的900Ω与900Ω并联电阻相串联作为MG的负载电阻。
接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。
5、他励直流电动机起动步骤
图2－2直流他励电动机接线图
（1）检查按图2-2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢靠。
然后，将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，作好起动准备。
（2）开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2等于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M起动。
（3）M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正向偏转，若不正确，可拨动转速表上正、反向开关来纠正。
调节控制屏上电枢电源‘电压调节’旋钮，使电动机端电压为220伏。
减小起动电阻R1阻值，直至短接。
（4）合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2阻值，使MG的负载电流IF改变，即直流电动机M的输出转矩T2改变（按不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f（IF），可得到M不同的输出转矩T2值）。
（5）调节他励电动机的转速
分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf1，观察转速变化情况。
（6）改变电动机的转向
将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。
在断电情况下，将电枢（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向。
六、注意事项
1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小，先接通励磁电源,使励磁电流最大,同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大,然后方可接通电枢电源。
使电动机正常起动。
起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。
2、直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。
同时必须将电枢串联的起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值。
给下次起动作好准备。
3、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。
4、若要测量电动机的转矩T2，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值：
100mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。
七、实验报告
1、画出直流他励电动机电枢串电阻起动的接线图。
说明电动机起动时，起动电阻R1和磁场调节电阻Rf1应调到什么位置?
为什么?
2、在电动机轻载及额定负载时，增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？
增大励磁回路的调节电阻，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、为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？
起动时电枢回路必须串联起动变阻器？
实验二单相变压器
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。
2、通过负载实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？
3、如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。
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
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D43
三相可调电抗器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ11、D42、D43
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。
实验三三相鼠笼异步电动机的工作特性
一、实验目的
1、掌握用日光灯法测转差率的方法。
2、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。
3、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。
4、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。
二、预习要点
1、用日光灯法测转差率是利用了日光灯的什么特性？
2、异步电动机的工作特性指哪些特性？
3、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？
4、工作特性和参数的测定方法。
三、实验项目
1、测定电机的转差率。
2、测量定子绕组的冷态电阻。
3、判定定子绕组的首末端.
4、空载实验。
5、短路实验。
6、负载实验。
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
DJ23
校正过的直流电机
1件
3
DJ16
三相鼠笼异步电动机
1件
4
D33
交流电压表
1件
5
D32
交流电流表
1件
6
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
7
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
8
D42
三相可调电阻器
1件
9
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D34-3、D31、D42、D51
三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。
3、用日光灯法测定转差率
日光灯是一种闪光灯，当接到50Hz电源上时，灯光每秒闪亮100次，人的视觉暂留时间约为十分之一秒左右，故用肉眼观察时日光灯是一直发亮的,我们就利用日光灯这一特性来测量电机的转差率。
（1）异步电机选用编号为DJ16的三相鼠笼异步电动机（UN=220V，Δ接法）极数2P=4。
直接与测速发电机同轴联接，在DJ16和测速发电机联轴器上用黑胶布包一圈，再用四张白纸条（宽度约为3毫米），均匀地贴在黑胶布上。
（2）由于电机的同步转速为，而日光灯闪亮为100次/秒，即日光灯闪亮一次，电机转动四分之一圈。
由于电机轴上均匀贴有四张白纸条，故电机以同步转速转动时，肉眼观察图案是静止不动的（这个可以用直流电动机DJ15、DJ23和三相同步电机DJ18来验证）。
（3）开启电源，打开控制屏上日光灯开关，调节调压器升高电动机电压，观察电动机转向，如转向不对应停机调整相序。
转向正确后，升压至220V，使电机起动运转，记录此时电机转速。
（4）因三相异步电机转速总是低于同步转速，故灯光每闪亮一次图案逆电机旋转方向落后一个角度，用肉眼观察图案逆电机旋转方向缓慢移动。
（5）按住控制屏报警记录“复位”键，手松开之后开始观察图案后移的圈数，计数时间可订的短一些（一般取30秒）。
将观察到的数据记录于表4-1中。
（6）停机。
将调压器调至零位，关断电源开关。
表4-1
N（转）
t（秒）
S（转差率）
n（转/分）
转差率
式中t为计数时间，单位为秒。
N为t秒内图案转过的圈数。
f1为电源频率，50Hz。
（7）将计算出的转差率与实际观测到的转速算出的转差率比较。
4、测量定子绕组的冷态直流电阻。
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心的温度。
当所测温度与冷却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
测量线路图为图4-1。
直流电源用主控屏上电枢电源先调到50V。
开关S1、S2选用D51挂箱，R用D42挂箱上1800Ω可调电阻。
图4-1三相交流绕组电阻测定
量程的选择：
测量时通过的测量电流应小于额定电流的20%，约为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。
三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50Ω，因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档。
按图4-1接线。
把R调至最大位置，合上开关S1，调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20%，以防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4-2中。
表4-2室温℃
绕组Ⅰ
绕组Ⅱ
绕组Ⅲ
I（mA）
U（V）
R（Ω）
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
用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥大致平衡的位置。
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，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。
数据记录于表4-3中。
电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。
表4-3
绕组Ⅰ
绕组Ⅱ
绕组Ⅲ
R（Ω）
5、判定定子绕组的首末端
图4-2三相交流绕组首末端测定
先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联，如图4-2所示。
将控制屏左侧调压器旋钮调至零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通交流电源。
调节调压旋钮，并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，如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图4-2（a）所示。
反之，如测得电压近似为零，则两相绕组的末端与末端（或首端与首端）相联，如图4-2（b）所示。
用同样方法测出第三相绕组的首末端。
6、空载实验
1）按图4-3接线。
电机绕组为Δ接法（UN=220V），直接与测速发电机同轴联接，负载电机DJ23不接。
2）把交流调压器调至电压最小位置，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（如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源）。
3）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。
图4-3三相鼠笼式异步电动机试验接线图
4）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。
5）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4-4中。
表4-4
序
号
U0L（V）
I0L（A）
P0（W）
cosφ0
UAB
UBC
UCA
U0L
IA
IB
IC
I0L
PⅠ
P
P0
7、短路实验
1）测量接线图同图4-3。
用制动工具把三相电机堵住。
制动工具可用DD05上的圆盘固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上。
2）调压器退至零，合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电
流到1.2倍额定电流，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。
3）在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。
表4-5
序
号
UKL（V）
IKL（A）
PK（W）
cosφK
UAB
UBC
UCA
UKL
IA
IB
IC
IKL
PⅠ
PⅡ
PK
4）共取数据5～6组记录于表4-5中。
8、负载实验
1）测量接线图同图4-3。
同轴联接负载电机。
图中Rf用D42上1800Ω阻值，RL用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
2）合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。
3）合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值（50mA或100mA）并保持不变。
4）调节负载电阻RL（注：
先调节1800Ω电阻，调至零值后用导线短接再调节450Ω电阻），使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至
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