电机及拖动实验指导书.docx
《电机及拖动实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机及拖动实验指导书.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电机及拖动实验指导书
实验一直流发电机的工作特性
一实验目的
1观察并励直流发电机的自励过程及自励条件。
2测定并励及他励直流发电机运行的负载外特性曲线。
3观察直流发电机的剩磁（无励磁）发电。
二预习要点
1什么是发电机的运行外特性？
如何测定？
2并励直流发电机不能自励发电时该如何处理？
3如何保持直流发电机的转速不变？
4直流发电机的他励运行与并励运行差异何在？
为什么？
5认真阅读附录部分关于实验台的使用说明。
三实验设备
1原动机为直流电动机M03一台：
UN220V，IN1.1A,PN185W，nN1600rpm
2直流发电机为M01一台：
UN200V，IN0.5A,PN100W，nN1600rpm
3直流电流表三台（500mA、2A、2A各一台）
4直流电压表一台
5MEL－03可变电阻箱（900Ω×6）及转速表（MEL－09）各一台
6直流励磁电源、可调直流电源各一台
四实验项目
1并励发电机
A实验线路
图1-1并励发电机
（1）可调直流源经电枢电流测量表A1向直流电动机M03的电枢供电（V0内接）。
（2）直流励磁电源经励磁电流测量表A2向直流电机的励磁线圈F1，F2供电。
（3）直流发电机M01输出端接300V档电压表，负载回路串直流电流表2A档。
（4）直流发电机的励磁线圈F1，F2并联到发电机的电枢端。
（5）RL由3组900Ω可变电阻并联后串联（见附录），总阻值0～1350Ω可调。
接线要求：
必须保证在操作过程中带电导线的金属部分不裸露在外。
完成接线后，检查各旋钮的初始位置：
可调直流电源输出最小（调节旋钮逆时针旋到底），而RL在最大位置（3个调节旋钮都逆时针旋到底）；直流励磁电源开关置“0N”，可调直流电源开关置“0N”；
必须经指导教师检查认可，才能通电。
B实验系统的启动及调试
（1）接通总电源后，先检查直流电动机的励磁电流测量表A2，必须要有100mA左右的电流指示，才能按复位键启动电机，否则禁止启动电动机，直到励磁电流正常。
（2）渐升电动机转速，发电机端的电压表和电流表应有逐渐再大的读数，则表明发电成功，可将电动机升速到1600rpm。
（3）如果渐升电动机转速，发电机端的电压表和电流表的读数不变化，则表明发电机不能发电，则将可调直流电源恢复到最低后关断，待改接发电机励磁接线后再开。
（4）若励磁端对换后发电机仍不能发电，则要先充磁。
方法如下：
a）先将可调直流电源降到最小，然后关断。
b）再将直流励磁电源关断。
c）将发电机与电动机的励磁线圈F1，F2并联（见图1-2，不管如何并联法）。
d）开启直流电源总开关，开启励磁电源，励磁电流测量表A2应有200mA左右的电流指示，片刻后关断两个开关。
e）将发电机的励磁线圈F1，F2重新并联到发电机G的电枢F1，F2端。
f）按以上步骤重新启动电动机。
图1-2发电机充磁
C并励直流发电机的运行外特性U=f（I）测定（n=1600rpm保持恒定）
表1-1数据记录：
（n=1600rpm保持恒定）
U（V）
I（A）
Imin=（RL最大）
0.25
0.30
0.35
0.40
0.50
注意：
随发电机输出功率增大，必然造成电动机的转速跌落，要不断将转速调整到n=1600rpm（增大电动机的电枢端电压）。
2他励直流发电机外特性U=f（I）测定（n=1600rpm保持恒定）
把发电机的励磁绕组（见右侧的F1、F2）也接到直流励磁电源，其余不变。
图1-3他励发电机
所有旋钮重新置初始位置后启动电动机，操作方法同上。
表1-2数据记录：
（n=1600rpm保持恒定）
U（V）
I（A）
Imin（RL最大）
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
3观察直流发电机的剩磁（无励磁）发电
关闭所有直流电源后，将直流发电机的励磁线圈F1、F2从励磁直流电源处断开
（无励磁），并使发电机空载（且断开RL回路）。
图1-4剩磁发电
所有旋钮重新置初始位置后启动电动机。
观察发电机输出端的电压表是否有电压指示值：
若有则剩磁发电成功，否则不成功。
表1-3数据记录：
n（rpm）
1600
U（V）
五实验报告
1画出实验时电气线路图。
2写出实验操作步骤（上电前的准备工作和上电后的操作步骤及注意事项）。
3实验原始数据记录。
4在同座标上画出直流发电机并励和他励运行时的外特性。
5回答问题
（1）并励发电机不能发电的原因有哪些？
实验中如何解决？
（2）在电动机—发电机组成的机组中，当发电机负载增加时，机组的转速会发生什么变化？
如何处理？
为什么？
（3）简述发电机并励运行与他励运行时外特性曲线的异同。
（4）直流发电机的剩磁发电是否一定能实现，为什么？
（5）发电机是否可能发生电枢端有电压，但额定转速下离额定电压甚远？
为何？
实验二单相变压器的参数测定
一实验目的
1通过变压器的空载和短路试验测定变压器的变比和参数
2通过负载试验测定变压器的运行特性、电压调整率、变压器的效率η等
二预习要点
1变压器的空载和短路试验有什么特点?
电源电压一般加在哪一方较合适？
2在空载和短路试验中，各仪表如何排序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、铜损和电压调整率？
三实验设备
1单相变压器一台（U1N220V，I1N0.35A；U2N55V，I2N1.4A）
2可调交流电源一台
3交流电压表、交流电流表、功率表各一台、可变电阻箱一台（MEL－04）。
四实验项目
1空载试验测取空载特性U0=f（I0），P0=f（U0）
电源加在变压器低压侧，额定电压55V。
电压表V应可随时改变测量点。
图2-1空载试验
通电前必须使三相调压器输出为零。
且数字表的显示会滞后，所以操作要慢一些。
A表接在W表及V表之后，是因为变压器空载电流较小，避免将电压表线圈的电流或功率表电压表线圈的电流计入电流表，造成较大测量误差。
表2-1记录数据（电压不必精确地为某一值，接近即可）：
序号
实验数据
计算数据
U0（V）
I0（A）
P0（W）
U1U1、1U2
COSφ0
1
1.2UN≈66。
0
2
1.1UN≈60。
5
3
UN≈55。
0
4
0.9UN≈49。
5
5
0.8UN≈44。
0
6
0.7UN≈38。
5
7
0.5UN≈27。
5
其中：
COSφ0=P0/S=P0/I0U0
2短路试验（操作要尽快完成）测取短路特性UK=f（IK），PK=f（IK）
实验线路如下：
注意，通电前必须使三相调压器输出为零！
电源加在高压侧。
由于副绕组短路，所以要严密监视电流表的读数，小心地增大三相调压器的输出！
图2-2短路试验
注意到电流表A的位置被移到了功率表W及电压表V之前，因为短路试验时的电流较大，电压表线圈的电流或功率表电压表线圈的电流很小，对短路试验的计算不会产生什么影响。
另一方面，电流表A由于电流增大，其两端电压会增大，而此时V测量到的电压较小，当然不希望计入电流表A的端电压。
表2-2记录数据：
（电流不必精确地为某一值，接近即可）室温θ=C0
序号
实验数据
计算数据
UK（V）
IK（A）
PK（W）
COSφK≈PK/IKUK
1
1.1IN≈0。
39
2
1.0IN≈0。
35
3
0.9IN≈0。
32
4
0.8IN≈0。
28
5
0.7IN≈0。
25
6
0.5IN≈0。
18
在计算出短路阻抗后，要按国家标准换算到75C0时的值（参见实验报告部分）。
3负载试验测取负载特性U2=f（I2）
实验线路如图2-3所示。
上电前RL置最大值。
当U2=U2N=55V时，使I2=I2N=1.4A左右，然后逐渐减小I2并同时测量U2值。
*************
注意：
由于I2=I2N=1.4A已经略大于RL的额定电流1.3A，故操作要尽快完成。
图2-3负载试验
表2-3记录数据（电流不必精确地为某一值，接近即可）：
序号
U2（V）
I2（A）
P1=I1U1cosφ（W）
P2=I2U2（W）
1
U2N=
I2N≈1.40
2
0.9I2N≈1.26
3
0.8I2N≈1.12
4
0.6I2N≈0.84
5
0.4I2N≈0.56
6
0.2I2N≈0.28
7
I2=0.00
注意：
保持U1=UN=220V；其中I2=0及I2=I2N两点必须测量。
4电压调整率的计算
变压器在额定负载电流下的电压与空载时的电压是不同的，所谓变压器的电压调整率就是指该电压的相对变化量（归算到原边）：
其中：
而U20则是二次侧空载电压，变比取K=U1N/U2N，因此可直接利用负载试验数据进行电压调整率的计算。
应该指出：
当功率因素cosФ不同时变压器的电压调整率也不同。
5变压器的效率曲线η=f（I2）测定（电阻性负载）
用间接法测定阻性负载下变压器的效率：
由于二次侧是阻性负载，所以cosФ≈1，而一次侧的功率由功率表测得。
因此效率曲线η=f（I2）测定可在负载试验时加测P1及计算P2而完成。
五实验报告
1计算变比K
2绘制空载特性曲线及计算激磁参数
（1）空载特性曲线U0=f（I0），P0=f（U0），COSφ0=f（U0）
（2）计算激磁参数
以U0=UN时所对应的P0、I0来计算变压器的激磁参数，空载时zm》z1，
rm》r1，xm》x1，所以z0≈zmr0≈rm，x0≈xm，因此有：
3绘制短路特性曲线及计算短路参数
（1）短路特性曲线UK=f（IK），PK=f（UK），COSφK=f（UK）
（2）计算短路参数
以U0=UN时所对应的PK、IK来计算变压器的激磁参数，短路时试验电压很低，主磁通就很小，rm≈∞，可近似认为：
折算到低压侧：
由于短路电阻rK随温度而变化，按国家标准应换算到75C0时的值：
其中，T0=234.50C（本变压器为铜线），θ为试验时的环境温度。
阻抗电压：
IK=IN时的短路损耗：
4按空载试验与短路试验求出的参数，画出变压器折算到低压方的“Г”型等效电路。
5变压器的电压调整率△U2%、变压器的效率η=（P2/P1）%并画η=f（I2）
6简答问题
（1）空载试验与短路试验时电压表与电流表的连接位置为何不同？
（2）短路试验为何选择在低压侧进行？
（3）当二次侧是阻性负载，为什么可以认为cosФ≈1？
实验三三相变压器的联接组别
一实验目的
1用实验方法测定三相变压器的极性。
2用实验方法判定三相变压器的联接组别。
二预习要点
1联接组的定义，为何要研究联接组，国家标准联接组有哪几种。
2如何把Y/Y-12改成Y/Y-6，如何把D/Y-11改成D/Y-5。
三实验设备
1三相调压器一台
2三相芯式变压器一台（MEL－02）
3交流电压表一台
四实验项目（变压器绕组端以A、X，B、Y，C、Z及a、x，b、y，c、z表示）
1测定绕组极性（三相调压器的输出线电压UUV为100V）
实验所使用的三相芯式变压器由1个原绕组和2个副绕组组成（见附录图片4）。
上部标出220V字样的是原绕组，下部为2个电压不同的副绕组。
所有绕组均为独立结构，内部并未联接。
（a）测定相间极性（b）测定原、副方极性
图3-1测定绕组极性及原、副方极性
（1）测定相间极性
接线如图图3-1（a），在B、Y间加100V交流电压。
测量UAC、UAX 、UCZ的值；改变接线，交流电压加到A、X端，Y、Z相连，B、C悬空再测一次。
若UAC≈|UAX －UCZ|则可判定A、C为同极性端。
表3-1记录数据：
UAC（V）
UAX（V）
UCZ（V）
UBC（V）
UBY（V）
UCZ（V）
说明：
两次的磁路不同，所以结果有差异。
同理，如果交流电压加到C、Z端，则UBY >UAX。
（2）测定原、副方极性
接线如图3-1b），在A、B间加100V交流电压。
测量UAa、UAX 、UaX的值，若UAa≈|UAX －Uax|则可判定A、a为同极性端。
其余类推。
表3-2记录数据：
UAX（V）
UAa（V）
Uax（V）
2联接并用测量法判定以下联接组（UUV为200V）
三相变压器的联接组别是指变压器原、副方的不同联接方式及对各引出端的不同命名，由此造成原方线电压UAB与副方线电压Uab间的相位差不同。
由于这种相位差总是300的整数倍，好象时钟在整数点钟时时针与分针间的夹角相仿，故又称为变压器的“钟点数”。
为此变压器原、副绕组中的A与a均应连接，表示“相量钟”长、短针的轴。
（a）Y/Y-12（b）Y/Y-6
图3-2Y/Y-12及Y/Y-6
（1）Y/Y-12
表3-3记录数据：
UAB
Uab
UbB
从图3-3相量图可知，若联接组别为Y/Y-12，则有：
UbB≈UAB－Uab
图3-3Y/Y-12相量图
（2）Y/Y-6
表3-4记录数据：
UAB
Uab
UbB
从图3-4相量图可知，若联接组别为Y/Y-6，则有：
UbB≈UAB＋Uab
图3-4Y/Y-6相量图
（3）D/Y-11
（a）D/Y-11（b）D/Y-5
图3-5D/Y-11及D/Y-5
表3-5记录数据：
UAB
Uab
UbB
从图3-6相量图可知，若联接组别为D/Y-11，则按余弦定理有：
UbB2≈Uab2＋UAB2－2UabUABcos300
图3-6D/Y-11相量图
（4）D/Y-5
表3-6记录数据：
UAB
Uab
UbB
从图3-7相量图可知，若联接组别为D/Y-５，则按余弦定理有：
UbB2≈Uab2＋UAB2－2UabUABcos1500
图3-7D/Y-5相量图
五实验报告
1画出实验时电气线路图。
2在测定相间极性时，如何判别B与A或C是否为同极性端？
画出实验线路并说明测量方法。
3在用测量法判定变压器联接组别时，变压器原、副绕组中的A与a必须重合的含义是什么？
实验四三相变压器的参数测定
一实验目的
1通过变压器的空载和短路试验测定变压器的变比和参数
2通过负载试验测定变压器的运行特性。
二预习要点
1如何用两瓦特计法测量三相功率？
2三相变压器的三相空载电流是否对称？
3如何用实验方法测定三相变压器的铁耗和铜损？
三实验设备
1三相芯式变压器MEL－02一台
2三相调压器一台
3三相变阻器MEL－03一台
4组合表具一套、电流插座三个
四实验项目
1变比K的测定
试验线路如下，其中1、2、3为电流插座（见附录图片2），为空载试验预留。
交流数字电压表不能固定接入电路，要象万用表电压档一样能灵活使用。
注意：
通电前使三相调压器输出置最小位置，然后上电，调节到UAB为190V左右。
图4-1变比K的测定
表4-1记录数据：
U（V）
K1
U（V）
K2
U（V）
K3
K=（K1+K2+K3）/3
Uab
UAB
Ubc
UBC
Uca
UCA
其中：
K是K1、K2、K3的平均值：
2空载试验（电压施加在低压侧，额定线电压为55V）
注意：
通电前使三相调压器输出置最小位置。
试验电路如下：
a）二瓦特计法原理b）空载试验线路
图4-2二瓦法原理及空载试验线路
其中，1、2、3为3个串联在电路中的电流插座，位于实验台底部中间位置。
图4-3电流插座原理
在上图中，电流插头的2个端子接电流表，如果将电流插头插入电流插座，则电流表A就与R串联在电路中。
（1）用二瓦特计法测量三相对称负载的功率
三相对称负载的功率测定常用二瓦特计法测量，按实验线路图可得：
P1=Re[ÌAÙAB]P2=Re[ÌCÙCB]
则P1+P2=Re[ÌAÙAB+ÌCÙCB]电流插头
=Re[ÌA（ÙA-ÙB）+ÌC（ÙC-ÙB）]
=Re[ÌAÙA+ÌCÙC-（ÌA+ÌC）ÙB]
由于是三相对称负载，则有：
ÌA+ÌB+ÌC=0，或ÌA+ÌC=-ÌB，代入上式得：
P1+P2=Re[ÌAÙA+ÌBÙB+ÌCÙC]，显然这是三相对称负载的功率。
注意：
瓦特计的读数可能是正，也可能是负，必须先求它们的代数和，然后取绝对值，即：
PIN=|P1+P2|
（2）用组合表具实现二瓦特计法测量
组合表具结构如下（由功率表、交流电流表、交流电压表及电流插头组合而成）：
图4-4组合表具的组成
由于本设备的功率表、交流电流表及交流电压表均只有1个，但要测量三相电流、三相电压及两个功率，因此在电路中接入了3个插座，而将功率表、交流电流表及交流电压表组合在一起，其中功率表的非“*”端与交流电压表相连接的这一个点暂且称之为COM端，被固定地接到B相（其实可将任意一相作为COM端）。
从组合表具的结构可知，电压表V与功率表的电压线圈并联，而电流表与功率表的电流线圈串联。
当电流插头插入插座，电流插头端1、电流插头端2这两端就被串入回路。
插入A、C相插座时，既可测功率，也可测电流；而插入B相时，只能测电流，电压Uca必须用电压表单独测量，所以电压表测量端要能灵活移动。
（3）记录数据
变压器低压侧额定线电压为U2N=55V，试验电压取1.2U1N~0.5U1N，先将原方线电
压升到1.2U1N=66V，然后逐渐降到0.5U1N=27.5V。
原方线电压升依次取：
1.2U1N、1.1U1N、U1N、0.9U1N、0.8U1N、0.7U1N、0.5U1N、表4-2记录数据（注：
Uca每次单独用电压表测量，电压表测量端要能灵活移动）：
序
号
实验数据
计算数据
U0（V）
I0（A）
P0（W）
COSφ0
U0
I0
P0
Uab
Ubc
Uca
Ia0
Ib0
Ic0
P10
P20
1
66.0
2
60.5
3
55.0
4
49.5
5
44.0
6
38.5
7
27.5
表中Ia0、Ib0、Ic0分别表示空载时低压方的三相相电流；
P10、P20分别表示空载时用二瓦特计法测得的功率代数值（带符号），而三相空载功率P0=|P10+P20|，而U0、I0为低压方相电压及相电流的平均值；
功率因素COSφ0为：
3短路试验（电压施加在高压侧，额定电流相0.4A）
注意：
通电前使三相调压器输出置最小位置。
试验电路如下（注意电流表被移到了功率表之前）：
图4-5短路试验
注意：
从变压器铭牌获得I1N，事先估算1.1I1N、1.0I1N、0.9I1N0、0.7I1N、0.5I1N的值，然后逐渐增大调压器输出，使高压侧相电流达1.1I1N，并依次记录相关数据。
表4-3记录数据（注：
Uca每次单独用电压表测量，电压表测量端要能灵活移动）：
序
号
实验数据
计算数据
UK（V）
IK（A）
PK（W）
COSφK
UK
IK
PK
UAB
UBC
UCA
IAK
IBK
ICK
P1K
P2K
1
0.44
2
0.40
3
0.36
4
0.28
5
0.20
表中IAK、IBK、ICK分别表示空载时低压方的三相相电流；
P1K、P2K分别表示空载时用二瓦特计法测得的功率代数值（带符号），而三相空载功率PK=|P1K+P2K|，而UK、IK为低压方相电压及相电流的平均值；
功率因素COSφK为：
4负载试验（电压施加在低压侧，额定线电压为55V）
负载电阻采用MEL－03挂件，将A1、A2端接入电路则为0~1800Ω可调电阻：
图4-6900Ω×6可调电阻示意图
由于受负载电阻限制（MEL－03挂件作0~1800Ω可调电阻用时电流为0.41A），试验电压施加在低压侧，额定相电压为55V，而负载电阻接在高压侧：
图4-7负载试验
注意：
通电前使三相调压器输出置最小位置。
试验过程中保持原方电压为恒定，例如Uab≡95（V）=1.732×55。
选取I=IN、0.9IN、0.8IN、0.6IN、0.4IN、0.2I
升级会员 