电机与拖动实验指导书节选.docx
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电机与拖动实验指导书节选
实验一三相变压器
一、实验目的
1、通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。
2、通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。
二、预习要点
1、如何用双瓦特计法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。
2、三相心式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？
3、如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。
4、变压器空载和短路实验时应注意哪些问题？
一般电源应加在哪一方比较合适？
三、实验项目
1、测定变比
2、空载实验
测取空载特性U0L=f（I0L），P0=f（U0L）,cosφ0=f（U0L）。
3、短路实验
测取短路特性UKL=f（IKL），PK=f（IKL），cosφK=f（IKL）。
4、纯电阻负载实验
保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。
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
DJ12
三相心式变压器
1件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34－3、DJ12、D42、D51
3、测定变比
图1-1三相变压器变比实验接线图
实验线路如图1-1所示，被测变压器选用DJ12三相三线圈心式变压器，额定容量PN=152/152/152W，UN=220/63.6/55V，IN=0.4/1.38/1.6A，Y/△/Y接法。
实验时只用高、低压两组线圈,低压线圈接电源，高压线圈开路。
将三相交流电源调到输出电压为零的位置。
开启控制屏上电源总开关，按下“开”按钮，电源接通后，调节外施电压U=0.5UN＝27.5V测取高、低线圈的线电压UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca，记录于表1-1中。
表1-1
高压绕组线电压（V）
低压绕组线电压（V）
变比（K）
UAB
Uab
KAB
UBC
Ubc
KBC
UCA
uca
KCA
计算：
变比K：
平均变比：
4、空载实验
图1-2三相变压器空载实验接线图
1）将控制屏左侧三相交流电源的调压旋钮调到输出电压为零的位置，按下“关”按钮,在断电的条件下，按图1-2接线。
变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。
2）按下“开”按钮接通三相交流电源，调节电压，使变压器的空载电压U0L=1.2UN。
3）逐次降低电源电压，在（1.2～0.2）UN范围内，测取变压器三相线电压、线电流和功率。
4）测取数据时，其中U0=UN的点必测,且在其附近多测几组。
共取数据8-9组记录于表1-2中。
5、短路实验
1）将三相交流电源的输出电压调至零值。
按下“关”按钮，在断电的条件下，按图1-3接线。
变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
2）按下“开”按钮，接通三相交流电源，缓慢增大电源电压，使变压器的短路电流IKL=1.1IN。
表1-2
序
号
实验数据
计算数据
U0L（V）
I0L（A）
P0（W）
U0L
（V）
I0L
（A）
P0
（W）
cosΦ0
Uab
Ubc
Uca
Ia0
Ib0
Ic0
P01
P02
图1-3三相变压器短路实验接线图
3）逐次降低电源电压，在1.1～0.2IN的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率。
4）测取数据时，其中IKL=IN点必测，共取数据5-6组。
记录于表1-3中。
实验时记下周围环境温度（℃），作为线圈的实际温度。
6、纯电阻负载实验
1）将电源电压调至零值，按下“关”按钮，按图1-4接线。
变压器低压线圈接电源,高压线圈经开关S接负载电阻RL，RL选用D42的1800Ω变阻器共三只，开关S选用D51挂件。
将负载电阻RL阻值调至最大，打开开关S。
2）按下“开”按钮接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=UN。
3）在保持U1=U1N的条件下，合上开关S，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，测取三相变压器输出线电压和相电流。
4）测取数据时，其中I2=0和I2=IN两点必测。
共取数据7-8组记录于表1-4中。
表1-3室温℃
序
号
实验数据
计算数据
UKL（V）
IKL（A）
PK（W）
UKL
（V）
IKL
（A）
PK
（W）
cosΦK
UAB
UBC
UCA
IAK
IBK
ICK
PK1
PK2
图1-4三相变压器负载实验接线图
表1-4U1=U1N=V；cosφ2=1
序号
U2（V）
I2（A）
UAB
UBC
UCA
U2
IA
IB
IC
I2
五、注意事项
在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。
做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。
六、实验报告
1、计算变压器的变比
根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。
2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数
（1）绘出空载特性曲线U0L=f（I0L），P0=f（U0L），cosφ0=f（U0L）
表1-1中
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时的I0L和P0值，并由下式求取激磁参数。
式中
，P0——变压器空载相电压，相电流，三相空载功率（注：
Y接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）。
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UKL=f（IKL），PK=f（IKL），cosφK=f（IKL）
式中
（2）计算短路参数
从短路特性曲线查出对应于IKL=IN时的UKL和PK值，并由下式算出实验环境温度θ℃时的短路参数
式中
PK——短路时的相电压、相电流、三相短路功率。
折算到低压方
换算到基准工作温度下的短路参数ｒK75℃和ZK75℃，计算短路电压百分数
计算IK=IN时的短路损耗
4、根据空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“T”型等效电路。
5、变压器的电压变化率
（1）根据实验数据绘出cosφ2=1时的特性曲线U2=f（I2），由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率
（2）根据实验求出的参数，算出I2=IN，cosφ2=1时的电压变化率
6、绘出被试变压器的效率特性曲线
（1）用间接法算出在cosφ2=0.8时，不同负载电流时变压器效率，记录于表1-5中。
表1-5cosφ2=0.8P0=WPKN=W
I2*
P2（W）
η
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
式中I*2PNcosφ2=P2
PN为变压器的额定容量
PKN为变压器IKL=IN时的短路损耗
P0为变压器的U0L=UN时的空载损耗
（2）计算被测变压器η=ηmax时的负载系数βm。
实验四直流电机认识实验
一、实验目的
1、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。
2、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4-1测电枢绕组直流电阻接线图
（1）按图4-1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4-1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4-1中。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值
表4-1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4-2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
（1）检查按图4-2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。
图4－2直流他励电动机接线图
（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、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。
为下次起动准备好。
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起动变阻器？
实验十三三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路
一、实验目的
1、通过对三相异步电动机降压起动的接线，进一步掌握降压起动在机床控制中的应用。
2、了解不同降压起动控制方式时电流和起动转矩的差别。
3、掌握在各种不同场合下应用何种起动方式。
二、选用部件
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DJ16
三相鼠笼异步电动机（△/220V）
1件
2
DJ24
三相鼠笼异步电动机（△/220V）
1件
3
D61
继电接触控制挂箱
（一）
1件
4
D62
继电接触控制挂箱
（二）
1件
5
D41
三相可调电阻箱
1件
6
D32
交流电流表
1件
2、屏上挂件排列顺序:
D41、D61、D62、D32
三、实验方法
1、手动接触器控制串电阻降压起动控制线路：
把三相可调电压调至线电压220V，按下屏上“关”按钮。
按图13-1接线。
图中FR1、SB1、SB2、SB3、KM1、KM2选用D61挂件，FU1、FU2、FU3、FU4、Q1选用D62挂件，R用D41上180Ω电阻，安培表用D32上2.5A档，电机用DJ24（△/220V）。
（1）按下“开”按钮，合上Q1开关，接通220V交流电源。
（2）按下SB1，观察并记录电动机串电阻起动运行情况、安培表读数。
（3）再按下SB2，观察并记录电动机全压运行情况、安培表读数。
（4）按下SB3使电机停转后，按住SB2不放，再同时按SB1，观察并记录全压起动时电动机和接触器运行情况、安培表读数。
（5）试比较I串电阻/I直接=，并分析差异原因。
图13-1手动接触器控制串电阻降压起动控制线路
2、时间继电器控制串电阻降压起动控制线路：
关断电源后，按图13-2接线。
图中FR1、SB1、SB2、KM1、KM2、KT1选用D61挂件，FU1、FU2、FU3、FU4、Q1选用D62挂件，R选用D41上180Ω电阻，安培表选用D32上2.5A档，电机用DJ24（△/220V）。
（1）起动电源，合上Q1，接通220V交流电源。
（2）按下SB2，观察并记录电动机串电阻起动时各接触器吸合情况、电动机运行状态、安培表读数。
（3）隔一段时间，时间继电器KT1吸合后，电动机全压运行时各接触器吸合情况、电动机运行状态、安培表读数。
3、接触器控制Y-Δ降压起动控制线路：
关断电源后，按图13-3接线。
图中SB1、SB2、SB3、KM1、KM2、KM3、FR1用D61挂件，FU1、FU2、FU3、FU4、Q1选用D62挂件，安培表用D32上2.5A档，电机选用DJ24（△/220V）。
（1）起动控制屏，合上Q1，接通220V交流电源。
（2）按下SB1，电动机作Y接法起动，注意观察起动时，电流表最大读数IY起动=A。
（3）按下SB2，使电机为Δ接法正常运行,注意观察Δ运行时,电流表电流为IΔ运行=A。
（4）按SB3停止后，先按下SB2，再同时按下起动按钮SB1，观察电机在Δ接法直接起动时电流表最大读数IΔ起动=安。
图13-2时间继电器控制串电阻降压起动控制线路
图13-3接触器控制Y-Δ降压起动控制线路
（5）比较IY起动/IΔ起动=，结果说明什么问题？
4、时间继电器控制Y-Δ降压起动控制线路：
图13-4时间继电器控制Y-Δ降压起动控制线路
关断电源后，按图13-4接线。
图中SB1、SB2、KM1、KM2、KM3、KT1、FR1选用D61挂件，FU1、FU2、FU3、FU4、Q1选用D62挂件，安培表用D32上2.5A档，电机用DJ24（△/220V）。
（1）起动控制屏，合上Q1，接通220V三相交流电源。
（2）按下SB1，电动机作Y接法起动，观察并记录电机运行情况和交流电流表读数。
（3）经过一定时间延时，电机按Δ接法正常运行后，观察并记录电机运行情况和交流电流表读数。
（4）按下SB2，电动机M停止运转。
四、讨论题
1、画出图13-1、13-2、13-3、13-4的工作原理流程图。
2、时间继电器在图13-2、13-4中的作用是什么？
3、图13-2比图13-1中串电阻方法有什么优点？
4、采用Y-Δ降压起动的方法时对电动机有何要求？
5、降压起动的最终目的是控制什么物理量？
6、降压起动的自动控制与手动控制线路比较，有哪些优点？
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