电机与拖动实验指导书解读.docx
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电机与拖动实验指导书解读
电机拖动基础
实验指导书
青海大学化机系自动化专业
电机拖动基础实验指导说明
一、实验的基本要求
电机及电力拖动基础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）、实验步骤
1、建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行，实验工作每人应有明确的分工，以保证实验协调，记录数据准确可靠。
2、应用MATLABE对实验仿真。
3、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。
（三）、实验报告
实验报告是根据MATLABE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。
预习报告及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；简要实验内容步骤等。
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。
二、实验安全操作规程
为确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守安全操作规程。
1）实验时，人体不可接触带电线路；
2）接、拆线都必须切断电源；
3）学生独立完成接线、改线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）总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验教师来控制，其他人员经指导教师允许后方可操作，不得自行合闸。
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。
第一部分直流电机实验
1认识实验（他励直流电动机的工作特性）
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1-1测电枢绕组直流电阻接线图
（1）按图1-1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1-1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1-1中。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值
表1-1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1-2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1-2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
图1－2直流他励电动机接线图
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？
第二部分变压器
一、实验目的
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？
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1中。
表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2中。
实验时记下周围环境温度（℃）。
表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。
第三部分三相异步电动机
三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性
一、实验目的
了解三相线绕式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。
二、预习要点
1、如何利用现有设备测定三相线绕式异步电动机的机械特性。
2、测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。
3、如何根据所测出的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。
三、实验项目
1、测定三相线绕式转子异步电动机在RS=0时，电动运行状态和再生发电制动状态下的机械特性。
2、测定三相线绕转子异步电动机在RS=36Ω时，测定电动状态与反接制动状态下的机械特性。
3、RS=36Ω，定子绕组加直流励磁电流I1=0.6IN及I2=IN时，分别测定能耗制动状态下的机械特性。
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
校正直流测功机
1件
3
DJ17
三相线绕式异步电动机
1件
4
D31
直流电压、毫安、安培表
2件
5
D32
交流电流表
1件
6
D33
交流电压表
1件
7
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
8
D41
三相可调电阻器
1件
9
D42
三相可调电阻器
1件
10
D44
可调电阻器、电容器
1件
11
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D34-3、D51、D31、D44、D42、D41、D31
3、RS=0时的电动及再生发电制动状态下的机械特性。
图3.1三相线绕转子异步电动机机械特性的接线图
（1）按图3.1接线，图中M用编号为DJ17的三相线绕式异步电动机，额定电压：
220V,Y接法。
MG用编号为DJ23的校正直流测功机。
S1、S2、、S3选用D51挂箱上的对应开关，并将S1合向左边1端，S2合在左边短接端（即线绕式电机转子短路），S3合在2'位置。
R1选用D44的180Ω阻值加上D42上四只900Ω串联再加两只900Ω并联共4230Ω阻值，R2选用D44上1800Ω阻值，RS选用D41上三组45Ω可调电阻（每组为90Ω与90Ω并联），并用万用表调定在36Ω阻值，R3暂不接。
直流电表A2、A4的量程为5A，A3量程为200mA，V2的量程为1000V，交流电表V1的量程为150V，A1量程为2.5A。
转速表n置正向1800r/min量程。
（2）确定S1合在左边1端，S2合在左边短接端，S3合在2'位置，M的定子绕组接成星形的情况下。
把R1、R2阻值置最大位置，将控制屏左侧三相调压器旋钮向逆时针方向旋到底，即把输出电压调到零。
（3）检查控制屏下方“直流电机电源”的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开位置。
接通三相调压“电源总开关”，按下“开”按钮，旋转调压器旋钮使三相交流电压慢慢升高，观察电机转向是否符合要求。
若符合要求则升高到U=110V，并在以后实验中保持不变。
接通“励磁电源”，调节R2阻值，使A3表为100mA并保持不变。
（4）接通控制屏右下方的“电枢电源”开关，在开关S3的2'端测量电机MG的输出电压的极性，先使其极性与S3开关1'端的电枢电源相反。
在R1阻值为最大的条件下将S3合向1'位置。
（5）调节“电枢电源”输出电压或R1阻值，使电动机从接近于堵转到接近于空载状态，其间测取电机MG的Ua、Ia、n及电动机M的交流电流表A1的I1值，共取8-9组数据录于表1中。
表1U=
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