理工学院电机与电力拖动实验指导书.docx
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理工学院电机与电力拖动实验指导书
理工学院电机与电力拖动实验指导书目录
电机拖动实验的基本要求
电机拖动实验安全操作注意事项
DDSZ-1型实验装置交流及直流电源操作说明
实验一、直流电机认识实验
实验二、直流并励电动机实验
实验三、三相笼形异步电动机的工作特性
实验四、三相异步电动机的起动与调速
实验五、单相变压器实验
电机拖动实验的基本要求
电机拖动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。
1、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，并按照实验项目准备记录表格等。
实验前应写好预习报告，经指导教师检查认为确实做好了实验前的准备，方可开始做实验。
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。
2、实验的进行
（1）建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行，推选组长一人,组长负责组织实验的进行,实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。
（2）选择组件和仪表
实验前先熟悉该次实验所用电机和组件，记录电机及所用设备的铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表,以便于测取数据。
（3）接图接线，力求简明
根据实验线路图及所选组件、仪表，按图接线，线路力求简单明了，接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。
就是说，由电源开关后开始，连接主要的串联电路（如电枢回路）。
如系三相，则三根线一齐往下接；如系单相或直流，则从一极出发，经过主要线路之各段仪表、设备，最后返回到另一极。
为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。
（4）起动电机，观察仪表
在正式实验开始之前，校准各仪表零位，熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常（如指针正、反向，是否超满量程等）。
如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
（5）按照计划，测取数据
预习时对试验内容及所测数据的大小做到心中有数。
做好理论准备，并预测实验结果的大致趋势，正式实验时，根据实验步骤逐次测取数据。
（6）认真负责，有始有终
实验完毕，须将数据交指导教师审阅。
经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
3、实验报告
实验报告是根据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和结果报告。
实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告包括以下内容：
（1）实验名称、专业班级、学号、姓名、同组同学姓名、实验日期、室温（℃）。
（2）列出实验中所用电机、组件及设备仪表的名称、编号、型号规格、铭牌数据（如PN、UN、IN、nN）等。
（3）扼要写出实验目的，列出实验项目。
（4）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。
（5）数据的整理和计算记录数据的表格上需说明试验是在什么条件下进行的。
数据如系计算所得，应列出计算公式，并举一例说明。
（6）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。
（7）结论根据实验结果，进行计算和分析，最后得出结论，是由实践再上升到理论的提高过程，是实验报告中很重要的一部分。
结论中可根据不同实验方法所得结果进行比较，讨论各种实验方法的优缺点，说明实验结果与理论是否符合，或对某些问题进行探讨、提出自己的见解。
实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
（8）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
电机拖动实验安全操作注意事项
为了按时完成实验，确保实验时人身安全与设备安全，须严格遵守如下安全操作规程：
（1）实验时，人体不可接触带电线路。
（2）电源必须经过开关（或接触器）、保险之后接入电机。
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，并招呼全组同学引起注意后，方可接通电源。
实验中如发生事故，应立即切断电源，并报告指导老师，待查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
（4）实验时应注意衣服、围巾、发辫及实验接线用的导线等不得卷入电机的旋转部分。
实验人员应穿工作服或紧袖口衣服，不得用手或脚去促使电机起动或停转，以免发生危险。
（5）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，或是否经并联回路短路，以免损坏仪表或电源。
（6）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。
DDSZ-1型实验装置交流及直流电源操作说明
（对应挂件为DD01电源控制屏）
1、开启三相交流电源的步骤
（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端孔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。
2、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，即可获得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”是采用肪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至正常值（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（即负载电阻较小）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，甚至暂时拔掉一根导线成空载开机，待直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载工作（但不可短路）。
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，造成学电耦合器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）预热几十分钟，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秒的延时。
（5）在做直流电动机实验时，要注意开机时必须先开“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。
具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。
实验一、直流电机认识实验
一、实验目的
1、学习电机拖动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？
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、了解电源控制屏中交、直流电源的分布和使用，以及校正过的直流电机、变阻器、多量程电压（电流）表、直流电动机的使用方法。
2、用伏安法测直流电机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、组件
1、实验设备组件
序号
型号
名称
数量
1
DD01
电源控制屏
1件
2
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
3
DJ23
校正直流电机（测功机）
1台
4
DJ25
直流他励电动机
1台
5
D31
直流数字电压、毫安、安培表
2件
6
D42
三相可调电阻器
1件
7
D45-1
测功专用电阻、电容器
1件
8
D63
继电接触控制（三）
1件
9
D41
三相可调电阻器
1件
2、控制屏上挂件参考排列顺序
DD01、D31、D42、D41、D63、D31、D45-1。
五、实验说明及操作步骤
1、熟悉DDSZ-1型实验装置各面板布置及使用方法，熟悉电机拖动实验的基本要求和安全操作注意事项。
2、用伏安法测电枢的直流电阻
（1）接图1-1接线，电阻R用D42上三只900Ω电阻串联，共2700Ω阻值（或D45-1上3750Ω电阻），并调至最大。
A表选用D31上直流电流表。
开关S1、S2选用D63挂件。
（2）经检查接线无误，查S1、S2都在断开位置。
接通电枢电源，并调至220V。
合上S1，调节R使电枢电流为80mA左右（不应大于电枢额定电流的20%，如果电流过大，一则会引起绕组的温度上升过快，二则可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行），电流稳定后再合上S2，迅速测取电机电枢端电压U和电枢电流I，以免绕组发热影响测量的准确性。
将数据记入表1-1中。
测量后，先断开S2，使电压表先行从电路断开，然后断开S1。
测量过程中，先闭合S1、后合S2，测量后先断S2、后断S1，主要是为了防止绕组中电流剧烈变动时，绕组所产生的自感电动势可能损坏电压表（例如断开电源时）。
（3）为避免电枢绕组不对称的影响，将电机分别旋转
和
周，再同样测取两组U、I数据，列入表1-1中。
并记录室温。
取三次所测电阻的算术平均值作为实际冷态电阻值。
表1-1电枢绕组电阻室温θ=℃
序号
端电压U（V）
电枢电流I（A）
Ra=U/I（Ω）
Ra平均值（Ω）
1
2
3
（4）计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验直接测得的电枢电阻值为实际冷态电阻，冷态温度为室温θ。
需按下式换算到基准工作温度（75℃）时的电枢绕组电阻值：
Ra75℃=
Ra（Ω）
式中Ra——室温下所测电枢冷态电阻值。
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、并联或串并联的方法。
4、直流他励电动机的起动、调速与改变转向
（1）按图1-2接线。
图中被试他励直流电动机M用DJ25，其铭牌参数为：
PN=80W，UN=220V，IN=0.5A，nN=1500rpm，IfN＜0.13A。
校正直流测功机MG用DJ23，作为测功机使用。
TG为测速发电机（在DD03组件上）。
各电阻的阻值选择参见下表。
接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。
图1-2中各电阻选用参考表：
电阻符号
所选组件
电阻阻值（Ω）
Rf1
D42
2×900Ω=1800Ω
Rf2
D45-1
3750Ω
R1
D42
（或D41）
900Ω∥900Ω=450Ω
（或6×90Ω=540Ω）
R2
D42
（D45-1备用）
2×900Ω=1800Ω（还可考虑再串D45-1上570Ω电阻）
（2）检查按图1-2的接线是否正确，电表的极性、量程是否正确，电动机励磁回路接线是否牢靠。
然后，将R1、R2、Rf2的阻值调至最大位置，而将电阻Rf1调至阻值最小位置。
断开开关S和控制屏上的电枢电源开关，作好起动准备。
（3）开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮；接通其左下方的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使MG的励磁电流值等于校正值（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。
（4）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220V。
减小起动电阻R1阻值，直至短接。
（5）合上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的值。
（6）调节电动机转速
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。
（7）改变电动机转向
将起动电阻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，并观察其转向及转速表指针的偏转方向。
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。
之后，必须将电枢回路起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值，为下次起动做好准备。
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M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、求出换算至基准工作温度时被试直流电机电枢电阻值Ra75℃。
2、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？
3、调节电枢回路电阻R1或调节励磁回路电阻Rf1，他励直流电动机转速如何变化？
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、直流并励电动机实验
一、实验目的
1、掌握测定直流并励电动机工作特性和机械特性的方法。
2、掌握直流并励电动机的调速方法。
3、观察直流并励电动机的能耗制动过程。
二、预习要点
1、什么是直流电动机的工作特性和机械特性？
2、并励直流电动机的调速原理是什么？
调速方法有哪些？
3、能耗制动的基本原理是什么？
三、实验项目
1、工作特性和机械特性
保持U=UN和If=IfN不变，测取n、T2、η=f（Ia）、n=f（T2）。
2、调速特性
（1）改变电枢电压调速
保持U=UN和If=IfN不变，T2=常数，测取n=f（Ua）。
（2）改变励磁电流调速
保持U=UN，T2=常数，测取n=f（If）。
（3）观察能耗制动过程。
四、实验设备、组件
1、实验设备组件
序号
型号
名称
数量
1
DD01
电源控制屏
1件
2
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
3
DJ23
校正直流电机（测功机）
1台
4
DJ25
直流他励电动机
1台
5
D31
直流数字电压、毫安、安培表
2件
6
D42
三相可调电阻器
1件
7
D45-1
测功专用电阻、电容器
1件
8
D63
继电接触控制（三）
1件
9
D41
三相可调电阻器
1件
2、控制屏上挂件参考排列顺序
DD01、D31、D42、D41、D63、D31、D45-1。
五、实验说明及操作步骤
1、并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图2-1接线。
校正直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。
各电阻的阻值选择参见下表。
接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。
2）将M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通电源控制屏右下方的电枢电源开关使其起动。
3）M正常起动后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节MG的励磁电流If2为校正值（50mA或100mA），再调节其负载电阻R2和磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：
U=UN和I=IN，n=nN。
此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN，记下此IfN的数值。
图2-1中各电阻选用参考表：
电阻符号
所选组件
电阻阻值（Ω）
Rf1
D42
2×900Ω=1800Ω
Rf2
D45-1
3750Ω
R1
D42
900Ω∥900Ω=450Ω
R2
D41、D42、D45-1
6×90Ω+2×900Ω+570Ω=2910Ω
4）保持U=UN、If=IfN、If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载，测取电动机电枢电流Ia、转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）共测取数据7—8组，记录于表2-1中。
表2-1U=UN=VIf=IfN=mAIf2=mA
实验数据
Ia（A）
n（r/min）
IF（A）
T2（N·m）
计算数据
P2（W）
P1（W）
η（%）
△n（%）
2、调速特性
（1）改变电枢端电压的调速
1）直流电动机M正常运行后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节MG的励磁电流If2为校正值（50mA或100mA），再调节负载电阻R2、电枢电压和磁场电阻Rf1，使电动机M的U=UN、I≈0.5IN、If=IfN，记下此时MG的IF值。
2）保持此时的IF值（即保持T2值）和If=IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢端电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua、转速n和电枢电流Ia。
共测取数据5—6组，记录于表2-2中。
表2-2If=IfN=mAT2=N·m
Ua（V）
n（r/min）
Ia（A）
（2）改变励磁电流的调速
1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG的励磁电流If2调至校正值。
再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN、I≈0.5IN，记下此时MG的IF值。
2）保持此时MG的IF值（即保持T2值）和M的U=UN不变，逐次增加磁场电阻Rf1的阻值，直至n=1.2nN，每次测取电动机的转速n、励磁电流If和电枢电流Ia。
共测取数据5—6组，记录于表2-3中。
表2-3U=UN=VT2=N·m
n（r/min）
If（mA）
Ia（A）
4、能耗制动
1）按图2-2接线，M电枢回路所串电阻R1既当起动电阻，又当能耗制动电阻。
先把S1合向“2”端，合上控制屏右下方的电枢电源开关，把M的磁场电阻Rf1调至零，使电动机的励磁电流最大。
2）把M电枢回路串联电阻R1调至最大，再把S1合至“1”端，使电动机起动。
3）运转正常后，从S1电枢端任意拨出一根导线，使电枢开路（注意保证M励磁回路不开路），让电机自由停车，记录停车时间。
4）重复起动电动机，待转速稳定后，调节R1在不同位置，将S1合向“2”端，观察能耗制动电阻在不同阻值时的停车时间。
但要注意，每次起动电机前，仍要将R1调至最大值。
六、实验报告
1、由表2-1计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f（Ia）及n=f（T2）的特性曲线。
电动机输出转矩T2：
根据If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得，单位为N·m。
电动机输出功率：
P2=0.105nT2（W）
电动机输入功率：
P1=UI（W）
输入电流：
I=Ia+IfN
电动机效率：
η=（P2/P1）×100%
由工作特性求出转速变化率：
△n%=
×100%
2、绘出并励电动机调速特性曲线n=f（Ua）和n=f（If）。
分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。
3、能耗制动时间与制动电阻的阻值有什么关系？
为什么？
该制动方法有什么缺点？
实验三、三相笼形异步电动机的工作特性
一、实验目的
1、认识三相异步电动机的接线端及绕组联接。
2、掌握实验室三相异步电动机加负载的方法。
3、掌握三相异步电动机工作特性的测量方法。
二、预习要点
三相异步电动机的工作特性指哪些特性？
测量工作特性时应保持哪些数据不变？
测量哪些数据？
三、实验项目
1、测量定子绕组的冷态直流电阻。
2、负载试验。
四、实验设备、组件
1、实验设备组件
序号
型号
名称
数量
1
DD01
电源控制屏
1件
2
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
3
DJ23
校正直流电机（测功机）
1台
4
DJ16
三相笼形异步电动机
1台
5
D31
直流数字电压、毫安、安培表
1件
6
D32
交流电流表
1件
7
D33
交流电压表
1件
8
D34-3
智能型功率、功率因素表
1件
9
D42
三相可调电阻器
1件
10
D63
继电接触控制（三）
1件
2、控制屏上挂件参考排列顺序
DD01、D33、D32、D34-3、D31、D42、D63。
五、
升级会员 