10电机实验指导书解析.docx
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10电机实验指导书解析
电机拖动实验指导书
何宁
电信学院自动化系
2010年7月
目录
1实验的基本要求……………………………………………………………………2
2实验安全操作规程…………………………………………………………………3
3直流发电机…………………………………………………………………………4
4直流并励电动机……………………………………………………………………8
5单相变压器…………………………………………………………………………12
6三相鼠笼异步电动机的工作特性…………………………………………………17
电气技术与电机设备实验装置的基本要求
1实验的基本要求
电气技术与电机设备实验课的目的是培养学生掌握基本的实验方法与操作技能，培养学生把所学的理论知识与实验相结合，在实验前必须确定实验步骤，选择所需仪表和装置。
在实验过程中要培养自己有分析问题、解决问题的能力。
得出必要的结论，而完成实验报告。
一、实验前的准备
实验前结合教科书的有关章节，了解实验目的、方法与步骤，按照实验指导书，记录有关数据，集中精力，充分做好实验前的准备，经指导老师认可后方可开始做实验。
二、实验的进行
1、分成小组进行实验，分工要明确，每小组2~3人组成较好，先由1人接线，1人查找，1人记录，完成后，3人相互间调换一次，培养每位同学都有独立操作和独立工作的能力。
在实验进行过程中，调节负载时，要观察仪表的动态，发现异常立即切断电源，查明原因，排除故障，方可重新合闸。
2、选择组件和仪表
在实验前要熟悉本次实验所用的部件及电机，合理选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。
3、按图接线
根据实验线路图和所选的部件、仪表，按图进行接线，线路力求简单明了，接线的步骤一般先接主回路，再接支路。
明确串联、并联、交流、直流等，每路可用相同的颜色导线，便于查找。
4、起动电机，观察仪表
实验正式开始前，要熟悉仪表刻度及倍率。
电机一起动观察所有的仪表是否正常（如指针正、反向，及超满刻度等），如有异常，立即切断电源，排除故障，即可正式开始。
5、认真负责，测取数据
认真记录电机的实验方法，及仪表显示的有关数据。
实验完毕后，切断总电源，拆下所有的导线，并整理好部件及仪器仪表等，做到有始有终。
2实验安全操作规程
为了确保实验时人身安全与设备安全，必须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）接线或拆线时都必须在切断总电源的情况下进行。
（3）学生独立完成接线后，必须经指导老师检查无误，并通知本组的同学，引起注意后方可接通电源。
（4）实验过程中如发生故障或其他异常情况，应立即切断电源，查明原因，并排除故障后，才能继续进行实验。
（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，学生只能由指导人员允许后方可操作，不得自行随意合闸。
（6）特别提醒：
三相电源电压表指示的是相电压。
如果相电压调到220V，则线电压为380V。
1直流发电机
一实验目的
1．掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。
二预习要点
1．什么是发电机的运行特性？
在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。
2．作空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？
3．并励发电机的自励条件有哪些？
当发电机不能自励时应如何处理？
三实验项目
1．他励发电机实验
（1）测空载特性保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。
（2）测外特性保持n=nN使If=IfN，测取U0=f（IL）。
四实验设备
实验设备
序号
名称
数量
1
导轨，测速发电机
1台
2
ZQ16测功直流机
1台
3
ZQ17直流复励电机
1台
4
ZVA-1型直流组合表
2只
5
ZQ16测功控制器模块
1件
6
刀开关及按钮模块
1件
7
三相可调电阻器模块
1件
五实验方法
1．他励直流发电机
图2－3直流他励发电机接线图
按图2－3接线，测功直流电机作电动机用作为发电机的动力源。
按测功机使用说明，专用电缆插头应插入一般电机用插座，外接线按直流电动机外接线路接线。
图中直流发电机G选用ZQ17直流复励电机，其额定功率PN=110W，额定电压UN＝220V，额定电流IN＝0.55A,额定转速nN＝1500r／min,额定励磁电流IfN<0.16A。
MG、G及TG由联轴器直接连接。
开关S选用刀开关及按钮模块的开关。
Rd选用可调电阻器模块上的90Ω和90Ω串联后的180Ω变阻器。
R2为发电机的负载电阻选用可调电阻器的电阻900Ω与900Ω，采用串并联接法。
当负载电流大于0.5A时，可调电阻器模块中的串联电阻调至零并用导线短接，以免烧坏可调电阻器。
直流电流表，电压表选用ZVA-1型直流组合表，并选择合适的量程。
（1）测空载特性：
在n=nN和发电机输出电流为零情况下，空载电压和励磁电流间的关系曲线。
1）把发电机G的负载开关S打开，接通电源箱上的励磁电源开关，将Rf2调至使G励磁电压最小的位置。
2）使MG电枢串联起动电阻R1阻值最大。
先接通电源箱上的励磁电源开关，再接通电源箱上的0～220V/2A直流可调电源开关给MG加上电枢电源，起动直流电动机MG，其旋转方向应符合正向旋转要求。
3）电动机MG起动正常运转后，调MG电枢串联电阻Rd使发电机转速达额定值，并在以后整个实验中始终保持此额定转速不变。
4）调节发电机励磁分压电阻Rf2，使发电机空载电压达U0＝1.2UN为止。
5）在保持n=nN=1500r／min条件下，从U0＝1.2V开始，单方向调节分压器电阻Rf2使发电机励磁电流逐次减小，每次测取发建交的空载电压U0和励磁电流If，直至If＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。
6）测取数据时U0=UN和If＝0两点必测，并在U0=UN附近测点应较密。
7）共测取7～8组数据，记录于表2－2中
表2－2n=nN=1500r／minIL=0
U0（V）
If（mA）
（2）测外特性：
在n=nN和If=IfN情况下，发电机的输出电压和输出电流间的关系曲线。
1）把发电机负载电阻Rg调到最大值，合上负载开关S。
2）同时调节发电机的分压电阻Rf2和负载电阻R2以及MG电枢电阻Rd，使发电机的IL=IN,U=UN,n=nN,该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流Ifn，记录该组数据。
3）在保持n＝nN和If＝IfN不变的条件下，逐次增加负载电阻Rg，即减小发电机负载电流IL此时转速要上升，应加大MG的Rd使n=nN，测取发电机电压和负载电流IL0这样逐点，从额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和负载电流IL，直到空载（断开开关S，此时IL＝0），共取6～7组数据，记录于表2－3中。
表2－3n=nN=______r／min
U（V）
Il（A）
（六注意事项
1．直流电动机MG起动时，要注意须将Rd调到最大，接通电枢电源，MG起动运转。
起动完毕，按需要调整其电枢电阻（如保持转速到某一值）。
2．做外特性时，当电流超过0.5A时，R2中可调电阻器模块中串联的电阻调值零并用导线短接，以免电流过大烧坏可调电阻器。
七实验报告
1．根据空载实验数据，作出空载特性曲线，由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。
2．在座标纸上绘出发电机的外特性曲线。
算出电压变化率：
△U﹪=U0-UN100﹪
UN
八思考题
1．并励发电机不能建立电压有哪些原因？
2．在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加是时，为什么机组的转速会变低？
为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？
2直流并励电动机
一实验目的
1．掌握用实验方法测取直流并励电动机的各种工作特性和机械特性。
2．掌握直流并励发电机的调速方法。
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．直流电动机的调速原理是什么？
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（Iα），n=f（T2）。
2．调速特性
（1）改变电枢电压调速
保持U=UN和If=IfN＝常数，T2＝常数，测取n=f（Uα）。
四实验方法
1．实验设备
序号
名称
数量
1
导轨，ZQ23测速发电机
1台
2
ZQ16测功直流电机
1台
3
ZQ17直流复励电动机
1台
4
ZVA-1型直流组合表
2只
5
ZQ16测功控制器模块
1件
6
刀开关及按钮模块
1件
7
可调电阻器模块
1件
2．并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图2－6接线，测功机按测功机用外接线路接线。
Rf1选用可调电阻器中的900Ω和900Ω串联后的1800Ω阻值，R1选用可调电阻器模块中的90Ω和90Ω串联后的180Ω阻值。
图2－6直流并励电动机接线图
2）将直流并励电动机M的励磁调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通电源箱上的电枢电源开关使其起动。
3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节测功机负载电阻Rg和电动机的励磁调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：
n=nN，U=UN，I=IN。
此时M的励磁电流即为额定励磁电流IfN。
4）保持U=UN,If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机负载加大Rg。
测取电动机电枢输入电流Iα，转速n和测功控制器模块上显示的转矩T2与功率P2。
共取9～10组数据，记录于表2－7中。
表2－7U=UN＝_______VIf=Ifn=________mA
实验数据
Iα（A）
n（r／min）
P2（W）
T2（N.m）
计算数据
P1（W）
η（﹪）
△n（﹪）
3.调速特性
（1）改变电枢端电压的调速
1）直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，调节负载电阻Rg，电枢电压及励磁电阻Rf1，使M的U=UN,I=0.5IN,If=IfN。
2）保持If=IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Uα,使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Uα,转速n和电枢电流Iα。
3）共取数据8～9组，记录于表2－8中
表2－8If=IfN=________mAT2=_______N.m
Uα（V）
n（r／min）
Iα（A）
五实验报告
1．由表2－7计算出η，并给出n,T2,η=f（Iα）及n=f（T2）的特性曲线。
电动机输入功率：
P1=UI
输入电流：
I=Iα+IfN
电动机效率：
η＝P2×100﹪
P1
由工作特性求出转速变化率：
△n﹪=n0-nN×100﹪
nN
2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f（Uα）。
七思考题
1．并励电动机的速率特性n＝f（Iα）为什么是略微下降？
是否会出现上翘现象？
为什么？
上翘的速率特性对电动机运行有什么影响？
2．当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动机转速降低？
3．当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？
4．并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？
为什么？
3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。
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）,P0=f（Ik）,cosΦk=f（Ik）。
四实验方法
1．实验设备
序号
名称
数量
1
JVA-1型交流组合表
1只
2
交流电电压表（3只）
1件
3
JWΦ-33型功率与功率因素组合表
2只
4
三相组式变压器模块
1件
5
可调电阻器模块
1件
6
三相自耦调压器及电抗器模块
1件
7
刀开关与按钮模块
1件
图3－1空载实验接线图
2．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模块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，按下电源箱“启动”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=1.2U2N，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2U2N的范围内，测取变压器的U0,I0,P0。
4）测取数据时，U0=U2N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。
表3－1
序号
实验数据
计算数据
U0（V）
I0（A）
P0（W）
UAX（V）
cosΦ0
cosΦ0′
3.短路实验
1）按下电源箱上的“停止”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1.1I2N为止，在（0.2-1.1）I2N范围内测取变压器的UK,IK,PK。
4）测取数据时，IK=I2N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
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边电压的数据，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．绘出控制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：
cosΦ0＝P0
U0*I0
（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=IN*INRk75℃。
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。
4三相异步电动机的工作特性
一、实验目的
1、掌握三相异步电动机的空载和负载试验的方法。
2、用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。
3、测定鼠笼异步电动机的参数。
二、预习要点
1、异步电动机的工作特性指哪些特性？
2、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？
3、工作特性和参数的测定方法。
三、实验项目
1、空载实验
2、负载实验
四、实验方法
1、实验设备
序号
名称
数量
1
导轨、ZQ23测速发电机
1件
2
ZQ16测功直流电机
1件
3
ZQ20三相鼠笼异步电动机
1台
4
交流电压表（1只）
1件
5
交流电流表（1只）
1件
6
JWΦ-33型功率与功率因数组合表
1只
7
JVA-1型交流组合表
1只
8
可调电阻器模块
1件
9
刀开关与按钮模块
1件
10
ZVA-1型直流组合表
1只
11
ZQ16测功控制器模块
1件
1、空载实验
1）按图4-3接线。
电机绕组为△接法（UN=220V），电机直接与测速发电机同轴联接，测功电机不工作。
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。
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
UOL（V）
IOL（A）
PO（W）
COSΦ0
UAB
UBC
UCA
UOL
IA
IB
IC
IOL
PA
PC
P0
2、负载实验
1）测量接线图同图4-3。
将测功直流电机与测速发电机的插头与测功控制器模块的测功机座相连接，同轴联接测功机。
测功机接线见测功机使用说明。
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）调节负载电阻Rg，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。
4）从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速n、转矩T2、输出功率P2等数据。
5）共取数据8~9组记录于表4-5中
表4-5U1Φ=U1N=220V（△）
序号
I1L（A）
P1（W）
P2
T2（N.m）
n（r/min）
IA
IB
IC
I1L
PA
PC
P1
五、实验报告
1、作空载特性曲线：
IOL、PO、COSΨ0＝F（UOL）
2、由空载、实验数据求异步电机的等效电路参数。
（1）由空载试验数据求激磁回路参数
空载阻抗
空载电阻
空载电抗
式中UOΦ＝UOL，
，PO—电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率（△接法）。
激磁电抗
激磁电阻
式中PFe为额定电压时的铁耗，由图4-4确定。
图4-4 电机中铁耗和机械耗
3、作工作特性曲线P1、I1、η、S、COSΦ1＝f（P2）。
由负载试验数据计算工作特性，填入表4-7中。
表4-7 U1＝220V（△）
序号
电动机输入
电动机输出
计算值
I1Φ
（A）
P1
（W）
T2
（N.M）
n（R/MIN）
P2
（W）
S
（%）
η
（%）
COSΦ1
计算公式
式中I1Φ—定子绕组相电流，A；
U1Φ—定子绕组相电压，V；
S—转差率；
η—效率。
6、由损耗分析法求额定负载时的效率
电动机的损耗有：
铁耗：
PFe
机械损耗：
Pmec
定子铜耗：
Pcu1=3I1Ψ2r1
转子铜耗：
杂散损耗PAD取为额定负载时输入功率的0.5%。
式中PEM—电磁功率，W；
PEM=P1-PCU1-PFe
铁耗和机械损耗之和为：
P0=PFe+PMEC=P0-I02ΦR1
为了分离铁耗和机械损耗，作曲线P0=F（U20），如图4-4。
延长曲线的直线部分与纵轴相交于K点，K点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过K点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗PFe。
电机的总损耗为：
于是求得额定负载时的效率为：
六、思考题
1、由空载、实验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？
2、由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素引起误差？
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