电机与拖动实验指导书.docx
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电机与拖动实验指导书
电机与拖动实验指导书
齐鲁理工学院
实验一测定直流他励电动机的工作特性和机械特性
一、任务目标
1、熟悉直流电动机的工作特性和机械特性。
2、掌握测取直流电动机工作特性和机械特性的方法。
二、实训设备
序号
型号
名称
数量
1
MEC01
电源控制屏
1套
2
MEC02
实训桌
3
DD03-11
不锈钢电机导轨、测速光码盘
1件
4
DJ15
直流并励电动机
1台
5
DJ23
校正直流测功机
1台
6
MEC21
直流数字电压、毫安、安培表
2件
7
MEC25
智能型转矩、转速、输出功率测试仪
1件
8
MEC31
直流电枢电源及开关组件
1件
9
MEC41
可调电阻器
（一）
1件
10
MEC42
可调电阻器
（二）
1件
11
MEC43
可调电阻器（三）
1件
三、实训过程
1、直流他励电动机的接线
图1直流他励电动机接线图
按图1接线。
图中电动机M选用DJ15直流并励电动机（按他励方式接线），其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=Ia+If1=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选用DJ23，作为测功机使用，校正直流测功机MG按他励发电机方式连接，在此作为直流他励电动机M的负载，用于测量M的转矩和输出功率；RE旋转编码器（测速系统）选用DD03-11导轨；将M、MG及RE之间用橡胶联轴器直接联接好并用偏心螺丝固定在DD03-11上；直流电流表A3、A4选用MEC21，直流毫安表A1、A2选用MEC21，直流电压表V1、V2选用MEC21；Rf1用MEC42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值作为直流他励电动机M的磁场调节电阻；Rf2选用MEC43的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值的变阻器作为测功机MG的磁场调节电阻；R1选用MEC42的90Ω串联90Ω共180Ω阻值作为直流他励电动机M的起动电阻；R2选用MEC41上的900Ω串联900Ω加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值作为测功机MG的负载电阻，（当负载电流IF大于0.4A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接）；开关S选用MEC31组件，用于控制负载R2的通断。
接好线后，检查M、MG及RE之间是否用橡胶联轴器联接好，偏心螺丝是否打紧。
表1
测
量
数
据
I1（A）
n（r/min）
U（v）
I2（A）
（6）停机
先切断电枢电源使电动机M停机，同时将电枢串联起动电阻R1调回最大值位置，磁场调节电阻Rf1调到最小值位置，再关闭励磁电源，拆除实训导线、电机，最后关闭实训装置电源总开关。
五、注意事项
1、每次启动直流他励电动机时，都要按“直流他励电动机的启动与停机步骤”启动；每次停机时，都要先切断电枢电源，再切断励磁电源。
2、调节直流他励电动机的磁场电阻Rf1时，动作要慢，不然励磁电流If1突然变化引起来转速突变，不利于测试，同时磁场电阻Rf1不宜过小，以防止励磁电流If1过小而引起电动机“飞车”。
3、调节负载电阻R2时要，要注意先减小串联部分，当负载电流IF大于0.4A时使用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。
4、实训前注意仪表的种类、量程、极性及其接法是否正确。
5、由表1计算出η、Δn、P1，并在同一坐标上绘制出n、T2、η＝f（Ia）及n＝f（T2）的特性曲线。
实验二单相变压器运行特性的研究
一、任务目标
1、测定单相变压器的空载特性、短路特性。
2、测定单相变压器变比和参数。
2、测定单相变压器的运行特性。
二、实训设备
序号
型号
名称
数量
1
MEC01
电源控制屏
1套
2
MEC02
实训桌
3
MEC11
单相变压器
1件
4
MEC22
真有效值交流电流表
1件
5
MEC23
真有效值交流电压表
1件
6
MEC24
单三相智能型功率、功率因数表
1件
7
MEC33
开关与电力电容组件
1件
8
MEC41
可调电阻器
（一）
1件
三、实训过程
1、单相变压器空载试验的接线及测取空载试验数据
1单相变压器空载试验接线图
按图1接线。
图中单相变压器选用MEC11，其额定值PN=77V·A，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；交流电压表V1、V2选用MEC23；交流电流表A选用MEC22；功率、功率因数W选用MEC24。
（1）检查按图1的接线是否正确，交流电压、电流表、单相功率表及变压器的接法是否正确。
确认MEC01电源总开关处于断开状态，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底。
（2）开启控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐渐升高交流输出电压（用V1表观察），使交流输出电压UO=1.2UN。
（3）从UO=1.2UN开始，逆时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐次降低交流电源输出电压UO，直至降至UO=0.2UN，在1.2UN～0.2UN的范围内，测取变压器的空载电压U0、空载电流I0、空载功率P0、功率因数cosφ0（按下MEC24的“功能”键，显示单元显示cos时，按下“确认”键即可读取电动机M的当前功率因数，返回功率测试状态时只需按下“复位”键即可）及高压绕组AX端电压UAX，共测取数据7-9组。
记录于表1中，其中UO=UN点必须测，并在该点附近多测几点。
表1
序号
试验数据
U0（V）
I0（A）
P0（W）
UAX（V）
cosφ0
66V
55V
45V
40V
30V
11V
（4）试验结束后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。
2、单相变压器短路试验的接线及测取短路试验数据
图1单相变压器短路试验接线图
按图1接线。
图中单相变压器选用MEC11，变压器的高压线圈A、X接电源，低压线圈a、x短路；交流电压表V1选用MEC23；交流电流表A选用MEC22；功率、功率因数W选用MEC24。
（1）检查按图1的接线是否正确，交流电压、电流表、单相功率表及变压器的接法是否正确。
确认控制屏左侧的三相调压器已逆时针方向旋转到底。
（2）按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，缓慢升高交流输出电流IK，直到单相变压器高压绕组的短路电流IK=1.1IN（用A表观察）为止。
（3）从IK=1.1IN开始，逆时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐次降低交流输出电流IK，直至降至IK=0.3IN，在1.1IN～0.3IN的范围内，测取变压器的短路电压UK、短路电流IK、短路功率PK及功率因数cosφK,共测取数据6-8组，记录于表2中，其中IK=IN点必须测，并在该点附近多测几点，试验时记下周围环境温度（℃）。
表2室温℃
序号
实验数据
UK（V）
IK（A）
PK（W）
cosφK
0.35A
0.30A
0.25A
0.20A
0.15A
（4）试验结束后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。
3、单相变压器负载试验的接线及测取短负载试验数据（阻性负载）
图3单相变压器阻性负载试验接线图
按图3接线。
图中单相变压器选用MEC11，变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X经开关S接负载RL；交流电压表V1、V2选用MEC23；交流电流表A1、A2选用MEC22；负载RL选用MEC41上的4只900Ω变阻器串联共3600Ω阻值；开关S选用MEC33。
（1）检查按图3的接线是否正确，交流电压、电流表、负载及变压器的接法是否正确。
确认控制屏左侧的三相调压器已逆时针方向旋转到底，负载RL调至最大位置，断开开关S。
（2）按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，缓慢升高交流输出电压U1，使用交流输出电压U1=U1N。
（3）合上开关S，接通负载RL，在保持U1=UN不变的情况下，逐渐增大负载（减小负载电阻RL的值），即增大变压器的负载电流I2，直至增大到额定电流IN（用A2表观察）。
（4）从负载电流I2=IN开始，减小负载（增大电阻RL的值），逐次降低变压器的负载电流I2，直至I2降至0（断开开关S），在IN～0的范围内，测取变压器的输出电压U2和负载电流I2。
共测取数据6-8组，记录于表3中，其中I2=0和I2=I2N=0.35A两点必须测。
表3cosφ2=1U1=U1N=55V
序号
3600
U2（V）
I2（A）
0
0.35
（5）试验结束后，先控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，再按下“停止”按钮，拆除实训导线、最后关闭实训装置电源总开关。
五、实训注意事项
1、在变压器试验中，应注意电压表、电流表、功率表的相对位置。
2、短路试验通电前，一定要检查电源电压是否已调到零，即检查三相调压器是否已逆时针旋转到底；通电试验时操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。
3、在变压器操作过程中，注意原、副边的接线，接完线后要仔细核对，以免发生误操作导致事故发生。
4、负载试验时，要严格保持电源输入电压不变，每次负载改变时都要调节电源输出电压，使U1=U1N。
实验三三相变压器的运行特性研究
一、任务目标
1、测定三相变压器的空载特性、短路特性。
2、测定三相变压器变比和参数。
3、测定三相变压器的运行特性。
二、实训设备
序号
型号
名称
数量
1
MEC01
电源控制屏
1套
2
MEC02
实训桌
3
MEC12
三相芯式变压器
1件
4
MEC22
真有效值交流电流表
1件
5
MEC23
真有效值交流电压表
1件
6
MEC24
单三相智能型功率、功率因数表
1件
7
MEC33
开关与电力电容组件
1件
8
MEC41
可调电阻器
（一）
1件
9
MEC42
可调电阻器
（二）
1件
三、实训过程
1、三相变压器变比测试的接线及变比测试
图1三相变压器变比测试接线图
按图1接线。
图中三相芯式变压器选用MEC12，其额定容量PN=152V·A，UN=220/110V，IN=0.4/0.8A，Y/Y接法，低压线圈a、b、c端接电源、x、y、z端短接，高压线圈X、Y、Z端短接，A、B、C端开路；交流电压表V1、V2选用MEC23。
（1）检查按图1的接线是否正确，变压器的接法是否正确。
确认MEC01电源总开关处于断开状态，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底。
（2）开启控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，缓慢升高三相交流输出电压U1=UN＝110V。
（3）测取三相变压器高压线圈的线电压UAB、UBC、UCA及低线圈的线电压Uab、Ubc、Uca，记录于表1中。
表1
高压绕组线电压（V）
低压绕组线电压（V）
变比（K）
平均变比
UAB
Uab
KAB=UAB/Uab=
K=（KAB+KBC+KCA）/3=
UBC
Ubc
KBC=UBC/Ubc=
UCA
uca
KCA=UCA/Uca=
（4）数据测取完后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。
2、三相变压器空载试验的接线及测取空载试验数据
2三相变压器空载试验接线图
按图2接线。
图中三相变压器选用MEC12，Y接法，即三相变压器的低压线圈a、b、c端接电源，x、y、z端短接（Y接法），高压线圈X、Y、Z端短接，A、B、C端开路；交流电压表V1、V2、V3选用MEC23；交流电流表A1、A2、A3选用MEC22；三相功率、功率因数W1、W2选用MEC24。
（1）检查按图2的接线是否正确，交流电压、电流表、三相功率表及变压器的接法是否正确。
确认控制屏左侧的三相调压器已逆时针方向旋转到底。
（2）按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐渐升高三相交流输出电压（用V1、V2、V3任意一只表观察），使三相交流输出电压UOL=1.2UN。
（3）从UOL=1.2UN开始，逆时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐次降低三相交流输出电压UOL，直至降至UO=0.2UN，在1.2UN～0.2UN的范围内，测取三相变压器的空载线电压U0L、空载线电流I0L、空载功率P0，共测取数据7-9组。
记录于表2中，其中UOL=UN点必须测，并在该点附近多测几点。
表2
序
号
试验测量数据
计算数据
U0L（V）
I0L（A）
PO（W）
UOL（V）
IOL（A）
cosΦO
Uab
Ubc
Uca
IaO
IbO
IcO
70V
60V
50V
40V
30V
12.7V
表中：
UOL=（Uab+Ubc+Uca）/3IOL=（Iao+Ibo+Ico）/3cosΦO=PO/1.7321·U0L·I0L
（4）试验结束后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。
2、三相变压器短路试验的接线及测取短路试验数据
图3三相变压器短路试验接线图
按图3接线。
图中三相变压器选用MEC12，Y接法，即三相变压器的高压线圈A、B、C端接电源，X、Y、Z端短接，低压线圈a、b、c端短接，x、y、z端短接；交流电压表V1、V2、V3选用MEC23；交流电流表A1、A2、A3选用MEC22；三相功率、功率因数W1、W2选用MEC24。
（1）检查按图3的接线是否正确，交流电压、电流表、单相功率表及变压器的接法是否正确。
确认控制屏左侧的三相调压器已逆时针方向旋转到底。
（2）按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，缓慢升高三相交流输出电流IKL（用A1、A2、A3任意一只表观察），直到三相变压器高压绕组的短路电流IKL=1.1IN为止。
（3）从IKL=1.1IN开始，逆时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐次降低交流输出电流IKL，直至降至IKL=0.3IN，在1.1IN～0.3IN的范围内，测取三相变压器的短路线电压UKL、短路线电流IKL、短路功率PK。
共测取数据6-8组，记录于表3中，其中IKL=IN点必须测，并在该点附近多测几点，试验时记下周围环境温度（℃）。
表3室温℃
序
号
试验测量数据
计算数据
UKL（V）
IKL（A）
PK（W）
UKL（V）
IKL（A）
cosΦK
UAB
UBC
UCA
IAK
IBK
ICK
0.4A
0.35A
0.3A
0.2A
0.15A
0.12A
表中：
UKL=（UAB+UBC+UCA）/3IKL=（IAK+IBK+ICK）/3cosΦK=PK/1.7321·UKL·IKL
（4）试验结束后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。
4、三相变压器负载试验的接线及测取短负载试验数据（阻性负载）
图4三相变压器阻性负载试验接线图
按图4接线。
图中三相变压器选用MEC12，原、副边均为Y接法，即三相变压器的高压线圈A、B、C端接电源，X，、Y、Z端短接，低压线圈x、y、z端短接，a、b、c端经开关S接负载RL；交流电压表V1、V2选用MEC23；交流电流表A1、A2、A3选用MEC22；负载RL1、RL1、RL3分别选用MEC41、MEC42的三组900Ω并Ω900Ω共450Ω阻值的可变电阻器（Y接法），作为三相变压器的三相可调负载RL；负载开关S选用MEC33。
（1）检查按图4的接线是否正确，交流电压、电流表、负载及变压器的接法是否正确。
确认控制屏左侧的三相调压器已逆时针方向旋转到底，负载RL调至最大位置（三只电阻均调到最大），断开开关S。
（2）按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，缓慢升高三相交流输出电压U1，使用交流输出电压U1=U1N。
（3）合上开关S，接通负载RL，在保持U1=U1N不变的情况下，逐渐增大负载（减小负载电阻RL的值，三只可调阻性负载RL1、RL2、RL3要同时均匀调节），即增大变压器的负载电流I2（调节时要保证交流电流表A3、A4、A5的数值基本相等），直至增大到额定电流IN。
（4）从负载电流I2=IN开始，减小负载（增大电阻RL的值，三只可调阻性负载RL1、RL2、RL3要同时均匀调节），逐次降低变压器的负载电流I2，直至I2降至0（断开开关S），在IN～0的范围内，测取变压器的输出电压U2和负载电流I2。
共测取数据6-8组，记录于表4中，其中I2=0和I2=I2N=0.8A两点必须测。
表4U1=U1N=63.5V；cosφ2=1
序
号
试验测量数据
计算数据
U2（V）
I2（A）
U2（V）
I2（A）
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
0.4A
表中：
U2=（UAB+UBC+UCA）/3I2=（IA+IB+ICK）/3
（5）试验结束后，先控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，再按下“停止”按钮，拆除实训导线、最后关闭实训装置电源总开关。
五、实训注意事项
1、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。
2、短路试验通电前，一定要检查电源电压是否已调到零，即检查三相调压器是否已逆时针旋转到底；
实验四测定变压器的同名端
一、任务目标
1、掌握变压器同名端的图示法。
2、掌握交流电压法测量变压器的同名端。
3、掌握三相变压器的同名端的测试方法。
二、实训设备
序号
型号
名称
数量
1
MEC01
电源控制屏
1套
2
MEC02
实训桌
3
MEC11
单相变压器
1件
4
MEC21
直流数字电压、毫安、安培表
1件
5
MEC23
真有效值交流电压表
1件
6
MEC32
旋转灯、同步机励磁电源
1件
7
MEC33
开关与电力电容组件
1件
三、实训过程
1、变压器的同名端极图示法
图1变压器原副边绕线同名端表示
变压器绕组的极性指的是变压器原副边绕组的感应电势之间的相位关系，如图1所示：
1、2为原边绕组，3、4为副边绕组，它们的绕向相同，在同一交变磁通的作用下，两绕组中同时产生感应电势，在任何时刻两绕组同时具有相同电势极性的两个断头互为同名端。
图3-1中1、3互为同名端，2、4互为同名端；1、4互为异名端，2、3互为异名端。
2、用交流电压法测变压器的同名端
按图2接线，图中单相变压器选用MEC11，其额定值PN＝77/77V·A、UN＝220/55V、IN＝0.35/1.4A；交流电压表V1、V2选用MEC23。
图2交流电压法测变压器同名端接线图
（1）检查按图42的接线是否正确，确认MEC01电源总开关处于断开状态，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，用导线将变压器的X、x端短接起来。
（2）开启控制屏上的电源总开关，按下“启动”按钮，顺时针调节控制屏左侧的三相调压器，逐渐升高三相交流输出电压（用V1表观察），使变压器原边A、X的输入电压U1升高至220V（用V1表观察），并将观察到的电压值记录于表1中。
（3）用V1表观察变压器副边a、x输出电压U2，将观察到的电压值记录于表3-1中，用V2表观察变压器U3电压，将观察到的电压值记录于表1中。
（4）测试结束后，将控制屏左侧的三相调压器逆时针方向旋转到底，按下“停止”按钮。
表1
原边输入电压U1
副边输出电压U2
A、a间电压U3
如果：
U3=U1+U2，则X、x端为异名端，A、x为同名端，X、a也是同名端。
如果：
U3=U1-U2，则X、x端为同名端，A、x为异名端，A、a也是同名端。
3、用直流法（又叫干电池法）测变压器的同名端
图3直流法测变压器同名端接线图
按图3接线，图中变压器选用MEC11；直流电压表V选用MEC21；按钮开关SB选用MEC33；直流电源E选用的MEC32或另用干电池组成的5V直流电源，接线时注意直流电压表和电源电压的极性。
（1）调节MEC32上的同步机励磁电源，使其输出电压E为5V，将直流电压表打在20V量程档（注意，实验过程中若效果不明显，应减小电压表的量程或提高直流电压）。
（2）按下按钮开关SB，几秒后松开（SB不可长时按下不放），观察电压表V的变化。
如果：
按钮开关SB接通的的瞬间，电压表出现正值或无负号出现，侧电压表V正极和电源E正极所接的端点为同名端。
如果：
按钮开关SB接通的的瞬间，电压表出现负值或出现负号，侧电压表V正极和电源E负极所接的端点为同名端。
注意松开按钮开关SB时，电压表V会向另一方向显示数值，SB不可长时接通。
4、发光二极管法测变压器的同名端
按图4接线，图中变压器选用MEC11；发光二极管LED选用MEC33（接在变压器的原边），按钮开关SB选用MEC33，直流电源E选用的MEC32或另用干电池组成的5V直流电源（接变压器的副边）。
图4发光二极管法测变压器同名端接线图
（1）调节MEC32上的同步机励磁电源，使其输出电压E＜5V。
（2）按下按钮开关SB立即松开。
如果：
按钮开关SB接通瞬间二极管亮，则发光二极管LED正极和电源E正极所接的端点是同名端。
如果：
按钮开关SB松开瞬间二极管亮，则发光二极管LED负极和电源E负极所接的端点是同名端。
（3）试验结束后，按下“停止”按钮，断开电源总开关，拆除实训导线。
五、实训注意事项
1、注意变压器的额定值，原、
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