电机原理及拖动基础.docx
《电机原理及拖动基础.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机原理及拖动基础.docx（22页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
电机原理及拖动基础
“电机原理及拖动基础”实验指导书
（一）
一、实验课程编码：
104006
二、实验课程名称：
电机原理及拖动基础
三、实验项目名称：
直流并励电动机
四、实验目的
1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。
2.掌握直流并励电动机的调速方法。
五、主要设备
1．MEL系列电机教学实验台的主控制屏（MCL-Ⅱ）。
2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。
3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）（NMEL-18）。
4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。
5．直流并励电动机（M03）。
6．开关板（NMEL-05B）。
7．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）。
六、实验内容
1．工作特性和机械特性
保持U=UN和If=IfN不变，测取n、T2、n=f（Ia）及n=f（T2）。
2．调速特性
（1）改变电枢电压调速
保持U=UN、If=IfN=常数，T2=常数，测取n=f（Ua）。
（2）改变励磁电流调速
保持U=UN，T2=常数，R1=0，测取n=f（If）。
（3）观察能耗制动过程
七、实验步骤
1．并励电动机的工作特性和机械特性。
实验线路如图1-1所示。
a．将R1调至最大，Rf调至最小，毫安表量程为200mA，电流表量程为2A档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与NMEL-13是否相连，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，起动直流电源，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。
图1-1直流并励电动机接线图
U1：
可调直流稳压电源
R1、Rf：
电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于NMEL-09
mA、A、V2：
直流毫安、电流、电压表（NMEL-06）
G：
涡流测功机
IS：
涡流测功机励磁电流调节，位于NMEL-13。
b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：
U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。
c．保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流Ia、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-1中。
表1-1U=UN=220VIf=IfN=AKa=Ω
实
验
数
据
Ia（A）
n（r/min）
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
a．按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻Rf，使电机的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2=N.m。
b．保持T2不变，If=IfN不变，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，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，共取7-8组数据填入表1-2中。
表1-2If=IfN=A,T2=N.m
Ua（V）
n（r/min）
Ia（A）
（2）改变励磁电流的调速
a．直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻Rf调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2=N.m
b．保持T2和U=UN不变，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表1-3中。
表1-3U=UN=220V，T2=N.m
n（r/min）
If（A）
Ia（A）
八、实验结果
1.由表1-1计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f（Ia）及n=f（T2）的特性曲线。
电动机输出功率
P2=0.105nT2
式中输出转矩T2的单位为N·m，转速n的单位为r／min。
电动机输入功率
P1=UI
电动机效率
η=
×100％
电动机输入电流
I=Ia+IfN
由工作特性求出转速变化率：
Δn=
×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。
执笔人：
任慧
实验室主任：
系主任：
任慧
“电机原理及拖动基础”实验指导书
（二）
一、实验课程编码：
104006
二、实验课程名称：
电机原理及拖动基础
三、实验项目名称：
单相变压器
四、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。
2．通过负载实验测取变压器的运行特性。
五、主要设备
1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（含交流电压表、交流电流表）（MCL-Ⅱ）
2．功率及功率因数表（NMEL-20）
3．单相变压器（在主控制屏的右下方）（NMEL-24）
4．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）
5．波形测试及开关板（NMEL-05B）
六、实验内容
1.空载实验测取空载特性UO=f（IO），PO=f（UO）。
2.短路实验测取短路特性UK=f（IK），PK=f（I）。
3.负载实验
纯电阻负载
保持U1=U1N，
=1的条件下，测取U2=f（I2）。
七、实验步骤
1．空载实验
实验线路如图2-1
变压器T选用NMEL-01三相组式变压器中的一只或单独的组式变压器。
实验时，变压器低压线圈2U1、2U2接电源，高压线圈1U1、1U2开路。
A、V1、V2分别为交流电流表、交流电压表。
具体配置由所采购的设备型号不同由所差别。
若设备为MEL-I系列，则交流电流表、电压表为指针式模拟表，量程可根据需要选择；若设备为MEL-II系列，则上述仪表为智能型数字仪表，量程可自动也可手动选择。
仪表数量也可能由于设备型号不同而不同。
若电压表只有一只，则只能交替观察变压器的原、副边电压读数，若电压表有二只或三只，则可同时接上仪表。
W为功率表，根据采购的设备型号不同，或在主控屏上或为单独的组件（NMEL-20或NMEL-24），接线时，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。
a．在三相交流电源断电的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。
并合理选择各仪表量程。
变压器T额定容量PN=77W，U1N/U2N=220V/55V，I1N/I2N=0.35A/1.4A
b．合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN。
c．然后，逐次降低电源电压，在1.2~0.5UN的范围内，测取变压器的U0、I0、P0，共取6~7组数据，记录于表2-1中。
其中U=UN的点必须测，并在该点附近测的点应密些。
为了计算变压器的变化，在UN以下测取原方电压的同时测取副方电压，填入表2-1中。
e．测量数据以后，断开三相电源，以便为下次实验作好准备。
表2-1
序号
实验数据
计算数据
U0（V）
I0（A）
PO（W）
U1U1。
1U2
1
2
3
4
5
6
7
2．短路实验
实验线路如图2-2。
（每次改接线路时，都要关断电源）
实验时，变压器T的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
A、V、W分别为交流电流表、电压表、功率表，选择方法同空载实验。
a．断开三相交流电源，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底，即使输出电压为零。
b．合上交流电源绿色“闭合”开关，接通交流电源，逐次增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN为止。
在0.5~1.1IN范围内测取变压器的UK、IK、PK，共取6~7组数据记录于表2-2中，其中I=IK的点必测。
并记录实验时周围环境温度（℃）。
表2-2室温θ=℃
序号
实验数据
计算数据
U（V）
I（A）
P（W）
1
2
3
4
5
6
3．负载实验
实验线路如图2-3所示。
变压器T低压线圈接电源，高压线圈经过开关S1，接到负载电阻RL。
RL选用NMEL-03的两只900Ω电阻相串联。
开关S1采用NMEL-05的双刀双掷开关，电压表、电流表、功率表（含功率因数表）的选择同空载实验。
纯电阻负载
a．未上主电源前，将调压器调节旋钮逆时针调到底，S1断开，负载电阻值调到最大。
b．合上交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=UN=55V。
c．在保持U1=UN的条件下，合下开关S1，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的值，从空载到额定负载范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。
d．测取数据时，I2=0和I2=I2N=0.35A必测，共取数据6~7组，记录于表2-3中。
表2-3
=1U1=UN=55V
序号
1
2
3
4
5
6
7
U2（V）
I2（A）
八、实验结果
1.计算变比
由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比K。
K=U1u11u2／U2u12u2
2.计算励磁参数
从空载特性曲线上查出对应于Uo=UN时的IO和PO值，并由下式算出激磁参数
3.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（OC）短路参数。
折算到低压方
由于短路电阻rK随温度而变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75OC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。
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。
执笔人：
任慧
实验室主任：
系主任：
任慧
“电机原理及拖动基础”实验指导书（三）
一、实验课程编码：
104006
二、实验课程名称：
电机原理及拖动基础
三、实验项目名称：
三相异步电动机的起动与调速（综合性实验）
四、实验目的
通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。
五、主要设备
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）（MCL-Ⅱ）。
2．指针式交流电流表（主控屏MCL-Ⅱ的左边）。
3．电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。
4．电机起动箱（NMEL-09）。
5．鼠笼式异步电动机（M04）。
6．绕线式异步电动机（M09）。
7．开关板NMEL-05B。
六、实验内容
1．异步电动机的直接起动。
2．异步电动机星形——三角形（Y-△）换接起动。
3．自耦变压器起动。
4．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。
5．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
七、实验步骤
1．三相笼型异步电动机直接起动试验。
按图3-1接线，电机绕组为△接法。
起动前，把转矩转速测量实验箱（NMEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和NMEL-13的连接是否良好。
仪表的选择：
交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。
a．把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。
调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转。
（电机起动后，观察NMEL-13中的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。
）
b．断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值。
图3-1异步电机直接起动实验接线图
注：
按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。
电流表受起动电流冲击，电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。
2．星形——三角形（Y-△）起动
按图3-2接线，电压表、电流表的选择同前，开关S选用NMEL-05B。
a．起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边（Y）接法。
合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停转。
b．待电机完全停转后，合上电源开关，观察起动瞬间的电流，然后把S合向左边（△接法），电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。
图3-2异步电机星形-三角形起动
3．自耦变压器降压起动
按图3-1接线。
电机绕组为△接法。
a．先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断开电源开关，待电机停转。
b．待电机完全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察电流表的瞬间读数值，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压UN=220伏，整个起动过程结束。
4．绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动。
实验线路如图3-3，电机定子绕组Y形接法。
转子串入的电阻由刷形开关来调节，调节电阻采用NMEL-09的绕线电机起动电阻（分0，2，5，15，∞五档），NMEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关扳向“转速控制”，“转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。
图3-7绕线式异步电机转子绕组串电阻起动实验接线图
a．起动电源前，把调压器退至零位，起动电阻调节为零。
b．合上交流电源，调节交流电源使电机起动。
注意电机转向是否符合要求。
c．在定子电压为180伏时，逆时针调节“转速设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢（只有几十转），读取此时的转矩值Tst和Ist。
d．用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为2Ω、5Ω、15Ω的起动转矩Tst和起动电流Ist，填入表3-1中。
注意：
试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。
表3-1U=180伏
Rst（Ω）
0
2
5
15
Tst（N.m）
Ist（A）
5．绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速。
实验线路同前。
NMEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针到底，“转速设定”电位器顺时针到底。
NMEL-09“绕线电机起动电阻”调节到零。
a．合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=220伏，使电机空载起动。
b．调节“转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩T2不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速，记录于表3-2中。
表3-2中U=220伏T2=N.m
Rst（Ω）
0
2
5
15
n（r/min）
八、实验结果
1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。
2.由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩：
（1）外施额定电压UN。
（直接法起动）
（2）外施电压为UN/
。
（Y—Δ起动）
（3）外施电压为UK/KA，式中KA为起动用自耦变压器的变比。
（自耦变压器起动）。
3.绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。
4.绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。
执笔人：
任慧
实验室主任：
系主任：
任慧
“电机原理及拖动基础”实验指导书（四）
一、实验课程编码：
104006
二、实验课程名称：
电机原理及拖动基础
三、实验项目名称：
异步电机的M-S曲线测绘
四、实验目的
用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩~转差率曲线，并加以比较。
五、主要设备
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（MCL-Ⅱ）。
2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。
3．电机起动箱（NMEL-09）。
4．三相鼠笼式异步电动机M04。
5．三相绕线式异步电动机M09。
六、实验内容
1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。
2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。
七、实验步骤
1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘
被试电机为三相鼠笼式异步电动机M04，Y接法。
G为涡流测功机，与M04电机同轴安装。
按图4-1接线，其中电压表采用指针式或数字式均可，量程选用300V档，电流表采用数字式，可选0.75A量程档。
起动电机前，将三相调压器旋钮逆时针调到底，并将NMEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转速控制”，并将“转速设定”调节旋钮顺时针调到底。
图4-1鼠笼式异步电机的M-S测绘接线图
实验步骤：
（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，起动交流电机。
观察电机的旋转方向，使之符合要求。
（2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：
转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。
）
（3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表4-1。
表4-1UN=220VY接法
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（n.M）
（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩M，转速n，填入表4-2。
表4-2UN=220VY接法
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.M）
2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘
被试电机采用三相绕线式异步电动机M09，Y接法。
按图4-2接法，电压表和电流表的选择同前，转子调节电阻采用NMEL-04中两只90Ω电阻相并联（最大值为45Ω）。
NMEL-13的开关和旋钮的设置同前，调压器退至零位。
图4-2绕线式异步电机的M-S测绘接线图
（1）绕线电机的转子调节电阻调到零（三只旋钮顺时针到底），顺时针调节调压器旋钮，使电压升至180V，电机开始起动至空载转速。
逆时针调节“转速设定”旋钮，M09的负载随之增加，电机转速开始下降，继续逆时针调节该旋钮，电机转速下降至100转/分左右。
在空载转速至100转/分范围时，读取8-9组绕线电机转矩T、转速n记录于表4-3。
表4-3U=180VY接法RS=0Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.M）
（2）绕线电机的转子调节电阻调到2Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。
表4-4U=180VY接法RS=2Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.M）
（3）绕线电机的转子调节电阻调到5Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。
表4-5U=180VY接法RS=5Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速（r/min）
转矩（N.M）
八、实验结果
1．在方格纸上，逐点绘出各种电机的转矩、转速，并进行拟合，作出被试电机的M-S曲线。
2．对这些电机的特性作一比较和评价。
执笔人：
任慧
实验室主任：
系主任：
任慧
升级会员 