电机与电力拖动实验指导书教学版.docx

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电机与电力拖动实验指导书教学版

电机及电力拖动技术

实验指导书

自动化实验室编

河北工程大学教务处

（二〇一四年）

目录

实验安全操作规程0

预备实验直流电机认识实验1

实验一直流电动机4

实验二直流电动机各种运转状态的机械特性测试7

实验三单相变压器实验11

实验四三相异步电动机的起动与调速16

实验安全操作规程

为顺利完成实验任务，确保人身安全与设备安全，实验者要遵守如下规定：

1、接线、拆线或多处改接线路时要切断电源。

实验中确需带电更改少量线路时，可用一只手操作，一次拔插一根线，不可双手同时接触线路。

任何时候人体都不得接触导线裸漏部分等可能带电的部件。

2、完成接线或改接线路后要经指导教师检查，并使周围同学注意后方可接通电源。

3、实验中如发生事故，应立即切断电源，并妥善处理。

4、实验室总电源开关的闭合由实验指导人员操作，其他人员允许分闸但不得合闸。

5、实验中电动机高速旋转，要谨防衣服、围巾和头发等卷入其中造成人身伤害。

预备实验直流电机认识实验

一、实验目的

（1）.进行电机实验的安全教育和明确实验的基本要求。

（2）.认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件。

（3）.学习他励电机（并励电机接他励方式）的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法。

二、预习要点

（1）.直流电动机起动的基本要求。

（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？

三、实验项目

（1）.了解实验装置中电机实验台的直流电机电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、可调电阻器、智能直流电压电流表RTZN02、电动机RTDJ32的使用方法。

（2）.直流他励电动机电枢串电阻起动。

（3）.改变串入电枢回路电阻或改变串入励磁回路电阻时，观察电动机转速变化情况。

四、实验设备

（1）.RTZN02或JPT01智能直流电压表、安培表，用2只

（2）.JPZN12-1智能转矩、转速、功率表

（3）.RTDJ09三相可调电阻器（90Ω）

（4）.RTDJ10三相可调电阻器（900Ω）

（5）.RTDJ32直流并励电动机

（6）.JPDJ45校正过直流电机

（7）.JPDJ47-1电机导轨、旋转编码器

（8）.RTDJ12波形测试及开关板（可以不用开关，直接插拔实验线）

五、实验说明及操作步骤

1、由实验指导老师讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。

介绍实验装置的使用方法。

2、仪表和三相可调电阻器的选择

仪表的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。

（1）.电压量程的选择

如测量电动机两端为220伏的直流电压，选用RTZN02或JPZN01的直流电压表，该电压表量程均为300V量程。

（2）.电流量程的选择

因为额定电流为1.25A，测量电枢电流的电流表可选用RTZN02或JPZN01的直流安培表。

额定励磁电流小于0.16A，电流表选用直流毫安表。

（3）.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。

3、直流他励电动机的起动

实验线路如图0-1所示。

图中Ｍ为直流并励电动机，选用RTDJ32，额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.25A，额定转速nN=1600r/min，额定励磁电流IfN<0.16A。

MG为校正过直流电机，TG为旋转编码器。

直流电压电流表选用RTZN02或JPZN01。

R1用RTDJ09的180Ω的阻值，Rf1用RTDJ10的1800Ω的阻值，R2选用RTDJ10的两个900Ω电阻的并联阻值，Rf2用RTDJ10的两个900Ω电阻的串联阻值。

接线完毕，把直流电机M与校正过的直流电机MG之间用联轴器直接联接，上紧定位螺丝，由旋转编码器TG配合JPZN12-1测量电动机的转速。

实验前应将电枢电压调节旋钮逆时针旋至最小位置，起动后应检查电压是否可调，如发现电压不能调节，应关机检查原因。

图0-1直流电动机他励接线图

4、他励电动机起动步骤

（1）.接线时应切断电源。

接好线后检查接线是否正确，电表的极性、量程选择是否合理，励磁回路接线是否可靠。

然后，将起动电阻R1调到最大位置，作好起动准备。

（2）.开启电源总开关，按下控制屏面板上的“启动”按钮，接通面板中间左边的励磁电源，观察电动机M及校正直流电机MG的励磁电流值，调节Rf2使If2等于校正值100mA并保持不变，再接通面板中间右边的电枢电源，使M起动。

（3）.顺时针调节电枢电源调压旋钮，使电动机端电压加到220V。

减小起动电阻R1直至短接，起动完毕。

5、调节他励电动机的转速

分别改变串入电枢回路的调节电阻和励磁回路的调节电阻，观察转速变化情况。

6、改变电动机的转向

切断电源，将电枢两端或励磁绕组两端接线对调后，起动电机，观察电动机转向及转速表指针偏转方向。

六、注意事项

（1）.RTZN02或JPZN01直流电压表、电流表的电源插头，应插到实验台的电源插座中。

（2）.测量前注意仪表的量程、极性及其接法是否正确和得当，并及时纠正。

（3）.直流并（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，使励磁电流量大，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。

（4）.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。

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）.增大电枢回路的调节电阻，电机的转速是如何变化？

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？

实验一直流电动机

一、实验目的

（1）.掌握用实验方法测取直流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。

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,M2、n=f（Ia）及n=f（M2）。

（2）.调速特性

a）改变电枢电压调速

保持U=UN和If=IfN常值，M2=常值，测取n=f（U0）。

b）改变励磁电流调速

保持U=UN，T2=常值，R1=0，测取n=f（If）。

四、实验设备

（1）.RTZN02或JPT01智能直流电压表、安培表，用2只

（2）.JPZN12-1智能转矩、转速、功率表

（3）.RTDJ09三相可调电阻器（90Ω）

（4）.RTDJ10三相可调电阻器（900Ω）

（5）.RTDJ32直流并励电动机

（6）.JPDJ45校正过直流电机

（7）.JPDJ47-1电机导轨、旋转编码器

（8）.RTDJ12波形测试及开关板

五、实验线路及操作步骤

1、直流电动机的工作特性和机械特性

实验线路如图1-1所示。

R1用RTDJ09的180Ω的阻值，Rf1用RTDJ10的1800Ω的阻值，R2选用RTDJ10的两个900Ω电阻的并联阻值，Rf2用RTDJ10的两个900Ω电阻的串联阻值。

电动机选用RTDJ32直流并励电动机，JPDJ45校正过的直流电机作为电动机负载。

按照预备实验方法起动直流并励电动机。

将电阻R1调到零，同时调节电枢电源电压值为220V，调节Rf2阻值，把If2调到100mA，再调节负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电机满足额定值U=UN，I=IN，n=nN，其励磁电流为额定励磁电流IfN，在保持U=UN和If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即将校正过的直流电机的负载电阻逆时针调到最大，至空载。

测取电动机输入电流I，转速n和校正电机的转矩M2，共取6-7组资料，记录于表1-1中。

图1-1直流电动机他励接线图

表1-1U=UN=VIf=IfN=A

实验资料

Ia（A）

n（r/min）

M2（N.m）

计算资料

I（A）

P2（W）

η（%）

2、调速特性

（1）改变电枢端电压的调速

直流电动机起动后，将电阻R1调至零，If2调到校正值100mA，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN。

保持此时的M2值和If=IfN，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压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，共取5-6组资料，记录于表1-2中。

表1-2If=IfN=AM2=N.m

Ua（V）

n（r/min）

Ia（A）

（2）改变励磁电流的调速

直流电动机起动后，将电阻R1和电阻Rf1调至零，调节MG的磁场电阻使If2调至校正值100mA，再调节M的电枢电压和MG的负载，使电动机U=UN，Ia=0.5IN，保持此时的M2值和U=UN的值，逐次增大磁场电阻Rf1,直至n=1.3nN,每次测取电动机的n、If、Ia，共取5-6组资料，记录于表1-3中。

表1-3U=UN=VM2=N.m

n（r/min）

If（A）

Ia（A）

六、实验报告

1、由表1-1计算出I、P2和η，并绘出n=f（M2）、n=f（Ia）的特性曲线。

电动机输出功率P2=0.105nM2，式中M2的单位为N.m，n的单位为r/min。

电动机输入功率P1=UI。

电动机效率η=P2/P1ⅹ100%。

由工作特性求出转速变化率：

△n=（n0-nN）/nNⅹ100%。

2、绘出并励电动机调速特性曲线n=f（Ua）和n=f（If）。

分析在恒转矩负载两种速时的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。

实验二直流电动机各种运转状态的机械特性测试

一、实验目的

掌握用实验方法测定他励直流电动机各种运行状态下机械特性的方法。

二、预习要点

1．改变直流电动机机械特性有哪些方法。

2．直流电动机在什么情况下，从电动运行状态进入回馈制动状态。

直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电势平衡方程式以及机械特性。

3．直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式以及机械特性。

三、实验内容

1．测定电动及回馈制动状态下的机械特性。

2．测定能耗制动状态下的机械特性。

3．测定电动及反接制动状态下的机械特性。

四、实验设备

1．RTDJ34／RTDJ31直流并励电动机／直流复励发电机

2．RTDJ09／RTDJ10／RTDJ37电阻挂箱

3．RTZN02智能直流电压电流表挂箱，用2只

4．RTDJ12波形测试及开关板

5．手持式转速表

五、实验操作

1、实验接线

按图2-1接线，图中各部分说明如下：

1．MD和Ldf为被测直流电动机的电枢绕组和励磁绕组，使用RTDJ34直流并励电动机，接成他励方式使用。

额定电压220V，电流1.1A，转速1500rpm。

2．MG和Lgf为作测试设备使用的直流电机的电枢绕组和励磁绕组，使用RTDJ34直流复励发电机，接成他励方式使用。

与被测电机同轴连接。

3．电阻R1＝900Ω，选用RTDJ37上端的电阻。

R2＝360Ω＝180Ω＋180Ω，选用RTDJ37中间的电阻和RTDJ09上端的电阻。

R3＝3600Ω＝1800Ω＋1800Ω，选用RTDJ10上端和中间的电阻。

R4＝810Ω＝450Ω＋180Ω＋180Ω，选用RTDJ10下端的电阻（两只900Ω并联）、RTDJ09中间的电阻和下端的电阻。

4．直流电流表A1和A3选用两只RTZN02中的小量程电流表，A2和A4选用其大量程电表。

5．“直流电机励磁电源”和“直流电机电枢电源”分别取自实验台左边电源控制屏中部的相应电源输出。

6．发电机电枢回路里可并联一只直流电压表，用RTZN02上端的电压表。

2、电动及回馈制动状态下的机械特性测定

1．R2和R4阻值调到最大。

S1合向电源侧1，S2置于中间位置。

电枢电源调到最低（旋钮逆时针旋转到底），并关闭电枢电源开关。

2．闭合实验台电源总开关，按下起动按钮，接通励磁电源开关。

调节电阻R1使电动机励磁电流If＝110mA；调节电阻R3使发电机励磁电流Igf＝100mA。

3．接通电枢回路电源，升高电枢电源电压到220V并保持不变。

这时电机应该起动到了较高速度正常运转，观察是否有异常。

4．用直流电压表检测S2中间位置两接线端与电源侧“1”（图中右侧）两接线端的极性是否相同。

若不同，对调S2电源侧的两条线，使之极性相同。

5．把S2扳到短路线侧“2”，把R2调到“0Ω”，减小R4使被测电机MD电枢电流Ia＝1.0A。

该点作为第一个测量点，把电枢电流和转速计入表2-1。

6．逐次增大R4阻值直至发电机空载（把S2置于中间位置实现），测取若干组电动机电枢电流和转速的数据填入表2-1。

表2－1电动及回馈制动状态下的机械特性测试数据表

测试条件

Ua＝UN=220V，If＝110mA，R2=0Ω

电枢电流Ia（A）

0.8

0.6

0.4

0.2

转速n（rpm）

电枢电流Ia（A）

0.0

−0.1

−0.2

−0.3

−0.4

转速n（rpm）

7．

把S2扳到电源侧“1”（这时R4应是最大值），使发电机也接入电源，电源极性是使发电机能产生与电动机相同方向的电磁转矩。

减小R4到“0Ω”，并适当调节R3，使电动机电流Ia降到“0.0A”。

这时电动机的运行状态是电动机的理想空载点。

把电枢电流和转速计入表2-1。

如果上一步没能测“Ia＝+0.2A”的点，可在此通过调节R3找到并测该点。

8．逐渐增大R3阻值（弱磁）使发电机增加出力，转速升高，电动机进入第二象限回馈制动状态运行。

在增大R3的过程中测取电动机电枢电流和转速的数据填入表2-1。

注意：

机组最高转速不可超过2000转/分。

9．通过调节R3使发电机励磁电流恢复到正常值Igf＝100mA。

3、能耗制动状态下的机械特性

1．把R4置最大值，S2置于电源侧1不变。

把电动机电枢电阻R2调到“180Ω”（一个旋钮置最大，另一个置最小），扳S1使之置于短路线侧“2”。

2．减小R4阻值，使电机转速上升，直至电动机的电枢电流达到0.8A，此时电动机工作于能耗制动状态。

然后逐次增大R4阻值使转速降低，测取几组电动机电枢电流和转速的数据填入表2-2。

注意电动机电流为负值。

测试中必要时可降低电枢电源电压，测完后恢复额定值。

表2－2能耗制动状态下的机械特性测试数据表

测试条件

Ua＝0V，If＝110mA，R2=180Ω

电枢电流Ia（A）

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0.0

转速n（rpm）

0

4、电动及反接制动状态下的机械特性测定

1．把电动机电枢电阻R2置最大值“360Ω”，把R4置最大值，对调S2电源侧1的两条电源线使发电机产生的磁转矩与电动机方向相反。

S1和S2都置于电源侧“1”。

2．逐渐减小R4阻值，使电机减速直至为零。

继续减小R4，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于反接制动状态运行，直至电动机的电枢电流达到0.8A。

然后逐次增大R4阻值直至发电机空载（S2置于中间位置），测取6～7组电动机电枢电流和转速的数据填入表2-3。

注意电动机在第四象限运行时转速n为负值。

表2－3电动及反接制动状态下的机械特性测试数据表

测试条件

Ua＝UN=220V，If＝110mA，R2=360Ω

电枢电流Ia（A）

0.8

0.7

0.6

0.5

转速n（rpm）

六、注意事项

1．每次起动机组时，打开电枢电源之前，必须确保电枢电源调节旋钮在最小位置（逆时针旋转到底）,每次断开电枢电源之后要把该旋钮旋转到使输出最小位置。

2．要按实验指导书配电阻，以保证在不改接线情况下顺利做完实验。

3．发电机励磁一定要接并励绕组，错接串励绕组等于给电源短路。

4．所有记录的数据都是电动机的数据，切勿读错表。

七、实验报告要求

根据实验数据绘出电动机的上述三条机械特性n＝ƒ（Ia），并结合理论课内容和测试过程对特性曲线进行说明。

八、思考题

1．回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点？

2．直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩的方向是否也不变？

为什么？

3．当电动机MD从第一象限运行到第四象限，其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么？

作为负载的MG，从第一到第四象限其电磁转矩方向是否改变？

为什么？

4．在电动机反接制动实验中，当电机MD运行在第一象限时，作为负载的电机MG是运行在什么状态？

当MD进入第四象限时，MG又运行在什么状态？

实验三单相变压器实验

一、实验目的

1．通过空载和短路试验测定变压器的变比和参数。

2．通过负载试验测取变压器的运行特性。

二、预习要点

1．变压器的空载和短路试验有什么特点？

实验中电源电压一般加在哪一方合适？

2．在空载和短路试验中，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铁耗及铜耗。

三、实验内容

1．空载试验测取空载特性Uo=ƒ（Io），Po=ƒ（Uo）。

2．短路试验测取短路特性UK=ƒ（IK），PK=ƒ（IK）。

3．纯电阻负载试验保持U1=UN,COSΦ2=1的条件下，测取U2=ƒ（I2）。

4．阻感性负载试验保持U1=UN，COSΦ2=0.8的条件下，测取U2=ƒ（I2）。

四、实验设备

1．RTDJ03三相组式变压器，其额定值为：

PN＝77W，U1N／U2N＝220／55V，I1N／I2N=0.35／1.4A

2．RDJ09／RTDJ21三相可调电阻器（90Ω）／电感器实验挂箱

3．RTZN08／RTZN09三相交流电流表／电压表

4．RTZN07智能功率表、功率因数表

五、实验操作

1、空载试验

1．按图3-1接线，注意切断三相可调压交流电源。

被试变压器选用RTDJ03中的任意一只。

变压器的低压线圈a－x接电源，高压线圈A－X开路。

2．把调压器手柄旋到零位（即将实验台左侧调压器手柄逆时针方向旋转到底，使调压器输出三相交流电源电压为零）。

3．合上实验台总电源开关，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关（按下调压器输出“接通”按钮或将调压器输出钮子开关旋转到水平位置），使实验线路接通交流电源。

调节调压器旋钮使被测变压器空载电压Uo=1.2UN。

4．逐次降低电源电压，在1.2～0.5UN的范围内，测取变压器的Uo、Io、Po，共测取6-7组数据。

U=UN点必须测数据，并在该点附近测试点分布较密，。

5．为了计算变压器的变比，在电压低于UN的点测试时读取副边电压，数据也记录于表3-1中。

表3-1变压器空载试验数据记录表

序

号

实验数据

计算数据

Uo（V）

Io（A）

Po（W）

UAX（V）

COSΦo

1

66

2

60.5

3

55

4

49.5

5

44

6

35.7

7

27.5

6．测完数据后，断开调压器输出开关（按下调压器输出“断开”按钮或将调压器输出钮子开关旋转到垂直位置），按下控制屏上的“停止”按钮，使实验线路和设备断电。

把调压器手柄旋到零位。

2、短路试验

1．按图3-2接线。

将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。

在电源引线端串入电阻是为了降低变压器短路电流对调压器输出电压变化的敏感性，可取Rw＝90～180Ω，使用RTDJ37中间的电阻。

注意：

改接线路时要先关断电源。

2．把调压器手柄旋到零位，

按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。

逐次缓慢增加变压器电压，直到短路电流等于1.1IN为止，在“（1.1～0.2）IN”范围内测取变压器的UK、IK、PK。

测取5～6组数据记录于表3-2中，IK=IN点必须测。

✧注意：

本实验应在尽量短时间内完成，因为变压器的绕组很快就发热，使绕组电阻增大，读数产生偏差。

表3-2变压器短路试验数据记录表

序

号

实验数据

计算数据

IK（A）

UK（V）

PK（W）

COSΦK

1

0.385

2

0.35

3

0.315

4

0.245

5

0.175

6

0.07

3、纯电阻性负载试验

1．实验线路如图3-3所示。

变压器高压线圈接电源，低压线圈接负载电阻Rz。

Rz取RTDJ09中的四只90Ω电阻串联，并将其调到最大。

功率因数表取自RTZN07，通过“功能”键和“确认”健设为功率因数表。

电感Lz暂不接。

2．把调压器手柄旋到零位，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。

在空载情况下调节调压器使变压器输入电压U1＝UN＝220V，并保持不变。

3．逐次减小负载电阻Rz，使变压器电流增大，从空载（拔断Rz连接线实现）到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。

共取数据5～6组，记录于表3-3中。

注意I2＝0和I2＝I2N＝1.4A两点必需测。

表3-3变压器纯电阻性负载试验数据记录表

测试条件：

U1＝U1N＝220V，COSΦ2＝1

I2（A）

0.0

0.35

0.7

1.05

1.4

1.75

U2（V）

4、阻感性负载试验（COSΦ2＝0.8）

1．实验线路同图3-3，把负载电感接入，与负载电阻并联。

电阻调至最大，电感暂取两只700mH串联。

2．把调压器手柄旋到零位，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。

调节调压器输出使变压器输入电压U1＝UN＝220V，并保持不变。

3．在电感挂箱上通过串并联分别连接出表3－4中的电感值。

（其中467mH为两只700mH串联后再与第三只并联；233mH为