电机拖动实验指导书.docx

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电机拖动实验指导书

实验一直流他励电动机运行特性

一．实验目的

了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性。

二．预习要点

1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？

2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？

他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？

3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。

三．实验项目

1．电动及回馈制动特性。

2．电动及反接制动特性。

3．能耗制动特性。

四．实验设备及仪器

1．实验台主控制屏

2．电机导轨及转速表

3．可调电阻（NMEL-03/4）

4．开关板（NMEL-05B）

5．直流电压、电流、毫安表

6．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1）

7．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2）

8．直流发电机励磁电源（NMEL-18/3）

五．实验方法及步骤

1．电动及回馈制动特性

接线图如图5-1a。

M为直流发电机M01作电动机使用（接成他励方式）。

G为直流并励电动机M03（接成他励方式），UN=220V，IN=1.1A，nN=1600r/min;

直流电压表V1为NMEL-18/1中直流电动机电枢电源自带，V2的量程为300V；

直流电流表mA1分别为NMEL-18/2中直流励磁电源自带毫安表；

mA2、A1分别选用量程为200mA、5A的毫安表、安培表。

R2用NMEL-03/4中R2的两组电阻并联再与R3的两组电阻并联相串联。

开关S1、S2选用NMEL-05B中的双刀双掷开关。

按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置；

（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。

（2）R2阻值至最大位置，直流发电机励磁电源、直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢电源调至最小。

（3）直流电动机励磁电源船形开关、直流发电机励磁电源船形开关和直流电动机电枢电源船形开关须在断开位置。

实验步骤。

a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合直流电动机励磁电源、直流发电机励磁电源船型开关和直流电动机电枢电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流电机电枢电源，使V1读数为UN=220伏。

b．分别调节直流电动机M的励磁电源，发电机G励磁电源、负载电阻R2，使直流电动机M的转速nN=1600r/min，If+Ia=IN=0.55A，此时If=IfN，记录此值。

c．保持电动机的U=UN=220V，If=IfN不变，改变R2及直流发电机励磁电源，测取M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取5-6组数据填入表中。

表5-1UN=220伏IfN=A

Ia（A）

n（r/min）

d．折掉开关S2的短接线，调节直流发电机励磁电源，使发电机G的空载电压达到最大（不超过220伏），并且极性与电动机电枢电压相同。

e．保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，把开关S2合向“1”端，把R2值减小，直至为零（短接电阻）。

再调节直流发电机励磁电源使励磁电流逐渐减小，电动机M的转速升高，当A1表的电流值为0时，此时电动机转速为理想空载转速，继续减小直流发电机励磁电流，则电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至电流接近0.8倍额定值（实验中应注意电动机转速不超过2100转/分）。

测取电动机M的n、Ia，共取5-6组数据填入表5-2中。

表5-2UN=220伏IfN=A

Ia（A）

n（r/min）

因为T1=CMφI1，而CMφ中为常数，则T∝I1，为简便起见，只要求n=f（Ia）特性，见图5-2。

2．电动及反接制动特性。

接线图如图5-1b。

（1）R1为NMEL-03/4中900Ω电阻，R2为NMEL-03/4中的R2的两组电阻并联加上R3的两组电阻并联然后再与R1串联。

（2）S1合向“1”端，S2合向“2”端（短接线拆掉），把发电机G的电枢二个插头对调。

实验步骤：

a．在未上电源前，直流发电机励磁电源及直流电动机励磁电源调至最大值，直流电动机电源电源调至最小值，R2置最大值，R1置360Ω。

b．按前述方法起动电动机，测量发电机G的空载电压是否和直流稳压电源极性相反，若极性相反可把S2合向“1”端。

c．调节R1置900Ω，调节直流电动机电枢电源电压U=UN=220V，调节直流电动机励磁电源使If=IfN，保持以上值不变，逐渐减小R2阻值，电机减速直至为零，继续减小R2阻值，此时电动机工作于反接制动状态运行（第四象限）；

d．再减小R2阻值，直至电动机M的电流接近0.4倍IN，测取电动机在第1、第4象限的n、I2，共取5-6组数据记录于表5-3中。

表5-3R1=900ΩUN=220VIfN=A

I2（A）

n（r/min）

为简便起见，画n=f（Ia），见图5-3。

3．能耗制动特性

接线图如图5-1b，R1用NMEL-03/4中的R2两组电阻并联，R2用NMEL-03/4中的R3两组电阻并联。

操作前，把S1合向“2”端，直流发电机励磁电源及直流电动机励磁电源调至最大值，直流电动机电源电源调至最小值，R1置360欧，R2置300欧，S2合向“1”端。

按前述方法起动发电机G（此时作电动机使用），调节直流电动机电枢电源使U=UN=220伏，调节直流电动机励磁使电动机M的If=IfN，调节直流发电机励磁电源使发电机G的If=80mA，调节R2并先使R2阻值减小，使电机M的能耗制动电流Ia接近0.4IaN数据，记录于表5-4中。

表5-4R1=360ΩIfN=mA

Ia（A）

n（r/min）

调节R1为180Ω，重复上述实验步骤，测取Ia、n，共取6-7组数据，记录于表5-5中。

表5-5R1=180ΩIfN=mA

Ia（A）

n（r/min）

当忽略不变损耗时，可近似为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转矩T=CMΦIa，他励电动机在磁通Φ不变的情况下，其机械特性可以由曲线n=f（Ia）来描述。

画出以上二条能耗制动特此曲线n=f（Ia），见图5-4。

六．实验注意事项

调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻过流烧毁熔断丝。

七．实验报告

根据实验数据绘出电动机运行在第一、第二、第四象限的制动特性n=f（Ia）及能耗制动特性n=f（Ia）。

实验二三相异步电动机的起动与调速

一．实验目的

通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。

二．预习要点

1．复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。

2．复习异步电动机的调速方法。

三．实验项目

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。

四．实验设备及仪器

1．实验台主控制屏

2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13、NMEL-14）

3．交流电压表、电流表、功率、功率因数表

4．旋转指示灯及开关板（NMEL-05B）

5．可调电阻箱（NMEL-03/4）

6．三相鼠笼式异步电动机M04

7．绕线式异步电动机M09

五．实验方法

1．三相笼型异步电动机直接起动试验。

按图3-5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”转速/转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关拨向“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。

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。

c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。

用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。

d．合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达2~3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表中，注意试验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。

对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算：

式中Ik：

起动试验时的电流值，A；

TK：

起动试验时的转矩值，N.m；

式中UK：

起动试验时的电压值，V；

UN：

电机额定电压，V；

测量值

计算值

UK（V）

IK（A）

TK（N.m）

Tst（N.m）

Ist（A）

2．星形——三角形（Y-△）起动

按图3-6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。

3．自耦变压器降压起动

按图3-5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3-7，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-03/4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”开关拨向“转速控制”，”转速/转矩设定”电位器旋钮逆时针调节到底。

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，顺时针调节”转速/转矩设定”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Ist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3-9中。

注意：

试验时通电时间不应超过20秒，以免绕组过热。

表3-9U=180V

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”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”电位器逆时针到底，NMEL-03/4“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”转速/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3-10中。

表3-10中U=220VT2=N.m

Rst（Ω）

0

2

5

15

n（r/min）

六．实验报告

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。

实验三异步电机的M-S曲线测绘

一．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~转差曲线，并加以比较。

二．预习要点

1．复习电机M-S特性曲线。

2．M-S特性的测试方法。

三．实验项目

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。

四．实验原理

异步电机的机械特性的图5-6所示。

在某一转差率Sm时，转矩有一最大值Tm，称为异步电机的最大转矩，Sm称为临界转差率。

Tm是异步电动机可能产生的最大转矩。

如果负载转矩Tz＞Tm，电动机将承担不了而停转。

起动转矩Tst是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩，此时S=1（n=0）。

对于绕线式转子异步电动机，转子绕组串联附加电阻，便能改变Tst，从而可改变起动特性。

异步电动机的机械特性可视为两部分组成，即当负载功率转矩Tz≤TN时，机械特性近似为直线，称为机械特性的直线部分，又可称为工作部分，因电动机不论带何种负载均能稳定运行；当S≥Sm时，机械特性为一曲线，称为机械特性的曲线部分，对恒转矩负载或恒功率负载而言，因为电动机这一特性段与这类负载转矩特性的配合，使电机不能稳定运行，而对于通风机负载，则在这一特性段上却能稳定工作。

在本实验系统中，通过对电机的转速进行检测，动态调节施加于电机的转矩，产生随着电机转速的下降，转矩随之下降的负载，使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。

通过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。

五．实验设备

1．实验台主控制屏

2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（NMEL-13）

3．可调电阻箱（NMEL-03/4）

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．实验方法

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5-7接线，其中电压表量程选用300V档，电流表可选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”选择开关拨向“转速控制”，并将”转速/转矩设定”调节旋钮逆时针调到底。

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，是之符合要求。

（2）顺时针缓慢调节”转速/转矩设定”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5-9。

表5-9UN=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，逆时针回调”转速/转矩设定”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5-10。

表5-10UN=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5-8接法，电压表和电流表的选择同前，转子调节电阻采用NMEL-03/4中绕线电机气动电阻。

NMEL-13的开关和旋钮的设置同前，调压器退至零位。

（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。

顺时针调节”转速/转矩设定”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5-11。

表5-11U=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，重复以上步骤，记录相关数据。

表5-12U=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5-13U=180VY接法RS=5Ω

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

转速（r/min）

转矩（N.M）

3．换上不同的单相异步电机，按相同方法测出它们的转矩下、转速n。

七．实验报告

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。