电机与拖动实验教材.docx
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电机与拖动实验教材
电机与拖动基础实验
实验指导书
滨州学院自动化系
DDSZ-1型电机及电气技术实验装置受试电机铭牌数据一览表
备注
Y/Y
Y/Δ/Y
C=35uFF
C=4uF
YY/Δ
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
IFN（A）
<0.16
1.2
0.8
<0.16
UFN（V）
220
14
10
220
nN（r/min）
1600
1400
1600
1420
1380
1500
1500
1400
1420
1400
2820/1400
1500
1430
1430
IN（A）
0.35/1.4
0.4/1.38/1.6
0.5
0.8
1.2
0.5
0.6
0.45
0.35
1.45
1.0
1.45
0.6/0.6
2.2
1.14/0.66
1.12
UN（V）
380/95
220/63.6/55
200
220
220
220（Δ）
220（Y）
220（Y）
220（Y）
220
220
220
220
220
220（Δ）/380（Y）
380（Δ）
PN（W）
230/230
152/152/152
100
120
185
100
120
170
90
90
120
90
120/90
355
180
180
名称
三相组式变压器
三相芯式变压器
直流复励发电机
直流串励电动机
直流并励（激）电动机
三相鼠笼式异步电动机
三相线绕式电机
同步发电机
同步电动机
单相电容起动电机
单相电容运转电机
单相电阻分相电机
双速异步电机
校正过的直流电机
三相鼠笼式异步电动机
三相鼠笼式异步电动机
编号
DJ11
DJ12
DJ13
DJ14
DJ15
DJ16
DJ17
DJ18
DJ18
DJ19
DJ20
DJ21
DJ22
DJ23
DJ24
DJ26
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明
实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。
开启三相交流电源的步骤为：
1）开启电源前。
要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。
控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。
2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。
此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。
3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。
实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。
输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。
当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。
4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。
实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。
将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。
开启直流电机电源的操作：
1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。
2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。
接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。
励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。
当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。
但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。
3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。
所以本电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。
4）电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。
当输出电压出现过压时，会自动切断输出，并告警指示。
此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即能输出电压。
当负载电流过大（即负载电阻过小）超过3A时，也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。
有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线（空载）开机，待直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载（不可短路）工作。
若在空载时开机仍发生过流告警，这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关）予热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。
所有这些操作到直流电压输出都有3～4秒钟的延时。
5）在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在关机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。
同时要注意在电枢电路中串联起动电阻以防止电源过流保护。
具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。
实验一直流并励电动机特性测试实验
一、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。
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、T2、η=f（Ia）、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，测取n=f（If）。
（3）观察能耗制动过程
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
2
DJ23
校正直流测功机
1台
3
DJ15
直流并励电动机
1台
4
D31
直流电压、毫安、电流表
2件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D44
可调电阻器、电容器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44
3、并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图1-1接线。
校正直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。
Rf1选用D44的1800Ω阻值。
Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。
R1用D44的180Ω阻值。
R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图1－1直流并励电动机接线图
2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。
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，调节校正直流测功机的励磁电流If2为校正值（50mA或100mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：
U＝UN，I＝IN，n＝nN。
此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。
4）保持U＝UN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。
测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。
共取数据9-10组，记录于表1-1中。
表1－1U＝UN＝VIf=IfN=mAIf2=mA
实
验
数
据
Ia（A）
n（r/min）
IF（A）
T2（N·m）
计
算
数
据
P2（W）
P1（W）
η（％）
Δn（％）
4、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，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，If＝IfN记下此时MG的IF值。
2）保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，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。
3）共取数据8-9组，记录于表1-2中
表1－2If＝IfN＝mAT2＝N·m
Ua（V）
n（r/min）
Ia（A）
（2）改变励磁电流的调速
1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG的磁场调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，I＝0.5IN记下此时的IF值。
2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：
直至n＝1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia。
共取7－8组记录于表1-3中。
表1-3U＝UN＝VT2＝N·m
n（r/min）
If（mA）
Ia（A）
（3）能耗制动
1）实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
2
DJ23
校正直流测功机
1台
3
DJ15
直流并励电动机
1台
4
D31
直流电压、毫安、安培表
2件
5
D41
三相可调电阻器
1件
6
D42
三相可调电阻器
1件
7
D44
可调电阻器、电容器
1件
8
D51
波形测试及开关板
1件
2）屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D41、D31、D44
3）按图1-2接线，先把S1合向2端，合上控制屏下方右边的电枢电源开关，把M的Rf1调至零，使电动机的励磁电流最大。
4）把M的电枢串联起动电阻R1调至最大，把S1合至电枢电源，使电动机起动，能耗制动电阻RL选用D41上180Ω阻值。
5）运转正常后，从S1任一端拔出一根导线插头，使电枢开路。
由于电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。
图1－2并励电动机能耗制动接线图
6）重复起动电动机，待运转正常后，把S1合向RL端，记录停机时间。
7）选择RL不同的阻值，观察对停机时间的影响。
五、实验报告
1、由表1-1计算出P2和η，并给出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（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。
电动机输入功率：
P1=UI
输入电流：
I=Ia+IfN
电动机效率：
由工作特性求出转速变化率：
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。
3、能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系？
为什么？
该制动方法有什么缺点？
七、思考题
1、并励电动机的速率特性n＝f（Ia）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何影响？
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？
实验二单相变压器参数测定及负载实验
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。
2、通过负载实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），PK=f（IK）,cosφK=f（IK）。
3、负载实验
（1）纯电阻负载
保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。
（2）阻感性负载
保持U1=UN，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f（I2）。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
D33
交流电压表
1件
2
D32
交流电流表
1件
3
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
4
DJ11
三相组式变压器
1件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D43
三相可调电抗器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ11、D42、D43
图2-1空载实验接线图
3、空载实验
1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图2-1接线。
被测变压器选用三相组式变压器DJ11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方向旋转到底，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“开”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=1.2UN，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2UN的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。
4）测取数据时，U=UN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2-1中。
5）为了计算变压器的变比，在UN以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表2-1中。
表2-1
序号
实验数据
计算数据
U0（V）
I0（A）
P0（W）
UAX（V）
cosφ0
4、短路实验
1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图2-2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2-2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1.1IN为止，在（0.2～1.1）IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。
4）测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据6-7组记录于表2-2中。
实验时记下周围环境温度（℃）。
表2-2室温℃
序号
实验数据
计算数据
UK（V）
IK（A）
PK（W）
cosφK
5、负载实验
实验线路如图2-3所示。
变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。
RL选用D42上900Ω加上900Ω共1800Ω阻值，XL选用D43，功率因数表选用D34-3，开关S1和S2选用D51挂箱
图2-3负载实验接线图
（1）纯电阻负载
1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S1、S2打开，负载电阻值调到最大。
2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=UN。
3）保持U1=UN，合上S1，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的值，从空载到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。
4）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2-3cosφ2=1U1=UN=V
序号
U2（V）
I2（A）
（2）阻感性负载（cosφ2=0.8）
1）用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗值调至最大。
2）接通交流电源，升高电源电压至U1=U1N
3）合上S1、S2，在保持U1=UN及cosφ2=0.8条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U2和I2。
4）测取数据时，其I2=0，I2=I2N两点必测，共测取数据6-7组记录于表2-4中。
表2-4cosφ2=0.8U1=UN=V
序号
U2（V）
I2（A）
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方电压的数据，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、绘出空载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：
（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=IN2rK75℃
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。
5、变压器的电压变化率
（1）绘出cosφ2=1和cosφ2=0.8两条外特性曲线U2=f（I2），由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率
（2）根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cosφ2=1和I2=I2N、cosφ2=0.8时的电压变化率Δu。
将两种计算结果进行比较,并分析不同性质的负载对变压器输出电压U2的影响。
6、绘出被试变压器的效率特性曲线
（1）用间接法算出cosφ2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表3-5中。
式中：
PKN为变压器IK=IN时的短路损耗（W）；
P0为变压器U0=UN时的空载损耗（W）。
为副边电流标么值
表3-5cosφ2=0.8P0=WPKN=W
I*2
P2（W）
η
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
（2）由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f（I*2）。
（3）计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm。
实验三三相变压器参数测定及负载实验
一、实验目的
1、通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。
2、通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。
二、预习要点
1、如何用双瓦特计法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。
2、三相心式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？
3、如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。
4、变压器空载和短路实验时应注意哪些问题？
一般电源应加在哪一方比较合适？
三、实验项目
1、测定变比
2、空载实验
测取空载特性U0L=f（I0L），P0=f（U0L）,cosφ0=f（U0L）。
3、短路实验
测取短路特性UKL=f（IKL），PK=f（IKL），cosφK=f（IKL）。
4、纯电阻负载实验
保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
D33
交流电压表
1件
2
D32
交流电流表
1件
3
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
4
DJ12
三相心式变压器
1件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34－3、DJ12、D42、D51
3、测定变比
图3-1三相变压器变比实验接线图
实验线路如图3-1所示，被测变压器选用DJ12三相三线圈心式变压器，额定容量PN=152/
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