电机拖动实验.docx
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电机拖动实验
第一章电机及电气技术实验的基本要求和安全操作规程
1-1实验的基本要求
电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。
培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。
在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。
现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备
实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。
实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。
认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。
二、实验的进行
1、建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。
2、选择组件和仪表
实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。
3、按图接线
根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。
为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。
4、起动电机，观察仪表
在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常（如指针正、反向是否超满量程等）。
如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
5、测取数据
预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。
正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。
6、认真负责，实验有始有终
实验完毕，须将数据交指导教师审阅。
经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
三、实验报告
实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。
实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告包括以下内容：
1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。
2）列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据（PN、UN、IN、nN）等。
3）列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。
4）数据的整理和计算
5）按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm×8cm，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。
6）根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。
实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
7）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
三相变压器
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1-1三相变压器变比实验接线图
实验线路如图3-4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=152/152/152W，UN=220/63.6/55V，IN=0.4/1.38/1.6A，Y/△/Y接法。
实验时只用高、低压两组线圈,低压线圈接电源，高压线圈开路。
将三相交流电源调到输出电压为零的位置。
开启控制屏上电源总开关，按下“开”按钮，电源接通后，调节外施电压U=0.5UN＝27.5V测取高、低线圈的线电压UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca，记录于表3-6中。
表1-1
高压绕组线电压（V）
低压绕组线电压（V）
变比（K）
UAB
Uab
KAB
UBC
Ubc
KBC
UCA
uca
KCA
计算：
变比K：
平均变比：
4、空载实验
图1-2三相变压器空载实验接线图
1）将控制屏左侧三相交流电源的调压旋钮调到输出电压为零的位置，按下“关”按钮,在断电的条件下，按图3-5接线。
变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。
2）按下“开”按钮接通三相交流电源，调节电压，使变压器的空载电压U0L=1.2UN。
3）逐次降低电源电压，在（1.2～0.2）UN范围内，测取变压器三相线电压、线电流和功率。
4）测取数据时，其中U0=UN的点必测,且在其附近多测几组。
共取数据8-9组记录于表1-2中。
表1-2
序
号
实验数据
计算数据
U0L（V）
I0L（A）
P0（W）
U0L
（V）
I0L
（A）
P0
（W）
cosΦ0
Uab
Ubc
Uca
Ia0
Ib0
Ic0
P01
P02
5、短路实验
1）将三相交流电源的输出电压调至零值。
按下“关”按钮，在断电的条件下，按图3-6接线。
变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
2）按下“开”按钮，接通三相交流电源，缓慢增大电源电压，使变压器的短路电流IKL=1.1IN。
图1-3三相变压器短路实验接线图
3）逐次降低电源电压，在1.1～0.2IN的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率。
4）测取数据时，其中IKL=IN点必测，共取数据5-6组。
记录于表1-3中。
实验时记下周围环境温度（℃），作为线圈的实际温度。
表1-3室温℃
序
号
实验数据
计算数据
UKL（V）
IKL（A）
PK（W）
UKL
（V）
IKL
（A）
PK
（W）
cosΦK
UAB
UBC
UCA
IAK
IBK
ICK
PK1
PK2
6、纯电阻负载实验
图1-4三相变压器负载实验接线图
1）将电源电压调至零值，按下“关”按钮，按图3-7接线。
变压器低压线圈接电源,高压线圈经开关S接负载电阻RL，RL选用D42的1800Ω变阻器共三只，开关S选用D51挂件。
将负载电阻RL阻值调至最大，打开开关S。
2）按下“开”按钮接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=UN。
3）在保持U1=U1N的条件下，合上开关S，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，测取三相变压器输出线电压和相电流。
4）测取数据时，其中I2=0和I2=IN两点必测。
共取数据7-8组记录于表3-9中。
表1-4U1=U1N=V；cosφ2=1
序号
U2（V）
I2（A）
UAB
UBC
UCA
U2
IA
IB
IC
I2
五、注意事项
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。
做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。
六、实验报告
1、计算变压器的变比
根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。
2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数
（1）绘出空载特性曲线U0L=f（I0L），P0=f（U0L），cosφ0=f（U0L）
表3-7中
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时的I0L和P0值，并由下式求取激磁参数。
式中
，P0——变压器空载相电压，相电流，三相空载功率（注：
Y接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）。
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UKL=f（IKL），PK=f（IKL），cosφK=f（IKL）
式中
（2）计算短路参数
从短路特性曲线查出对应于IKL=IN时的UKL和PK值，并由下式算出实验环境温度θ℃时的短路参数
式中
PK——短路时的相电压、相电流、三相短路功率。
折算到低压方
换算到基准工作温度下的短路参数ｒK75℃和ZK75℃，（换算方法见3-1内容）计算短路电压百分数
计算IK=IN时的短路损耗
4、根据空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“T”型等效电路。
5、变压器的电压变化率
（1）根据实验数据绘出cosφ2=1时的特性曲线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=IN，cosφ2=1时的电压变化率
6、绘出被试变压器的效率特性曲线
（1）用间接法算出在cosφ2=0.8时，不同负载电流时变压器效率，记录于表1-5中。
表1-5cosφ2=0.8P0=WPKN=W
I2*
P2（W）
η
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
式中I*2PNcosφ2=P2
PN为变压器的额定容量
PKN为变压器IKL=IN时的短路损耗
P0为变压器的U0L=UN时的空载损耗
（2）计算被测变压器η=ηmax时的负载系数βm。
三相鼠笼异步电动机的工作特性
一、实验目的
1、掌握用日光灯法测转差率的方法。
2、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。
3、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。
4、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。
二、预习要点
1、用日光灯法测转差率是利用了日光灯的什么特性？
2、异步电动机的工作特性指哪些特性？
3、异步电动机的等效电路有哪些参数？
它们的物理意义是什么？
4、工作特性和参数的测定方法。
三、实验项目
1、测定电机的转差率。
2、测量定子绕组的冷态电阻。
3、判定定子绕组的首末端.
4、空载实验。
5、短路实验。
6、负载实验。
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件
2
DJ23
校正过的直流电机
1件
3
DJ16
三相鼠笼异步电动机
1件
4
D33
交流电压表
1件
5
D32
交流电流表
1件
6
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
7
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
8
D42
三相可调电阻器
1件
9
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D34-3、D31、D42、D51
3、空载实验
1）按图2-1接线。
电机绕组为Δ接法（UN=220V），直接与测速发电机同轴联接，负载电机DJ23不接。
2）把交流调压器调至电压最小位置，接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。
并使电机旋转方向符合要求（如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源）。
3）保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。
图2-1三相鼠笼式异步电动机试验接线图
4）调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。
在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。
5）在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7～9组记录于表2-1中。
表2-1
序
号
U0L（V）
I0L（A）
P0（W）
cosφ0
UAB
UBC
UCA
U0L
IA
IB
IC
I0L
PⅠ
P
P0
7、短路实验
1）测量接线图同图2-1。
用制动工具把三相电机堵住。
制动工具可用DD05上的圆盘固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上。
2）调压器退至零，合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电
流到1.2倍额定电流，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。
3）在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。
表2-2
序
号
UKL（V）
IKL（A）
PK（W）
cosφK
UAB
UBC
UCA
UKL
IA
IB
IC
IKL
PⅠ
PⅡ
PK
4）共取数据5～6组记录于表2-2中。
8、负载实验
1）测量接线图同图2-1。
同轴联接负载电机。
图中Rf用D42上1800Ω阻值，RL用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
2）合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。
3）合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值（50mA或100mA）并保持不变。
4）调节负载电阻RL（注：
先调节1800Ω电阻，调至零值后用导线短接再调节450Ω电阻），使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。
5）从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、直流电机的负载电流IF等数据。
6）共取数据8～9组记录于表2-3中。
表2-3U1φ=U1N=220V（Δ）If=mA
序
号
I1L（A）
P1（W）
IF
（A）
T2
（N·m）
n
（r/min）
IA
IB
IC
I1L
PⅠ
PⅡ
P1
五、实验报告
1、计算基准工作温度时的相电阻
由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。
冷态温度为室温。
按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻：
式中ｒ1ref——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Ω；
ｒ1c——定子绕组的实际冷态相电阻，Ω；
θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75℃；
θc——实际冷态时定子绕组的温度，℃；
2、作空载特性曲线：
I0L、P0、cosφ0=f（U0L）
3、作短路特性曲线：
IKL、PK=f（UKL）
4、由空载、短路实验数据求异步电机的等效电路参数。
（1）由短路实验数据求短路参数
短路阻抗：
短路电阻：
短路电抗：
式中，PK——电动机堵转时的相电压，相电流，三相短路功率（Δ接法）。
转子电阻的折合值：
≈
式中r1C是没有折合到75℃时实际值。
定、转子漏抗：
≈≈
（2）由空载试验数据求激磁回路参数
空载阻抗
空载电阻
空载电抗
式中，P0——电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率（Δ接法）。
激磁电抗
激磁电阻
式中PFe为额定电压时的铁耗，由图4-4确定。
图2-2电机中铁耗和机械耗
5、作工作特性曲线P1、I1、η、S、cosφ1=f（P2）。
由负载试验数据计算工作特性，填入表2-5中。
表2-5U1=220V（Δ）If=mA
序
号
电动机输入
电动机输出
计算值
（A）
P1
（W）
T2
（N·m）
n
（r/min）
P2
（W）
S
（%）
η
（%）
cosφ1
计算公式为：
式中——定子绕组相电流，A；
——定子绕组相电压，V；
S——转差率；
η——效率。
6、由损耗分析法求额定负载时的效率
电动机的损耗有：
铁耗：
PFe
机械损耗：
Pmec
定子铜耗：
转子铜耗：
杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的0.5%。
式中Pem——电磁功率，W；
铁耗和机械损耗之和为：
为了分离铁耗和机械损耗，作曲线，如图2-2
延长曲线的直线部分与纵轴相交于K点，K点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过K点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗PFe。
电机的总损耗
于是求得额定负载时的效率为：
式中P1、S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。
六、思考题
1、由空载、短路实验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？
2、从短路实验数据我们可以得出哪些结论？
3、由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差？
直流电机认识实验
一、实验目的
1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
二、预习要点
1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
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?
不串接会产生什么严重后果?
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?
若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?
4、直流电动机调速及改变转向的方法。
三、实验项目
1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序
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
直流数字电压、毫安、安培表
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
8
D41
三相可调电阻器
1件
2、控制屏上挂件排列顺序
D31、D42、D41、D51、D31、D44
五、实验说明及操作步骤
1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、用伏安法测电枢的直流电阻
图3-1测电枢绕组直流电阻接线图
（1）按图2-1接线，电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。
A表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A档。
开关S选用D51挂箱。
（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。
调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。
将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表2-1中。
（3）增大R使电流分
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