电机拖动实验指导书.docx
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电机拖动实验指导书
电机与拖动实验指导书
电气与自动化工程学院
2013.9
实验一他励直流电动机的机械特性和调速特性
一、实验目的
1.掌握用实验方法测取他励直流电动机的机械特性。
2.掌握他励直流电动机的调速方法。
二、实验项目
1.机械特性:
保持U=UN和IfM=IfMN不变,测取n=f(I)。
2.调速特性
(1)改变电枢电压调速:
保持U=UN,If=IfMN,IfG=IfGN,IF(发电机电枢电流)=常数,测取n=f(U)。
(2)改变励磁电流调速:
保持U=UN,IfG=IfGN,IF(发电机电枢电流)=常数,测取n=f(IfM)。
三、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-05)
5.直流电压、电流、毫安表(NMEL-06/1)
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)
四、实验线路及操作步骤
1.机械特性n=f(I)
(1)按图1-1接线。
●V1为NMEL-18/1中直流电动机电枢电源自带;
●V2为NMEL-06/1中的直流电压表,量程选择300V;
●mA1、mA2分别为NMEL-18/2中直流励磁电源自带毫安表;
●A1、A2为NMEL-06/1中的直流电流表,量程选择2A;
●R为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-05中的双刀双掷开关。
(2)通电前的准备工作。
●S1、S2都处于断开状态;
●R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;
●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。
(3)通电实验
①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。
②合上S1、S2使直流电动机起动运转,调节直流电机电枢电源,使V1读数为UN=220伏。
③分别调节直流电动机励磁电流、发电机励磁电流以及负载电阻R,使直流电动机的转速nN=1600r/min,Ia=IN=1.0A,此时得到的电动机励磁电流为额定励磁电流,即If=IfN,记录此值。
④逐步增大发电机回路串接电阻R,测取电动机在额定负载至空载(空载时,断开S2)范围的n、Ia,共取5-6组数据填入表1-1中。
注意,实验过程中保持电动机的U=UN=220V,If=IfMN不变,在调节R以后应注意观察V1和mA1表读数有无变化,如有变化应及时调节相关电位器。
表1-1他励直流电动机机械特性
保持条件U=UN=V,If=IfMN=A
Ia(A)
n(r/min)
图1-1他励直流电动机机械特性接线图
2.调速特性
(1)改变电枢电压的调速特性n=f(U)
①接线如图1-1,按照测定机械特性实验内容做好起动前准备工作。
②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。
③合上S1、S2使直流电动机起动运转,调节直流电机电枢电源,使V1读数为UN=220伏。
④分别调节直流电动机励磁电流、发电机励磁电流以及负载电阻R,给电动机加适当负载,使电动机输入电流I≈0.6A(A1表),发电机电枢电压为其额定值左右。
记录此时发电机的励磁电流IfG(mA2表)和电枢电流IF(A2表)。
⑤在保持发电机励磁电流IfG和电枢电流IF不变(即转矩=常数)以及电动机励磁电流为额定励磁电流,即IfM=IfMN不变的条件下,逐渐调节RP电位器,逐渐减小电枢电压U,记录5~6组数据于表1-2中。
表1-2改变电枢电压调速实验
保持条件:
IfM=IfMN=A,IFG=A,IF=A
U(V)
n(r/min)
(2)改变励磁电流调速
①接线如图1-1,按照测定机械特性实验内容做好起动前准备工作。
②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。
③合上S1、S2使直流电动机起动运转,调节直流电机电枢电源,使V1读数为UN=220伏。
④分别调节直流电动机励磁电流、发电机励磁电流以及负载电阻R,给电动机加适当负载,使电动机输入电流I≈0.6A(A1表),发电机电枢电压为其额定值左右。
记录此时发电机的励磁电流IfG(mA2表)和电枢电流IF(A2表)。
⑤在保持发电机励磁电流IfG和电枢电流IF不变(即转矩=常数)以及电动机端电压为UN的条件下,逐渐减小电动机减小励磁电流IfM,记录5~6组数据于表1-3中。
注意转速不得大于1.2nN。
表1-3改变励磁电流调速实验
保持条件:
U=UN=A,IF=A,IfG=A
IfM(A)
n(r/min)
五、实验报告
1.绘制他励直流电动机的机械特性曲线n=f(I)。
2.绘制他励直流电动机的调速特性曲线n=f(U)和n=f(IfM),并比较两种调速方法的优缺点。
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、思考题
1.并励直流电动机的励磁回路为什么不能断线?
后果会怎样?
2.直流电动机的调速原理是什么?
调速方法有哪些?
各有何特点?
实验二单相变压器的空载、短路实验
一、实验目的
通过空载、短路实验,掌握单相变压器的参数及测定方法。
二、实验项目
1.空载实验:
测取空载特性:
。
2.短路实验:
测取短路特性:
。
三、实验设备及仪器
1.交流电压表、电流表、功率、功率因数表
2.可调电阻箱(NMEL-03/4)
3.波形测试及开关板(NMEL-05)
4.单相变压器(U1N/U2N=220V/110V,I1N/I2N=0.4A/0.8A)
四、实验线路及操作步骤
1.空载实验
(1)准备工作
①按图2-1接线。
②实验时,变压器低压线圈2U1、2U2接电源,高压线圈1U1、1U2开路。
③A、V1、V2分别为交流电流表和交流电压表。
W为功率表,需注意将电压线圈和电流线圈的同名端(标*端子)短接,避免接错线。
合理选择各仪表量程。
④未上主电源前,将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。
(2)实验
①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。
②逐渐降低外加电压,在
范围内,测量空载电压
、空载电流
、空载损耗
,共取数据6~7组,其中
(低压侧的额定电压)点的数据必测,且在该点附近测点应较密,将所测数据记于表2-1中。
(3)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单相变压器空载实验
序号
实验数据
计算数据
U0(V)
(V1表)
I0(A)
PO(W)
U1U1。
1U2
(V2表)
1
2
3
4
5
6
7
2.短路实验
(1)准备工作
①按图2-2接线(每次改接线路时,都要关断电源)。
②实验时,变压器的高压线圈接电源,低压线圈直接短路。
③A、V1、V2分别为交流电流表和交流电压表。
W为功率表,需注意将电压线圈和电流线圈的同名端(标*端子)短接,避免接错线。
合理选择各仪表量程。
④测量环境温度
,作为实验时绕组的实际温度。
(2)实验
注意:
为避免损坏变压器,短路实验时A1表电流应控制在
≈0.44A以下,并且应尽可能快的完成。
①未上主电源前,将调压器调节旋钮逆时针调到底。
②合上交流电源绿色“闭合”开关,接通交流电源。
调节调压器逐渐增大外加电压,使短路电流升至
(
为0.4A)。
③逐渐减小电流,在(
范围内,测量短路功率
,短路电流
,短路电压
。
共测取6~7组数据(包括
的点),记于表2-2中。
表2-2单相变压器短路实验室温θ=℃
序号
实验数据
计算数据
U(V)
I(A)
P(W)
1
2
3
4
5
6
7
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。
2.短路实验操作要快,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.绘出空载特性曲线和计算激磁参数
(1)绘出空载特性曲线UO=f(IO),PO=f(UO),
=f(UO)。
式中:
(2)计算激磁参数
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.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)、
=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(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。
阻抗电压
IK=IN时的短路损耗
3.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。
七、思考题
1.在空载和短路实验中,各种仪表怎样联结才能是测量误差最小?
2.如何用实验方法测定变压器的铁耗和铜耗?
3.变压器空载及短路实验时应注意哪些问题?
一般电源应接在哪一方比较合适?
实验三三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方法。
二、实验项目
1.异步电动机的直接起动。
2.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。
3.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
三、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)
3.交流电压表、电流表、功率、功率因数表
4.波形测试及开关板(NMEL-05)
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
四、实验线路及操作步骤
1.三相笼型异步电动机直接起动实验。
(电机用M04)
(1)按图3-1接线,电机绕组为Y接法。
图3-1三相笼型异步电动机直接起动实验接线图
(2)起动前准备
①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”。
②检查电机导轨和NMEL-13的连接是否良好。
(3)实验
①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。
)
②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。
③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转孔中,将测功机定转子堵住。
④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3-1中,注意试验时,通电时间不应超过10秒,以免绕组过热。
表3-1三相笼型异步电动机直接起动参数
测量值
计算值
UK(V)
IK(A)
TK(N.m)
Tst(N.m)
Ist(A)
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;
2.绕线式异步电动机的转子串电阻起动(电机用M09)
(1)实验线路如图3-2,电机定子绕组Y形接法。
图3-2绕线式异步电动机转子绕组串电阻起动实验接线图
(2)起动前准备
①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“转矩控制”,“转速/转矩设定”电位器旋钮逆时针调节到底。
②起动电源前,把调压器退至零位,起动电阻调节为零。
(3)实验
①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。
②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Tst和起动电流Ist。
③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3-2中。
表3-2绕线式异步电动机的转子串电阻起动U=180V
Rst(Ω)
0
2
5
15
Tst(N.m)
Ist(A)
3.绕线式异步电动机的转子串电阻调速(电机用M09)
(1)实验线路如图3-2。
(2)起动前准备
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。
(3)实验
①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。
②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3-3中。
表3-3绕线式异步电动机的转子串电阻调速
实验中的保持条件:
U=220V,T2=N.m
Rst(Ω)
n(r/min)
五、实验报告
绘制绕线式异步电动机转子串电阻调速的调速特性曲线,并分析转子串电阻对起动电流、起动转矩及电动机转速的影响。
六、思考题
1.三相异步电动机的主要起动方法有哪些?
2.三相异步电动机的主要调速方法有哪些?
3.起动电流、起动转矩和起动电压的关系如何?
实验四变频器控制的异步电动机调速实验
一、实验目的
1.了解变频调速的原理,通过实验理解基频以下变频调速是如何工作在恒转矩调速方式的。
2.初步了解FR-D700型变频器的使用及部分功能。
二、实验项目
基频以下恒转矩调速:
是否为常数
三、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)
3.变频器挂箱(GDJ-BPQ)
4.三相鼠笼式异步电动机M04
四、变频调速的原理
根据三相异步电动机的转速公式:
(其中
称为同步转速)
(1)
可知,改变异步电动机定子绕组供电电源的频率
,就可以改变同步转速
,从而改变转速
。
如果频率
能够实现连续可调,则异步电机可以实现平滑调速,这就是变频调速的原理。
三相异步电动机运行时,如忽略定子阻抗压降时,定子每相电压为:
(2)
式中
为气隙磁通在定子每相中的感应电动势;
为定子电源频率;
为定子每相绕组匝数;
为基波绕组系数;
为每极气隙磁通量。
如果我们改变频率
,且保持定子电源电压
不变,则由式
(2)可知,气隙每极磁通
将增大,而引起电动机铁心磁路饱和,从而导致励磁电流过大,严重时会导致损坏电机,这是不允许的。
因此,降低电源频率
时,必须同时降低电压,达到控制
的目的。
在基频以下调速时,为防止磁路饱和,我们保持
为常数,使气隙每极磁通
为常数,即恒压频比的控制方式。
在基频以下,磁通恒定时转矩也恒定,属于“恒转矩调速”性质。
五、实验线路及操作步骤
1.记录三相异步电机的铭牌数据,作为实验参考。
注:
实验中交流电机为4极电机,极对数为2。
2.交流变频器的上电及启动前的检查:
(1)确定和变频器相连的电机的功率、电压、电流等指标符合变频器的要求。
(2)按图正确接线,变频器的电源输入线接在R/L1、S/L2、T/L3端子,输出线接在U、V、W端子)接电机,且电动机采用Y型接法;测功机作为交流电机的负载。
(3)经老师确认接线无误后方可启动机组。
3.变频调速控制的电动机调速实验
(1)合上电源开关,接通变频器电源。
(2)确认变频器处于EXT(外部)运行模式(EXT灯亮)。
(3)钮子SA1打到ON使电机正转运行或钮子SA2打到ON使电机反转运行,但是不允许SA1、SA2同时打到ON位置。
(4)调节外部电位器使变频器工作于50Hz,,调节测功机“转速/转矩设定”电位器调节旋钮,给电动机加合适负载(使电动机定子电流小于其额定电流),记下此时所加转矩值T2。
(5)调节其他频率,测取数据填入表4-1,注意维持转矩T2恒定。
(5)实验结束,将SA1或SA2打到OFF位置。
(6)按下电源屏电源停止按钮,结束实验。
注:
变频器输出电流
、输出电压
可以在变频器上读。
方法:
按下SET键,可以把输出电流显示到监视器上;再次按下SET键,把输出电压显示到监视器上。
表4-1变频调速控制的电动机调速实验
实验中保持条件:
T2=_________N·m
频率(
)
六、实验报告
1.计算在不同频率下工作时,异步电机的同步转速
(
),和实测的转速
相比,有差别吗?
能否解释其中原因?
(提示:
计算出转差率
)
2.计算在不同频率下工作时,
的比值,比较5组数据的
是否相等?
并试回答其中的原因。
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