电机与拖动实验指导书讲解Word格式文档下载.docx

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5．电机起动箱（MEL-09）。

6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。

五．实验说明及操作步骤

1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。

2．在控制屏上按次序悬挂MEL-13、MEL-09组件，并检查MEL-13和涡流测功机的连接。

3．直流仪表、转速表和变阻器的选择。

直流仪表、转速表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，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联，并联或串并联的接法。

（1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为300V量程档。

（2）电流量程的选择。

因为直流并励电动机的额定电流为1.1A，测量电枢电流的电表可选用2A量程档，额定励磁电流小于0.16A，测量励磁电流的毫安表选用200mA量程档。

（3）电机额定转速为1600r/min，若采用指针表和测速发电机，则选用1800r/min量程档。

若采用光电编码器，则不需要量程选择。

（4）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。

在本实验中，电枢回路调节电阻选用MEL-09组件的100Ω/1.22A电阻，磁场回路调节选用MEL-09的3000Ω/200mA可调电阻。

4．直流电动机的起动

R1：

电枢调节电阻（MEL-09）

Rf：

磁场调节电阻（MEL-09）

M：

直流并励电动机M03：

G：

涡流测功机

IS：

电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。

实验开始时，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底。

U1：

可调直流稳压电源

U2：

直流电机励磁电源

V1：

可调直流稳压电源自带电压表

V2：

直流电压表，量程为300V档，位于MEL-06

A：

可调直流稳压电源自带电流表

mA：

毫安表，位于直流电机励磁电源部。

（1）按图1-2接线，检查M、G之间是否用联轴器联接好，电机导轨和MEL-13的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。

（2）将电机电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻调至最小，转矩设定电位器（位于MEL-13）逆时针调到底。

（3）开启控制屏的总电源控制钥匙开关至“开”位置，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船形开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V电压。

（4）减小R1电阻至最小。

5．调节他励电动机的转速。

（1）分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf

（2）调节转矩设定电位器，注意转矩不要超过1.1N.m，以上两种情况可分别观察转速变化情况

6．改变电动机的转向

将电枢回路调节电阻R1调至最大值，“转矩设定”电位器逆时针调到零，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。

六．注意事项

1．直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf调到最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R1调至最小，使电机正常工作。

2．直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。

同时，必须将电枢串联电阻R1调回最大值，励磁回路串联的电阻Rf调到最小值，给下次起动作好准备。

3．测量前注意仪表的量程及极性，接法。

七．实验报告

1.画出直流并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Rf应调到什么位置？

2.增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？

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.为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？

实验二直流并励电动机特性研究

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、n=f（Ia）及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，R1=0，测取n=f（If）。

（3）观察能耗制动过程

1．MEL系列电机教学实验台的主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。

2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）或电机导轨及编码器、转速表。

3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）

4．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。

5．直流并励电动机。

6．波形测试及开关板（MEL-05）。

7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。

五．实验方法

1．并励电动机的工作特性和机械特性。

实验线路如图1-6所示

R1、Rf：

电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。

mA、A、V2：

直流毫安、电流、电压表（MEL-06）

涡流测功机励磁电流调节，位于MEL-13。

a．将R1调至最大，Rf调至最小，毫安表量程为200mA，电流表量程为2A档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与MEL-13是否相连，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，按实验一方法起动直流电源，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。

b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：

U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。

c．保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流Ia、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。

表1-8U=UN=220VIf=IfN=AKa=Ω

实

验

数

据

Ia（A）

n（r/min）

T2（N.m）

计

算

P2（w）

P1（w）

η（%）

△n（%）

2．调速特性

（1）改变电枢端电压的调速

a．按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻Rf，使电机的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2=N.m

b．保持T2不变，If=IfN不变，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，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7-8组数据填入表1-9中。

表1-9If=IfN=A,T2=N.m

Ua（V）

（2）改变励磁电流的调速

a．直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻Rf调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2=N.m

b．保持T2和U=UN不变，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表1-10中。

表1-10U=UN=220V，T2=N.m

If（A）

（3）能耗制动

按图1一7接线

直流电机电枢调节电阻和磁场调节电阻（MEL-09）

RL：

采用MEL-03中两只900Ω电阻并联。

S：

双刀双掷开关（MEL-05）

a．将开关S合向“1”端，R1调至最大，Rf调至最小，起动直流电机。

b．运行正常后，从电机电枢的一端拨出一根导线，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。

c．重复起动电动机，待运转正常后，把S合向“2”端记录停机时间。

d．选择不同RL阻值，观察对停机时间的影响。

六．实验报告

1.由表1-8计算出P2和η，并绘出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，转速n的单位为r／min。

电动机输入功率

P1=UI

电动机效率

η=

×

100％

电动机输入电流

I=Ia+IfN

由工作特性求出转速变化率：

Δn=

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？

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？

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“飞速”？

实验三直流他励电动机机械特性研究（设计型实验）

了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性

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。

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。

1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及转速表（MEL-13、MEL-14）

3．三相可调电阻900Ω（MEL-03）

4．三相可调电阻90Ω（MEL-04）

5．波形测试及开关板（MEL-05）

6、直流电压、电流、毫安表（MEL-06）

7．电机起动箱（MEL-09）

五．实验方法及步骤

1．电动及回馈制动特性

接线图如图5-1

M为直流并励电动机M12（接成他励方式），UN=220V，IN=0.55A，nN=1600r/min，PN=80W；

励磁电压Uf=220V，励磁电流If＜0.13A。

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220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V（MEL-06）；

直流电流表mA1、A1分别为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；

mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（MEL-06）

R1选用900Ω欧姆电阻（MEL-03）

R2选用180欧姆电阻（MEL-04中两90欧姆电阻相串联）

R3选用3000Ω磁场调节电阻（MEL-09）

R4选用2250Ω电阻（用MEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）

开关S1、S2选用MEL-05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）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。

（3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压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、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。

b．分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机G磁场调节电阻R3、负载电阻R4（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900Ω电阻相并联的旋钮），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R4及R3阻值，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

d．折掉开关S2的短接线，调节R3，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R4值减小，直至为零（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器）。

再调节R3阻值使阻值逐渐增加，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，继续增加R3阻值，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

因为T2=CMφI2，而CMφ中为常数，则T∝I2，为简便起见，只要求n=f（Ia）特性，见图5-2。

在断电的条件下，对图5-1作如下改动：

（1）R1为MEL-09的3000Ω磁场调节电阻，R2为MEL-03的900Ω电阻，R3不用，R4不变。

（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，R1置最小值，R2置300Ω左右，R4置最大值。

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含向“1”端。

c．调节R2为900Ω，调节直流电源电压U=UN=220V，调节R1使If=IfN，保持以上值不变，逐渐减小R4阻值，电机减速直至为零，继续减小R4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R4阻值，直至电动机M的电流接近0.8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5-3R2=900ΩUN=220VIfN=A

I2（A）

为简便起见，画n=f（Ia），见图5-3。

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。

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）。

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?

实验四三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性研究

了解三相绕线式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。

1．如何利用现有设备测定三相绕线式异步电动机的机械

2．测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。

3．如何根据所测得的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。

1．测定三相绕线式异步电动机在电动运行状态和再生发电制功状态下机械特性。

2．测定三相绕线式异步电动机在反接制动运行状态下的机械特性。

2．电机导轨及测速表（MEL-13、MEL-14）

3．直流电压、电流、毫安表（MEL-06或主控制屏上）

4．三相可调电阻器900Ω（MEL-03）

5．三相可调电阻器900Ω（MEL-04）

6．波形测试及开关板（MEL-05）

实验线路如图5-5。

M为三相绕线式异步电动机M09，额定电压UN=220伏，Y接法；

G为直流并励电动机M03（作他励接法），其UN=220伏，PN=185W

RS选用三组90Ω电阻（每组为MEL-04，90Ω电阻）

R1选用675Ω电阻（MEL-03中，450Ω电阻和225Ω电阻相串联），如右图。

Rf选用3000Ω电阻（电机起动箱中，磁场调节电阻）

V2、A2、mA分别为直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06或直流在主控制屏上

V1、A1、W1、W2为交流、电压、电流、功率表，含在主控制屏上

S1选用MEL-05中的双刀双掷开关

1．测定三相绕线式异步电机电动及再发电制动机械特性

仪表量程及开关、电阻的选择：

（1）V2的量程为300V档，mA的量程为200mA档，A2的量程为2A档。

（2）RS阻值调至零，R1、Rf阻值调至最大。

（3）开关S1合向“2”端。

（4）三相调压旋钮逆时针到底，直流电机励磁电源船形开关和220V直流稳压电源船形开关在断开位置。

并且直流稳压电源调节旋扭逆时针到底，使电压输出最小。

（1）接下绿色“闭合”按钮开关，接通三相交流电源，调节三相交流电压输出为180V（注意观察电机转向是否符合要求），并在以后的实验中保持不变。

（2）接通直流电机励磁电源，调节Rf阻值使If=95mA并保持不变。

接通可调直流稳压电源的船形开关和复位开关，在开关S1的“2”端测量电机G的输出电压极性，先使其极性与S1开关“1”端的电枢电源相反。

在R1为最大值的条件下，将S1合向“1”端。

（3）调节直流稳压电源和R1的阻值（先调节R1中的450Ω电阻，当减到0时，用导线短接，再调节225Ω电阻，同时调节直流稳压电源），使电动机从堵转（约200转左右）到接近于空载状态，其间测取电机G的Ua、Ia、n及电动机M的交流电流表A、功率表PI、PII的读数。

共取8-9组数据记录于5-6中。

表5-6U=200VRS=0If=mA

Ua（A）

I1（A）

PI（W）

PII（W）

（4）当电动机M接近空载而转速不能调高时，将S1含向“2”位置，调换发电机G的电枢极性使其与“直流稳压电源”同极性。

调节直流电源使其G的电压值接近相等，将S1合至“1”端，减小R1阻值直至为零（用导线短接900Ω相串联的电阻）。

（5）升高直流电源电压，使电动机M的转速上升，当电机转速为同步转速时，异步电机功率接近于0，继续调高电枢电压，则异步电机从第一象限进入第二象限再生发电制动状态，直至异步电机M的电流接近额定值，测取电动机M的定子电流I1、功率PI、PII，转速n和发电机G的电枢电流Ia，电压Ua，填入表5-7中。

表5-7U=200伏If=A

2．电动及反接制动运行状态下的机械特性

在断电的条件下，把RS的三只可调电阻调至90Ω，折除R1的短接导线，并调至最大2250欧，直流发电机G接到S1上的两个接线端对调，使直流发电机输出电压极性和“直流稳压电源”极性相反，开关S1合向左边，逆时针调节可调直流稳压电源调节旋钮到底。

（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出为200伏，合上励磁电源船形开关，调节Rf的阻值，使If=95mA。

（2）按下直流稳压电源的船形开关和复位按钮，起动直流电源，开关S1合向右边，让异步电机M带上负载运行，减小R1阻值（先减小1800欧0.41A，当减至最小时，用导线短接，再接小450欧0.82A），使异步发电机转速下降，直至为零。

（3）继续减小R1阻值或调离电枢电压值，异步电机即进入反向运转状态，直至其电流接近额定值，测取发电机G的电枢电流Ia、电压、Ua值和异步电动机M的定子电流I1、P1、PII、转速n，共取8-9组数据填入表5-8中。

表5-8U=200伏Uf=95mA