电机学实验报告电气一班.docx

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电机学实验报告电气一班

电机学实验报告

学院：

老师：

专业：

电气工程及其自动化

学号：

实验一直流他励电动机机械特性

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．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=0.07A

Ia（A）

0.18

0.21

0.19

0.24

0.22

0.27

n（r/min）

1573

1552

1568

1547

1716

1711

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=0.07A

Ia（A）

0.05

0.15

0.23

0.31

0.36

0.42

n（r/min）

1782

1807

1828

1848

1846

1889

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。

2．电动及反接制动特性。

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=0.07A

I2（A）

0,23

0.26

-0.27

-0,29

0.30

0.35

0.39

n（r/min）

0

-90

-221

-521

--720

-1254

-1330

为简便起见，画n=f（Ia），见图5-3。

3．能耗制动特性

图5-1中，R1用3000Ω，R2改为360欧（采用MEL-04中只90Ω电阻相串联），R3采用MEL-03中的900欧电阻，R4仍用2250Ω电阻。

操作前，把S1俣向“2”端，R1、R2置最大值，R3置最大值，R4置300欧（把两只串联电阻调至零位，并用导线短接，把两只并联电阻调在300欧位置），S2合向“1”端。

按前述方法起动发电机G（此时作电动机使用），调节直流稳压电源使U=UN=220伏，调节R1使电动机M的If=IfN,调节R3使发电机G的If=80mA，调节R4并先使R4阻值减小，使电机M的能耗制动电流Ia接近0.8IaN数据，记录于表5-4中。

表5-4R2=360ΩIfN=mA

Ia（A）

-0.3

-0.2

 -0.18

-0.15 

 -0.13 

-0.10 

-0.08

n（r/min）

-1432

-911

-810

-655

-552

-428

-320

调节R2的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5-5R2=180ΩIfN=mA

Ia（A）

-0.43

-0.29

-0.27

-0.19

-0.12

-006

-0.02

n（r/min）

-868

-757

-614

-460

-324

-256

-127

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）。

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?

由直流他励电动机反馈制动的机械特性可知，电动机运行在理想空载点时有两个基本特性，即T=0和0nn。

实验中转速测量仪不易读准转速，因此判别电动机的理想空载点依据是实验电路中的2A表的电流值为0。

电枢电流为零，输出转矩为零，电动机空载。

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?

第一象限是电动机运行，第二象限是发电机运行。

第二象限时，转速为正，电磁转矩为负，表示电机转子从轴上吸收机械功率，电机变为发电机。

当然此时电流也为负

3.M，G实验机组,当电动机M从第一象限运行到第四象限,其转向反了,而电磁转矩方向不变,为什么?

作为负载的G,从第一到第四象限其电磁矩方向是否改变?

为什么?

因为电动机的转向发生了变化，在这时它的的电流方向就发生了变化，但是励磁电流的方向没有变化，所以电磁转矩方向并没有发生变化。

负载G的电磁转矩发生了改变。

假设，在第一象限时G的转子电流和励磁电流都为正方向，

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．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。

2．指针式交流电流表。

3．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。

4．电机起动箱（MEL-09）。

5．鼠笼式异步电动机（M04）。

6．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（MEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-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MEL-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）

161.7

0.817

0.75

1.39

1.112

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MEL-05。

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MEL-09的绕线电机起动电阻（分0，2，5，15，∞五档），MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关扳向“转速控制”，“转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。

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，逆时针调节“转速设定”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秒的以免绕组过热。

表3-9U=180伏

Rst（Ω）

0

2

5

15

Tst（N.m）

0.68

0.74

0.78

0.67

Ist（A）

1.850

1.632

1.416

0.986

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。

MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针到底，“转速设定”电位器顺时针到底。

MEL-09“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=220伏T2=N.m

Rst（Ω）

0

2

5

15

n（r/min）

183

193

189

150

六．实验报告

1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。

1.直接起动：

优点：

起动简单；缺点：

起动电流大，对电网冲击大。

星三角起动：

优点：

起动电流为全压起动时的1／3；缺点：

起动转矩均为全压起动时的1／3。

2.自耦降压起动：

优点：

起动较平稳，设备较简单；缺点：

不能频繁起动。

延边三角起动：

优点：

起动电流小，转矩较星三角大；缺点：

仅适用于定子绕组有中间抽头的电机。

3.定子串电阻（电抗）起动：

优点：

可用于调速；缺点：

电阻损耗大，不能频繁起动。

4.软启动：

优点：

启动平滑，对电网冲击少；缺点：

费用较高，有谐波干扰。

5.变频启动：

优点：

启动平滑，对电网冲击少，起动转矩大，可用于调速；缺点：

费用高，有谐波干扰。

6.转子串电阻起动（绕线式异步电动机）：

优点是起动转矩大；缺点是启动损耗较大。

转子串接频敏变阻器起动（绕线式异步电动机）：

优点：

接线简单；缺点：

起动转矩不很大。

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）

IST=U/

Tst=M1*p*U^2r2’/wi

/w1

（2）外施电压为UN/

。

（Y—Δ起动）

Ist=U/

Tst=M1*p*U^2r2’/wi

/w1/3

（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）。

Ist=U/

/Ka^2

Tst=M1*p*U^2r2’/wi

/w1/Ka^2

电源上，因R上有电压降，所以加到电动机上的电压减去R上的压降，这时电动机的启动电流也就减小了。

绕线式电动机转子串联电阻启动，即在转子绕组中串联一级或若干级电阻，以达到减小启动电流的目的。

在启动后逐级切除电阻，使电动机正常运转，改善了机械特性，提高了启动转矩。

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。

绕线式异步电动机转子绕组串入的电阻越大，电动机的转速变慢，转动力矩变大，所以绕线式异步电动机主要用在带负荷启动，启动频繁，经常变换转速的地方，串入的电阻既是启动绕组，又是改变转速的电阻。

七．思考题

1.起动电流和外施电压正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？

2.当电网频率和三相交流异步电机的阻抗参数都为常数时，电机的最大转矩、起动转矩均与外施电压的平方成正比。

3.起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？

主要是因为负载为感性,电启动中电流和电压是变化的.

实验总结：

根据这次实验我学到了笼型异步电动机的启动。

它可以分为直接启动，降压启动（自耦变压器降压启动，星形——三角形（Y-△）起动，绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速）两种。

直接起动最为简单，当电网有足够容量可才用这种办法，在实验中可以看到转矩大，产生的电流也大，但一般要求要有小的启动电流，这种办法不好。

对于降压启动的方法，自耦变压器降压启动将让启动电流减小到1/（k*k）倍，Y-△启动电流可减小到1/3，绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器可将启动电流减小到原来的K倍。

其中R越大，启动电流越小。

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。

三．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。

四．实验设备

1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。

3．电机起动箱（MEL-09）。

4．三相鼠笼式异步电动机M04。

5．三相绕线式异步电动机M09。

五．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，其中电压表采用指针式或数字式均可，量程选用300V档，电流表采用数字式，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MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转速控制”，并将“转速设定”调节旋钮顺时针调到底。

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）逆时针缓慢调节“转速设定”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）

1454

1330

1320

1287

1268

1247

1233

1201

1178

转矩（N.m）

0.25

0.29

0.34

0.38

0.41

0.44

0.49

0.52

0.54

（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”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T，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）

200

250

270

303

320

355

397

418

457

转矩（N.m）

0.28

0.32

0.34

0.38

0.44

0.47

0.52

0.53

0.59

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MEL-04中两只90Ω电阻相并联（最大值为45Ω）。

MEL-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。

逆时针调节“转速设定”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200转/分左右。

在空载转速至200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）

651

580

554

527

517

482

427

363

326

转矩（N.m）

1.11

1.16

1.18

1.20

1.21

1.23

1.24

1.26

1.28

（2）绕线电机的转子调节电阻调到2Ω（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5-12U=180VY接法RS=2Ω

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

转速（r/min）

637

618

579

536

512

433

397

349

308

转矩（N.m）

1.11

1.13

1.14

1.17

1.19

1.23

1.26

1.27

1.29