电机及拖动基础实验.docx
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电机及拖动基础实验
实验一直流电机实验
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、改变电机方向与调速的方法。
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.直流他励电动机起动时,为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器?
不连接会产生什么严重后果?
3.直流电动机起动时,励磁回路连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MCL电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安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。
4.并励直流发电机的自励过程,外特性。
四.实验设备及仪器
1.MCL电机系统教学实验台主控制屏
2.电机导轨及测功机
3.直流电机M01、M03
4.220V直流可调稳压电源(位于实验台主控制屏的下部)
5.电阻箱NMEL-03、NMEL-04、NMEL-09
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-03、MEL-04、MEL-09组件,并检查涡流测功机与实验台的连接。
3.用伏安法测电枢的直流电阻
接线原理图见图1-1。
U:
可调直流稳压电源
R:
3000Ω磁场调节电阻(NMEL-09)
V:
直流电压表(NMEL-06)
A:
直流安培表(NMEL-06)
M:
直流电机M01的电枢
(1)经检查接线无误后,逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。
直流电压表量程选为20V档,直流安培表量程选为2A档。
(2)按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关,可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关,建立直流电源,并调节直流电源至220V输出。
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UM和电流Ia。
将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周,同样测取UM、Ia,填入表1-1。
(3)增大R(逆时针旋转)使电流分别达到0.15A和0.1A,用上述方法测取六组数据,填入表1-1。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=
。
表1-1室温℃
序号
UM(V)
Ia(A)
R(Ω)
Ra平均(Ω)
Raref(Ω)
1
Ra11
Ra1
Ra12
Ra13
2
Ra21
Ra2
Ra22
Ra23
3
Ra31
Ra3
Ra32
Ra33
表中Ra1=(Ra11+Ra12+Ra13)/3
Ra2=(Ra21+Ra22+Ra23)/3
Ra3=(Ra31+Ra32+Ra33)/3
4.直流电动机的起动
R1:
电枢调节电阻(NMEL-09)
Rf:
磁场调节电阻(NMEL-09)
M:
直流并励电动机M03:
G:
涡流测功机
IS:
电流源,位于实验台测功机部分,由“转矩设定”电位器进行调节。
实验开始时,将“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
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,电机导轨和实验台测功机部分的连接线是否接好,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(位于实验台测功机部分)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,电机起动完毕。
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并记录R1、Rf、转矩变化大小与转速变化的关系。
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。
7.并励直流发电机
(1)观察自励过程
按图1-3接线
G:
直流发电机M01,PN=100W,UN=200V,IN=0.5A,NN=1600r/min
M:
直流电动机M03,按他励接法
R1、Rf1:
电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻,位于NMEL-09。
A1、mA1:
直流电流表、毫安表,位于可调直流电源和励磁电源上。
mA2、A2:
直流毫安表、电流表位于实验台左边。
Rf2:
MEL-03中二只900Ω电阻相串联,并调至最大。
R2:
采用MEL-03中间端和下端变阻器,采用串并联接法,阻值为2250Ω。
S1、S2:
位于MEL-05
V1、V2:
直流电压表,其中V1位于直流可调电源上,V2位于实验台左边。
a.断开主控制屏电源开关,即按下红色按钮,钥匙开关拨向“关”。
b.开关S1、、S2断开。
按前述方法起动电动机,调节电动机转速,使发电机的转速n=nN,用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压,若无剩磁电压,可将并励绕组改接他励进行充磁。
c.合上开关S1,逐渐减少Rf2,观察发电机电枢两端电压,若电压逐渐上升,说明满足自励条件,如果不能自励建压,将励磁回路的两个端头对调联接即可。
(2)外特性
a.在并励发电机电压建立后,调节负载电阻R2到最大,合上负载开关S2,调节电动机的磁场调节电阻Rf1,发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2,使发电机n=nN,U=UN,I=IN。
此时,If=IfN。
记下IfN。
b.保持If=IfN和n=nN不变的条件下,逐步减小负载即增大负载电阻R2,直至I=0,从额定到空载运行范围内,每次测取发电机的电压U和电流I,共取6-7组数据,填入表1-5中,其中额定和空载两点必测。
表1-5n=nN=1600r/minIfN=mA
U(V)
I(A)
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?
为什么?
2.列出电枢回路的调节电阻、励磁回路的调节电阻和负载转矩的大小与转速变化的关系。
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?
5.并励发电机不能建立电压有哪些原因?
6.在发电机一电动机组成的机组中,当发电机负载增加时,为什么机组的转速会变低?
为了保持发电机的转速n=nN,应如何调节?
7.计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验测得电枢绕组电阻值,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电枢绕组电阻值:
Raref=Ra
式中Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。
(Ω)
Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。
(Ω)
θref——基准工作温度,对于E级绝缘为75℃。
θa——实际冷态时电枢绕组的温度。
(℃)
8、在坐标纸上作发电机的外特性。
9、实验的心得体会。
实验二直流他励电动机机械特性测定
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.MCL-II电机系统教学实验台。
2.直流电机M01、M03
3.三相可调电阻900Ω(NMEL-03)
4.三相可调电阻90Ω(NMEL-04)
5.波形测试及开关板(NMEL-05)
6、直流电压、电流、毫安表(位于实验台)
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2-1
M为直流并励电动机M01(原标示是并励发电机,现当他励电动机使用),UN=200V,IN=0.5A,nN=1600r/min,PN=100W;励磁电压Uf=220V,励磁电流If<0.13A。
G为直流并励电动机M03(原标示是并励电动机,现当他励发电机使用),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(位于实验台左端);
直流电流表mA1、A1分别为220V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;
R0选用100Ω电阻(MEL-09中电枢调节电阻);
R1选用3000Ω电阻(MEL-09中磁场调节电阻);
R2选用360Ω电阻(MEL-04中四个90欧姆电阻相串联);
R3选用3600Ω电阻(用MEL-03中四个只900Ω电阻相串联);
R4选用1800Ω电阻(用MEL-03中两个900Ω电阻相串联);
开关S1、S2选用MEL-05中的双刀双掷开关。
按图2-1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、R3至最小值,R2、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电源船型开关,使直流电动机M起动运转,调节直流可调电源,使V1读数为U=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负载电阻R4(必要时再调节R0),使直流电动机M的转速nN=1600r/min,Ia=IN=0.5A,此时If=IfN,记录此值。
c.保持电动机的U=UN=220V,If=IfN不变,增大R4(或增大R0),测取直流电动机M从额定负载至空载(当R4和R0调节至最大后拆掉开关S2的短接线,这时直流电动机M为空载运行)范围的n、Ia,共取5-6组数据填入表中。
表2-1UN=220伏IfN=mA
Ia(A)
n(r/min)
d.拆掉开关S2的短接线后,调节R3,使发电机G的空载电压达到220伏,并且要求其极性与电动机电枢电压相同(根据实际接线和直流电压表显示的正负判断)。
e.保持电枢电源电压U=UN=220V,If=IfN,把开关S2合向“1”端,将R4和R0值减小,直至为零(先调节R4,然后调节R0),再调节R3使阻值逐渐增加,机组M-G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0.7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2-2中。
表2-2UN=220伏IfN=mA
Ia(A)
n(r/min)
2.能耗制动特性
操作前,把S1合向“2”端,R1、、R3置最小值,R2置360Ω,R4置0Ω,R0置最大,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R0,使电机M的能耗制动电流Ia接近0.8IaN,然后再逐步增大R0、R4至最大,在此范围内测取电动机M的Ia、n,共取6-7组数据,记录于表2-3中。
表2-3R2=360ΩIfN=mA
Ia(A)
n(r/min)
调节R2为180Ω,重复上述实验步骤,测取Ia、n,共取6-7组数据,记录于表2-4中。
表2-4R2=180ΩIfN=mA
Ia(A)
n(r/min)
3.电动及反接制动特性。
在断电的条件下,对图2-1作如下改动:
(1)R1不变,R2为MEL-03的630Ω电阻(两个900Ω电阻并联后再串联两个90Ω电阻),R3为MEL-03的1800Ω电阻,R0、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、R3置最小值,R2、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.调节直流电源电压U=UN=220V,调节R1使If=IfN,调节R3使发电机G的If=80mA,保持以上值不变,逐渐减小R4阻值,电机减速直至为零(此点必测),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2-5中。
表2-5R2=900ΩUN=200VIfN=A
I2(A)
n(r/min)
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
1、根据实验数据在同一坐标纸上绘出电动机运行在第一、第二、第四象限的各种运转状态时的机械特性n=f(Ia)。
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。
2、回馈制动实验中,如何判别电动机运行在理想空载点?
3、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?
4、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?
5、计算题:
两台完全一样的并励直流电机,它们的转轴互相耦合在一起,而电枢并联于230V的直流电网上(极性正确),转轴上不带任何负载。
已知在1000r/min时空载特性如下:
If/A
1.3
1.4
E0/V
186.7
195.9
电枢回路总电阻都是0.1Ω(包括电刷接触电阻),现在机组运行的转速是1200r/min,甲台电机的励磁电流为1.4A,乙台电机的励磁电流为1.3A,问:
(1)这时哪台电机为发电机,哪台为电动机?
(2)总的机械损耗和铁损耗是多少?
(3)只调节励磁电流能否改变两台电机的运行状态(转速不变)?
(4)是否可以在1200r/min时两台电机都从电网吸取功率或向电网送功率?
5、实验的心得体会。
实验三三相变压器参数测定
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应注意哪些问题?
电源应加在哪一方较合适?
三.实验项目
1.测定变比
2.空载实验:
测取空载特性U0=f(I0),P0=f(U0),cos0=f(U0)。
3.短路实验:
测取短路特性UK=f(IK),PK=f(IK),cosK=f(IK)。
4.纯电阻负载实验:
保持U1=U1N,cos2=1的条件下,测取U2=f(I2)。
四.实验设备及仪器
1.MEL系列电机教学实验台主控制屏(含交流电压表、交流电流表)
2.功率及功率因数表(含在主控制屏内)
3.三相心式变压器(MEL-02)
4.三相可调电阻900Ω(NMEL-03)
5.波形测试及开关板(NMEL-05)
五.实验方法
1.测定变比
实验线路如图3-1所示,被试变压器选用MEL-02三相三线圈心式变压器,额定容量PN=152/152/152W,UN=220/63.5/55V,IN=0.4/1.38/1.6A,Y/Δ/Y接法。
实验时只用高、低压两组线圈,中压线圈不用。
a.在三相交流电源断电的条件下,将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。
并合理选择各仪表量程。
b.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=0.5UN,测取高、低压线圈的线电压U1U1.1V1、U1V1.1W1、U1W1.1U1、U3U1.3V1、U3V1.3W1、U3W1.3U1,记录于表3-1中。
表3-1
U(V)
KUV
U(V)
KVW
U(V)
KWU
K=1/3(KUV
+KVW+KWU)
U1U1.1V1
U3U1.3V1
U1V1.1W1
U3V1.3W1
U1W1.1U1
U3W1.3U1
KUV=U1U1.1V1/U3U1.3V1
KVW=U1V1.1W1/U3V1.3W1
KWU=U1W1.1U1/U3W1.3U1
2.空载实验
实验线路如图3-2所示,变压器T选用MEL-02三相心式变压器。
实验时,变压器低压线圈接电源,高压线圈开路。
功率表接线时,需注意电压线圈和电流线圈的同名端,避免接错线。
a.接通电源前,先将交流电源调到输出电压为零的位置。
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
b.然后,逐次降低电源电压,在1.2~0.5UN的范围内;测取变压器的三相线电压、电流和功率,共取6~7组数据,记录于表3-2中。
其中U=UN的点必须测,并在该点附近测的点应密些。
c.测量数据以后,断开三相电源,以便为下次实验作好准备。
表3-2
序号
实验数据
计算数据
U0(V)
I0(A)
P0(W)
UO
(V)
IO
(A)
PO
(W)
cos0
U3U1.3V1
U3V1.3W1
U3W1.3U1
I3U10
I3V10
I3W10
PO1
P02
1
2
3
4
5
6
3.短路实验
实验线路如图3-3所示,变压器高压线圈接电源,低压线圈直接短路。
接通电源前,将交流电压调到输出电压为零的位置,接通电源后,逐渐增大电源电压,使变压器的短路电流IK=1.1IN。
然后逐次降低电源电压,在1.1~0.5IN的范围内,测取变压器的三相输入电压、电流及功率,共取4~5组数据,记录于表3-3中,其中IK=IN点必测。
实验时,记下周围环境温度(0C),作为线圈的实际温度。
表3-3θ=OC
序号
实验数据
计算数据
UK(V)
IK(A)
PK(W)
UK
(V)
IK
(A)
PK
(W)
cosK
U1U1.1V1
U1V1.1U1
U1W1.1U1
I1U1
I1V1
I1W1
PK1
PK2
1
2
3
4
5
4.纯电阻负载实验
实验线路如图2-7所示,变压器低压线圈接电源,高压线圈经开关S(MEL-05)接负载电阻RL,RL选用三只1800Ω电阻(MEL-03中的900Ω和900Ω相串联)。
a.将负载电阻RL调至最大,合上开关S1接通电源,调节交流电压,使变压器的输入电压U1=U1N。
b.在保持U1=U1N的条件下,逐次增加负载电流,从空载到额定负载范围内,测取变压器三相输出线电压和相电流,共取5~6组数据,记录于表2-9中,其中I2=0和I2=IN两点必测。
表2-9UUV=U1N=V;cos2=1
序
号
U(V)
I(A)
U1U1.1V1
U1V1.1W1
U1W1.1U1
U2
I1U1
I1V1
I1W1
I2
1
2
3
4
5
六.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。
七.实验报告
1.计算变压器的变比
根据实验数据,计算出各项的变比,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U0=f(I0),P0=f(U0),cosφ0=f(U0)。
式中
(2)计算激磁参数
从空载特性曲
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