《电机与电器控制》实验指导书.docx
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《电机与电器控制》实验指导书
绪论
电机实验是学习电机理论的重要实践环节。
其目的在于通过试验来验证和研究电机理论,增强感性认识,以促进认识的深化,培养学生科学的分析能力,使学生掌握电机试验的操作方法和基本技能;培养学生严肃认真和实事求是的科学作风,锻炼科学实验的能力。
为了培养学生独立分析问题和解决问题的能力;培养学生的动手操作能力;为了更有效的完成每项实验,要求学生在实验前必须作充分预习。
除复习与实验有关的理论,还要认真研究实验指导书,了解实验目的、内容、弄清实验原理、实验接线、操作方法和步骤、应测试记录的数据以及实验过程中要注意的问题,总而言之,要求学生试验前心中有数。
本指导书是根据我校电气工程及其自动化本科专业的《电机及拖动基础》课程教学大纲的实验教学要求以及我校电机实验室的现状编写的。
根据大纲要求:
增加设计性实验,减少验证性实验。
实验内容有半设计性、设计性和研究
性的实验共六个,各专业根据需要选做。
电机实验基本知识
《电机及电力拖动基础》实验是学习电机的结构原理、理解运行性能、培养学生实验技能的实践教学环节。
任务是对学生进行实验方法与技能的基本训练,培养学生的动手能力、观察能力、运用基本理论分析解决实际问题的能力,巩固加深理论课已学到的知识,做到理论联系实际,同时培养学生严肃认真和实事求是的科学作风以及辩证思维能力,为从事生产和科学试验打下初步的基础。
具体要求是:
(1)熟悉电机实验常用仪器仪表与电气设备的选择、使用及其工作原理。
(2)掌握电机基本性能的测试方法和基本参数的测定。
(3)具有较熟练地联接电路,正确读取数据并加以分析,判断和处理实际问题的能力。
(4)能根据实验目的,测试数据及发现的问题,经分析研究得出结论,编写符合要求的实验报告。
(5)具有自拟实验的能力。
一、实验方法和要求
1、仪表的使用
电工仪表均较为精密,应轻拿、轻放、正确使用。
常规仪表中,安培计由于测量电路的电流、仪表内阻很小,应串联在电路中,伏特表由于测量电路的电压、仪表内阻较大,应与电路并联,瓦特计用于测量电路内的功率,其电流线圈相当于电流表应串联于电路中,电压线圈相当于电压表应与电路并联。
如果伏特计和安培计是直流的,还应注意“十”、“—”端的联接。
仪表量程的选择极为重要,量程选择过大,读取数据误差较大;量程选择过小,易损坏仪表。
例如:
交流电源电压为220伏,而交流电压表的量程有三档:
(1)600伏;
(2)300伏;(3)150伏;则选用量程应为300伏最适宜。
2、电路接法:
(1)首先应明确实验目的,熟悉实验线路图和仪表、设备。
(2)正确选择仪表及仪表量程。
合理安排设备、仪表。
便于操作及读取数据。
(3)接线原则:
先串后并,先主后辅。
即先接串联电路。
(4)导线的粗细应根据线路电流大小来选择,一般电枢电路用粗导线,励磁电路及电压表连接用细导线。
一个接线点上的接线头不可太多,每个同学都应参加接线,并互相检查。
3、实验操作:
当电路接好后,应对所接线路和设备的状态、位置进行全面检查。
对试验电机,应用手驱动、试运转,检查运转是否灵活,有无异常声响,有无异物接触电机转动部分。
确认无误后,经指导教师复查才能送电进行实验。
送电时,应眼观仪表、设备,如有异常应立即停止送电,并进行检查。
实验过程中,同组者要进行分工,分别进行操作、读数和记录数据,操作要准确。
调节时要密切注视仪表读数的变化,要防止事故的发生,要正确读取数据。
测量点的数目和间隔应选择得适当。
如测定特性曲线,在曲线的弯曲部分,取点应密些,直线部分取点可稀些,实验结束时,应先核对实验结果,符合要求后,才可拆除线路,并将桌面上的仪表、设备、工具、导线等物件整理清点,交教师验收。
4、实验报告:
实验报告是实验的记录和总结,每个同学应独立认真编写实验报告。
应于实验后三天内交清,实验报告应用统一的作业纸编写,编写实验报告要如实反映实验结论,图表字迹应整齐清楚,数据准确。
叙述部分力求简单扼要,能说明问题,特性曲线应绘制在5×5~10×10厘米的坐标方格纸上,绘制曲线的比例尺要适当选择,便于作图和阅读,并尽可能使所绘的曲线接近正方形范围内,实验数据所在的点应以重号“.”或星号“*”标出。
所绘曲线一般应为连续光滑曲线,而不是连续各数据点的折线。
实验报告内容包括:
(1)实验名称日期
(2)实验目的
(3)被试电机和仪器设备的型号及主要额定数据
(4)实验线路图
(5)实验测量及计算的数据表
(6)绘制特性曲线
(7)数据分析、实验结论
(8)心得体会及存在问题
二、实验的组织和准备
要求同学在实验前必须充分复习教材的有关内容,认真预习实验讲义。
明确实验目的、要求、方法、步骤及注意事项,并准备记录数据的表格。
绘制曲线草图的方格纸,以及所需的计算,绘制的工具等。
电机实验是分组进行的,每组一般是3-4人,需选出一个组长,负责是实验的指挥和组织工作。
组内每人都应轮流分担一部分实验工作。
三、实验考核
1.实验考核以平时实验成绩为主,学生应参加数学大纲规定或任课教师指定的全部教学实验,交齐符合质量要求的预习报告和实验报告。
2.每学期末进行一次实验学期考试,检查实验教学效果,由指导教师综合学生各方面的情况给学生评定成绩。
电机实验安全操作规则
为了在确保人身安全和设备的情况下保证实验的顺利进行,以得到良好的实验效果。
特制定规则如下:
1.学生进入实验室应穿好绝缘鞋,不得赤足或穿拖鞋,雨天应穿雨鞋或换穿干燥的绝缘鞋。
对围巾或领带、大衣下摆、裙子、辫子等可能卷入电机的物件,必须在进实验室前进行处理。
2.进行实验前,应仔细察看设备铭牌数据,记录下来,并正确选用仪表量程。
分工进行接线,接好线路后同学互相检查,后经指导教师检查无误后方能送电,进行实验。
3、接线应力求简单、整齐、安全、方便。
接线柱应注意拧紧,防止松脱,造成短路。
实验设备和测量仪表应整齐、平稳地置于实验桌上。
4.实验过程要求分工负责,互相配合,严禁高声谈笑,应思想集中,注意安全,不得使身体的任何部分接触电路的裸露部分及电机的机械转动部分,实验者不得站在皮带的切线方向上,禁止用手或用脚帮助电机起动或制动。
5、合闸时,应注意机组转向是否正确、转速是否超过额定值或是否堵转,仪表是否超过量程或反向偏转,机组有无特殊噪音,如发现机组堵转或振动,噪音过大时应切断电源。
6、变换线路接法时,必需断开电源,不得带电操作。
7、实验中发生短路或其它事故时,应立即切除电源,保持原状,报告指导教师。
待查明原因并纠正错误后,方可继续实验。
8、实验完毕,先切断电源后再行拆线,折线时不得硬拉接线。
9、保持实验室整洁,实验完毕后应整理导线及检查实验设备。
如有损坏应及时报告指导教师,查明原因,上报处理。
经检查设备无误,并经指导教师同意后,才能离开实验室。
10、所有实验人员均应认真学习并严格遵守本规程,对违反本规程者,指导教师有权令其停止实验,并追究造成事故者的责任。
实验一直流电动机的起动及机械特性的测定
一、实验目的
1、学习直流并励电动机的起动方法
2、掌握直流并励电动机的改变转向的方法
3、测定直流并励电动机的固有机械特性和人为机械特性
二、实验线路与设备
1、线路图
图1-1
2、设备
(1)直流并励电动机一台,直流并励发电机一台。
直流并励电动机:
型号功率电压电流转速
直流并励发电机:
型号功率电压电流转速
(2)滑线变阻器三个
Rst阻值电流
Rpf阻值电流
R’pf阻值电流
(3)直流电压表一只电压
(4)直流电流表两只电流和
(5)转速计一只,负载变阻箱一只,单刀开关一只。
三、实验步骤:
1、察看并记录实验设备的铭牌数据
2、学习起动方法
按图1-1接好线后,检查各变阻器的位置是否正确。
要求将电动机电枢回路的起动电阻Rst置于最大位置,励磁回路串接的变阻器Rpf置于最小位置;发电机励磁回路串接的变阻器R’pf置于最大位置,发电机的负载变阻箱RL置于最大电阻位置。
开关QS2置于断开位置(注:
以后每次起动之前都要检查一次,各变阻器是否处于正确的起动位置)。
起动前先将QS2断开,然后合上电源开关QS1,使电动机励磁得电,接着再合上QS2,电动机开始起动,记录起动瞬间电流Ist。
待电动机转速上升后,再逐步减少Rst的阻值直至短接,这时起动完毕。
并记录空载时的U、If、Ia、n数据如下:
Ist=、U=、If=、Ia=、n=。
3、改变直流并励电动机的转向实验
1)改变电枢绕组电流方向:
对调电枢绕组的两个端纽接线;
2)改变励磁绕组电流方向:
对调励磁绕组的两个端纽接线;
3)同时改变电枢绕组和励磁绕组电流方向:
即同时对调电枢绕组和励磁绕组的端纽。
方法
顺时针或逆时针
原始方向
改变电枢绕组电流方向
改变励磁绕组电流方向
同时改变Ia和If方向
4、固有机械特性的测定
起动完毕后,逐渐减小R’pf以增加发电机励磁电流,使发电机建立电压为110V附近。
然后逐个接通负载变阻箱RL上的开关,以减小负载电阻RL,增大电动机的电枢电流。
测量时,分6次逐个断开负载变阻箱的开关,以减小负载电流直至最小值,并测取6组电动机的电枢电流及转速于表一。
表一固有机械特性
Ia(安)
n(转/分)
5、枢路串电阻的人为机械特性:
将电动机电枢回路电阻Rst由零调至某阻值,逐步调节直流电动机的负载,测取6组Ia、n数据于表二中。
(注意:
受变阻器额定电流限制,测量时Ia不要超过滑线变阻器的额定电流,同时实验过程中应迅速测取数据以防变阻器过热而损坏)。
表二Rpa=欧
Ia(安)
n(转/分)
6、改变励磁回路电流的人为机械特性
实验步骤5完成后,将电枢回路电阻Rst调至零,调节励磁回路电阻Rpf,使If’=0.8If,然后测取此时的人为机械特性,实验步骤同上,数据记于表三。
表三If’=安
Ia(安)
n(转/分)
注意:
实验接线一定要牢固,特别是实验中若励磁回路接线脱落,将发生“飞车”事故。
四、实验结果分析
1、为什么起动前,起动变阻器Rst要求置于最大位置,励磁回路变阻器Rpf置于最小位置?
起动瞬间电流Ist为什么很大?
2、为什么起动完毕必须切除起动变阻器Rst?
3、绘制固有机械特性曲线,并分析其变化规律。
4、绘制电枢回路串电阻和改变励磁回路电流的人为机械特性曲线,并分析其变化规律。
5、如何改变直流并励电动机的转向?
实验二直流电动机的调速和制动
一、实验目的
1、掌握直流并励电动机的调速方法
2、学习并掌握直流并励电动机制动运行的接线和操作方法
3、观察和了解直流并励电动机能耗制动和电源反接制动的过程
二、实验线路和设备
1、线路图
图2-1能耗制动的接线图图2-2电源反接制动的接线图
2、设备
(1)直流并励电动机一台,直流并励发电机一台。
直流并励电动机:
型号功率电压电流转速
直流并励发电机:
型号功率电压电流转速
(2)滑线变阻器三个
Rst阻值电流
Rpf阻值电流
R’pf阻值电流
(3)制动变阻器二只欧安
(4)直流电压表一只电压
(5)直流电流表一只电流
交直流两用电流表一只电流
(6)秒表一只,转速计一只,负载变阻箱一只,单刀开关一只,双刀双投开关一只。
三、实验步骤
1、察看并记录实验设备的铭牌数据
2、电枢回路串电阻调速
按照实验一的图1-1接线并起动电动机,起动完毕后,逐渐减小R’pf调节发电机两端电压约为115V;调节发电机的负载电阻RL,使电动机的电枢电流Ia约为6A,然后测量并记录Ud、If、Ia、n四个数据于表一中。
再将电动机电枢回路的电阻从零开始逐渐增大,当Rpa变化时转速会发生变化,因此Ia也会发生变化,所以必须调节负载使Ia仍然维持在原数值附近,将电动机电枢回路所串电阻Rpa与对应的转速分别记录在表一中,测4组数据即可。
然后将电枢回路串联的电阻Rpa恢复到原先位置(即短接状态)。
表一
Ud=、If=、Ia=、n=
Rpa(欧)
n(转/分)
3、改变励磁电流调速
调节磁场变阻器Rpf,记录4组If、n于表二中,然后将磁场变阻器恢复到原先位置(即短接状态)。
表二
If(安)
n(转/分)
注意:
弱磁时的转速将提高,实验中电机转速不得超过l800转/分,以免造成电机损坏。
4、自由停机
按图2-1接线,将QS2投向“电动”位置,起动电动机,起动完毕后切断电源使电动机自由停机,并记录自由停机时间于表三。
5、能耗制动
将制动电阻Rpa置于一定数值,然后正确起动电动机,起动完毕后,将电枢开关QS2迅速从“电动”位置投向“制动”位置,使电动机进行能耗制动,记录制动初瞬的电流值和制动时间于表三,然后调节制动电阻Rpa为另一数值,重复上述制动操作。
6、电源反接制动
按图2-2接线,将制动电阻Rpa置于一定数值,并将起动电阻Rst调至最大位置,相当于将Rst与Rpa串联在回路中,同时将QS2投向“电动”位置然后正确起动电动机,起动完毕后,将电枢开关QS2迅速从“电动”位置投向“制动”位置,对电动机进行电源反接制动,记录制动初瞬的电流值和制动时间于表三。
调节制动电阻Rpa为另一数值,重复上述制动操作。
(注意:
当电源反接制动使转速降低到零时,应迅速切断电源以防电动机反转)
表三
制动方法
制动电阻(欧)
制动初瞬电流(安)
制动时间(秒)
自由停机
/
/
能耗制动
Rpa=欧
Rpa=欧
电源反接制动
Rpa=欧
Rpa=欧
四、实验结果分析
1、绘制电枢回路串电阻调速的特性曲线,并分析其变化规律。
2、绘制弱磁调速的特性曲线,并分析其变化规律。
3、分析制动时间与制动初瞬电流Ibk、制动电阻Rpa的关系
4、分析比较能耗制动、电源反接制动和自由停机。
实验三单相变压器负载实验
一、实验目的
1、了解变压器的构造、熟悉变压器的主要铭牌数据
2、掌握变压器的外特性的测定方法
3、掌握钳型电流表的使用
4、掌握变压器同名端的判断方法
二、实验线路和设备:
1、线路图
图3-1
2、设备
(1)单相变压器一台
额定容量额定电压额定电流
(2)交流电流表二台安、安
(3)交流电压表二台伏、伏
(4)负载电阻箱一台
(5)钳型电流表一支
三、实验步骤
1、空载实验
按图3-1接线,注意仪表的量程的正确选择,线路检查无误后将开关QS2放在断开位置。
合上电源开关QS1测量U1、U2、I0(即变压器一次侧的空载电流)于表一,并计算空载时的变压比K值。
表一
U1(伏)
U20(伏)
I0(安)
K(U1/U2)
2、半载和满载实验
将负载电阻RL放在阻值最大位置,然后在步骤1的基础上将开关QS2闭合,然后调节负载电阻RL的阻值使变压器二次侧电流达到半载(I2=I2N/2)附近,再测量并记录U1、U2、I1、I2值于表二中,然后继续调节负载电阻RL使变压器二次侧电流达到满载(I2=I2N)附近,测量并记录U1、U2、I1、I2值于表二中。
(计算变流比I1/I2及其它数值)
表二
I1(A)
I2(A)
I1/I2
U1(V)
U2(V)
U1/U2
半载
满载
3、测单相变压器的外特性曲线
将电源开关QS1闭合,将RL阻值放在最大位置,然后合上开关QS2,逐渐减小负载电阻RL的阻值,使变压器二次侧电流I2的值增加到I2N附近,即可开始测量数据。
逐渐减小I2值(即增大负载电阻RL阻值)分4~6次测取变压器二次侧电压U2和二次侧电流I2的数据于表三中。
表三
U2(伏)
I2(安)
0
4、钳型电流表的使用
5、变压器一、二次侧同名端的判断
将变压器按图3-2接线后,合上开关QS测量UAX、Uax、UAa的电压值记录于表四中,并判断A与a为同名端还是异名端。
表四
UAX(V)
Uax(V)
UAa(V)
结论
图3-2
四、实验结果分析
1、如何测量空载电流?
空载电流为什么越小越好?
2、绘制外特性曲线;
3、分析I1/I2与k变比的关系,变比是否会随着负载的变化而变化?
4、如何判断变压器的同名端。
实验四三相异步电动机的起动和调速实验
一、实验目的
1、掌握三相笼型异步电动机主要起动方法,能进行正确的接线和操作
2、分析比较三相笼型异步电动机各种起动方法的特点和适用场合
3、学习和掌握三相绕线转子异步电动机转子回路串电阻起动和调速的接线以及操作方法。
4、学习与掌握三相笼型异步电动机变极调速的接线和使用方法
二、实验线路和设备
1、线路图
图5-1星形—三角形降压起动线路图5-2自耦变压器降压起动线路
2、设备
(1)三相笼型异步电动机二台
a)型号功率电压电流接法转速
b)型号功率电压电流接法转速
(2)三相绕线转子异步电动机一台
型号功率定子电压转子电压
定子电流转速接法转子电流
(3)三相笼型双速电动机一台
型号功率电压电流接法转速
(4)三相自耦变压器一台
(5)三相频敏变阻器一台
(6)交流电压表或万用表一只
(7)交流电流表二只安、安
(8)转速表、三刀双投开关一只、三刀单投开关二只
图5-3绕线转子异步电机转子串电阻图5-4笼型异步电动机变级调速线路
三、实验步骤
(一)三相笼型异步电动机减压起动实验
1、察看异步电动机的接线及三相自耦变压器的接线端头,记录有关数据。
2、星形—三角形降压起动(将QS3,接通):
按图5-1接线,电动机正常运行应是△联接。
注意:
先将QS2打在中间位置,然后将QS1接通,调节自耦调压器,使其输出电压为220V,再断开QS1。
(1)直接起动:
将双投开关QS2投向“△”端,合上电源开关QS1,观察并记录起动瞬间的起动电流Ist于表一中,然后断电停机。
(2)降压起动:
将双投开关QS2投向“Y”端,合上电源开关QS1,观察并记录起动瞬间的起动电流I’st于表一中。
待电动机起动后,把开关QS2迅速投向“△”端,完成起动操作,比较Y-△降压起动与直接起动时起动电流的大小。
3、自耦变压器降压起动:
按图5-2接线。
(1)直接起动:
首先将QS2置于中间“0”位,合上电源开关QSl,将QS2投向降压端,调节自耦变压器输出电压为200V,然后分断开关QS1,并将QS2置于中间“0”位置,待电动机停转后送上电源开关QS1,然后将开关QS2投向全压端,观察并记录直接起动瞬间的起动电流Ist于表二中,然后分断开关QS1并将QS2至于中间“0”位置。
(2)降压起动:
将QS2置于中间“0”位,合上电源开关QS1,然后将开关QS2投向降压端,观察并记录线路提供的降压起动电流I’st于表二中。
待电动机起动后,迅速将开关QS2转投向全压端,完成自耦变压器降压起动操作。
比较自耦变压器降压起动与直接起动时起动电流的大小。
必须指出:
以上实验原理和操作步骤是在实验条件下进行的,而在实际生产中,星形—三角形降压起动来用专门制作的Y-△起动开关来控制的;自耦变压器降压起动是由专门制作的自耦变压器(又称起动补偿器)供电动机起动用。
表一降压起动实验数据
起动方法
直接起动时起动电流Ist
(安)
降压起动
降压比
起动电流I’st(安)
Y-△
降压起动
自耦变压器降压起动
(二)三相绕线转子异步电动机转子回路串电阻起动和调速实验
1、转子回路串接变阻器起动:
三相绕线转子异步电动机一般采用转子回路串电阻起动,既可降低起动电流又能增大起动转矩。
参考图5-3线路。
起动变阻器置于最大值,QS2断开,然后合上电源开关QS1,观察并记录起动瞬间的起动电流Ist于表二中,逐步减小起动电阻直至零,最后闭合QS2把滑环短接,完成起动操作。
观察并记录起动后稳定运行时电流I的数值于表二中。
2、转子回路串电阻调速:
调速用电阻是供长期运行。
发热比较严重,是专用的,起动变阻器不能当做调速电阻使用。
但本试验时间短,暂以起动变阻器当做调速电阻使用。
线路如图5-3,起动变阻器置于最大值,QS2断开,合上电源开关,逐步减小起动电阻至最小值,然后闭合QS2将滑环短接,测取电动机的转速于表二中。
接着断开QS2,分三次增大转子回路所串的电阻,分别测取电阻值和电动机相应的转速,记于表二中。
表二Ist=安I=安
电阻(欧)
转速(转/分)
(三)三相笼型异步电动机变级调速实验
变极调速时要注意变极前后电动机的转向要保持不变,所以电源二根进线要对调,参考图5-4线路。
(1)低速运行:
开关QS3断开,开关QS2向上闭合,然后合上电源开关QSl,待电动机起动完成后,测量电动机转速,并观察转向。
(2)高速运行:
开关QS2向下闭合,开关QS3闭合,然后合上电源开关QS1,待电动机起动后,测量电动机转速,并观察转向。
(3)变速运行:
先低速运行,开关QS3断开,开关QS2向上闭合。
合上电源开关QS1,电动机处于低速运行。
要把电动机换接成高速运行时,只要把开关QS2先向下闭合,然后才允许把开关QS3闭合,使电动机处于高速运行,观察转向是否不变,转速是否升高。
四、实验结果分析
实验五三相异步电动机的制动实验
一、实验目的
了解和掌握三相异步电动机电源反接制动和能耗制动的原理及操作方法。
二、实验线路和设备
1、线路图
图6-1图6-2
2、设备
(1)三相笼型异步电动机一台,功率千瓦,电压伏,电流安,接法,转速转/分。
(2)起动变阻器1组欧安(电源反接制动用)
(3)变阻器1只欧安(能耗制动用)
(4)交直流电流表1只安
(5)三刀双投开关1只
(6)秒表1只
三、实验步骤
本实验在空载情况下进行。
1、电源反接制动实验:
按图6-1接线
(1)自由停机:
将开关QS2投向正向位置,闭合电源开关QS1,待电动机稳定运行后,切断电源开关QS1,使电动机自由停机,用秒表测量从切断开关到停转所需的时间记于表一。
(2)制动实验:
将制动电阻置最大值,开关QS2投向正位置,使电动机起动并
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