電機系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書

電機系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書PAGEPAGE12目錄TOC\o"1-2"\h\z\u實驗一認識實驗 1實驗二直流并勵電動機 5實驗三直流他勵電動機機械特性 8實驗四單相變壓器 13實驗五三相異步電動機的起動與調(diào)速 19實驗六三相異步電動機在各種運行狀態(tài)下的機械特性 23實驗七異步電機的M-S曲線測繪 27實驗一認識實驗一．實驗?zāi)康?．學習電機實驗的基本要求與安全操作注意事項。2．認識在直流電機實驗中所用的電機、儀表、變阻器等組件及使用方法。3．熟悉他勵電動機（即并勵電動機按他勵方式）的接線、起動、改變電機方向與調(diào)速的方法。二．預(yù)習要點1．如何正確選擇使用儀器儀表，特別是電壓表、電流表的量程。2．直流他勵電動機起動時，為什么在電樞回路中需要串聯(lián)起動變阻器？不連接會產(chǎn)生什么嚴重后果？3．直流電動機起動時，勵磁回路連接的磁場變阻器應(yīng)調(diào)至什么位置？為什么？若勵磁回路斷開造成失磁時，會產(chǎn)生什么嚴重后果？4．直流電動機調(diào)速及改變轉(zhuǎn)向的方法。三．實驗項目1．了解教學實驗臺中的直流穩(wěn)壓電源、渦流測功機、變阻器、多量程直流電壓表、電流表、毫安表及直流電動機的使用方法。2．用伏安法測直流電動機和直流發(fā)電機的電樞繞組的冷態(tài)電阻。3．直流他勵電動機的起動，調(diào)速及改變轉(zhuǎn)向。四．實驗設(shè)備及儀器1．電機系統(tǒng)教學實驗臺主控制屏2．電機導(dǎo)軌及測功機、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量組件3．直流并勵電動機M034．220V直流可調(diào)穩(wěn)壓電源5．電機起動箱（NMEL-09）6．直流電壓、毫安、安培表（MEL-06）五．實驗說明及操作步驟1．由實驗指導(dǎo)人員講解電機實驗的基本要求，實驗臺各面板的布置及使用方法，注意事項。2．在控制屏上按次序懸掛NMEL-13A、NMEL-09組件，并檢查NMEL-13A和渦流測功機的連接。3．直流儀表、轉(zhuǎn)速表和變阻器的選擇。直流儀表、轉(zhuǎn)速表量程是根據(jù)電機的額定值和實驗中可能達到的最大值來選擇，變阻器根據(jù)實驗要求來選用，并按電流的大小選擇串聯(lián)，并聯(lián)或串并聯(lián)的接法。（1）電壓量程的選擇如測量電動機兩端為220V的直流電壓，選用直流電壓表為300V量程檔。（2）電流量程的選擇。因為直流并勵電動機的額定電流為1.1A，測量電樞電流的電表可選用2A量程檔，額定勵磁電流小于0.16A，測量勵磁電流的毫安表選用200mA量程檔。（3）電機額定轉(zhuǎn)速為1600r/min，若采用指針表和測速發(fā)電機，則選用1800r/min量程檔。若采用光電編碼器，則不需要量程選擇。（4）變阻器的選擇變阻器選用的原則是根據(jù)實驗中所需的阻值和流過變阻器最大的電流來確定。在本實驗中，電樞回路調(diào)節(jié)電阻選用NMEL-09組件的100Ω/1.22A電阻，磁場回路調(diào)節(jié)選用NMEL-09的3000Ω/200mA可調(diào)電阻。4．直流電動機的起動R1：電樞調(diào)節(jié)電阻（NMEL-09）Rf：磁場調(diào)節(jié)電阻（NMEL-09）M：直流并勵電動機M03：G：渦流測功機IS：電流源，位于NMEL-13A，由“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器進行調(diào)節(jié)。實驗開始時，將NMEL-13A“轉(zhuǎn)速控制”和“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)撥向“轉(zhuǎn)矩控制”，“轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制”電位器逆時針旋到底。U1：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。U2：直流電機勵磁電源。V1：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源自帶電壓表。V2：直流電壓表，量程為300V檔。A：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源自帶電流表。mA：毫安表，位于直流電機勵磁電源部。（1）按圖1-2接線，檢查M、G之間是否用聯(lián)軸器聯(lián)接好，電機導(dǎo)軌和NMEL-13A的連接線是否接好，電動機勵磁回路接線是否牢靠，儀表的量程，極性是否正確選擇。（2）將電機電樞調(diào)節(jié)電阻R1調(diào)至最大，磁場調(diào)節(jié)電阻調(diào)至最小，“轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制”電位器（位于NMEL-13A）逆時針調(diào)到底。（3）開啟控制屏的總電源控制鑰匙開關(guān)至“開”位置，按次序按下綠色“閉合”按鈕開關(guān)，打開勵磁電源船形開關(guān)和可調(diào)直流電源船形開關(guān)，按下復(fù)位按鈕，此時，直流電源的綠色工作發(fā)光二極管亮，指示直流電壓已建立，旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)電位器，使可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出220V電壓。（4）減小R1電阻至最小。5．調(diào)節(jié)他勵電動機的轉(zhuǎn)速。（1）分別改變串入電動機M電樞回路的調(diào)節(jié)電阻R1和勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rf。（2）調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制”電位器，注意轉(zhuǎn)矩不要超過1.1N.m，以上兩種情況可分別觀察轉(zhuǎn)速變化情況。6.改變電動機的轉(zhuǎn)向?qū)㈦姌谢芈氛{(diào)節(jié)電阻R1調(diào)至最大值，“轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制”電位器逆時針調(diào)到零，先斷開可調(diào)直流電源的船形開關(guān)，再斷開勵磁電源的開關(guān)，使他勵電動機停機，將電樞或勵磁回路的兩端接線對調(diào)后，再按前述起動電機，觀察電動機的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速表的讀數(shù)。六．注意事項1．直流他勵電動機起動時，須將勵磁回路串聯(lián)的電阻Rf調(diào)到最小，先接通勵磁電源，使勵磁電流最大，同時必須將電樞串聯(lián)起動電阻R1調(diào)至最大，然后方可接通電源，使電動機正常起動，起動后，將起動電阻R1調(diào)至最小，使電機正常工作。2．直流他勵電機停機時，必須先切斷電樞電源，然后斷開勵磁電源。同時，必須將電樞串聯(lián)電阻R1調(diào)回最大值，勵磁回路串聯(lián)的電阻Rf調(diào)到最小值，給下次起動作好準備。3．測量前注意儀表的量程及極性，接法。七．實驗報告1．畫出直流并勵電動機電樞串電阻起動的接線圖。說明電動機起動時，起動電阻R1和磁場調(diào)節(jié)電阻Rf應(yīng)調(diào)到什么位置？為什么？2．增大電樞回路的調(diào)節(jié)電阻，電機的轉(zhuǎn)速如何變化？增大勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻，轉(zhuǎn)速又如何變化？3．用什么方法可以改變直流電動機的轉(zhuǎn)向？4．為什么要求直流并勵電動機磁場回路的接線要牢靠？實驗二直流并勵電動機一.實驗?zāi)康?．掌握用實驗方法測取直流并勵電動機的工作特性和機械特性。2．掌握直流并勵電動機的調(diào)速方法。二.預(yù)習要點1．什么是直流電動機的工作特性和機械特性？2．直流電動機調(diào)速原理是什么？三.實驗項目1．工作特性和機械特性保持U=UN和If=IfN不變，測取n、T2、n=f(Ia)及n=f(T2)。2．調(diào)速特性(1)改變電樞電壓調(diào)速保持U=UN、If=IfN=常數(shù)，T2=常數(shù)，測取n=f(Ua)。(2)改變勵磁電流調(diào)速保持U=UN，T2=常數(shù)，R1=0，測取n=f(If)。(3)觀察能耗制動過程四．實驗設(shè)備及儀器1．電機教學實驗臺的主控制屏2．電機導(dǎo)軌及渦流測功機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量（NMEL-13A）3．可調(diào)直流穩(wěn)壓電源（含直流電壓、電流、毫安表）4．直流電壓、毫安、安培表5．直流并勵電動機6．旋轉(zhuǎn)指示燈及開關(guān)板（NMEL-05B）7．三相可調(diào)電阻900Ω（NMEL-03）8．電機起動箱（NMEL-09）五．實驗方法1．并勵電動機的工作特性和機械特性。實驗線路如圖1-6所示。U1：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。R1、Rf：電樞調(diào)節(jié)電阻和磁場調(diào)節(jié)電阻，位于NMEL-09。mA、A、V2：直流毫安、電流、電壓表。G：渦流測功機。IS：渦流測功機勵磁電流調(diào)節(jié)，位于NMEL-13A。a．將R1調(diào)至最大，Rf調(diào)至最小，毫安表量程為200mA，電流表量程為2A檔，電壓表量程為300V檔，檢查渦流測功機與NMEL-13A是否相連，將NMEL-13A“轉(zhuǎn)速控制”和“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)撥向“轉(zhuǎn)矩控制”，“轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制”電位器逆時針旋到底，打開船形開關(guān)，按實驗一方法起動直流電源，使電機旋轉(zhuǎn)，并調(diào)整電機的旋轉(zhuǎn)方向，使電機正轉(zhuǎn)。b．直流電機正常起動后，將電樞串聯(lián)電阻R1調(diào)至零，調(diào)節(jié)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出至220V，再分別調(diào)節(jié)磁場調(diào)節(jié)電阻Rf和“轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制”電位器，使電動機達到額定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此時直流電機的勵磁電流If=IfN（額定勵磁電流）。c．保持U=UN，If=IfN不變的條件下，逐次減小電動機的負載，即逆時針調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器，測取電動機電樞電流Ia、轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T2，共取數(shù)據(jù)7-8組填入表1-8中。表1-8U=UN=220VIf=IfN=ARa=Ω實驗數(shù)據(jù)Ia（A）n（r/min）T2（N.m）計算數(shù)據(jù)P2（w）P1（w）η（%）△n（%）2．調(diào)速特性（1）改變電樞端電壓的調(diào)速a．按上述方法起動直流電機后，將電阻R1調(diào)至零，并同時調(diào)節(jié)負載，電樞電壓和磁場調(diào)節(jié)電阻Rf，使電機的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，記錄此時的T2=N.mb．保持T2不變，If=IfN不變，逐次增加R1的阻值，即降低電樞兩端的電壓Ua，R1從零調(diào)至最大值，每次測取電動機的端電壓Ua，轉(zhuǎn)速n和電樞電流Ia，共取7-8組數(shù)據(jù)填入表1-9中。表1-9If=IfN=A,T2=N.mUa（V）n（r/min）Ia（A）（2）改變勵磁電流的調(diào)速a．直流電動機起動后，將電樞調(diào)節(jié)電阻和磁場調(diào)節(jié)電阻Rf調(diào)至零，調(diào)節(jié)可調(diào)直流電源的輸出為220V，調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制”電位器，使電動機的U=UN，Ia=0.5IN，記錄此時的T2=N.mb．保持T2和U=UN不變，逐次增加磁場電阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次測取電動機的n、If和Ia，共取7-8組數(shù)據(jù)填寫入表1-10中。表1-10U=UN=220V，T2=N.mn（r/min）If（A）Ia（A）(3)能耗制動按圖1一7接線。U1：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。R1、Rf：直流電機電樞調(diào)節(jié)電阻和磁場調(diào)節(jié)電阻（NMEL-09）。RL：采用NMEL-03中兩只900Ω電阻并聯(lián)。S：雙刀雙擲開關(guān)（NMEL-05B）。a．將開關(guān)S合向“1”端，R1調(diào)至最大，Rf調(diào)至最小，起動直流電機。b．運行正常后，從電機電樞的一端撥出一根導(dǎo)線，使電樞開路，電機處于自由停機，記錄停機時間。c．重復(fù)起動電動機，待運轉(zhuǎn)正常后，把S合向“2”端記錄停機時間。d．選擇不同RL阻值，觀察對停機時間的影響。六．實驗報告1．由表1-8計算出P2和η，并繪出n、T2、η=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲線。電動機輸出功率P2=0.105nT2式中輸出轉(zhuǎn)矩T2的單位為N·m，轉(zhuǎn)速n的單位為r／min。電動機輸入功率P1=UI電動機效率η=×100％電動機輸入電流I=Ia+IfN由工作特性求出轉(zhuǎn)速變化率：Δn=×100％2．繪出并勵電動機調(diào)速特性曲線n=f(Ua)和n=f(If)。分析在恒轉(zhuǎn)矩負載時兩種調(diào)速的電樞電流變化規(guī)律以及兩種調(diào)速方法的優(yōu)缺點。3．能耗制動時間與制動電阻RL的阻值有什么關(guān)系？為什么？該制動方法有什么缺點？七．思考題1．并勵電動機的速率特性n=f(Ia)為什么是略微下降？是否會出現(xiàn)上翹現(xiàn)象？為什么？上翹的速率特性對電動機運行有何影響？2．當電動機的負載轉(zhuǎn)矩和勵磁電流不變時，減小電樞端壓，為什么會引起電動機轉(zhuǎn)速降低？3．當電動機的負載轉(zhuǎn)矩和電樞端電壓不變時，減小勵磁電流會引起轉(zhuǎn)速的升高，為什么？4．并勵電動機在負載運行中，當磁場回路斷線時是否一定會出現(xiàn)“飛速”？為什么？實驗三單相變壓器一．實驗?zāi)康?．通過空載和短路實驗測定變壓器的變比和參數(shù)。2．通過負載實驗測取變壓器的運行特性。二．預(yù)習要點1．變壓器的空載和短路實驗有什么特點？實驗中電源電壓一般加在哪一方較合適？2．在空載和短路實驗中，各種儀表應(yīng)怎樣聯(lián)接才能使測量誤差最?。?．如何用實驗方法測定變壓器的鐵耗及銅耗。三．實驗項目1．空載實驗測取空載特性UO=f(IO)，PO=f(UO)。2．短路實驗測取短路特性UK=f(IK)，PK=f(I)。3．負載實驗(1)純電阻負載保持U1=U1N，=1的條件下，測取U2=f(I2)。四．實驗設(shè)備及儀器1．電機教學實驗臺主控制屏2．功率及功率因數(shù)表3．單相變壓器4．三相可調(diào)電阻900Ω（NMEL-03）5．旋轉(zhuǎn)指示燈及開關(guān)板（NMEL-05B）五．實驗方法1．空載實驗實驗線路如圖2-1變壓器T選用NMEL-24A單相變壓器。實驗時，變壓器低壓線圈2U1、2U2接電源，高壓線圈1U1、1U2開路。A、V1、V2分別為交流電流表、交流電壓表。W為功率表，接線時，需注意電壓線圈和電流線圈的同名端，避免接錯線。a．在三相交流電源斷電的條件下，將調(diào)壓器旋鈕逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底。并合理選擇各儀表量程。b．合上交流電源總開關(guān)，即按下綠色“閉合”開關(guān)，順時針調(diào)節(jié)調(diào)壓器旋鈕，使變壓器空載電壓U0=1.2UNc．然后，逐次降低電源電壓，在1.2~0.5UN的范圍內(nèi)（UN=55V）；測取變壓器的U0、I0、P0，共取6~7組數(shù)據(jù)，記錄于表2-1中。其中U=UN的點必須測，并在該點附近測的點應(yīng)密些。為了計算變壓器的變化，在UN以下測取原方電壓的同時測取副方電壓，填入表2-1中。e．測量數(shù)據(jù)以后，斷開三相電源，以便為下次實驗作好準備。表2-1序號實驗數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)U0（V）I0（A）PO（W）U1U1。1U212345672．短路實驗實驗線路如圖2-2。（每次改接線路時，都要關(guān)斷電源）實驗時，變壓器T的高壓線圈接電源，低壓線圈直接短路。A、V、W分別為交流電流表、電壓表、功率表，選擇方法同空載實驗。a．斷開三相交流電源，將調(diào)壓器旋鈕逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底，即使輸出電壓為零。b．合上交流電源綠色“閉合”開關(guān)，接通交流電源，逐次增加輸入電壓，直到短路電流等于1.1IN為止。在0.5~1.1IN范圍內(nèi)測取變壓器的UK、IK、PK，（IN=0.35A）共取6~7組數(shù)據(jù)記錄于表2-2中，其中I=IK的點必測。并記錄實驗時周圍環(huán)境溫度（℃）。表2-2室溫θ=℃序號實驗數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)U（V）I（A）P（W）123456六．注意事項1．在變壓器實驗中，應(yīng)注意電壓表、電流表、功率表的合理布置。2．短路實驗操作要快，否則線圈發(fā)熱會引起電阻變化。七．實驗報告1．計算變比由空載實驗測取變壓器的原、副方電壓的三組數(shù)據(jù)，分別計算出變比，然后取其平均值作為變壓器的變比K。K=U1u1.1U2／U2u1.2u22．繪出空載特性曲線和計算激磁參數(shù)(1)繪出空載特性曲線UO=f(IO)，PO=f(UO)，=f(UO)。式中：(2)計算激磁參數(shù)從空載特性曲線上查出對應(yīng)于Uo=UN時的IO和PO值，并由下式算出激磁參數(shù)3．繪出短路特性曲線和計算短路參數(shù)（1）繪出短路特性曲線UK=f(IK)、PK=f(IK)、=f(IK)。（2）計算短路參數(shù)。從短路特性曲線上查出對應(yīng)于短路電流IK=IN時的UK和PK值，由下式算出實驗環(huán)境溫度為θ（OC）短路參數(shù)。折算到低壓方,,由于短路電阻rK隨溫度而變化，因此，算出的短路電阻應(yīng)按國家標準換算到基準工作溫度75OC時的阻值。式中：234.5為銅導(dǎo)線的常數(shù)，若用鋁導(dǎo)線常數(shù)應(yīng)改為228。阻抗電壓IK=IN時的短路損耗實驗四三相異步電動機的起動與調(diào)速一．實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握異步電動機的起動和調(diào)速的方法。二．預(yù)習要點1．復(fù)習異步電動機有哪些起動方法和起動技術(shù)指標。2．復(fù)習異步電動機的調(diào)速方法。三．實驗項目1．異步電動機的直接起動。2．異步電動機星形——三角形（Y-△）換接起動。3．自耦變壓器起動。4．繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器起動。5．繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器調(diào)速。四．實驗設(shè)備及儀器1．電機系統(tǒng)教學實驗臺主控制屏（含交流電壓表、電流表）2．電機導(dǎo)軌及測功機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量（NMEL-13A）3．電機起動箱（NMEL-09）4．鼠籠式異步電動機（M04A）5．繞線式異步電動機（M09）五．實驗方法1．三相籠型異步電動機直接起動試驗。按圖3-5接線，電機繞組為△接法。起動前，把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量實驗箱（NMEL-13A）中電位器旋鈕逆時針調(diào)到底，“轉(zhuǎn)速控制”、“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)撥向“轉(zhuǎn)矩控制”，檢查電機導(dǎo)軌和NMEL-13A的連接是否良好。儀表的選擇：交流電壓表為數(shù)字式或指針式均可，交流電流表則為指針式。a．把三相交流電源調(diào)節(jié)旋鈕逆時針調(diào)到底，合上綠色“閉合”按鈕開關(guān)。調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸出電壓達電機額定電壓220伏，使電機起動旋轉(zhuǎn)。（電機起動后，觀察NMEL-13A中的轉(zhuǎn)速表，如出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)向不符合要求，則須切斷電源，調(diào)整次序，再重新起動電機。）b．斷開三相交流電源，待電動機完全停止旋轉(zhuǎn)后，接通三相交流電源，使電機全壓起動，觀察電機起動瞬間電流值。c．斷開三相交流電源，將調(diào)壓器退到零位。用起子插入測功機堵特孔中，將測功機定轉(zhuǎn)子堵住。d．合上三相交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，觀察電流表，使電機電流達2~3倍額定電流，讀取電壓值UK、電流值IK、轉(zhuǎn)矩值TK，填入表中，注意試驗時，通電時間不應(yīng)超過10秒，以免繞組過熱。對應(yīng)于額定電壓的起動轉(zhuǎn)矩TST和起動電流I比按下式計算：式中Ik：起動試驗時的電流值，A；TK：起動試驗時的轉(zhuǎn)矩值，N.m；式中UK：起動試驗時的電壓值，V；UN：電機額定電壓，V；測量值計算值UK（V）IK（A）TK（N.m）Tst(N.m)Ist(A)2．星形——三角形（Y-△）起動按圖3-6接線，電壓表、電流表的選擇同前，開關(guān)S選用NMEL-05B。a．起動前，把三相調(diào)壓器退到零位，三刀雙擲開關(guān)合向右邊（Y）接法。合上電源開關(guān)，逐漸調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸出電壓升高至電機額定電壓UN=220V，斷開電源開關(guān)，待電機停轉(zhuǎn)。b．待電機完全停轉(zhuǎn)后，合上電源開關(guān)，觀察起動瞬間的電流，然后把S合向左邊（△接法），電機進入正常運行，整個起動過程結(jié)束，觀察起動瞬間電流表的顯示值以與其它起動方法作定性比較。3．自耦變壓器降壓起動按圖3-5接線。電機繞組為△接法。a．先把調(diào)壓器退到零位，合上電源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器旋鈕，使輸出電壓達110伏，斷開電源開關(guān)，待電機停轉(zhuǎn)。b．待電機完全停轉(zhuǎn)后，再合上電源開關(guān)，使電機就自耦變壓器，降壓起動，觀察電流表的瞬間讀數(shù)值，經(jīng)一定時間后，調(diào)節(jié)調(diào)壓器使輸出電機達電機額定電壓UN=220伏，整個起動過程結(jié)束。4．繞線式異步電動機轉(zhuǎn)繞組串入可變電阻器起動實驗線路如圖3-7，電機定子繞組Y形接法。轉(zhuǎn)子串入的電阻由刷形開關(guān)來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)電阻采用NMEL-09的繞線電機起動電阻（分0，2，5，15，∞五檔），NMEL-13A中“轉(zhuǎn)矩控制”和