電機與電機拖動實驗指導書---文正求是試驗臺

1、電機與電機拖動實驗指導書針對文正求是實驗臺 蘇州大學城市軌道交通學院2013年4月3實驗一 異步電機的認識與啟動一目的（1）掌握異步電機的結構；（2）掌握異步電機的接法，包括三角形接法和星形接法；（3）掌握異步電機調(diào)速方法與機械特性的測量手段。二儀器及用具導軌+測功機、NMEL-13A智能型轉矩、轉速、輸出功率測試儀、萬用表、電纜序 號型 號名 稱數(shù) 量1MEL-002電源控制屏、三相可調(diào)交流電源MEL-0021 套2MEC02實驗桌3DD03-11不銹鋼電機導軌、光碼盤測速系統(tǒng)1 件4M04三相鼠籠式異步電動機1 臺5DJ23校正直流測功機1 臺6NMEL-13A轉矩轉速測量及控制1 件7萬

2、用表1 件8電纜若干三實驗項目（1）用萬用表測試M04三相鼠籠式異步電機定子三相繞組的冷態(tài)電阻?？碝04三相鼠籠式異步電機的名牌數(shù)據(jù) 計算額定負載轉矩TN= 首先測試M04三相鼠籠式異步電機定子電阻，然后手動將電機轉子旋轉，分別旋轉三分之一和三分之二周，同樣測取定子繞組冷態(tài)電阻。繞組AX 繞組BY 繞組CZ 繞組AX 繞組BY 繞組CZ 繞組AX 繞組BY 繞組CZ （2）降壓啟動與調(diào)速1. 使用聯(lián)軸器，將M04三相鼠籠式異步電機和導軌上測功機相連，并擰緊偏心螺絲固定。2. 將測功機的測試線連接至NMEL-13A轉矩轉速測量及控制的測試接口，打開測試儀電源開關,利用一字起調(diào)節(jié)轉矩調(diào)零旋鈕，轉矩

3、顯示調(diào)為0。星形連接 三角形連接3. 將M04三相鼠籠式異步電機按照三角形接至三相交流電源U、V、W。4. 上電前，檢查：三相可調(diào)交流電源是否在在最小。5. 接通電源，調(diào)節(jié)旋鈕，緩慢增大加給電機電樞的電壓（利用MEL-002電壓指示指針顯示三相調(diào)壓輸出），使電機加速，注意U<220V.記錄相關數(shù)據(jù) 轉向 Uuv（V） IAX（A） 功率因數(shù) T（N*m）空載 n（r/min） 計算輸入電功率P（W） 220 200 180 170 160 140 120 110 100 90 80 6. 完成后，變換加至電機繞組的三相可調(diào)交流電源的相序，給定加給電機的線電壓，測取機械特性n-T的曲線圖。

4、.記錄數(shù)據(jù) 轉向 線電壓 Uuv= VT（N*m） n（r/min） P（W） （0%） （100%）計算值 （150%） 7. 變換M04三相鼠籠式異步電機接法，按照星形接法接至三相交流電源U、V、W，重復步驟5。記錄數(shù)據(jù) 轉向 Uuv（V） IAX（A） 功率因數(shù) T（N*m）空載 n（r/min） 計算輸入電功率P（W） 8. 關閉電源，整理實驗臺。四注意事項（1）強電危險，注意安全，嚴格按照步驟，不能隨意。（2）給異步電機加電壓時，一定要緩慢增加，防止電機飛轉。五思考題（1）三相鼠籠式異步電動機有什么特點？它的銘牌包含哪些數(shù)據(jù)，其含義是？（2）改變相序后，為什么電機能夠反轉？ （3）為

5、什么電機的啟動電流會比正常工作時要大？（4）查找資料，說明如何檢測電機轉速？ 六、實驗報告（1）所用到的實驗設備（2）繪制整個實驗系統(tǒng)的接線圖（3）記錄實驗的過程、現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，用計算機繪制U-n曲線，繪制T-n曲線（4）思考題解答（5）小結、體會和建議實驗二 他勵直流電動機的機械特性測試一目的（1）熟悉直流電動機的結構；（2）掌握直流電機的勵磁繞組、電樞繞組的接法；（3）熟悉直流電動機的工作特性和機械特性；（4）掌握測取直流電動機工作特性和機械特性的方法。二儀器及用具序 號型 號名 稱數(shù) 量1MEL-002電源控制屏1 套2MEC02實驗桌3DD03-11不銹鋼電機導軌、測速光碼盤1 件4M0

6、3直流并勵電動機1 臺5DJ23校正直流測功機1 臺7MEC33-1開關組件1 件7NMEL-13A轉矩轉速測量及控制1 件8NMEL-18A直流電機儀表電源1 件9NMEL-03三相可調(diào)電阻器1 件10 可調(diào)電阻器（二）1 件11萬用表1 件12電纜若干三實驗項目（1）用萬用表測試M03直流電動機勵磁繞組和電樞繞組的冷態(tài)電阻，測3次，取平均值。先測試M03直流電動機電樞繞組電阻，然后將電機轉子分別旋轉三分之一和三分之二周，同樣測取電阻值。 A B C 9組平均值 （2）用萬用表測試勵磁繞組的冷態(tài)電阻，測3次，取平均值。勵磁繞組 平均值 （3）他勵直流電機啟動與調(diào)速1. 使用聯(lián)軸器，將M03直

7、流并勵電動機和導軌上測功機相連，并固定。將測功機的測試線連接至NMEL-13A轉矩轉速測量及控制電纜接口。直流并勵電動機接線圖2. 按圖接線。圖中電動機M選用M03直流并勵電動機（按并勵方式接線），其額定功率PN=185W，額定電壓UN=220V，額定電流IN=Ia+If1=1.2A，額定轉速nN=1600r/min，額定勵磁電流IfN0.16A；校正直流測功機MG選用DJ23，作為測功機使用，校正直流測功機MG按他勵發(fā)電機方式連接，在此作為直流他勵電動機M的負載，用于測量M的轉矩和輸出功率；RE旋轉編碼器（測速系統(tǒng)）選用DD03-11導軌；將M、MG及RE之間用橡膠聯(lián)軸器直接聯(lián)接好并用偏心螺

8、絲固定在DD03-11上，利用轉矩調(diào)零旋鈕將轉矩顯示調(diào)為0。直流Ia選用電樞電流輸入直流安培表，直流If選用NMEL-06勵磁電流輸入，直流電壓選用NMEL-06直流電壓表。勵磁電阻和電樞電阻采用NMEL-03串聯(lián)聯(lián)結而成，如下圖所示。電阻器的連接說明圖接好線后，檢查M、MG及RE之間是否用橡膠聯(lián)軸器聯(lián)接好，偏心螺絲是否打緊。上電，接通總電源，給先加勵磁電源，再加電樞電源。3. 調(diào)節(jié)1800電阻，逐漸增大加給電機電樞的電壓，使電機加速。i. 保持勵磁電流不變，改變電樞電壓，記錄數(shù)據(jù)。If= 轉向 電樞電壓U（V） 電樞電流Ia T（N*m） n（r/min） P（W） ii. 保持電樞電壓不變

9、，調(diào)節(jié)磁場調(diào)節(jié)電阻，改變勵磁電流，記錄數(shù)據(jù)。Ua= 轉向 勵磁電流If（A） 電樞電流Ia T（N*m） n（r/min） P（W） iii. 使電機工作在額定勵磁狀態(tài)If= ，電樞電壓額定值 Ua= V，改變負載，測取機械特性n-T的曲線圖。.T（N*m） n（r/min） P（W） （0%） （100%）計算值 （150%） 完成后，停機：先切斷電樞電源，再切斷勵磁電源。4. 改變勵磁電流方向，實現(xiàn)反轉，重復步驟6.i. 保持勵磁電流不變，改變電樞電壓，記錄數(shù)據(jù)。If= 轉向 電樞電壓U（V） 電樞電流Ia T（N*m） n（r/min） P（W） ii. 保持電樞電壓不變，調(diào)節(jié)磁場調(diào)節(jié)電

10、阻，改變勵磁電流，記錄數(shù)據(jù)。Ua= 轉向 勵磁電流If（A） 電樞電流Ia T（N*m） n（r/min） P（W） 完成后，停機：先切斷電樞電源，再切斷勵磁電源。5. 關閉電源，整理實驗臺。四注意事項（1）強電危險，注意安全；（2）直流電機每次啟動時，先加勵磁電源，再加電樞電源，每次停機時，都要先切斷電樞電源，再切斷勵磁電源。（3）實驗前注意儀表的種類、量程、極性及其接法是否正確。五思考題（1）如何實現(xiàn)他勵直流電機的反轉？有幾種方法？ （2）直流并勵電動機上銘牌上的數(shù)據(jù)有哪些，各有什么含義？（3）直流電動機的機械特性指的是什么？他勵電動機的機械特性nf（T）為什么是略微下降？是否會出現(xiàn)上翹現(xiàn)

11、象？為什么？上翹的速率特性對電動機運行有何影響？（4）直流他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)“飛車”？為什么？六、實驗報告（1）所用到的實驗設備（2）繪制整個實驗系統(tǒng)的接線圖（3）記錄實驗的過程、現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，繪制nf（Ua）、nf（If）、nf（T）特性曲線（4）思考題五解答（5）體會和建議實驗三 變壓器空載、短路、負載實驗一目的（1）掌握變壓器的結構；（2）掌握三相變壓器一次側、二次側的接法；（3）掌握單相變壓器的空載實驗、短路實驗、負載實驗。二儀器及用具序 號型 號名 稱數(shù) 量1MEL-002電源控制屏1 套2MEC02實驗桌3NMEL-248三相芯式變壓器1 件4NE

12、EL-001A交流電參數(shù)組件1 件5NMCL-331平波電抗器1件6NMEL-06多功能交流參數(shù)表1 件7NMEL-03三相可調(diào)電阻器1 件8萬用表1件9電纜若干三實驗項目（1）用萬用表測試三相芯式變壓器的一次側、二次側繞組的冷態(tài)電阻，測3次，取平均值。 一次側 AX BY CZ 二次側ax by cz 注意：按圖接線時，先接串聯(lián)回路（電源、電流表、繞組），再將并聯(lián)部分接上（電壓表）。對于功率表，一共有4個端子，串接的是電流端，并接的是電壓端，注意帶星端。功率表的接法（2）單相變壓器空載實驗空載實驗接線圖在三相交流電壓斷電的情況下，按圖接線。被測變壓器選擇三相芯式變壓器NMEL-248中的其中

13、一組作為單相變壓器。變壓器參數(shù)127V/63.5V，0.4A/0.8A。變壓器高壓線圈AX開路，低壓線圈ax加可調(diào)交流電壓。注意正確接入功率表MEC24-1和電壓表、電流表。打開電源，調(diào)節(jié)電壓旋鈕，使得加在ax線圈上的空載電壓U=1.1UN,然后逐次降低電源電壓，在(1.10.2) UN的范圍內(nèi)，測取數(shù)據(jù)。電壓Uax（V） 電流Iax( A） 功率P（W） UAX（V） 功率因數(shù) 完成后，切斷電源。（3）單相變壓器短路實驗短路實驗接線圖按圖接線，將變壓器高壓側線圈AX接電源，低壓側線圈ax直接短路。通電之前，將交流電源電壓調(diào)至最小。接通電源，逐次緩慢增加輸入電壓，直至短路電流IAX等于1.1I

14、N為止，在(1.10.2) IN范圍內(nèi)測取變壓器的U、I、P。電壓UAX（V） 電流IAX( A） 功率P （W） 功率因數(shù) 電流Iax( A） 完成后，切斷電源。（4）單相變壓器負載實驗按圖接線，將變壓器低壓側線圈ax接電源，高壓側線圈AX接負載，負載采用NMEL-03可調(diào)電阻器900與900串聯(lián)共1800，L選擇700mH。通電之前，將交流電源電壓調(diào)至最小，負載電阻調(diào)至最大。接通電源，緩慢增加電源電壓，直至ax繞組電壓等于1.1UN為止。然后調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，增大負載，測取變壓器的輸出電壓U和電流I。負載實驗接線圖電阻R() 電流Iax( A） Uax(V) 電流IAX( A） 電壓UAX（V

15、） 完成后，整理實驗臺。四注意事項（1）強電危險，注意安全；（2）短路實驗過程要快，防止繞組過度發(fā)熱；（3）實驗前注意儀表的種類、量程、極性及其接法是否正確。五思考題（1）單相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那側比較合適？ （2）如何根據(jù)實驗方法測定變壓器的鐵耗及銅耗？（3）同名端是如何定義的？三相變壓器的聯(lián)結組號是怎么定義的？國標規(guī)定的標準聯(lián)結有那幾種？六、實驗報告（1）所用到的實驗設備、繪制整個實驗系統(tǒng)的接線圖（2）計算變壓器的變比（3）根據(jù)空載實驗和短路實驗計算變壓器的參數(shù)（4）思考題五解答（5）體會和建議實驗四 三相異步電動機常用電氣控制線路一目的（1）掌握異步

16、電動機點動與自鎖控制線路，熟悉各個控制元件的使用方法及作用；（2）培養(yǎng)電氣線路安裝接線并進行操作的能力。（3）熟悉三相異步電動機、交流接觸器、熱繼電器、按鈕的結構、作用和接線。二儀器及用具序 號型 號名 稱數(shù) 量1MEL-002電源控制屏、三相可調(diào)交流電源MEL-0021 套2MEC02實驗桌3NEEL-10點動與自鎖控制組件1 件4M04三相鼠籠式異步電動機1 臺5DJ23校正直流測功機1 臺6NMEL-13A轉矩轉速測量及控制1 件三實驗項目1點動控制點動控制是用按鈕和接觸器控制三相異步電動機的最簡單的控制線路，其原理如圖1所示。線路的動作原理如下：合上電源開關QS起動：按住按鈕SB（不松

17、手） 接觸器KM線圈得電 KM主觸點閉合 電動機M接通三相交流電源，起動運轉。停止：松開按鈕SB 接觸器KM線圈失電 KM主觸點斷開 電動機M脫離三相交流電源，自然停轉。圖1 點動控制線路2具有過載保護的自鎖控制電動機經(jīng)過按鈕起動后，要想在松開按鈕后仍能連續(xù)運轉，則必須在電路中加入“自鎖”功能。電動機在運轉過程中，如果長期負載過大、頻繁操作、或斷相運行等都會引起電動機繞組過熱，影響電動機的使用壽命，甚至會燒壞電動機。因此，對電動機要采用過載保護，一般采用熱繼電器作為過載保護元件。具有過載保護的自鎖控制線路原理圖如圖2所示。圖2 具有過載保護的自鎖控制線路A 自鎖控制線路的動作原理如下：合上電源

18、開關S KM輔助常開觸點閉合自鎖起動：按下SB1 KM線圈得電 KM主觸點閉合 電動機M運轉松開起動按鈕SB1，由于并在SB1兩端的KM輔助常開觸點閉合自鎖，控制回路仍保持接通，KM線圈依然通電，電動機M不會停轉。 KM輔助常開觸點斷開，解除自鎖停止：按下SB2 KM線圈失電 KM主觸點斷開 電動機M停轉B過載保護線路動作原理如下：電動機在運行過程中由于過載或其它原因使負載電流超過額定值時，經(jīng)過一定時間，串接在主回路中的熱繼電器的熱元件因受熱彎曲，使串在控制回路中的常閉觸點斷開，切斷控制回路，接觸器KM的線圈斷電，其主觸點斷開，電動機M脫離電源停止轉動，達到了過載保護的目的。合上電源總開關，接

19、通三相交流220V電源。按下起動按鈕SB2，松手后觀察電動機是否繼續(xù)運轉。按下停止按鈕SB1，松手后觀察電動機是否停止運轉。電動機運轉后，可用手動斷開熱繼電器FR的常閉觸點，觀察電動機停轉情況。電動機運轉后，旋轉調(diào)壓器旋鈕，慢慢將三相調(diào)壓器輸出電壓減小，當減至一定數(shù)值時，觀察電動機是否停轉，體會按鈕接觸器控制線路的欠壓保護和失壓保護。3正反轉控制A簡單的正反轉控制圖3 簡單的正反轉控制（1）正向起動過程。按下起動按鈕SB1，接觸器KM1線圈通電，與SB1并聯(lián)的KM1的輔助常開觸點閉合，以保證KM1線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)正向運轉。（2）停止過程。按下

20、停止按鈕SB3，接觸器KM1線圈斷電，與SB1并聯(lián)的KM1的輔助觸點斷開，以保證KM1線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點 持續(xù)斷開，切斷電動機定子電源，電動機停轉。（3）反向起動過程。按下起動按鈕SB2，接觸器KM2線圈通電，與SB2并聯(lián)的KM2的輔助常開觸點閉合，以保證線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM2的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)反向運轉。缺點： KM1和KM2線圈不能同時通電，因此不能同時按下SB1和SB2，也不能在電動機正轉時按下反轉起動按鈕，或在電動機反轉時按下正轉起動按鈕。如果操作錯誤，將引起主回路電源短路。B帶電氣互鎖的正反轉控制電路圖4 帶電氣互鎖的正反轉控制

21、將接觸器KM1的輔助常閉觸點串入KM2的線圈回路中，從而保證在KM1線圈通電時KM2線圈回路總是斷開的；將接觸器KM2的輔助常閉觸點串入KM1的線圈回路中，從而保證在KM2線圈通電時KM1線圈回路總是斷開的。這樣接觸器的輔助常閉觸點KM1和KM2保證了兩個接觸器線圈不能同時通電，這種控制方式稱為互鎖或者聯(lián)鎖，這兩個輔助常開觸點稱為互鎖或者聯(lián)鎖觸點。 缺點：電路在具體操作時，若電動機處于正轉狀態(tài)要反轉時必須先按停止按鈕SB3，使互鎖觸點KM1閉合后按下反轉起動按鈕SB2才能使電動機反轉；若電動機處于反轉狀態(tài)要正轉時必須先按停止按鈕SB3，使互鎖觸點KM2閉合后按下正轉起動按鈕SB1才能使電動機正

22、轉。C同時具有電氣互鎖和機械互鎖的正反轉控制電路圖5 具有電氣互鎖和機械互鎖的正反轉控制采用復式按鈕，將SB1按鈕的常閉觸點串接在KM2的線圈電路中；將SB2的常閉觸點串接在KM1的線圈電路中；這樣，無論何時，只要按下反轉起動按鈕，在KM2線圈通電之前就首先使KM1斷電，從而保證KM1和KM2不同時通電；從反轉到正轉的情況也是一樣。這種由機械按鈕實現(xiàn)的互鎖也叫機械或按鈕互鎖。四注意事項（1）強電危險，注意安全，嚴格按照步驟，不能隨意。（2）給三相異步電機加電壓時，一定要確認控制線路的正確性。（3）通電后不要再改動電路，避免發(fā)生短路事故。五思考題（1）畫圖說明繼電器的結構以及工作原理，說明主觸頭

23、、輔助觸頭、常開接點、常閉接點的畫法和動作過程？（2）熱繼電器的工作原理是怎樣的？（3）試分析什么是點動，什么是自鎖，并比較圖1和圖2的結構和功能上有什么區(qū)別？圖4中各個電器如QS、FU1、KM、SB、SB1、SB2各起什么作用？已經(jīng)使用了熔斷器為何還要使用熱繼電器？已經(jīng)有了開關QS為何還要使用接觸器KM?（4）電氣互鎖和機械互鎖有什么差別？六、實驗報告（1）繪制整個實驗系統(tǒng)的接線圖（2）思考題解答（3）小結、體會和建議附錄 常用的電氣控制元件控制電器是指在電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的器件。1手動電器電路符號QS1）刀開關Ø 刀開關又叫閘刀開關，一般用于不頻繁操作的低壓電路中

24、，用作接通和切斷電源，有時也用來控制小容量電動機的直接起動與停機。Ø 刀開關由閘刀（動觸點）、靜插座（靜觸點）、手柄和絕緣底板等組成。Ø 刀開關的種類很多。按極數(shù)（刀片數(shù)）分為單極、雙極和三極；按結構分為平板式和條架式；按操作方式分為直接手柄操作式、杠桿操作機構式和電動操作機構式；按轉換方向分為單投和雙投等。 圖1 刀開關的電路符號Ø 刀開關一般與熔斷器串聯(lián)使用，以便在短路或過負荷時熔斷器熔斷而自動切斷電路。Ø 刀開關的額定電壓通常為250V和500V，額定電流在1500A以下。Ø 考慮到電機較大的起動電流，刀閘的額定電流值應如下選擇：35倍異

25、步電機額定電流2）按鈕按鈕常用于接通、斷開控制電路，它的結構和電路符號見圖2。按鈕上的觸點分為常開觸點和常閉觸點，由于按鈕的結構特點，按鈕只起發(fā)出“接通”和“斷開”信號的作用。 圖2 按鈕的結構和符號2自動電器1）熔斷器Ø 熔斷器主要作短路或過載保護用，串聯(lián)在被保護的線路中。線路正常工作時如同一根導線，起通路作用；當線路短路或過載時熔斷器熔斷，起到保護線路上其他電器設備的作用。Ø 熔斷器的結構有管式、磁插式、螺旋式、等幾種。其核心部分熔體（熔絲或熔片）是用電阻率較高的易熔合金制成，如鉛錫合金；或者是用截面積較小的導體制成。Ø 熔體額定電流的選擇：1無沖擊電流的場合

26、（如電燈、電爐）； 圖3 熔斷器的電路符號2一臺電動機的熔體：熔體額定電流電動機的起動電流÷2.5；如果電動機起動頻繁，則為：熔體額定電流電動機的起動電流÷(1.62)；3幾臺電動機合用的總熔體：熔體額定電流=(1.52.5)×容量最大的電動機的額定電流+其余電動機的額定電流之和。2）交流接觸器接觸器是一種自動開關，是電力拖動中主要的控制電器之一，它分為直流和交流兩類。其中，交流接觸器常用來接通和斷開電動機或其他設備的主電路。圖4是交流接觸器的主要結構圖。接觸器主要由電磁鐵和觸頭兩部分組成。它是利用電磁鐵的吸引力而動作的。當電磁線圈通電后，吸引山字形動鐵心 (上鐵心)，而使常開觸頭閉合。 圖4 接觸器工作原理圖根據(jù)用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。輔助觸頭通過的電流較小，常接在電動機的控制電路中；主觸頭能通過較大電流，常接在電動機的主電路中。如CJl0-20型交流接觸器有三個常開主觸頭和四個輔助觸頭 (兩個常開，兩個常閉)。 當主觸頭斷開時，其間產(chǎn)生電弧，會燒壞觸頭，并使電路分斷時間拉長，因此，必須采取滅弧措施。通常交流接觸器的觸頭都做成橋式結構，它有兩個斷點，以降低觸頭斷開時加在斷點上