電機及其拖動基礎(chǔ)實驗指導書2010

電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書2010年9月電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書電機與拖動基礎(chǔ)實驗（序言）電機與拖動基礎(chǔ)是一門實踐性很強的課程，當你學習了電機與拖動基礎(chǔ)的理論知識后，必須通過一定數(shù)量的實驗和實踐，才能更清楚地掌握電機與拖動基礎(chǔ)的組成和本質(zhì)。在本課程中列出了兩個典型實驗：實驗一、直流電動機各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的機械特性測定。實驗二、交流異步電動機各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的機械特性測定。本課程實驗是綜合性很強的大型實驗，涉及的知識面廣，實驗時環(huán)節(jié)多，須多人協(xié)同進行。為了提高工作效率和實驗效果，建議按以下方式進行。一、預習在實驗前做好預習工作，是保證實驗順利進行的必要步驟，也是培養(yǎng)學生獨立工作能力，提高實驗質(zhì)量與效率的重要環(huán)節(jié)。要求做到：1．實驗前應復習有關(guān)課程的章節(jié)，熟悉有關(guān)理論知識。2．認真閱讀實驗指導書及有關(guān)實驗裝置的介紹，了解實驗目的、內(nèi)容、要求、方法和系統(tǒng)的工作原理，明確實驗過程中應注意的問題，有些內(nèi)容可到實驗室對照實物進行預習（如所用儀器設(shè)備、機組的名牌） 。3．畫出實驗線路圖，明確接線方式，擬出實驗步驟，列出實驗時所需記錄的數(shù)據(jù)表格。4．實驗分組進行，每組 3~4人，每人都必須預習，實驗前可每人或每組寫一份預習報告。各小組在實驗前應認真討論一次，確定組長，合理分工，預測實驗結(jié)果及大致趨勢，做到心中有數(shù)。二、實驗進行過程每個人在整個實驗過程中必須嚴肅認真，集中精力，準時完成實驗。1．預習檢查，嚴格把關(guān)實驗開始前，由指導教師檢查實驗預習質(zhì)量（包括對本次實驗的理解、認識及預習報告）。當確定已做好了實驗前的準備工作方可開始實驗。如發(fā)現(xiàn)未預習者，應拒絕其實驗。2．分工配合，協(xié)調(diào)工作每次實驗以小組為單位進行，組長負責實驗的安排，可分工進行系統(tǒng)接線、起動操作、調(diào)節(jié)負載，測量轉(zhuǎn)速及其它物理量、數(shù)據(jù)記錄等工作。在實驗過程中務求人人動手，個個主動，分工配合，協(xié)調(diào)操作，做到實驗內(nèi)容完整、數(shù)據(jù)記錄正確。3．按圖接線，力求簡明。1電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書根據(jù)擬定的實驗線路及選用的儀表設(shè)備，按圖接線，力求簡單明了。接線原則是先串聯(lián)，后并聯(lián)，即由電源開始先連接主要的串聯(lián)電路，例如單相或直流電路，從一極出發(fā)，經(jīng)過主要線路的各儀表、設(shè)備，最后返回到另一極。串聯(lián)電路接好后再把并聯(lián)支路逐段并上。導線的長短要合適，不宜過長或過短，每個接線柱上的接線不要超過兩根。接線要牢，不能松動，這樣可以減少實驗時的故障。4．確保安全，檢查無誤為了確保安全，線路接好后應互相檢查或請指導老師檢查，確認無誤后方可合閘通電。5．按照計劃，操作測試按實驗步驟由簡到繁逐步進行操作測試。實驗中要嚴格操作規(guī)程和注意事項，仔細觀察實驗中的現(xiàn)象，認真做好數(shù)據(jù)測試工作，并結(jié)合理論分析與預測趨勢相比較，判斷數(shù)據(jù)的合理性。6．認真負責，完成實驗實驗完畢，應將記錄數(shù)據(jù)交指導教師檢查，經(jīng)指導教師認可后才允許拆線、整理現(xiàn)場，并將導線分類整理，儀表、工具物歸原處。三、實驗報告實驗報告是實驗工作的總結(jié)及成果，通過書寫實驗報告，可以進一步培養(yǎng)學生的分析能力和工作能力。因此必須獨立書寫，每人一份。應對實驗數(shù)據(jù)及實驗中觀察和發(fā)現(xiàn)的問題，進行整理討論，分析研究，得出結(jié)論，寫出心得體會，以便積累一定的實際經(jīng)驗。編寫實驗報告應持嚴肅認真的科學態(tài)度，要求簡明扼要，條理清楚，字跡端正，圖表整潔，分析認真，結(jié)論明確。實驗報告應包括以下幾個方面內(nèi)容：1．試驗名稱，專業(yè)班級，組別，姓名，同組同學姓名，實驗日期。2．實驗用機組，主要儀器、儀表設(shè)備的型號、規(guī)格。3．實驗目的要求。4．實驗所用線路圖5．實驗項目，實驗步驟，實驗結(jié)果。6．整理實驗數(shù)據(jù)，注明實驗條件。7．畫出實驗所得曲線或記錄波形。8．分析實驗中遇到的問題，總結(jié)實驗心得體會。2電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書四、實驗注意事項為了按時順利完成實驗，確保實驗時人身及設(shè)備安全，養(yǎng)成良好的用電習慣，應嚴格遵守實驗室的安全操作規(guī)程，并注意下列事項：1．人體不可接觸帶電線路。2．電源必須經(jīng)過開關(guān)接入設(shè)備；接線或拆線均需在斷開電源的情況下進行。3．合閘時應招呼同組同學注意，如發(fā)現(xiàn)問題應立即切斷電源，保持現(xiàn)場，協(xié)助教師查清楚原因后方能繼續(xù)進行實驗。4．使用儀器、儀表時，要注意看清楚量程范圍，以防損害儀器、儀表，保證測量數(shù)據(jù)的正確性。5．不要亂動與本實驗無關(guān)的儀器、設(shè)備。本實驗指導書經(jīng)過自動化系01級學生試用，作了細小修改，可能還有不合理的地方，請學生和實驗指導老師繼續(xù)提出寶貴意見。編修：倪國宗運動控制實驗中心3電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書試驗一 直流電動機運行狀態(tài)機械特性的測定一、實驗目的了解直流電動機不同運行狀態(tài)時的機械特性。掌握直流電動機機械特性的測定方法。二、實驗系統(tǒng)組成及工作原理圖1-1所示是直流電動機運行狀態(tài)測定的實驗線路圖。圖1-1直流他勵電動機機械特性測定接線圖直流電動機的機械特性 n=f(T)在忽略空載機械損耗的情況下，可近似地認為，電動機軸上的輸出轉(zhuǎn)矩等于電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，即： T=CΦI，對他勵直T a流電動機在磁通不變情況下又可將n=f(Ia)曲線表示為其機械特性，因為二者只相差常數(shù)CTΦ，為了要得到在一定電樞電壓和勵磁情況下電動機的機械特性，必須在電動機軸上施加一個可變負載，以便得到不同負載下電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，從而獲得機械特性。獲得電動機在電動狀態(tài)的機械特性，在電動機軸上施加負載的形式是多種多樣的，然而要同時獲得反接，發(fā)電和能耗狀態(tài)的機械特性，其最可行的方法4電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書是采用一臺直流電機作為負載（圖中G是作為負載用的直流并勵發(fā)電機），利用其工作在不同的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，測量出被試電動機(圖中M是被試電動機)在不同運轉(zhuǎn)狀態(tài)的機械特性。三、實驗設(shè)備及儀器1．MCL-II系列電機電力電子及電氣傳動教學實驗臺主控制屏2．直流電動機-直流發(fā)電機-測速發(fā)電機組實驗機組參數(shù)：直流電動機M：100W，220V，0.55A，1600r/min直流發(fā)電機G：185W,220V,1.1A,1600r/min測速發(fā)電機：CFY-1型，2400r/min,48+/-10%V(或光電測速)3．三相可調(diào)電阻900Ω（MEL-03）4．三相可調(diào)電阻90Ω（MEL-04）5．波形測試及開關(guān)板(MEL-05)6．直流電壓、電流、毫安表（ MEL-06）7．電機起動箱（MEL-09）四、實驗內(nèi)容1．電動及回饋制動機械特性測定。2．電動及倒拉反轉(zhuǎn)機械特性測定。五、實驗方法（一）電動及回饋制動機械特性測定1．實驗接線如圖 1-1M為直流并勵電動機（接成他勵方式），PN=100W,UN=220V,IN=0.5A,nN=1420r/min勵磁電壓UfN=220V,勵磁電流IfN=0.1AG為直流并勵發(fā)電機（接成他勵方式），PN=185W,UN=220V,IN=1.1A,nn=1600r/min勵磁電壓UfN=220V,勵磁電流IfN=0.11AV1為直流電壓表，為 220V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源自帶。V2為直流電壓表，量程為 300V（MEL-06）mA1為直流電流表，為 220V直流電機勵磁電源自帶。A1為直流電流安培表，為 220V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源自帶。5電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書mA2為直流電流表，量程為 200mA（MEL-06）A2為直流電流安培表，量程為 2A（MEL-06）Rmf選用3000Ω電阻（MEL-09）Rm選用180Ω電阻（MEL-04）Rgf選用1800Ω電阻（MEL-03）Rg選用2250Ω電阻（MEL-03）S1,S2為雙刀雙開關(guān)（MEL-05）2．開關(guān)、電阻等的設(shè)置在開啟電源前，應該先檢查開關(guān)、電阻等的設(shè)置。（1）開關(guān)S1合向“1”端，S2合向“2”端。（2）電阻Rmf放至最小值。電阻 Rm、Rgf、Rg放至最大值。（3）直流電機勵磁電源開關(guān)和220V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源開關(guān)必須放在斷開位置。3．實驗步驟（1）先合總電源開關(guān)，再合直流電機勵磁電源開關(guān)和 220V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，使直流電動機M起動運轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源，使V1讀數(shù)為U=220V，調(diào)節(jié)Rm阻值至零。2）分別調(diào)節(jié)直流電動機M的磁場調(diào)節(jié)電阻Rmf，使Imf=100mA，調(diào)節(jié)發(fā)電機G的磁場調(diào)節(jié)電阻Rgf，使Igf=110mA，調(diào)節(jié)負載電阻Rg（先調(diào)節(jié)相串聯(lián)的900Ω電阻旋鈕，調(diào)到零用導線短接以免燒毀熔斷器，再調(diào)節(jié)相并聯(lián)的 900Ω電阻旋鈕），使直流電機的轉(zhuǎn)速 n=1420r/min,Ia=IN=0.5A,記錄此值。3）保持電動機的U=UN=220V，Imf=100mA不變，改變Rg及Rgf阻值，測取M在額定負載至空載范圍內(nèi)的n、Ia，可取5~6組數(shù)據(jù)填入表1-1中。表1-1 UN=220V，Imf=Ia（A）n(r/min)4）拆掉開關(guān)S2的短接線，調(diào)節(jié)Rgf，使發(fā)電機G的空載電壓達到最大（不超過220V），并且極性與電動機M電樞電壓極性相同。5）保持電動機的U=UN=220V,Imf=100mA不變將開關(guān)S2合向“1”端，調(diào)節(jié)Rg阻值至零（先調(diào)節(jié)相串聯(lián)的 900Ω電阻旋6電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書鈕，調(diào)到零用導線短接以免燒毀熔斷器）。再調(diào)節(jié)Rgf阻值使其逐步增加，電動機M的轉(zhuǎn)速升高，當A1表的電流值為零時，此時電動機的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速n0,繼續(xù)增加Rgf阻值，則電動機進入第二象限回饋制動狀態(tài)運行直至電流接近-IN，（實驗中應注意電動機轉(zhuǎn)速不要超過1800r/min）。測取電動機M的n、Ia,可取5~6組數(shù)據(jù)填入表1-2中。表1-2UN=220V，Imf=Ia(A)n(r/min)因為T=CmΦIa,而CmΦ為常數(shù)，則T∝Ia，為了簡單起見，只要求出n=f(Id)特性。電動機回饋制動機械特性如圖 1-2所示圖1-2直流他勵電動機電動運行及回饋制動機械特性（二）電動及倒拉反轉(zhuǎn)機械特性測定1．開關(guān)、電阻等的設(shè)置斷開電源，對實驗線路 1-1進行如下改動：(1)直流電動機M的磁場調(diào)節(jié)電阻 Rmf選用3000Ω電阻（MEL-09），Rm選用900Ω電阻（MEL-03）。發(fā)電機G的磁場調(diào)節(jié)電阻Rgf不用，負載電阻Rg選用2250Ω電阻（MEL-03）。(2)開關(guān)S1合向“1”端，S2合向“2”端（短接線拆掉）。把發(fā)電機G的電樞接線對調(diào)。7電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書(3)在沒有合上電源開關(guān)前，電機M的磁場調(diào)節(jié)電阻Rmf置于最小值，Rm置于300Ω左右，負載電阻Rg置于最大值。2．實驗步驟(1)先合總電源開關(guān)，再合直流電機勵磁電源開關(guān)和220V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，使直流電動機M起動運轉(zhuǎn)，測量發(fā)電機G的空載電壓是否和直流穩(wěn)壓電源極性相反，若極性相反可把S2合向“1”端。(2)調(diào)節(jié)直流電動機M的電阻Rm為900Ω左右，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源為U=220V,調(diào)節(jié)M的磁場調(diào)節(jié)電阻Rmf使Imf=100mA,保持以上值不變，逐漸減小負載電阻Rg阻值，電機減速直至為零，繼續(xù)減小Rg阻值，此時電動機工作于轉(zhuǎn)速反向的反接制動狀態(tài)運行（第四象限）。(3)再繼續(xù)減小Rg阻值（先調(diào)節(jié)相串聯(lián)的900Ω電阻旋鈕，調(diào)到零用導線短接以免燒毀熔斷器，再調(diào)節(jié)相并聯(lián)900Ω電阻旋鈕），使直流電動機M的電流接近IN，測取電動機M在第一、第四象限的n、Ia,可取5~6組數(shù)據(jù)填入表1-3中。表1-3 Rm=900Ω, UN=220V, Imf=Ia(A)n(r/min)電動及倒拉反轉(zhuǎn)機械特性如圖 1-3所示。圖1-3直流他勵電動機電動及倒拉反轉(zhuǎn)機械特性8電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書六、實驗注意事項調(diào)節(jié)串并聯(lián)電阻時，要按電流的大小而相應調(diào)節(jié)串聯(lián)或并聯(lián)電阻，防止因電阻過小產(chǎn)生過電流而燒毀熔斷絲。七、實驗報告根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出電動機運行在第一、第二、第四象限的機械特性。八、思考題（1）回饋制動實驗中，如何判別電動機運行在理想空載點？（2）直流電動機M從第一象限運行到第二象限轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向不變，電磁轉(zhuǎn)矩的方向是否改變？為什么？（3）M，G實驗機組，直流電動機M從第一象限運行到第四象限，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向變了，而電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變？為什么?作為負載的發(fā)電機G,從第一象限到第四象限其電磁轉(zhuǎn)矩的方向是否改變？為什么？9電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書實驗二、單相變壓器實驗一、實驗目的1、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、實驗系統(tǒng)組成及工作原理三、實驗設(shè)備及儀器MCL-II系列電機電力電子及電氣傳動教學實驗臺主控制屏功率及功率因數(shù)表（MEL-20）三相可調(diào)電阻900Ω（MEL-03）三相可調(diào)電阻90Ω（MEL-04）波形測試及開關(guān)板（MEL-05）三相可調(diào)電抗（MEL-08）四、實驗內(nèi)容空載實驗測取空載特性 U0 f(I0)。2. 短路實驗測取短路特性 Pk f(Ik)，Uk f(Ik)。五、實驗方法（一）空載實驗1.實驗接線如圖2-1圖2-1變壓器空載實驗接線圖變壓器T選用MEL-01三相組式變壓器中的一只或單相變壓器，實驗時，變壓器低壓線圈2U1，2U2接電源，高壓線圈1U1，1U2開路。10電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書A、V1、V2、W分別為交流電流表、交流電壓表、功率表。接線時注意電流線圈和電壓線圈的同名端，不要接錯。2.實驗步驟a).在三相交流電源斷開的條件下，將調(diào)壓器旋鈕逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底，并合理選擇各儀表的量程。變壓器T額定容量PN=77W，U1N/U2N=220V/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A。b).合總電源開關(guān)，接通三相交流電源，順時針方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器旋鈕，使變壓器空載電壓U0=1.2UN。c).然后，逐次降低電源電壓，在 1.2~0.5UN范圍內(nèi)；測取變壓器的 U0、I0、P0，可取6~7組數(shù)據(jù)填入表2-1中，其中U=UN的點必須測 ，并在該點附近測量的點應密些。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。d).數(shù)據(jù)測量結(jié)束以后，斷開三相電源開關(guān)，以便為下次實驗作好準備。表2-1（0V）I0（A）p0(W)U1U11U2計算cos2U1234567（二）短路實驗實驗接線如圖2-2圖2-2變壓器短路實驗接線圖實驗時，變壓器T的高壓線圈1U1，1U2接電源，低壓線圈2U1，2U2直接短路。11電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書A、V1、V2、W分別為交流電流表、交流電壓表、功率表。選擇方法同空載實驗。2.實驗步驟:a).在三相交流電源斷開的條件下，將調(diào)壓器旋鈕逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底，使輸出電壓為零。b).合總電源開關(guān)，接通三相交流電源，順時針方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器旋鈕，逐步加輸入電壓，使短路電流等于電壓1.1IN為止。在0.5~1.1IN范圍內(nèi)測取變壓器的UK、IK、PK，可取6~7組數(shù)據(jù)填入表2-2中。其中I=IK的點必須測。并記錄實驗時周圍的環(huán)境溫度℃。表2-2環(huán)境溫度=℃UK（V）I（A）pk(W)U1U11U2計算cos21234567六、實驗注意事項在變壓器實驗中，應該注意電壓表、電流表、功率表的合理布置。短路實驗中，操作要快，否則線圈發(fā)熱會引起電阻變化。七、實驗報告計算變比由空載實驗測取變壓器原、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。U1U11U2/U2U12U2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U0 f(I0), P0 f(I0), cos 0 f(U0)式中：cos 0

P0U0I0（2）計算激磁參數(shù)12電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書從空載特性曲線上查出對應于U0=UN時的I0和P0值，并由下式計算出激磁參數(shù)Porm I02U0ZmI02 2Xm Zm rm繪出短路特性曲線和計算短路參數(shù)。（）繪出短路特性曲線K=f（IK）、PK=f（K）、cosK=（K）1UIfI（2）計算短路參數(shù)從短路特性曲線上查出對應于短路電流IK=IN時的UK和PK值，并由下式計算出實驗環(huán)境溫度為（℃）短路參數(shù)'UKZKIKPKrKIK2XK'ZK'2rk'2折算到低壓方'ZKZK2K'rKrK2K'XKXK2K由于短路電阻rk隨溫度變化，算出的短路電阻應按國家標準換算到基準工作溫度為75℃時的阻值。rr234.575k75CK234.5Zk75CrK2750CXK2式中：234.5為銅導線的常數(shù)；若為鋁導線，其常數(shù)為 228。13電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書阻抗電壓INZK750C100%UKUNINrK750C100%UKrUNINXK100%UKXUNIK IN時的短路損耗PKN IN2rk75C利用空載和短路測定的數(shù)據(jù)，畫出被試變壓器折算到低壓邊的″T″型等效電路。14電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書實驗三 三相異步電動機各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)時機械特性測定一、實驗目的1．了解三相繞線式異步電動機在各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的機械特性。2．掌握異步電動機機械特性的測定方法。二、實驗系統(tǒng)組成及工作原理圖3-1所示是三相繞線式異步電動機各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的實驗線路圖。圖3-1三相繞線式異步電動機機械特性測定接線圖15電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書三、實驗設(shè)備及儀器MCL-II系列電機電力電子及電氣傳動教學實驗臺主控制屏三相繞線式異步電動機—直流發(fā)電機—測速發(fā)電機組實驗機組參數(shù)：三相繞線式異步電動機 M：100W，200V，0.5A，1420r/min直流電動機：185W,220V,1.1A,1600r/min（即本實驗中代號為 G，當作發(fā)電機用，作為負載）3.三相可調(diào)電阻 900Ω（MEL-03）4.三相可調(diào)電阻 90Ω（MEL-04）5.波形測試及開關(guān)板(MEL-05)6.直流電壓、電流、毫安表（ MEL-06）7.電機起動箱（MEL-09）四、實驗內(nèi)容1.測定三相繞線式異步電動機在電動狀態(tài)下機械特性。2.測定三相繞線式異步電動機在回饋制動狀態(tài)下機械特性。五、實驗方法（一）測定三相繞線式異步電動機在電動狀態(tài)下機械特性1.實驗接線如圖3-1，M為三相繞線式異步電動機，Y接法。G為直流并勵發(fā)電機（接成他勵方式），V1、A1、W1、W2為交流電壓表、電流表、功率表，V2、A2、mA分別為直流電流電壓、電流、安表，在（MEL-06）上。Rg選用675Ω電阻（MEL-03）。Rs選用三組90Ω電阻（MEL-04）。Rgf選用3000Ω電阻（MEL-09）。S1為雙刀雙開關(guān)(MEL-05)。2.開關(guān)、電阻等的設(shè)置在開啟電源前，應該先檢查開關(guān)、電阻等的設(shè)置。（1）開關(guān)S1合向“2”端。（2）V2的量程為300V檔，mA的量程為200mA檔，A2的量程為2A檔。（3）電阻Rs調(diào)至零。電阻Rgf、Rg放至最大值。（4）直流電機勵磁電源開關(guān)和 220V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源開關(guān)必須放在斷開位置。并且將直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)到零。16電機與拖動基礎(chǔ)實驗指導書3.實驗步驟：（1）合總電源開關(guān)，接通三相交流電源，調(diào)節(jié)三相交流電壓為 200V（注意觀察電動機轉(zhuǎn)向是否符合要求，并在以后的實驗中保持不變） 。（2）再合直流電機勵磁電源開關(guān)， 調(diào)節(jié)直流電動機G的磁場調(diào)節(jié)電阻 Rgf,使Igf=95mA并保持不變。合220V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源開關(guān)和復位開關(guān)，開關(guān)1S的“2”端測量電機G的輸出電壓極性，先使其極性與