电机与电力拖动实验指导书.doc

电机及电力拖动技术 实验指导书 自动化实验室编 河北工程大学 教务处 （二七年） 实实验验安安全全操操作作规规程程 为了顺利完成实验任务，确保人身安全与设备安全，实验者要遵 守如下规定： 1、接线、拆线或多处改接线路时要切断电源。实验中确需带电更改少量 线路时，可用一只手操作，一次拔插一根线，不可双手同时接触线路。 任何时候人体都不得接触导线裸漏部分等可能带电的部件。 2、完成接线或改接线路后要经指导教师检查，并使周围同学注意后方可 接通电源。 3、实验中如发生事故，应立即切断电源，并妥善处理。 4、实验室总电源开关的闭合由实验指导人员操作，其他人员允许分闸但 不得合闸。 5、实验中电动机高速旋转，要谨防衣服、围巾和头发等卷入其中造成人 身伤害。 1 实实验验一一 直直流流电电动动机机各各种种运运转转状状态态的的机机械械特特性性 测测试试 一一、实实验验目目的的 掌握用实验方法测定他励直流电动机各种运行状态下机械特性的方法。 二二、预预习习要要点点 1改变直流电动机机械特性有哪些方法。 2直流电动机在什么情况下，从电动运行状态进入回馈制动状态。直流电动机回 馈制动时，能量传递关系，电势平衡方程式以及机械特性。 3直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式以及机械特性。 三三、实实验验内内容容 1测定电动及回馈制动状态下的机械特性。 2测定能耗制动状态下的机械特性。 3测定电动及反接制动状态下的机械特性。 四四、实实验验设设备备 1RTDJ34RTDJ31 直流并励电动机直流复励发电机 2RTDJ09RTDJ10RTDJ37 电阻挂箱 3RTZN02 智能直流电压电流表挂箱，用 2 只 4RTDJ12 波形测试及开关板 5手持式转速表 五五、实实验验操操作作 1、实验接线 按图 3-1 接线，图中各部分说明如下： 1 MD 和 Ldf为被测直流电动机的电枢绕组和励磁绕组，使用 RTDJ34 直流并励电 动机，接成他励方式使用。额定电压 220V，电流 1.1A，转速 1500rpm。 2 MG 和 Lgf为作测试设备使用的直流电机的电枢绕组和励磁绕组，使用 RTDJ34 直流复励发电机，接成他励方式使用。与被测电机同轴连接。 3 电阻 R1900，选用 RTDJ37 上端的电阻。R2360180180，选用 RTDJ37 中间的电阻和 RTDJ09 上端的电阻。R3360018001800，选 用 RTDJ10 上端和中间的电阻。R4810450180180，选用 RTDJ10 下端的电阻（两只 900 并联） 、RTDJ09 中间的电阻和下端的电阻。 4 直流电流表 A1 和 A3 选用两只 RTZN02 中的小量程电流表，A2 和 A4 选用其大 量程电表。 5 “直流电机励磁电源”和“直流电机电枢电源”分别取自实验台左边电源控制 屏中部的相应电源输出。 6 发电机电枢回路里可并联一只直流电压表，用 RTZN02 上端的电压表。 2 2、电动及回馈制动状态下的机械特性测定 1R2 和 R4 阻值调到最大。S1 合向电源侧 1，S2 置于中间位置。电枢电源调到最 低（旋钮逆时针旋转到底） ，并关闭电枢电源开关。 2闭合实验台电源总开关，按下起动按钮，接通励磁电源开关。调节电阻 R1 使电 动机励磁电流 If110mA；调节电阻 R3 使发电机励磁电流 Igf100mA。 3接通电枢回路电源，升高电枢电源电压到 220V 并保持不变。这时电机应该起动 到了较高速度正常运转，观察是否有异常。 4用直流电压表检测 S2 中间位置两接线端与电源侧“1” （图中右侧）两接线端的 极性是否相同。若不同，对调 S2 电源侧的两条线，使之极性相同。 5把 S2 扳到短路线侧“2” ，把 R2 调到“0 ” ，减小 R4 使被测电机 MD 电枢电流 Ia1.0A 。该点作为第一个测量点，把电枢电流和转速计入表 2-1。 6逐次增大 R4 阻值直至发电机空载（把 S2 置于中间位置实现） ，测取若干组电动 机电枢电流和转速的数据填入表 2-1。 表 21 电动及回馈制动状态下的机械特性测试数据表 测试条件UaUN = 220V，If 110 mA ，R2 = 0 电枢电流 Ia (A)0.80.60.40.2 转速 n (rpm) 电枢电流 Ia (A)0.00.10.20.30.4 转速 n (rpm) 直流电 机励磁 电源 (220V) 直流电 机电枢 电源 (40 220V) MG A4 R2 Ia Iga R4 Lgf MD R1 If IgfR3 Ldf A2 S1 12 S2 12 A3A1 图 3-1 他励直流电动机各种运转状态下机械特性测定实验接线图 3 7把 S2 扳到电源侧“1” （这时 R4 应是最大值） ，使发电机也接入电源，电源极性 是使发电机能产生与电动机相同方向的电磁转矩。减小 R4 到“0 ” ，并适当调 节 R3，使电动机电流 Ia 降到“0.0 A” 。这时电动机的运行状态是电动机的理想 空载点。把电枢电流和转速计入表 2-1。 如果上一步没能测“Ia+0.2 A”的点，可在此通过调节 R3 找到并测该点。 8逐渐增大 R3 阻值（弱磁）使发电机增加出力，转速升高，电动机进入第二象限 回馈制动状态运行。在增大 R3 的过程中测取电动机电枢电流和转速的数据填入 表 2-1。注意：机组最高转速不可超过 2000 转/分。 9通过调节 R3 使发电机励磁电流恢复到正常值 Igf100mA。 3、能耗制动状态下的机械特性 1把 R4 置最大值，S2 置于电源侧 1 不变。把电动机电枢电阻 R2 调到“180 ” （一个旋钮置最大，另一个置最小） ，扳 S1 使之置于短路线侧“2” 。 2减小 R4 阻值，使电机转速上升，直至电动机的电枢电流达到 0.8A ，此时电动 机工作于能耗制动状态。然后逐次增大 R4 阻值使转速降低，测取几组电动机电 枢电流和转速的数据填入表 2-2。注意电动机电流为负值。测试中必要时可降低 电枢电源电压，测完后恢复额定值。 表 22 能耗制动状态下的机械特性测试数据表 测试条件Ua0V，If 110mA ，R2=180 电枢电流 Ia (A)0.80.60.40.20.0 转速 n (rpm)0 4、电动及反接制动状态下的机械特性测定 1把电动机电枢电阻 R2 置最大值“360 ” ，把 R4 置最大值，对调 S2 电源侧 1 的 两条电源线使发电机产生的磁转矩与电动机方向相反。S1 和 S2 都置于电源侧 “1” 。 2逐渐减小 R4 阻值，使电机减速直至为零。继续减小 R4，使电动机进入“反向” 旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于反接制动状态运行，直至电 动机的电枢电流达到 0.8A 。然后逐次增大 R4 阻值直至发电机空载（S2 置于中 间位置） ，测取 67 组电动机电枢电流和转速的数据填入表 2-3。 注意电动机在第四象限运行时转速 n 为负值。 表 23 电动及反接制动状态下的机械特性测试数据表 测试条件UaUN = 220V，If 110 mA ，R2 = 360 电枢电流 Ia (A) 0.80.70.60.5 转速 n (rpm) 4 六六、注注意意事事项项 1 每次起动机组时，打开电枢电源之前，必须确保电枢电源调节旋钮在最小位置 （逆时针旋转到底）, 每次断开电枢电源之后要把该旋钮旋转到使输出最小位 置。 2 要按实验指导书配电阻，以保证在不改接线情况下顺利做完实验。 3 发电机励磁一定要接并励绕组，错接串励绕组等于给电源短路。 4 所有记录的数据都是电动机的数据，切勿读错表。 七七、实实验验报报告告要要求求 根据实验数据绘出电动机的上述三条机械特性 n(Ia)，并结合理论课内容 和测试过程对特性曲线进行说明。 八八、思思考考题题 1 回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点？ 2 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？ 3 当电动机 MD 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 MG，从第一到第四象限其电磁转矩方向是否改变？为什 么？ 4 在电动机反接制动实验中，当电机 MD 运行在第一象限时，作为负载的电机 MG 是运行在什么状态？当 MD 进入第四象限时，MG 又运行在什么状态？ 5 实实验验二二 单单相相变变压压器器 实实验验 一一、实实验验目目的的 1 通过空载和短路试验测定变压器的变比和参数。 2 通过负载试验测取变压器的运行特性。 二二、预预习习要要点点 1 变压器的空载和短路试验有什么特点？实验中电源电压一般加在哪一方合适？ 2 在空载和短路试验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？ 3 如何用实验方法测定变压器铁耗及铜耗。 三三、实实验验内内容容 1 空载试验 测取空载特性 Uo = (Io)，Po= (Uo)。 2 短路试验 测取短路特性 UK = (IK)，PK= (IK)。 3 纯电阻负载试验 保持 U1=UN, COS2 = 1 的条件下，测取 U2= (I2)。 4 阻感性负载试验 保持 U1=UN， COS2 = 0.8 的条件下，测取 U2= (I2)。 四四、实实验验设设备备 1 RTDJ03 三相组式变压器，其额定值为： PN77W，U1NU2N22055V，I1NI2N=0.351.4A 2 RDJ09RTDJ21 三相可调电阻器（90）电感器实验挂箱 3 RTZN08RTZN09 三相交流电流表电压表 4 RTZN07 智能功率表、功率因数表 五五、实实验验操操作作 1、空载试验 1 按图 3-1 接线，注意切断三相可调压交流电源。被试变压器选用 RTDJ03 中的 任意一只。变压器的低压线圈 ax 接电源，高压线圈 AX 开路。 2 把调压器手柄旋到零位（即将实验台左侧调压器手柄逆时针方向旋转到底，使 调压器输出三相交流电源电压为零） 。 3 合上实验台总电源开关，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关（按下调压 器输出“接通”按钮或将调压器输出钮子开关旋转到水平位置） ，使实验线路接 通交流电源。调节调压器旋钮使被测变压器空载电压 Uo = 1.2 UN。 4 逐次降低电源电压，在 1.20.5UN的范围内，测取变压器的 Uo、Io、Po，共测 取 6-7 组数据。U=UN点必须测数据，并在该点附近测试点分布较密， 。 三相调压器输出 电源控制屏 A V1 U V W W PO UO X A a x IO* * V2 UAX 图 3-1 单相变压器空载试验接线图 6 5 为了计算变压器的变比，在电压低于 UN的点测试时读取副边电压，数据也记录 于表 3-1 中。 表 3-1 变压器空载试验数据记录表 实 验 数 据计算数据序 号Uo（V）Io（A）Po（W）UAX（V）COSo 166 260.5 355 449.5 544 635.7 727.5 6 测完数据后，断开调压器输出开关（按下调压器输出“断开”按钮或将调压器 输出钮子开关旋转到垂直位置） ，按下控制屏上的“停止”按钮，使实验线路和 设备断电。把调压器手柄旋到零位。 2、短路试验 1 按图 3-2 接线。将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。在电源引线 端串入电阻是为了降低变压器短路电流对调压器输出电压变化的敏感性，可取 Rw90180，使用 RTDJ37 中间的电阻。注意：改接线路时要先关断电源。 2 把调压器手柄旋到零位，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。逐次缓慢 增加变压器电压，直到短路电流等于 1.1 IN为止，在“（1.10.2）IN”范围内 测取变压器的 UK、IK、PK。测取 56 组数据记录于 表 3-2 中，IK=IN点 必须测。 注意：注意：本实验应在尽 量短时间内完成，因 为变压器的绕组很快 就发热，使绕组电阻 增大，读数产生偏差。 三相调压器输出 电源控制屏 A V U V W W RW PK UK X A a x IK* * 图 3-2 单相变压器短路试验接线图 7 8 表 3-2 变压器短路试验数据记录表 实 验 数 据计算数据序 号IK（A）UK（V）PK（W）COSK 10.385 20.35 30.315 40.245 50.175 60.07 3、纯电阻性负载试验 1 实验线路如图 3-3 所示。变压器高压线圈接电源，低压线圈接负载电阻 Rz。Rz 取 RTDJ09 中的四只 90 电阻串联，并将其调到最大。功率因数表取自 RTZN07，通过“功能”键和“确认”健设为功率因数表。电感 Lz 暂不接。 2 把调压器手柄旋到零位，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。在空载情 况下调节调压器使变压器输入电压 U1UN220V，并保持不变。 3 逐次减小负载电阻 Rz，使变压器电流增大，从空载（拔断 Rz 连接线实现）到 额定负载的范围内，测取变压器的输出电压 U2和电流 I2。共取数据 56 组， 记录于表 3-3 中。注意 I20 和 I2I2N1.4 A 两点必需测。 表 3-3 变压器纯电阻性负载试验数据记录表 测试条件：U1U1N220 V，COS21 I2 （A） 0.00.350.71.051.41.75 U2（V ） 三相调压器输出 电源控制屏 A1 V1 U V W U1 X A a x I1 V2 U2 图 3-3 单相变压器负载试验接线图 A COS Rz I2* * Lz 9 10 4、阻感性负载试验 （COS20.8） 1 实验线路同图 3-3，把负载电感接入，与负载电阻并联。电阻调至最大，电感暂 取两只 700mH 串联。 2 把调压器手柄旋到零位，按下“启动”按钮，接通调压器输出开关。调节调压 器输出使变压器输入电压 U1UN220V，并保持不变。 3 在电感挂箱上通过串并联分别连接出表 34 中的电感值。 （其中 467mH 为两只 700mH 串联后再与第三只并联；233mH 为三只 700mH 并联） 。在每个电感值下 通过调节负载电阻把功率因数调为 COS20.8，测取变压器的输出电压 U2和 电流 I2 ，记录于表 3-4 中。注意要测空载点（I20） （拔断 Rz 和 Lz 连接线实 现） 。 表 3-4 变压器阻感性负载试验数据记录表 测试条件：U1U1N220 V，COS20.8 Lz (mH) 1400700467350233 I2（A）0.0 U2（V） 六六、实实验验报报告告 1、 计算变比 由空载试验所得变压器原副边电压的数据分别计算出变比，然后取 其平均值作为变压器的变比 K。变比计算公式为： K =UAXUax 。 2、 绘出空载特性曲线和计算激磁参数 1 绘出空载特性曲线 Io (Uo)，Po(Uo)，COSo (Uo)。其中： COSoPo(UoIo) 2 计算激磁参数 从空载特性曲线上查出对应于 UoUN时的 Io 和 Po 值，并由 下式算出激磁参数： rmPoIo2 ， ZmUoIo ， XmZm2rm2 3、 绘出短路特性曲线和计算短路参数 1 绘出短路特性曲线 UK(IK)、PK(IK)、COSK(IK)。 2 计算短路参数 从短路特性曲线上查出对应于短路电流 IK=IN时的 UK和 PK值，由下式算出实 验环境温度为 （）时的短路参数： ZKUKIK ， rKPKIK2 ， XKZK2 - rK2 折算到低压侧 ZKZKK2 ， rKrKK2 ， XKXKK2 由于短路电阻rK随温度变化，因此，算出的短路电阻要按国家标准换算到基准工 作温度 75作时的阻值。 rK75rK(235.5+75)(234.5+) ，ZK75=r2K75+X2K 11 式中：234.5 为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为 228。 计算短路电压（阻抗电压）百分数： UK%INZK75UN 100% ，UKr%INrK75UN 100% UKX%INXKUN 100% ，IK=IN时短路损耗 PKN=I2NrK75 4、 利用空载和短路试验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“”型等 效电路（标上参数） 。 5、 变压器的电压变化率u (1)绘出 COS2=1 和 COS2=0.8 两条外特性曲线 U2=(I2)，由特性曲线计算 I2=I2N时的电压变化率 u % = (U2OU2)U2O 100% (2)根据实验求出的参数，算出在 I2=I2N下 COS2=1 和 COS2=0.8 时的电压变化 率： u = UKr COS2 + UKXsin2 将两种计算结果进行比较，分析不同性质的负载对变压器输出电压 U2的影响。 6、绘出被试变压器效率特性曲线 （1）用间接法算出 COS2=0.8 不同负载电流时的变压器效率，记录于表 3-5 中。 =1-(PO+2PKN)(SNCOS2+PO+2 PKN) 100% 式中：SNCOS2=P2 （W） ；PKN为变压器 IK=IN时的短路损耗（W） ； PO为变压器 UO=UN时的空载损耗（W）; =I2/I2N为副边电流标么值。 表 3-5 不同负载电流时的变压器效率计算表 COS2 = 0.8 ，PO = W ，PKN = W =I2/I2N 0.20.40.60.81.01.2 P2（W） （2）由计算数据绘出变压器的效率曲线 = ()。 （3）计算被试变压器 = max时的负载系数 m： m=POPKN 七七、注注意意事事项项 1 要保证功率表的电压线圈并入被测电路，电流线圈串入被测电路。 2 实验电源引出端一定要在电源控制屏交流调压器输出输出端。 3 原边和付边有不同的额定电压，调压时一定要注意。尤其注意第一项内容的额 定电压为 55V，最大调到 66V。 4 接通电源前调压器要调回零。调节一个指定电压时以所接电压表为准。不能依 据调压器手柄的指针或电源屏上端的电压表，因为那里是相电压。 12 13 实实验验三三 三三相相异异步步电电动动机机的的起起动动与与调调速速 一一、实实验验目目的的 通过实验熟悉异步电动机的几种起动方法，了解绕线式异步电动机转子串电 阻的调速方法。 二二、预预习习要要点点 复习异步电动机常用的起动方法和起动性能指标。复习绕线式异步电动机转 子串电阻调速的原理及其不足。 三三、实实验验内内容容 1 鼠笼式异步电机的直接起动和堵转试验。 2 鼠笼式异步电机的星三角（Y）降压起动。 3 绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻起动与调速。 四四、实实验验设设备备 1 指针式交流电流表（位于电源控制屏上部右侧） 2 RTZN09 智能存储式真有效值电压表 3 RTDJ35 三相鼠笼式异步电动机。额定功率 90W，额定电压 220V（接法） 或 380V（Y 接法） ，额定电流 0.48A（接法） ，额定转速 1420rpm 。 4 RTDJ36 三相绕线式异步电动机。额定功率 100W，额定电压 220V（Y 接法） ， 额定电流 0.55A，额定转速 1420rpm 。 5 RTDJ47-2 电机导轨、磁粉制动器和旋转编码器 6 RTDJ37 绕线式异步电动机转子电阻挂箱 7 RTDJ12 开关挂箱 五五、实实验验操操作作 1、三相鼠笼式异步电动机直接起动实验 1 按图 4-1 接线。电机选用 RTDJ35，电压表选用 RTZN09，电流表选用电源控 制屏上的指针式交流电流表， 初选 3A 档。交流调压器输出 端在电源控制屏右下角，手柄 在实验台左端侧面。把电动机 安装在电机导轨上，与磁粉制 动器轴对接，旋紧固定螺丝。 电机绕组接法，对应的额定线电压 220V。 2 把交流调压器调到零位，把 RTZN12-3 挂箱上的转矩调节旋钮调到最小位置 （逆时针旋转到底） 。然后接通实验台电源（实验台左端侧面的开关） 。 3 按下实验台的“起动”按钮（电源控制屏下端中间） ，接通调压器输出开关 （在起动按钮下面） ，调节调压器（手柄在实验台左端侧面）使输出线电压达 三相调压器输出 电源控制屏 M 3 A V U V W 图 4-1 异步电动机直接起动 14 到电机额定电压 220V（电源控制屏上端的相电压表指 127V） 。然后断开调压 器输出开关，使电机停下来。 4 待电机完全停止旋转后，再接通调压器输出开关，使电机全压直接起动。记 下电流表指针受起动电流冲击偏转到的最大值。该最大偏转值虽不能代表起 动电流准确值，但可与 Y起动时的电流作定性的比较。 2、三相鼠笼式异步电动机堵转试验 1 断开调压器输出开关，将交流调压器调到零位，把 RTZN12-3 挂箱上的转矩 调节旋钮调到最大（顺时针旋转到底）或适当大（目的是能实现堵转） ，然后 再接通调压器输出开关。 2 升高调压器输出电压，使电机电流达额定值的 2 倍左右（可取 1.01.1A） ， 读取电压值 UK和转矩值 MK，记下电流值 IK，并将数据填入表 4-1。该过程 可重复多次，取其平均值作为短路计算的依据。注意：每次测试通电时间不 应超过 10 秒，两次测试之间要有一定的时间间隔，以免绕组过热。 表 4-1 鼠笼式异步机堵转试验数据记录 次序12345平均值 UK(V) IK(A) MK(Nm) 3 断开调压器输出开关，按下电源控制屏的停止按钮，把转矩调节旋钮调到最 小。 对应于额定电压直接起动时的起动转矩 Mst 和起动电流 Ist 按下式计算： Ist (UNUK)IK Mst (IstIK)2MK 式中 IK、UK、MK为堵转试验时得到的堵转电流、电压和转矩值。UN为电动机 额定电压。 3、星形三角形（Y）降压起动 1 按图 4-2 接线。电机仍用 RTDJ35，图中 A-X、B-Y、C-Z 为电机的三相绕组。 开关 S 取 RTDJ12 开关挂箱上的三掷三相开关。 2 把交流调压器调到零位，把 RTZN12-3 挂箱上的转矩调节旋钮调到最低，开 关 S 合向右边（Y 接法） 。然后接通实验台电源，按下实验台的“起动”按钮， 接通调压器输出开关，调节调压器使输出线电压达电机额定电压 220V。然后 断开调压器输出开关，使电机停下来。 3 待电机完全停止运转后，再接通调压器输出开关，使电机 Y 型接法起动，记 下电流表指针受起动电流冲击偏转到的最大值。并将其与直接全压起动的相 应电流值作定性的比较。 4 把开关 S 由右边合向左边，使电机接法由星形变为三角形，电机进入正常运 行。从电流表可观察到 Y转换时电流冲击不大。 15 注意：开关 S 扳动时速度要适当，太快会造成电弧短路，太慢会使电机速度 不必要地下降。 当开关 S 合向左边（侧）起动时实际上就是前面的全压直接起动，所以，在 此我们可以反复测试全压和 Y降压起动的数据并进行比较。 4、绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻起动 1按图 4-3 接线。电机为 RTDJ36，把电动机安装在导轨上，与磁粉制动器轴对接， 旋紧固定螺丝。图中转子电阻使用 RTDJ37 挂箱下端的专用电阻，定子绕组 Y 形连接，对应额定线电压 220V。 2将电源控制屏的交流调压器调到零位，把转矩调节旋钮调到最大或适当大（目 的是能实现堵转） 。然后按下起动按钮，再接通调压器输出开关，使