电机电器与控制实验指导书.doc

1、电机电器与控制实验指导书 电工电子与电气实验室 电机电器与控制实验指导书 学生实验守则 一、 实验前必须认真预习实验内容，明确实验目的，步骤、原理，回答教师提出的预习问题，对准备不充分的不得进行实验。 二、 三、 做实验时必须严格遵守实验室的各项规章制度，服从教师和实验技术人员的指导。 爱护仪器设备，节约材料；使用前详细检查，使用后整理就位，发现丢失或损坏应立即报告。未经允许不得动用与本实验无关的仪器设备及其他物品，不准将任何实验室的物品带出室外。 四、 实验时必须注意安全，防止人身和设备事故发生。若发生事故应立即切断电源，及时报告并保持现场，不得自行处理，待查明原因排除故障后，方可继续实验。

2、 五、 实验室内应保持安静，不得喧哗和打闹，不准抽烟，不准吐痰和乱抛纸屑和杂物，要保持实验室和仪器设备的整齐清洁。 六、 七、 实验完毕后，应切断电源，整理好仪器设备、工具及工作台面，经检查后方可离开。 认真做好实验记录，完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表等。对不符要求的实验报告应予重做。 八、 对违反实验室规章制度和操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备，私自拆卸仪器带出室外造成事故或损失者，必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度按章程予以处理。 九、 工学院 电工电子与电气实验功能室 进入实验室前务必搞好个人卫生，不得将赃物带入室内，不得穿拖鞋进入实验室。 实验一 三相

3、鼠笼异步电动机的工作特性 一实验目的 1掌握三相异步电机的空载、堵转和负载试验的方法。 2用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。 3测定三相笼型异步电动机的参数。 二预习要点 1异步电动机的工作特性指哪些特性？ 2异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的特理意义是什么？ 3工作特性和参数的测定方法。 三实验项目 1测量定子绕组的冷态电阻。 2判定定子绕组的首未端。 3空载试验。 4短路试验。 5负载试验。 三实验设备及仪器 1MEL系列电机教学实验台主控制屏。 2电机导轨及测功机、矩矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 3交流功率、功率因数表（MEL-20或MEL-24或含在实验台

4、主控制屏上）。 4直流电压、毫安、安培表（MEL-06或含在实验台主控制屏上）。 5三相可调电阻器900（MEL-03）。 6波形测试及开关板（MEL-05）。 7三相鼠笼式异步电动机M04。 五实验方法及步骤 1测量定子绕组的冷态直流电阻。 准备：将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁芯的温度。当所测温度与冷动介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。 （1）伏安法 测量线路如图3-1。 S1，S2：双刀双掷和单刀双掷开关，位于MEL-05。 R：四只900和900电阻相串联（MEL-03）。 A、V：直流毫安表和

5、直流电压表，或采用MEL-06，或在主控制屏上。 量程的选择：测量时，通过的测量电流约为电机 220V可调直流稳压电源电机定子一相绕组图3-1 三相交流绕组电阻的测定额定电流的10%，即为50mA，因而直流毫安表的量程用200mA档。三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆，因而当流过的电流为50mA时三端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档，实验开始前，合上开关S1，断开开关S2，调节电阻R至最大（3600）。 分别合上绿色“闭合”按钮开关和220V直流可调电源的船形开关，按下复位按钮，调节直流可调电源及可调电阻R，使试验电机电流不超过电机额定电流的10%，以防止因试验电流

6、过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S2读取电压值。读完后，先打开开关S2，再打开开关S1。 调节R使A表分别为50mA，40mA，30mA测取三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻值，记录于表3-1中。 表3-1 室温 I（mA） U（V） R（） 绕组I 绕组 绕组 注意事项：（1）在测量时，电动机的转须静止不动。 （2）测量通电时间不应超过1分钟。 （2）电桥法（选做） 用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥能大致平衡的位置，然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮接入检流计。测量完毕后，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。记

7、录数据于表3-2中。 电桥法测定绕组直流电阻准确度以灵敏度高，并有直接读数的优点。 表3-2中 R（） 绕组I 绕组II 绕组III 2判定定子绕组的首未端 交流电源输出交流电源输出图3-2 三相交流绕组首末端的测定先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意二相绕组串联，如图3-2所示。 将调压器调压旋钮退至零位，合上绿色“闭合”按钮开关，接通交流电源，调节交流电源，在绕组端施以单相低电压U=80100V，注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的未端与首端相联，如图3-2（a）所示；反之，如测得电压近似为零，则二相绕组的未端与未端（或首端与首端）

8、相连，如图3-2（b）所示。用同样方法测出第三相绕组的首未端。” 3空载试验 测量电路如图3-3所示。电机绕组为接法（UN=220伏），且电机不同测功机同轴联接，不带测功机。 a起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求。 b保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。 c调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。 百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆! 主控制屏三相交流电源输

9、出图3-3a 三相笼型异步电机实验接线图（MEL-I、MEL-IIA）主控制屏三相交流电源输出图3-3b 三相笼型异步电机实验接线图（MEL-IIB）d在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7-9组记录于表3-3中。 序号 UAB 1 2 3 4 5 6 7 UOC（V） UBC UCA UOL IA IOL（A） IB IC IOL PO（W） PI PII PO cos? 4短路实验 测量线路如图3-3。将测功机和三相异步电机同轴联接。 a将起子插入测功机堵转孔中，使测功机定转子堵住。将三相调压器退至零位。 b合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电流到1.2倍额定电流

10、，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。 a在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率，共取4-5组数据，填入表3-4中。做完实验后，注意取出测功机堵转孔中的起子。 序号 UAB 1 2 3 4 5 6 7 UOC（V） UBC UCA UK IA IOL（A） IB IC IK PO（W） PI PII PK cos?K 5负载实验 选用设备和测量接线同空载试验。实验开始前，MEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。 a合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压，并在试验中保持此额定电压不变。 b调节测功机“转矩设定”旋钮使之加载，使异步

11、电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。 c从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率，转速、转矩等数据，共读取5-6组数据，记录于表3-5中。 表3-5 UN=220伏（） 序号 1 2 3 4 5 6 IA IOL（A） IB IC I1 PI PO（W） PII P1 T2（N.m） n（r/min） P2（W） 六实验报告 1.计算基准工作温度时的相电阻 由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻： 235?refr1lef?rlc 235?C式中 rlef 换算到

12、基准工作温度时定子绕组的相电阻，； r1c定子绕组的实际冷态相电阻，； ref基准工作温度，对于E级绝缘为75C； OOc实际冷态时定子绕组的温度，C。 2.作空载特性曲线：I0、P0、cos?0=f(U0) 3.作短路特性曲线：IK、PK=f(UK) 4.由空载、短路试验的数据求异步电机等效电路的参数。 (1)由短路试验数据求短路参数 短路阻抗 ZK?短路电阻 rK?UK IKPK23IK 22短路电抗 XK?ZK ?rK式中 UK、IK、PK由短路特性曲线上查得，相应于IK为额定电流时的相电压、相电流、三相短路功率。 PO转子电阻的折合值 r2?rK?r1 定、转子漏抗 X1?X2?XK

13、2P=f(U)O2OPFeKPmec0U2N(2)由空载试验数据求激磁回路参数 空载阻抗 ZOU?O IO空载电阻 rO?PO 23IOU2O空载电抗 XO?2ZO?r 2O图3-4 电机中的铁耗和机械耗式中 U0、I0、P0相应于U0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。 激磁电抗 Xm?XO?X1? 激磁电阻 rm?PFe 23Io式中 PFe为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。 5.作工作特性曲线P1、I1、n、S、cos?1=f(P2) 由负载试验数据计算工作特性，填入表3-6中。 表3-6 U1 = 220V（） If = A 序号 电动机输入 1 2 3 4 5 6 电 动

14、机 输 出 计 算 值 I1(A) P1(W) T2(Nm) n(rmin) P2（W） S() () cos?1 计算公式为：I1? S?IA?IB?IC33 1500?n?100% 1500P cos?1?1 3U1I1 P2?0.105nT2 ?P2?100% P1 式中 I1定子绕组相电流，A； U1定子绕组相电压，V； S转差率； 效率。 6.由损耗分析法求额定负载时的效率 电动机的损耗有： 铁耗 PFe 机械损耗 Pmec 定子铜耗 PCU1?3I12r1 转子铜耗 PCU2?PemS 100 杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的0.5。 式中 Pem电磁功率，W； Pem =

15、P1 -Pcul - PFe 铁耗和机械损耗之和为： P0= PFe + Pmec = PO- 3IOr1 22 为了分离铁耗和机械损耗，作曲线PO?f(UO)，如图3-4。 延长曲线的直线部分与纵轴相交于P点，P点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过P点作平行于横轴的直线,可得不同电压的铁耗PFe。 电机的总损耗P = PFe + Pcul + Pcu2 + Pad 于是求得额定负载时的效率为：?P1?P?100% P1式中 P1、S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。 七思考题 1.由空载、短路试验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？ 2.从短路试

16、验数据我们可以得出哪些结论？ 3.由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差？ 实验二 三相异步电动机的起动与调速 一实验目的 通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。 二预习要点 1复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。 2复习异步电动机的调速方法。 三实验项目 1异步电动机的直接起动。 2异步电动机星形三角形（Y-）换接起动。 3自耦变压器起动。 4绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 5绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。 四实验设备及仪器 1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。 2指针式交流电流表。 3电机导轨

17、及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 4电机起动箱（MEL-09）。 5鼠笼式异步电动机（M04）。 6绕线式异步电动机（M09）。 五实验方法 1三相笼型异步电动机直接起动试验。 按图6-1接线，电机绕组为接法。 起动前，把转矩转速测量实验箱（MEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-13的连接是否良好。 仪表的选择：交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。 a把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动

18、旋转。（电机起动后，观察MEL-13中的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。） 百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆! 主控制屏 三相交流 电源输出图3-5 异步电机直接起动实验接线图图6-1 b断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值。 注：按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。电流表受起动电流冲击，电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。 c断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机

19、堵特孔中，将测功机定转子堵住。 d合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达23倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表中，注意试验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。 对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算： TST?(IST2)TK IK式中Ik：起动试验时的电流值，A； TK：起动试验时的转矩值，N.m； IST?(UN)IK UK式中UK：起动试验时的电压值，V； UN：电机额定电压，V； 测 量 值 UK（V） IK（A） TK（N.m） 计 算 值 Tst(N.m) Ist(A) 2星形三角形（Y-）起动 按图6-2接线，电压表、

20、电流表的选择同前，开关S选用MEL-05。 a起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边（Y）接法。合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停转。 b待电机完全停转后，合上电源开关，观察起动瞬间的电流，然后把S合向左边（接法），电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。 3自耦变压器降压起动 按图6-2接线。电机绕组为 接法。 a先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断开电源开关，待电机停转。 主控制屏三相交流电源输出MEL-05b待电机完全停转后，再

21、合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察电流表的瞬间读数值，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压UN=220伏，整个起动过程结束。 图3-6 异步电机星形-三角形起动4绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动。 主控制屏交流电源输出图6-3 图3-7 绕线式异步电机转子绕组串电阻起动实验接线图实验线路如图6-3，电机定子绕组Y形接法。转子串入的电阻由刷形开关来调节，调节电阻采用MEL-09的绕线电机起动电阻（分0，2，5，15，五档），MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关扳向“转速控制”，“转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。 a起动电源前，把调压器退至零位，起动电

22、阻调节为零。 b合上交流电源，调节交流电源使电机起动。注意电机转向是否符合要求。 c在定子电压为180伏时，逆时针调节“转速设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢（只有几十转），读取此时的转矩值Ist和Ist。 d用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为2、5、15的起动转矩Tst和起动电流Ist，填入表6-2中。 注意：试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。 Rst（） Tst（N.m） Ist（A） 表6-2 U=180伏 0 2 5 15 5绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速。 实验线路同前。MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针到底，“转速设定”电位器顺时针到底。MEL-