电机与电机拖动实验指导书---文正求是试验台

1、电机与电机拖动实验指导书针对文正求是实验台 苏州大学城市轨道交通学院2013年4月3实验一 异步电机的认识与启动一目的（1）掌握异步电机的结构；（2）掌握异步电机的接法，包括三角形接法和星形接法；（3）掌握异步电机调速方法与机械特性的测量手段。二仪器及用具导轨+测功机、NMEL-13A智能型转矩、转速、输出功率测试仪、万用表、电缆序 号型 号名 称数 量1MEL-002电源控制屏、三相可调交流电源MEL-0021 套2MEC02实验桌3DD03-11不锈钢电机导轨、光码盘测速系统1 件4M04三相鼠笼式异步电动机1 台5DJ23校正直流测功机1 台6NMEL-13A转矩转速测量及控制1 件7万

2、用表1 件8电缆若干三实验项目（1）用万用表测试M04三相鼠笼式异步电机定子三相绕组的冷态电阻。看M04三相鼠笼式异步电机的名牌数据 计算额定负载转矩TN= 首先测试M04三相鼠笼式异步电机定子电阻，然后手动将电机转子旋转，分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取定子绕组冷态电阻。绕组AX 绕组BY 绕组CZ 绕组AX 绕组BY 绕组CZ 绕组AX 绕组BY 绕组CZ （2）降压启动与调速1. 使用联轴器，将M04三相鼠笼式异步电机和导轨上测功机相连，并拧紧偏心螺丝固定。2. 将测功机的测试线连接至NMEL-13A转矩转速测量及控制的测试接口，打开测试仪电源开关,利用一字起调节转矩调零旋钮，转矩

3、显示调为0。星形连接 三角形连接3. 将M04三相鼠笼式异步电机按照三角形接至三相交流电源U、V、W。4. 上电前，检查：三相可调交流电源是否在在最小。5. 接通电源，调节旋钮，缓慢增大加给电机电枢的电压（利用MEL-002电压指示指针显示三相调压输出），使电机加速，注意U<220V.记录相关数据 转向 Uuv（V） IAX（A） 功率因数 T（N*m）空载 n（r/min） 计算输入电功率P（W） 220 200 180 170 160 140 120 110 100 90 80 6. 完成后，变换加至电机绕组的三相可调交流电源的相序，给定加给电机的线电压，测取机械特性n-T的曲线图。

4、.记录数据 转向 线电压 Uuv= VT（N*m） n（r/min） P（W） （0%） （100%）计算值 （150%） 7. 变换M04三相鼠笼式异步电机接法，按照星形接法接至三相交流电源U、V、W，重复步骤5。记录数据 转向 Uuv（V） IAX（A） 功率因数 T（N*m）空载 n（r/min） 计算输入电功率P（W） 8. 关闭电源，整理实验台。四注意事项（1）强电危险，注意安全，严格按照步骤，不能随意。（2）给异步电机加电压时，一定要缓慢增加，防止电机飞转。五思考题（1）三相鼠笼式异步电动机有什么特点？它的铭牌包含哪些数据，其含义是？（2）改变相序后，为什么电机能够反转？ （3）为

5、什么电机的启动电流会比正常工作时要大？（4）查找资料，说明如何检测电机转速？ 六、实验报告（1）所用到的实验设备（2）绘制整个实验系统的接线图（3）记录实验的过程、现象和数据，用计算机绘制U-n曲线，绘制T-n曲线（4）思考题解答（5）小结、体会和建议实验二 他励直流电动机的机械特性测试一目的（1）熟悉直流电动机的结构；（2）掌握直流电机的励磁绕组、电枢绕组的接法；（3）熟悉直流电动机的工作特性和机械特性；（4）掌握测取直流电动机工作特性和机械特性的方法。二仪器及用具序 号型 号名 称数 量1MEL-002电源控制屏1 套2MEC02实验桌3DD03-11不锈钢电机导轨、测速光码盘1 件4M0

6、3直流并励电动机1 台5DJ23校正直流测功机1 台7MEC33-1开关组件1 件7NMEL-13A转矩转速测量及控制1 件8NMEL-18A直流电机仪表电源1 件9NMEL-03三相可调电阻器1 件10 可调电阻器（二）1 件11万用表1 件12电缆若干三实验项目（1）用万用表测试M03直流电动机励磁绕组和电枢绕组的冷态电阻，测3次，取平均值。先测试M03直流电动机电枢绕组电阻，然后将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取电阻值。 A B C 9组平均值 （2）用万用表测试励磁绕组的冷态电阻，测3次，取平均值。励磁绕组 平均值 （3）他励直流电机启动与调速1. 使用联轴器，将M03直

7、流并励电动机和导轨上测功机相连，并固定。将测功机的测试线连接至NMEL-13A转矩转速测量及控制电缆接口。直流并励电动机接线图2. 按图接线。图中电动机M选用M03直流并励电动机（按并励方式接线），其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=Ia+If1=1.2A，额定转速nN=1600r/min，额定励磁电流IfN0.16A；校正直流测功机MG选用DJ23，作为测功机使用，校正直流测功机MG按他励发电机方式连接，在此作为直流他励电动机M的负载，用于测量M的转矩和输出功率；RE旋转编码器（测速系统）选用DD03-11导轨；将M、MG及RE之间用橡胶联轴器直接联接好并用偏心螺

8、丝固定在DD03-11上，利用转矩调零旋钮将转矩显示调为0。直流Ia选用电枢电流输入直流安培表，直流If选用NMEL-06励磁电流输入，直流电压选用NMEL-06直流电压表。励磁电阻和电枢电阻采用NMEL-03串联联结而成，如下图所示。电阻器的连接说明图接好线后，检查M、MG及RE之间是否用橡胶联轴器联接好，偏心螺丝是否打紧。上电，接通总电源，给先加励磁电源，再加电枢电源。3. 调节1800电阻，逐渐增大加给电机电枢的电压，使电机加速。i. 保持励磁电流不变，改变电枢电压，记录数据。If= 转向 电枢电压U（V） 电枢电流Ia T（N*m） n（r/min） P（W） ii. 保持电枢电压不变

9、，调节磁场调节电阻，改变励磁电流，记录数据。Ua= 转向 励磁电流If（A） 电枢电流Ia T（N*m） n（r/min） P（W） iii. 使电机工作在额定励磁状态If= ，电枢电压额定值 Ua= V，改变负载，测取机械特性n-T的曲线图。.T（N*m） n（r/min） P（W） （0%） （100%）计算值 （150%） 完成后，停机：先切断电枢电源，再切断励磁电源。4. 改变励磁电流方向，实现反转，重复步骤6.i. 保持励磁电流不变，改变电枢电压，记录数据。If= 转向 电枢电压U（V） 电枢电流Ia T（N*m） n（r/min） P（W） ii. 保持电枢电压不变，调节磁场调节电

10、阻，改变励磁电流，记录数据。Ua= 转向 励磁电流If（A） 电枢电流Ia T（N*m） n（r/min） P（W） 完成后，停机：先切断电枢电源，再切断励磁电源。5. 关闭电源，整理实验台。四注意事项（1）强电危险，注意安全；（2）直流电机每次启动时，先加励磁电源，再加电枢电源，每次停机时，都要先切断电枢电源，再切断励磁电源。（3）实验前注意仪表的种类、量程、极性及其接法是否正确。五思考题（1）如何实现他励直流电机的反转？有几种方法？ （2）直流并励电动机上铭牌上的数据有哪些，各有什么含义？（3）直流电动机的机械特性指的是什么？他励电动机的机械特性nf（T）为什么是略微下降？是否会出现上翘现

11、象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？（4）直流他励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？为什么？六、实验报告（1）所用到的实验设备（2）绘制整个实验系统的接线图（3）记录实验的过程、现象和数据，绘制nf（Ua）、nf（If）、nf（T）特性曲线（4）思考题五解答（5）体会和建议实验三 变压器空载、短路、负载实验一目的（1）掌握变压器的结构；（2）掌握三相变压器一次侧、二次侧的接法；（3）掌握单相变压器的空载实验、短路实验、负载实验。二仪器及用具序 号型 号名 称数 量1MEL-002电源控制屏1 套2MEC02实验桌3NMEL-248三相芯式变压器1 件4NE

12、EL-001A交流电参数组件1 件5NMCL-331平波电抗器1件6NMEL-06多功能交流参数表1 件7NMEL-03三相可调电阻器1 件8万用表1件9电缆若干三实验项目（1）用万用表测试三相芯式变压器的一次侧、二次侧绕组的冷态电阻，测3次，取平均值。 一次侧 AX BY CZ 二次侧ax by cz 注意：按图接线时，先接串联回路（电源、电流表、绕组），再将并联部分接上（电压表）。对于功率表，一共有4个端子，串接的是电流端，并接的是电压端，注意带星端。功率表的接法（2）单相变压器空载实验空载实验接线图在三相交流电压断电的情况下，按图接线。被测变压器选择三相芯式变压器NMEL-248中的其中

13、一组作为单相变压器。变压器参数127V/63.5V，0.4A/0.8A。变压器高压线圈AX开路，低压线圈ax加可调交流电压。注意正确接入功率表MEC24-1和电压表、电流表。打开电源，调节电压旋钮，使得加在ax线圈上的空载电压U=1.1UN,然后逐次降低电源电压，在(1.10.2) UN的范围内，测取数据。电压Uax（V） 电流Iax( A） 功率P（W） UAX（V） 功率因数 完成后，切断电源。（3）单相变压器短路实验短路实验接线图按图接线，将变压器高压侧线圈AX接电源，低压侧线圈ax直接短路。通电之前，将交流电源电压调至最小。接通电源，逐次缓慢增加输入电压，直至短路电流IAX等于1.1I

14、N为止，在(1.10.2) IN范围内测取变压器的U、I、P。电压UAX（V） 电流IAX( A） 功率P （W） 功率因数 电流Iax( A） 完成后，切断电源。（4）单相变压器负载实验按图接线，将变压器低压侧线圈ax接电源，高压侧线圈AX接负载，负载采用NMEL-03可调电阻器900与900串联共1800，L选择700mH。通电之前，将交流电源电压调至最小，负载电阻调至最大。接通电源，缓慢增加电源电压，直至ax绕组电压等于1.1UN为止。然后调节可调电阻，增大负载，测取变压器的输出电压U和电流I。负载实验接线图电阻R() 电流Iax( A） Uax(V) 电流IAX( A） 电压UAX（V

15、） 完成后，整理实验台。四注意事项（1）强电危险，注意安全；（2）短路实验过程要快，防止绕组过度发热；（3）实验前注意仪表的种类、量程、极性及其接法是否正确。五思考题（1）单相变压器的空载和短路实验有什么特点？实验中电源电压一般加在那侧比较合适？ （2）如何根据实验方法测定变压器的铁耗及铜耗？（3）同名端是如何定义的？三相变压器的联结组号是怎么定义的？国标规定的标准联结有那几种？六、实验报告（1）所用到的实验设备、绘制整个实验系统的接线图（2）计算变压器的变比（3）根据空载实验和短路实验计算变压器的参数（4）思考题五解答（5）体会和建议实验四 三相异步电动机常用电气控制线路一目的（1）掌握异步

16、电动机点动与自锁控制线路，熟悉各个控制元件的使用方法及作用；（2）培养电气线路安装接线并进行操作的能力。（3）熟悉三相异步电动机、交流接触器、热继电器、按钮的结构、作用和接线。二仪器及用具序 号型 号名 称数 量1MEL-002电源控制屏、三相可调交流电源MEL-0021 套2MEC02实验桌3NEEL-10点动与自锁控制组件1 件4M04三相鼠笼式异步电动机1 台5DJ23校正直流测功机1 台6NMEL-13A转矩转速测量及控制1 件三实验项目1点动控制点动控制是用按钮和接触器控制三相异步电动机的最简单的控制线路，其原理如图1所示。线路的动作原理如下：合上电源开关QS起动：按住按钮SB（不松

17、手） 接触器KM线圈得电 KM主触点闭合 电动机M接通三相交流电源，起动运转。停止：松开按钮SB 接触器KM线圈失电 KM主触点断开 电动机M脱离三相交流电源，自然停转。图1 点动控制线路2具有过载保护的自锁控制电动机经过按钮起动后，要想在松开按钮后仍能连续运转，则必须在电路中加入“自锁”功能。电动机在运转过程中，如果长期负载过大、频繁操作、或断相运行等都会引起电动机绕组过热，影响电动机的使用寿命，甚至会烧坏电动机。因此，对电动机要采用过载保护，一般采用热继电器作为过载保护元件。具有过载保护的自锁控制线路原理图如图2所示。图2 具有过载保护的自锁控制线路A 自锁控制线路的动作原理如下：合上电源

18、开关S KM辅助常开触点闭合自锁起动：按下SB1 KM线圈得电 KM主触点闭合 电动机M运转松开起动按钮SB1，由于并在SB1两端的KM辅助常开触点闭合自锁，控制回路仍保持接通，KM线圈依然通电，电动机M不会停转。 KM辅助常开触点断开，解除自锁停止：按下SB2 KM线圈失电 KM主触点断开 电动机M停转B过载保护线路动作原理如下：电动机在运行过程中由于过载或其它原因使负载电流超过额定值时，经过一定时间，串接在主回路中的热继电器的热元件因受热弯曲，使串在控制回路中的常闭触点断开，切断控制回路，接触器KM的线圈断电，其主触点断开，电动机M脱离电源停止转动，达到了过载保护的目的。合上电源总开关，接

19、通三相交流220V电源。按下起动按钮SB2，松手后观察电动机是否继续运转。按下停止按钮SB1，松手后观察电动机是否停止运转。电动机运转后，可用手动断开热继电器FR的常闭触点，观察电动机停转情况。电动机运转后，旋转调压器旋钮，慢慢将三相调压器输出电压减小，当减至一定数值时，观察电动机是否停转，体会按钮接触器控制线路的欠压保护和失压保护。3正反转控制A简单的正反转控制图3 简单的正反转控制（1）正向起动过程。按下起动按钮SB1，接触器KM1线圈通电，与SB1并联的KM1的辅助常开触点闭合，以保证KM1线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。（2）停止过程。按下

20、停止按钮SB3，接触器KM1线圈断电，与SB1并联的KM1的辅助触点断开，以保证KM1线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM1的主触点 持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。（3）反向起动过程。按下起动按钮SB2，接触器KM2线圈通电，与SB2并联的KM2的辅助常开触点闭合，以保证线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM2的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。缺点： KM1和KM2线圈不能同时通电，因此不能同时按下SB1和SB2，也不能在电动机正转时按下反转起动按钮，或在电动机反转时按下正转起动按钮。如果操作错误，将引起主回路电源短路。B带电气互锁的正反转控制电路图4 带电气互锁的正反转控制

21、将接触器KM1的辅助常闭触点串入KM2的线圈回路中，从而保证在KM1线圈通电时KM2线圈回路总是断开的；将接触器KM2的辅助常闭触点串入KM1的线圈回路中，从而保证在KM2线圈通电时KM1线圈回路总是断开的。这样接触器的辅助常闭触点KM1和KM2保证了两个接触器线圈不能同时通电，这种控制方式称为互锁或者联锁，这两个辅助常开触点称为互锁或者联锁触点。 缺点：电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮SB3，使互锁触点KM1闭合后按下反转起动按钮SB2才能使电动机反转；若电动机处于反转状态要正转时必须先按停止按钮SB3，使互锁触点KM2闭合后按下正转起动按钮SB1才能使电动机正

22、转。C同时具有电气互锁和机械互锁的正反转控制电路图5 具有电气互锁和机械互锁的正反转控制采用复式按钮，将SB1按钮的常闭触点串接在KM2的线圈电路中；将SB2的常闭触点串接在KM1的线圈电路中；这样，无论何时，只要按下反转起动按钮，在KM2线圈通电之前就首先使KM1断电，从而保证KM1和KM2不同时通电；从反转到正转的情况也是一样。这种由机械按钮实现的互锁也叫机械或按钮互锁。四注意事项（1）强电危险，注意安全，严格按照步骤，不能随意。（2）给三相异步电机加电压时，一定要确认控制线路的正确性。（3）通电后不要再改动电路，避免发生短路事故。五思考题（1）画图说明继电器的结构以及工作原理，说明主触头

23、、辅助触头、常开接点、常闭接点的画法和动作过程？（2）热继电器的工作原理是怎样的？（3）试分析什么是点动，什么是自锁，并比较图1和图2的结构和功能上有什么区别？图4中各个电器如QS、FU1、KM、SB、SB1、SB2各起什么作用？已经使用了熔断器为何还要使用热继电器？已经有了开关QS为何还要使用接触器KM?（4）电气互锁和机械互锁有什么差别？六、实验报告（1）绘制整个实验系统的接线图（2）思考题解答（3）小结、体会和建议附录 常用的电气控制元件控制电器是指在电路中起通断、保护、控制或调节作用的器件。1手动电器电路符号QS1）刀开关Ø 刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的低压电路中

24、，用作接通和切断电源，有时也用来控制小容量电动机的直接起动与停机。Ø 刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘底板等组成。Ø 刀开关的种类很多。按极数（刀片数）分为单极、双极和三极；按结构分为平板式和条架式；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按转换方向分为单投和双投等。 图1 刀开关的电路符号Ø 刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切断电路。Ø 刀开关的额定电压通常为250V和500V，额定电流在1500A以下。Ø 考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：35倍异

25、步电机额定电流2）按钮按钮常用于接通、断开控制电路，它的结构和电路符号见图2。按钮上的触点分为常开触点和常闭触点，由于按钮的结构特点，按钮只起发出“接通”和“断开”信号的作用。 图2 按钮的结构和符号2自动电器1）熔断器Ø 熔断器主要作短路或过载保护用，串联在被保护的线路中。线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路或过载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用。Ø 熔断器的结构有管式、磁插式、螺旋式、等几种。其核心部分熔体（熔丝或熔片）是用电阻率较高的易熔合金制成，如铅锡合金；或者是用截面积较小的导体制成。Ø 熔体额定电流的选择：1无冲击电流的场合

26、（如电灯、电炉）； 图3 熔断器的电路符号2一台电动机的熔体：熔体额定电流电动机的起动电流÷2.5；如果电动机起动频繁，则为：熔体额定电流电动机的起动电流÷(1.62)；3几台电动机合用的总熔体：熔体额定电流=(1.52.5)×容量最大的电动机的额定电流+其余电动机的额定电流之和。2）交流接触器接触器是一种自动开关，是电力拖动中主要的控制电器之一，它分为直流和交流两类。其中，交流接触器常用来接通和断开电动机或其他设备的主电路。图4是交流接触器的主要结构图。接触器主要由电磁铁和触头两部分组成。它是利用电磁铁的吸引力而动作的。当电磁线圈通电后，吸引山字形动铁心 (上铁心)，而使常开触头闭合。 图4 接触器工作原理图根据用途不同，接触器的触头分主触头和辅助触头两种。辅助触头通过的电流较小，常接在电动机的控制电路中；主触头能通过较大电流，常接在电动机的主电路中。如CJl0-20型交流接触器有三个常开主触头和四个辅助触头 (两个常开，两个常闭)。 当主触头断开时，其间产生电弧，会烧坏触头，并使电路分断时间拉长，因此，必须采取灭弧措施。通常交流接触器的触头都做成桥式结构，它有两个断点，以降低触头断开时加在断点上