并励直流电机实验分析报告

1、实 验 二 直 流 并 励 电 动 机一. 实验目的1. 掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。2. 掌握直流并励电动机的调速方法。二. 预习要点1什么是直流电动机的工作特性和机械特性？答：工作特性：当U=U, Rf+rt=C时，n ,n,T分别随R变；机械特性：当U=U, Rf+rt=C时，n随T变；2. 直流电动机调速原理是什么？答：由n=(U-IR)/Ce ©可知，转速n和U、I有关，并且可控量只有这两个，我们可以通过调 节这两个量来改变转速。即通过人为改变电动机的机械特性而使电动机与负载两条特性的交点随之 改变，从而达到调速的目的。三. 实验项目1. 工作特性

2、和机械特性保持 U=UN和 If=IfN 不变，测取 n=f(Ia)及 n=f(T2)2. 调速特性(1) 改变电枢电压调速保持 U=UN If=IfN=常数，T2=数，测取 n=f(Ua)(2) 改变励磁电流调速 保持U=UN T2=数，R仁Q测取n=f(If)(3) 观察能耗制动过程四. 实验设备及仪器1. MEL-I系列电机教学实验台的主控制屏。MEL-13、编码器转速表2 电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量(3可调直流稳压电源(含直流电压、电流、毫安表)4直流电压、毫安、安培表(MEL-06 o5.直流并励电动机。6波形测试及开关板(MEL-05 o7.三相可调电阻 900Q( MEL

3、-03 。五. 实验方法图1-6直流并励电动机接线图1. 并励电动机的工作特性和机械特性。U:可调直流稳压电源R、R :电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于 MEL-0QmAA、直流毫安、电流、电压表(MEL-06G:涡流测功机I S：涡流测功机励磁电流调节，位于MEL-13(2)测取电动机电枢电流Ia、转速n和转 矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中实 验 数 据Ia (A)1.100.950.800.700.600.500.400.30n (r/min)16001607161816231623164016551669T2 (N.m)1.181.050.910.810.710.610.500.

4、39计 算 数 据P2 ( W )198.24177.17154.60138.04120.99105.0486.8968.34F1 ( W )258.46225.46192.46170.46148.46126.46104.4682.46n( %)76.778.680.381.081.583.183.282.9 n (%)0.000.441.121.431.432.503.434.312调速特性(1)改变电 枢端电压的 调速表1-9If=IfN=0.0748A,T2Ua (V)216205196186177173170161n (r/min)163215381475138613131286125

5、61185Ia (A)0.550.5470.5410.5570.5670.5630.570.561(2)改变励磁电流的调速N (r/min)14501546161516501690173917851950If (A)100.580.572.067.763.659.638.147.6Ia (A)0.5520.5950.6050.6300.6440.6650.6720.737表 1-10U= Un =220V, T 2=0.60 N . m按图1 一 7接线Ui：可调直流稳压电源Ri、Rf:直流电机电枢调节电阻和磁场调节 电阻(MEL-09 )Rl :采用MEL-03中两只900Q电阻并联。S:双

6、刀双掷开关(MEL-05六.注意事项1 直流电动机起动前，测功机加载旋钮 调至零.实验做完也要将测功机负载钮调到能耗制动图1-7直流并励电动机能耗制动接线图零，否则电机起动时，测功机会受到冲击。2. 负载转矩表和转速表调零.如有零误差，在实验过程中要除去零误差。3. 为安全起动，将电枢回路电阻调至最大，励磁回路电阻调至最小。4. 转矩表反应速度缓慢，在实验过程中调节负载要慢。5. 实验过程中按照实验要求，随时调节电阻，使有关的物理量保持常量，保证实验数据的正确 性。七. 实验数据及分析1. 由表1-8计算出P2和n,并绘出n、T2、n =f(I a)及n=f(T 2)的特性曲线。 电动机输出功

7、率F2=0.105 nT2式中输出转矩T2的单位为Nm转速n的单位为r /min 电动机输入功率：F1=UI电动机效率n =P2 x 100%Pi电动机输入电流：1 = 1 a + lfN由工作特性求出转速变化率：门=巴叫x 100%nN解：对第一组数据，有：P2=0.105 x 1600x 1.18=198.24wl=l a+lfN=1.1+0.0748A=1.1748AP仁220X 1.1748=258.46wn =F2/P1X 100% =198.24/258.46=77 % n= (1600-1600) /1600 x 100% =0.00 %同理可得其他数据，见表1-8。转速n的特性

8、曲线如下：转矩T2的特性曲线如下：n =f(I a)的特性曲线如下：n=f(T 2)的特性曲线如下：并励电动机调速特性曲线 n=f(Ua)如下：并励电动机调速特性曲线n=f(I f)如下：2. 绘出并励电动机调速特性曲线 n=f(Ua)和n=f(I f)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流 变化规律以及两种调速方法的优缺点。解：在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点为：调压调速是在基速以下调节转速的方法，电压越小，转速越小。调压调速的优点：(1)可实现无级调速；(2)相对稳定性较好；(3)调速范围较宽，D可达10-20 ; (4)调速经济性较好。调 压调速的缺点：需

9、要一套可控的直流电源。弱磁调速是在基速以上调节转速的方法，励磁电流减小，磁通变小，转速升高。弱磁调速的优点：(1)控制方便，能量损耗小；(2)可实现无级调速。弱磁调速的缺点：由于受电动机机械强 度和换向火花的限制，转速不能太高，调速范围窄，一般要与调压调速配合使用。3能耗制动时间与制动电阻 R的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？能耗制动时间与制动电阻 R的阻值的大小有关，制动电阻越大，制动过程的时间越长；反之 制动时间越短。这是因为在能耗制动过程中，制动时间主要取决于TMn，TMn与制动电阻成正比，所以制动电阻越大，制动过程的时间越长。采用能耗制动方法停车的缺点在于在制动过程中，随

10、着转 速的下降，制动转矩随着减小，制动效果变差。八. 问题讨论1. 并励电动机的速率特性n=f(I a)为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的 速率特性对电动机运行有何影响？答：根据并励电动机的速率特性公式，若忽略电枢反应，当电枢回路电流增加时，转速下降； 若考虑电枢反应的去磁效应，磁通下降可能引起转速的上升，即出现上翘现象。这样的变化与电枢 回路电流增大引起的转速降相抵消，对电动机的影响是使电动机的转速变化很小。2. 当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？答：由直流电动机机械特性的表达式可知，转速与电枢电压成正比、与磁通量成反比，所以降低

11、电压时转速下降。3. 当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？ 答：由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比， 所以励磁电流减小时， 主磁通也随着 减小。由机械特性的表达式可知，当磁通减小时，转速升高。4. 并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“飞速”？为什么？ 答：不一定。这是因为当电动机负载较轻时，电动机的转速将迅速上升，造成“飞车”；但若 电动机的负载为重载时， 则电动机的电磁转矩将小于负载转矩， 使电动机转速减小， 但电枢电流将 飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，烧毁电枢绕组。九、实验体会通过这次实验， 我们基本掌握了用实验

12、的方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性， 知 道直流电动机的调速原理并掌握了直流并励电动机的调速方法。使我们更进一步认识了直流电动 机。实验三三相变压器一、实验目的1通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。2通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。二、预习要点1如何用双瓦特计法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。答：在一个三相系统中，任何一相都可以成为另一相的参考点（或基准点）。丫型接法通常选择 中性点作为参考点，即便是三相三线制也将中性点作为参考点。丫型接法的好处是每一相的电压、电流和功率都可以独立测量。 如果将三相中的某一相作为参考点， 就可以用两只瓦特计测量整个三

13、 相系统的功率。空载实验：低压侧接电源，功率表、电流表，高压侧开路。短路实验：高压侧接电源、功率表、电流表，低压侧短路。2三相心式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？ 答：不对称。根据磁势与励磁电流的关系式、磁通与磁阻的关系式可知：当外施三相对称电压时，三相空载电流不相等,中间相B相较小,A相和C相较大.B相磁路较短-B相磁阻较小一空载运 行时 , 建立同样大小的主磁通所需的电流就小 .3如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。答：空载实验测铁耗，短路实验测铜耗。4变压器空载和短路实验应注意哪些问题？电源应加在哪一方较合适？ 答：空载实验：空载实验要加到额定电压，当高压侧的额定电压较高时， 为了方便

14、于试验和安 全起见，通常在低压侧进行实验，而高压侧开路。短路试验：由于短路试验时电流较大，而外加电压却很低，一般电力变压器为额定电压的4%10%，为此为了便于测量，一般在高压侧试验，低压侧短路。三、实验项目1测定变比2. 空载实验：测取空载特性U0=f(I0),Po=f(U°),cosO=f(U°)。3. 短路实验：测取短路特性U=f(Ik),PK=f(Ik),cosK=f(I K)。4. 纯电阻负载实验：保持 U=Un, cos 2=1的条件下，测取U2=f(I 2)四、实验设备及仪器1. ME 1电机教学实验台主控制屏(含指针式交流电压表、交流电流表)2. 功率及功率因

15、数表(MEL-203. 三相心式 变压器(MEL-024. 三相可调电阻900Q( MEL-035. 波形测试及开关板(MEL-056. 三相可调电抗(MEL-08五、实验方法1. 测定变比实验线路如图2-4所示U山(V)表2-6U (VKjvU (V)K/wU (VKwuK=1/3(Kuv +K/w+KvUUlU1.1V1U3U1.3V1UlV1.1W1U3V1.3W1UlW1.1U1U3W1.3U14281083.964151053.954081043.923.94图2-4三相变压器变比实验接线图2.空载实验序 号实验数据计算数据U0(V)Io(A)P0(W)UO(V)I O(A)Po(W

16、)COS 0U3u1.3V1U3vi.3W1U3w1.3U1I 3U10I 3V10I 3W10Po1P0213027290.00.050.07-0.572.1128.60.061.54L0.49773223937.542.50.10.080.11-1.464.1739.60.102.71:L0.3827333504647.50.10.090.12-2.756.2147.80.113.46L0.3733304555153 10.10.110.14-4.518.5753 :0.134.06:L0.335325595757.50.20.130.21-6.9811.6757.80.194.69:L0

17、.24330666562.567.50.30.210.32-11.617.33650.295.73L0.175343.短路实验图2-6a三相变压器短路实验接线图（MEL-I、MEL-IIA） 表 2-8 9 =30匕序 号实验数据计算数据UK（ V）Ik（A）Pk( WU<（V）Ik（A）Pk (WCOS KUu1.1V1U 1V1.1U1Uw1.1U1I 1U1I 1V1I 1W1FK1Pk21141312.50.230.220.20 0).462.7413.20.223.20L0.638220.519.5190.320.310.30 0).925.7819.670.316.70L0.

18、634322.5 22023.00.370.340.35 1.167.4922.500.358.65L0.634425.024.527.00.430.360.40 1.439.4525.500.401088L0.616526.525.029.00.460.370.44 1.6711.7626.830.4213.43L0.6884. 纯电阻负载实验实验线路如图2-7所示GE 卫图2-7a三相变压器负载实验接线图(MEL-I、MEL-IIA)表 2-9Uu=U1f55V; cos 2=1序 号U (V)I (A)UiU1.1V1UiV1.1W1UiW1.1U1U2I 1U1I 1V1I 1W1I

19、2121821022821900002204197214205131212512:3198:190208 :19919181818r 4188180196 18830282929517716918517740384039六、注意事项在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。做短路实验时操作要快, 否则线圈发热会引起电阻变化。七、实验报告：1. 计算变比由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变 压器的变比K。K=Uu11U2/ U2u12U22. 绘出空载特性曲线和计算激磁参数(1) 绘出空载特性曲线 U=f(I o) , P=f(U。

20、) , cos °=f(Ud。式中：Pocos o (2) 计算激磁参数J OIO从空载特性曲线上查出对应于 UO=U时的Io和Po值，并由下式算出激磁参数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 U=f(l K)、PK=f(|CO)、K=f(l K)。(2) 计算短路参数。从短路特性曲线上查出对应于短路电流I K=I N时的U和PK值，由下式算出实验环境温度为B( °C)短路参数 折算到低压方由于短路电阻rK随温度而变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75°C时的阻值式中：234.5为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为 2

21、28。 阻抗电压Ik=In时的短路损耗4. 利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“r”型等效电路。5. 变压器的电压变化率 U 绘出=1 和30.8两条外特性2曲线U2=f(l 2)，由特性曲线计算出l2 = l2N时的电压变化率厶U根据实验求出的参数，算出丨2=以、COS 2 =1和l 2=l 2N> COS 2=0.8时的电压变化率厶U。 U=(UKrcos 2+UKxsin 2)将两种计算结果进行比较，并分析不同性质的负载对输出电压的影响。6. 绘出被试变压器的效率特性曲线* 2(1* cos P一l2 Pkn *2)100%l 2 Pn cos 2 FO 1

22、2 Pkn(1)用间接法算出=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表2-5中。表 2-5 cos 2=0.8Po=4.06WPn=0.816Wl 2*(A)P2(W)0.224.320.0330.448.640.1300.672.960.2940.897.280.5221.0121.600.8161.2145.921.175式中：IPn=Po(W)；2Pkn为变压器lK=lN时的短路损耗(W ；Po为变压器Uo=UN寸的空载损耗(W。由计算数据绘出变压器的效率曲线n *=f(l) 计算被试变压器n =n max时的负载系数B m=数据处理：Rm=76.51Zm=238.76Xm=226.1

23、7R1k=22.67Z1k=36.81X1k=29.00R2k=1.46Z2k=2.36X2k=1.86Rk75°C =1.70Zk75 C =2.20Xk75°C =1.86Uk=2.77%Ukr=2.14%Ukx=2.34%Pk n=0.816wU 20 U 2U 20100% =1.36% U=(UKrcos 2+UKxsin 2)=4.48% B m=2.23绘图:1. 绘出空载特性曲线（图1-11、图1-12）4. 绘出=cO,s=Q8两条外特性曲线 U=f（l 2）（图1-4 ）5. 由计算数据绘出变压器的效率曲线n =f（l）。（图1-5）图 1-11图 1-

24、122. 绘出短路特性曲线（图1-2）图1-23利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“r”型等效电路（图1-3）图1-4八、实验体会本次实验做了空载、短路实验以及负载实验，测定了三相变压器的变比和其他参数，和三相变 压器的运行特性。学会了功率因素表的使用，对三相变压器有了感性的认识。实验四三相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？答：1.转速特性2.定子电流特性3.功率因数特性4.电磁

25、转矩特性5. 效率特性2. 异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的物理意义是什么？ 答：励磁电阻Rs励磁电抗Xs转子折算到定子侧的电阻 R r转子折算到定子侧的电抗 Xro转子每相的感应电动势Ero。3. 工作特性和参数的测定方法。答：通过测取输出功率求异步电动机的工作特性。由空载、短路试验测取异步电动机的等效电路的参数。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。四. 实验设备及仪器1. MEL I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）3. 交流功率、功率因数表（MEL-20 ）。

26、4. 直流电压、毫安、安培表（MEL-06 ）。5. 三相可调电阻器 900Q（ 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. 实验步骤1.测量定子绕组的冷态直流电阻。 伏安法测量定子绕组电阻，3-1。R:四只900Q和900Q电（MEL-03 ）。A :直流毫安表，米用档。V?:直流电压表，采用万档。（符号S表示手动接或不调节R使A表分别为30mA测取三次，取其平均值，测量线路如图阻相串联MEL-06200mA用表直流20V 接万用表）50mA，40mA，绕组1绕组n绕组川I (mA)504030504030504030U (V)2.2

27、71.821.392.281.851.402.321.871.40R (Q)45.445.546.345.646.246.646.446.846.7表3-1室温30E注意事项：在测量时，电动机的转子须静止不动。，记录于表 3-1中。绕组1绕组II绕组IIIR (Q)45.746.146.6测量通电时间不应超过1分钟2.判定定子绕组的首未端表3-2中图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3 .空载试验测量电路如图3-3所示数据记录如下F表 3-3序号Uab12582223319841755142665Ub，26：电源输5出1462

28、223219Ucc (V)196190ViUcl：258oJk oA222 Q|3 oW01950.(A)Po (W)IcPi-29.544).4542).4131.80-12.624.7119.920.37-9.26L-IIA) 4.980.42-17.1731701730.370.370.3660620.10 0.100.080.090.66COSPc17.35L0.4514.1L0.1612.11L0.1810.66L0.209.04L0.256.67L0.5314.026.014. 短路实验测量线路如图3-3表3-4序号Ucc (V)Icl (A)Pc (W)COS kUabUbcUc

29、aUkIaIbIcIkPiPiiPk1687061660.580.560.570.57-2.3032.0429.74L0.462636159610.050.490.480.49-2.2826.6224.34L0.443605856580.440.450.430.44-2.2221.8319.61L0.424515049500.360.360.350.36-2.1115.4313.32L0.395474347460.300.300.290.30-1.9510.979.02L0.366383331340.210.220.200.21-1.456.124.67L0.317313029300.160.

30、160.150.16-1.253.982.73L0.285. 负载实验表 3-5Un=220 伏()序号Icl (A)Pc (W)T2(N.m)n (r/min)P2 (W)IaIbIcI1PiPiiP110.630.590.640.6254.10134.5188.60.91367129.220.580.540.580.5748.49124.3172.80.831381120.430.500.460.500.4938.16108.9147.10.711402104.540.440.400.440.4329.3595.24124.70.60142089.550.340.300.350.3313.

31、4273.9787.40.40144860.860.220.200.220.21-18.3031.9613.7-0.041495-6.3六. 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:式中rlef换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Q;ric0 ref定子绕组的实际冷态相电阻，Q;-基准工作温度，对于E级绝缘为75°C;实际冷态时定子绕组的温度，匕0 c463-01=P<9COS10=f(u.7 如下"必646.1?Ik、P=f(UK)2. 作3. 作短路特性

32、曲线：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60Zk=?=207.8?K 0.503Zk *I K短路电阻Pk引K?=50?短路电抗XK= 207.82502 =201.7?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、 相短路功率。转子电阻的折合值riR2 =50.0-46.1=3.9 ?定、转子漏抗，201 7 X2 'X1 X2 =100.85?2(2)由空载试验数据求激磁回路参数 空载阻抗z。Uo220 I。Z。更?=952.6?V3空载电阻14.0?=87.5?/ 04、2Xk2图3-4

33、电机中的铁耗和机械耗R°=3*空载电抗Xo= 952.62 -87.52 =948.6?式中U、I。、P0相应于Ub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 X1Xm =948.6-100.85 ?=847.8. ?激磁电阻9.123*?=57.0?0.4),3丿式中PFe为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。5. 作工作特性曲线 Pi、丨1、n、n、s、cos i=f(P 2)S关于n的图像Pi、Ii、cos i=f(P 2)的图像Pi，P2,K的关系图像如下图所示：由负载试验数据计算工作特性，填入表 3-6中。表 3-6Ui=220V(A) |f=A序号电动机输入电动机输出计算值Ii(A)Pi(W)T2(N m)n(r / min)P2 ( WS( % )n (%)cos ii0.36i88.60.9i367i29.28.87%68.50%0.7920.33i72.80.83i38ii20.47.93%69.68%0.7930.28i47