电机及电力拖动试验指导书-机械与储运工程学院-中国石油大学北京

《电机及电力拖动基础》实验指导书刘丽萱 何家强编写中国石油大学（北京） 机电工程学院电子系2008年9月目录第一章DDSZ-1型电机及电气技术实验装置简介,,,,,,,,2第二章实验装置安全操作说明,,,,,,,,,,,,,,,,6第三章机电传动控制实验内容,,,,,,,,,,,,,,,,8§3.1实验一直流并励电动机的工作特性,,,,,,,,,8§3.2实验二三相鼠笼异步电动机的起动与工作特性,,,,14§3.3实验三三相异步电动机的继电接触控制线路,,,,,20附录〈电机及电力拖动基础〉实验须知,,,,,,,,,,,251第一章 DDSZ-1型电机及电气技术实验装置简介一、实验装置介绍实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成本课程所开设的主要实验项目。实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊设计,其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。图1-1DDSZ-1电机及电气技术实验装置外形图装置布局合理，面板示意图明确、清晰、直观；实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成该设备损坏；电路连接方式安全、可靠、迅速、简便；除电源控制屏和挂件外，实验桌上可放置机组、示波器等实验仪器，操作2舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便；实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。实验装置外形如上图 1-1.二、交流及直流电源操作说明实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。（1）开启三相交流电源的步骤为：1）开启电源前。要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。3（2）开启直流电机电源的操作：1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源” ，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为 220V、0.5A不可调的直流电压输出。接通“电枢电源”开关，可获得 40～230V、3A可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。4）电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。当输出电压出现过压时，会自动切断输出，并告警指示。此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即能输出电压。当负载电流过大（即负载电阻过小）超过3A时，也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线（空载）开机，待直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载（不可短路）工作。若在空载时开机仍发生过流告警，这是由于气温或4湿度明显变化，造成光电耦合器 TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关）予热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。所有这些操作到直流电压输出都有 3～4秒钟的延时。5）在做直流电动机实验时， 要注意开机时须先开 “励磁电源”，后开“电枢电源”；在关机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。同时要注意在电枢电路中串联起动电阻以防止电源过流保护。具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。5第二章实验装置安全操作说明本实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。一、实验前的准备实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书 ,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题 (有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等 )，并按照实验项目准备记录抄表等。实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。二、实验的进行1、建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。2、选择组件和仪表实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。3、按图接线根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可6用相同颜色的导线或插头。4、起动电机，观察仪表在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常 (如指针正、反向是否超满量程等 )。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。5、测取数据预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。6、认真负责，实验有始有终实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。7第3章 电机及电力拖动基础实验内容§3.1 实验一 直流并励电动机的工作特性一、实验目的、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。、掌握直流并励电动机的调速方法。二、预习要求3、直流电动机调速及改变转向的方法。4、什么是直流电动机的工作特性和机械特性？三、实验内容、工作特性和机械特性保持U=UN和If =IfN不变，测取 n、T2、η=f（Ia）、n=f（T2）。、调速特性）改变电枢电压调速保持U=UN、If=IfN=常数，T2 =常数，测取 n=f（Ua）。）改变励磁电流调速保持U=UN，T2=常数，测取 n=f（If）。四、实验方法、实验设备序号型号名称数量1DD03导轨、测速发电机及转速表1台2DJ23校正直流测功机1台3DJ15直流并励电动机1台4D31直流电压、毫安、电流表2件5D42三相可调电阻器1件6D44可调电阻器、电容器1件7D51波形测试及开关板1件82、屏上挂件排列顺序： D31、D42、D51、D31、D44、并励电动机的工作特性和机械特性）按图3-1接线。图中直流电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压 UN=220V，额定电流 IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG用DJ23作为测功机使用，MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用D44的1800Ω阻值。Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1用D44的180Ω阻值。R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。接好线后，检查M、MG之间是否用联轴器直接联接好。励磁电源组+－220V绕组Rf1励If2A2绕并If磁A1励Rf2V1V2R1IFA4A3IaSI220V+－R2电枢电源图3－1直流并励电动机接线图2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻 R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流 If2为校正值（50mA或9100mA），再调节其负载电阻 R2和电动机的磁场调节电阻 Rf1，使电动机达到额定值： U＝UN，I＝IN，n＝nN。此时M的励磁电流 If即为额定励磁电流 IfN。）保持U＝UN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流 Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩 T2）。共取数据 5-6组，记录于表 3-1中。表3－1U＝UN＝ V If=IfN= mA If2= mA实Ia（A）验n（r/min）数IF（A）据T2（N·m）计P2（W）算P1（W）数η（％）据Δn（％）4、调速特性（1）改变电枢端电压的调速1）直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，If＝IfN记下此时MG的IF值。）保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压 Ua，转速n和电枢电流 Ia。3 ）共取数据 5-6组，记录于表 3-2中。10表3－2 If＝IfN＝ mA T2＝ N·mUa（V）n（r/min）Ia（A）2）改变励磁电流的调速）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，调节MG的磁场调节电阻将If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，I＝0.5IN，记下此时的 IF值。）保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至 n＝1.3nN，每次测取电动机的 n、If和Ia。共取5－6组记录于表 3－3中。表3－3 U＝UN＝ V T2＝ N·mn（r/min）If（mA）Ia（A）五、实验报告、由表3-1计算出P2和η，并给出n、T2、η＝f（Ia）及n＝f（T2）的特性曲线。电动机输出功率：P2＝0.105nT2式中输出转矩T2的单位为N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。电动机输入功率：P1=UI输入电流：I=Ia+IfN电动机效率：P2100%P111由工作特性求出转速变化率：n0nN100%n%nN、绘出并励电动机调速特性曲线n＝f（Ua）和n=f（If）。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。六、思考题1 、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时， 减小电枢端电压， 为什么会引起电动机转速降低？2 、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？3 、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“飞车”？为什么？七、注意事项1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻 Rf1调至最小，先接通励磁电源 ,使励磁电流最大 ,同时必须将电枢串联起动电阻 R1调至最大,然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。2、直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源同时必须将电枢串联的起动电阻 R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值。给下次起动作好准备。3、若要测量电动机的转矩 T2，必须将校正直流测功机 MG的励磁电流调整到校正值： 100mA，以便从校正曲线中查出电动机 M的输出转矩。4、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。（1）电压量程的选择如测量电动机两端为 220V的直流电压，选用直流电压表为121000V量程档。（2）电流量程的选择因为直流并励电动机的额定电流为 1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的 5A量程档；额定励磁电流小于 0.16A，电流表A1选用200mA量程档。（3）电机额定转速为 1600r/min，转速表选用 1800r/min量程档。13§3.2实验二三相鼠笼异步电动机的起动与工作特性一、实验目的1、通过实验掌握鼠笼异步电动机的起动方法。2、用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。二、预习要点1、复习鼠笼式异步电动机有哪些起动方法。2、异步电动机的工作特性指哪些特性？三、实验项目1、鼠笼式异步电动机直接起动。2、鼠笼式异步电动机星形—三角形 (Y- )换接起动。3、用直接负载法测取异步电动机工作特性 P1、I1、η、cosφ1=f(P2)。四、实验方法1、实验设备序号型号名称数量1DD03导轨、测速发电机及转速表1件2DJ16三相鼠笼异步电动机1件3DJ23校正过的直流电机1件4D31直流电压、毫安、安培表1件5D32交流电流表1件6D33交流电压表1件7D42三相可调电阻器1件8D51波形测试及开关板1件2、屏上挂件排列顺序D33、D32、D31、D42、D5114三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。P=100W，UNN=220V()，IN=0.5A,n=1420r/min,极数2P=4.N3、三相鼠笼式异步电机直接起动试验UAVVW图3-2三相鼠笼式异步电动机直接起动接线图按图3-2接线。电机绕组为接法。异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接负载电机DJ23。把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。3)调节调压器，使输出电压达电机额定电压 220伏，使电机起动旋转，(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电源 )。再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下“开”按钮，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(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)，记录于表3－4中。4、星形——三角形 (Y- )起动 BUAA XCVYAVSWC ZY15图3-3三相鼠笼式异步电机星形——三角形起动接线图按图3-3接线。线接好后把调压器退到零位。三刀双掷开关合向右边(Y接法)。合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，打开电源开关，待电机停转。3)合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把 S合向左边，使电机()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记录于表3－4中。表3-4测量值UN ISt△(A) IstY(A)5、直接负载法测定工作特性*IFU*AWARf+源VVV0电RLVAMG2磁V2励VIf-MAWWA**图3-4三相鼠笼式异步电动机试验接线图测量接线图同图3-4。同轴联接负载电机。图中Rf用D42上1800阻值，RL用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250阻值。合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值16(100mA)并保持不变。调节负载电阻RL（注：先调节1800Ω电阻，调至零值后用导线短接再调节450Ω电阻），使异步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。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、直流电机的负载电流 IF等数据。6)共取数据5～6组记录于表3-5中。表3-5U1φ=U1N=220V（）If=mA序I1L（A）P1（W）IFT2号IAIBICI1LPⅠPP(A)(N·m)Ⅱ1五、实验报告1、由表3-4中起动试验数据，比较外施额定电压 UN (直接法起动)时和外施电压为 UN 3(Y-起动)时的启动电流，并说明与理论分析是否一致。2、作工作特性曲线 P1、I1、η、cosφ1=f(P2)由直接负载法试验数据计算工作特性，填入表 3-6中。并做出工作

n(r/min)17特性曲线P1、I1、η、cosφ1=f(P2)表3-6U1=220V()If=mA电动机输入电动机输出计算值序I1P1T2nP2η号cosφ1(A)(W)(N·m)(r/min)(W)(%)计算公式为：I1I1LIAIBIC333cos1P13U1I1P2 0.105nT2P2 100%P1式中 I1 —定子绕组相电流， A；U1 —定子绕组相电压， V；η —效率。六、思考题1、起动电流和外施电压成正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？182、起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？3、由直接负载法测得的电机效率求得的电机效率有哪些因素会引起误差？19§3.3 实验三 三相异步电动机继电接触控制线路一、实验目的1、通过对三相异步电动机点动控制、自锁控制线路、三相异步电动机正反转控制线路的实际安装接线， 掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。2、通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点及三相异步电动机正反转控制的原理和方法。3、利用复合按钮设计直接正反转控制线路。4、利用行程开关设计直接正反转控制线路（选做）。二、实验设备1、实验设备序号型号名称数量1DJ16三相鼠笼异步电动机（△/220V）1件2D61继电接触控制挂箱（一）1件3D62继电接触控制挂箱（二）1件2、屏上挂件排列顺序： D61、D62三、实验方法 ：实验前要检查控制屏左侧端面上的调压器旋钮须在零位， 下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关须在“关”断位置。开启“电源总开关，按下启动按钮，旋转调压器旋钮将三相交流电源输出端 U、V、W的线电压调到 220V。再按下控制屏上的“关”按钮以切断三相交流电源。以后在实验接线之前都应如此。1、三相异步电动机点动控制线路按图3-5 接线。图中SB1、FR1、KM1选用D61上元器件，Q1、20FU1、FU2、FU3、FU4选用D62上元器件，电机选用DJ16（△/220V）。接线时，先接主电路，它是从 220V三相交流电源的输出端 U、V、W开始，经三刀开关 Q1、熔断器FU1、FU2、FU3、接触器KM1主触点、FR1的发热元件到电动机 M的三个线端A、B、C的电路，用导线按顺序串联起来，有三路。主电路经检查无误后，再接控制电路，从熔断器FU4插孔V开始，经FR1的常闭触点、按钮SB1常开、接触器KM1线圈到插孔W。线接好经指导老师检查无误后，按下列步骤进行实验：图3-5 三相异步电动机点动控制线路1）按下控制屏上“开”按钮；2）先合Q1，，接通三相交流220V电源；3）按下启动按钮SB1，对电动机M进行点动操作，比较按下SB1和松开SB1时电动机M的运转情况。212、三相异步电动机自锁长动控制线路：按下控制屏上的“关”按钮以切断三相交流电源。 按图8-2接线，图中SB1、SB2、KM1、FR1选用D61挂件，Q1、FU1、FU2、FU3、FU4选用D62挂件，电机选用 DJ16（△/220V）。检查无误后，启动电源进行实验：合上开关Q1，接通三相交流220V电源；按下起动按钮SB2，松手后观察电动机M运转情况；按下停止按钮SB1，松手后观察电动机M运转情况。图3-6 三相异步电动机自锁长动控制线路3、三相异步电动机正反转控制线路（带电气互锁）（1）按下“关”按钮切断交流电源。按图 3-7接线。图中SB1、SB2、SB3、KM1、KM2、FR1选用D61件，Q1、Q2、FU1、FU2、FU3、FU4选用D62挂件，电机选用DJ16（△/220V）。检查无误后，22按下“开”按钮通电操作。2）合上电源开关Q1，接通220V三相交流电源。按下SB1，，观察并记录电动机M的转向、接触器自锁和互锁触点的吸断情况。4）按下SB3，观察并记录M运转状态、接触器各触点的吸断情况。5）再按下SB2，观察并记录M的转向、接触器自锁和联锁触点的吸断情况。图3-7 三相异步电动机正反转控制线路（带电气互锁）4、复合按钮控制三相异步电动机直接正反转控制线路1）按下“关”按钮切断交流电源。2）按自行设计的电路图接线。3）电路中使用的按钮、接触器、热继电器等选用D61挂件，电源开关、熔断器选用D62挂件，电机选用DJ16（△/220V）。235、行程开关控制三相异步电动机直接正反转控制线路（选做）1）按下“关”按钮切断交流电源。2）按自行设计的电路图接线。3）电路中使用的按钮、接触器、热继电器等选用D61挂件，电源开关、熔断器、行程开关选用D62挂件，电机选用DJ16（△/220V）。四、讨论题1、试分析什么叫点动，什么叫自锁，并比较图 3-5 和图3-6 的结构和功能上有什么区别？2、图3-6电路能否对电动机实现长期过载和短路保护？3、接触器和按钮的互锁触点在继电接触控制中起到什么作用？4、行程开关主要用于什么场合？一般安装在什么地方？24附录 《电机及电力拖动基础》实验要求一、预习要求1、学生在进行实验前应复习有关内容，认真阅读实验指示书及与实验有关的参考资料，明确实验要求，做好准备。2、实验预习报告应包括以下几个部分：实验目的；实验内容；实验电路原理图及实验接线图(要求画出电机的接线板，电流插口、仪表的接线及位置等，所用的实验装置及其接线端子都应明确标识)；实验步骤(应写明每项实验内容的具体操作步骤，每个实验的保持条件、应读取哪些数据等)；仪表选择(包括仪表的名称、量程、数量、用途)；6）预习报告中应设计好实验数据记录表格，以备实验时记录数据用。预习报告封面应写明实验名称、班号，小组成员及其学号、预习报告完成人及日期。各组的预习报告应独立完成，不得互相抄袭．二、实验要求1、学生应按时到达实验室．在辅导教师宣布开始实验后，布置设备、接线。凡在某一项实验中暂时不用的设备、仪表应整理好放在一边，以免用错发生意外。书包、衣服等不能放在实验台或仪器设备上。2、接线须整齐、清楚，力求简单、避免交叉．导线的长短、粗细选择应合适。一个接线柱上最多接两根线，以免导线松脱．线路布置(仪器摆放，接线等)应文明，安全、便于检查和操作。仪表位置应正确、25便于准确读数。3、接线完毕，组内应互相认真检查， 且每个成员对全部线路都应掌握。实验中不用的导线应整理好放回原处。然后请辅导教师检查， 未经教师检查和同意不得进行实验 。4、在调节负载或改变电阻、电压、转速等量时，必须考虑到其他量的变化关系，随时注意其他量是否超过额定值、 全组同学应明确分工、统一指挥，以免发生因配合不当而使设备过载乃至损坏的事故。5、原始记录中应包括实验日期、 小组成员、主要铭牌数据及实验