并励直流电机实验分析报告

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=UN，Rf+rf=C时，η,n,T分别随P2变；机械特性：当U=UN，Rf+rf=C时，n随T变；2.直流电动机调速原理是什么？答：由n=(U-IR)/Ceφ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=常数，测取n=f(Ua)。(2)改变励磁电流调速保持U=UN，T2=常数，R1=0，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。2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）、编码器、转速表。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）。5．直流并励电动机。6．波形测试及开关板（MEL-05）。7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。五．实验方法并励电动机的工作特性和机械特性。（1）实验线路如图1-6所示U1：可调直流稳压电源R1、Rf：电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。mA、A、V2：直流毫安、电流、电压表（MEL-06）G：涡流测功机IS：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）1.181.050.910.810.710.610.500.39计算数据P2（w）198.24177.17154.60138.04120.99105.0486.8968.34P1（w）258.46225.46192.46170.46148.46126.46104.4682.46η（%）76.778.680.381.081.583.183.282.9△n（%）0.000.441.121.431.432.503.434.31表1-8U=UN=220VIf=IfN=0.0748AKa=Ω调速特性（1）改变电枢端电压的调速表1-9If=IfN=0.0748A,T2=0.60N.mUa（V）216205196186177173170161n（r/min）16321538147513861313128612561185Ia（A）0.550.5470.5410.5570.5670.5630.570.561（2）改变励磁电流的调速表1-10U=UN=220V，T2=0.60N.mN（r/min）14501546161516501690173917851950If（A）100.580.572.067.763.659.638.147.6Ia（A）0.5520.5950.6050.6300.6440.6650.6720.737(3)能耗制动按图1一7接线U1：可调直流稳压电源R1、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900Ω电阻并联。S：双刀双掷开关（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η，并绘出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，转速n的单位为r／min。电动机输入功率：P1=UI电动机效率η=×100％电动机输入电流：I=Ia+IfN由工作特性求出转速变化率：Δn=×100％解：对第一组数据，有：P2=0.105×1600×1.18=198.24wI=Ia+IfN=1.1+0.0748A=1.1748AP1=220×1.1748=258.46wη=P2/P1×100％=198.24/258.46=77％Δn=（1600-1600）/1600×100％=0.00％同理可得其他数据，见表1-8。转速n的特性曲线如下：转矩T2的特性曲线如下：η=f(Ia)的特性曲线如下：n=f(T2)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(If)如下：2.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。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RL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RL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(Ia)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)。Y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。Y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→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)，P0=f(U0)，cos?0=f(U0)。3．短路实验：测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK)，cos?K=f(IK)。4．纯电阻负载实验：保持U1=U1N，cos?2=1的条件下，测取U2=f(I2)。四、实验设备及仪器1．MEL－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．功率及功率因数表（MEL-20）3．三相心式变压器（MEL-02）4．三相可调电阻900Ω（MEL-03）5．波形测试及开关板（MEL-05）6．三相可调电抗（MEL-08）五、实验方法1.测定变比实验线路如图2-4所示表2-6U（V）KUVU（V）KVWU（V）KWUK=1/3(KUV+KVW+KWU)U1U1.1V1U3U1.3V1U1V1.1W1U3V1.3W1U1W1.1U1U3W1.3U14281083.964151053.954081043.923.942.空载实验实验线路如图2-5所示序号实验数据计算数据U0(V)I0(A)P0(W)UO(V)IO(A)PO(W)cos?0U3U1.3V1U3V1.3W1U3W1.3U1I3U10I3V10I3W10PO1P0213027290.070.050.07-0.572.1128.670.0631.54L0.49223937.542.50.120.080.11-1.464.1739.670.1032.71L0.3833504647.50.130.090.12-2.756.2147.830.1133.46L0.37045551530.150.110.14-4.518.57530.1334.06L0.3325595757.50.230.130.21-6.9811.6757.830.1904.69L0.24666562.567.50.350.210.32-11.617.33650.2935.73L0.1743.短路实验表2-8θ=30OC序号实验数据计算数据UK（V）IK（A）PK（W）UK（V）IK（A）PK（W）cos?KU1U1.1V1U1V1.1U1U1W1.1U1I1U1I1V1I1W1PK1PK21141312.50.230.220.200.462.7413.20.223.20L0.638220.519.5190.320.310.300.925.7819.670.316.70L0.634322.522.023.00.370.340.351.167.4922.500.358.65L0.634425.024.527.00.430.360.401.439.4525.500.401088L0.616526.525.029.00.460.370.441.6711.7626.830.4213.43L0.6884.纯电阻负载实验实验线路如图2-7所示表2-9UUV=U1N=55V；cos?2=1序号U（V）I（A）U1U1.1V1U1V1.1W1U1W1.1U1U2I1U1I1V1I1W1I2121821022821900002204197214205131212512319819020819919181818418818019618830282929517716918517740384039六、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=U1U1.1U2／U2U1.2U22.绘出空载特性曲线和计算激磁参数(1)绘出空载特性曲线UO=f(IO)，PO=f(UO)，=f(UO)。式中：(2)计算激磁参数从空载特性曲线上查出对应于Uo=UN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UK=f(IK)、PK=f(IK)、=f(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θ（OC）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75OC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228。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“Γ”型等效电路。5.变压器的电压变化率ΔU(1)绘出=1和=0.8两条外特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率ΔU(2)根据实验求出的参数，算出I2=I2N、=1和I2=I2N、=0.8时的电压变化率ΔU。ΔU=(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2-5cos?2=0.8Po=4.06WPKN=0.816WI2*(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=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）。(2)由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f(I)。(3)计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm=。数据处理：Rm=76.51Zm=238.76Xm=226.17R1k=22.67Z1k=36.81X1k=29.00R2k=1.46Z2k=2.36X2k=1.86Rk75℃=1.70Zk75℃=2.20XkUk=2.77%Ukr=2.14%Ukx=2.34%Pkn=0.816w=1.36%ΔU=(UKrcos?2+UKxsin?2)=4.48%βm=2.23绘图： 1.绘出空载特性曲线（图1-11、图1-12）4.绘出=1,=0.8两条外特性曲线U2=f(I2)（图1-4）5.由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f(I)。（图1-5）图1-11图1-122.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“Γ”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Rr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）。4．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。5．三相可调电阻器900Ω（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，测量线路如图3-1。R：四只900Ω和900Ω电阻相串联（MEL-03）。A：直流毫安表，采用MEL-06200mA档。V?：直流电压表，采用万用表直流20V档。（符号S表示手动接或不接万用表）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30℃绕组I绕组Ⅱ绕组ⅢI（mA）504030504030504030U（V）2.271.821.392.281.851.402.321.871.40R（Ω）45.445.546.345.646.246.646.446.846.7注意事项：①在测量时，电动机的转子须静止不动。②测量通电时间不应超过1分钟。表3-2中绕组I绕组II绕组IIIR（Ω）45.746.146.62．判定定子绕组的首未端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所示图图3－3三相笼型异步电机空载实验接线图数据记录如下表3-3序号UOC（V）IOL（A）PO（W）cos?UABUBCUCAUOLIAIBICIOLPIPIIPO12582622542580.470.440.450.45-29.546.8517.35L0.4522232232192220.430.420.410.42-17.731.8014.1L0.1631981961901950.400.380.380.39-12.624.7112.11L0.1841751731701730.370.370.360.37-9.2619.9210.66L0.2051421401391400.340.340.320.33-4.9814.029.04L0.256656260620.100.100.080.090.666.016.67L0.534．短路实验测量线路如图3-3。表3-4序号UOC（V）IOL（A）PO（W）cos?KUABUBCUCAUKIAIBICIKPIPIIPK1687061660.580.560.570.57-2.3032.0429.74L0.462636159610.050.490.480.49-2.2826.6224.34L0.443605856580.440.450.430.44-2.2221.8319.61L0.424515049500.360.360.350.36-2.1115.4313.32L0.395474347460.300.300.290.30-1.9510.979.02L0.366383331340.210.220.200.21-1.456.124.67L0.317313029300.160.160.150.16-1.253.982.73L0.285．负载实验表3-5UN=220伏（△）序号IOL（A）PO（W）T2（N.m）n（r/min）P2（W）IAIBICI1PIPIIP110.630.590.640.6254.10134.5188.60.91367129.220.580.540.580.5748.49124.3172.80.831381120.430.500.460.500.4938.16108.9147.10.711402104.540.440.400.440.4329.3595.24124.70.60142089.550.340.300.350.3313.4273.9787.40.40144860.860.220.200.220.21-18.3031.9613.7-0.041495-6.3六．实验报告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，Ω；r1c——定子绕组的实际冷态相电阻，Ω；θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75OC；θc——实际冷态时定子绕组的温度，OCRR=?R=R=×46.1=53.9?2.作空载特性曲线：I0、P0、cos?0=f(U0)如下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Z=?=207.8?短路电阻R=?=50?短路电抗X==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、三相短路功率。转子电阻的折合值R=50.0-46.1=3.9?定、转子漏抗=?(2)由空载试验数据求激磁回路参数空载阻抗?=952.6?空载电阻R=?=87.5?空载电抗X==948.6?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X=948.6-100.85?=847.8.?激磁电阻R=?=57.0?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、η、S、cos?1=f(P2)S关于n的图像P1、I1、cos?1=f(P2)的图像P,P,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3-6U1=220V（△）If=A序号电动机输入电动机输出计算值I1(A)P1(W)T2(N·m)n(r／min)P2（W）S(％)η(％)cos?110.36188.60.91367129.28.87%68.50%0.7920.33172.80.831381120.47.93%69.68%0.7930.28147.10.7114