1、電機與拖動實驗指導書電氣與自動化工程學院2013.9實驗一 他勵直流電動機的機械特性和調速特性一、實驗目的1掌握用實驗方法測取他勵直流電動機的機械特性。2掌握他勵直流電動機的調速方法。二、實驗項目1機械特性：保持U=UN和IfM=IfMN不變，測取n=f(I)。2調速特性（1）改變電樞電壓調速：保持U=UN ，If=IfMN ，IfG=IfGN ，IF (發電機電樞電流)=常數，測取n=f(U)。（2）改變勵磁電流調速：保持U=UN ，IfG=IfGN ，IF (發電機電樞電流)=常數，測取n=f(IfM)。三、實驗設備及儀器1實驗臺主控制屏2電機導軌及轉速表3可調電阻（NMEL-03/4）4

2、開關板（NMEL-05）5直流電壓、電流、毫安表（NMEL-06/1）6直流電動機電樞電源（NMEL-18/1）7直流電動機勵磁電源（NMEL-18/2） 8直流發電機勵磁電源（NMEL-18/3）四、實驗線路及操作步驟1機械特性n=f(I)（1）按圖1-1接線。l V1為NMEL-18/1中直流電動機電樞電源自帶；l V2為NMEL-06/1中的直流電壓表，量程選擇300V；l mA1、 mA2分別為NMEL-18/2中直流勵磁電源自帶毫安表；l A1、 A2為NMEL-06/1中的直流電流表，量程選擇2A；l R為NMEL-03/4中R2的兩組電阻并聯再與R3的兩組電阻并聯相串聯；l 開關

3、S1、S2選用NMEL-05中的雙刀雙擲開關。（2）通電前的準備工作。l S1、S2都處于斷開狀態；l R阻值至最大位置，直流發電機勵磁電源、直流電動機勵磁電源調至最大，直流電動機電樞電源調至最小；l 直流電動機勵磁電源船形開關、直流發電機勵磁電源船形開關和直流電動機電樞電源船形開關須在斷開位置。（3）通電實驗按次序先按下綠色“閉合”電源開關、再合直流電動機勵磁電源、直流發電機勵磁電源船型開關和直流電動機電樞電源船形開關。合上S1、S2使直流電動機起動運轉，調節直流電機電樞電源，使V1讀數為UN=220伏。分別調節直流電動機勵磁電流、發電機勵磁電流以及負載電阻R，使直流電動機的轉速nN=160

4、0r/min， Ia=IN=1.0A，此時得到的電動機勵磁電流為額定勵磁電流，即If=IfN，記錄此值。逐步增大發電機回路串接電阻R，測取電動機在額定負載至空載（空載時，斷開S2）范圍的n、Ia，共取5-6組數據填入表1-1中。注意，實驗過程中保持電動機的U=UN=220V，If=IfMN不變，在調節R以后應注意觀察V1和mA1表讀數有無變化，如有變化應及時調節相關電位器。表1-1 他勵直流電動機機械特性保持條件U=UN= V ，If=IfMN= AIa(A)n(r/min)圖1-1 他勵直流電動機機械特性接線圖2調速特性（1）改變電樞電壓的調速特性n=f(U)接線如圖1-1，按照測定機械特性

5、實驗內容做好起動前準備工作。按次序先按下綠色“閉合”電源開關、再合直流電動機勵磁電源、直流發電機勵磁電源船型開關和直流電動機電樞電源船形開關。合上S1、S2使直流電動機起動運轉，調節直流電機電樞電源，使V1讀數為UN=220伏。分別調節直流電動機勵磁電流、發電機勵磁電流以及負載電阻R，給電動機加適當負載，使電動機輸入電流I0.6A（A1表），發電機電樞電壓為其額定值左右。記錄此時發電機的勵磁電流IfG（mA2表）和電樞電流IF（A2表）。在保持發電機勵磁電流IfG和電樞電流IF不變（即轉矩=常數）以及電動機勵磁電流為額定勵磁電流，即IfM=IfMN不變的條件下，逐漸調節RP電位器，逐漸減小電樞

6、電壓U，記錄56組數據于表1-2中。表1-2 改變電樞電壓調速實驗保持條件：IfM=IfMN= A ，IFG= A ，IF= A U(V)n(r/min)（2）改變勵磁電流調速接線如圖1-1，按照測定機械特性實驗內容做好起動前準備工作。按次序先按下綠色“閉合”電源開關、再合直流電動機勵磁電源、直流發電機勵磁電源船型開關和直流電動機電樞電源船形開關。合上S1、S2使直流電動機起動運轉，調節直流電機電樞電源，使V1讀數為UN=220伏。分別調節直流電動機勵磁電流、發電機勵磁電流以及負載電阻R，給電動機加適當負載，使電動機輸入電流I0.6A（A1表），發電機電樞電壓為其額定值左右。記錄此時發電機的勵

7、磁電流IfG（mA2表）和電樞電流IF（A2表）。在保持發電機勵磁電流IfG和電樞電流IF不變（即轉矩=常數）以及電動機端電壓為UN的條件下，逐漸減小電動機減小勵磁電流IfM，記錄56組數據于表1-3中。注意轉速不得大于1.2nN。表1-3改變勵磁電流調速實驗保持條件：U=UN= A ，IF= A ，IfG= AIfM(A)n(r/min)五、實驗報告1繪制他勵直流電動機的機械特性曲線n=f(I)。2繪制他勵直流電動機的調速特性曲線n=f(U)和n=f(IfM)，并比較兩種調速方法的優缺點。六、實驗注意事項調節串并聯電阻時，要按電流的大小而相應調節串聯或并聯電阻，防止電阻過流燒毀熔斷絲。七、思

8、考題1并勵直流電動機的勵磁回路為什么不能斷線？后果會怎樣？2直流電動機的調速原理是什么？調速方法有哪些？各有何特點？實驗二 單相變壓器的空載、短路實驗一、實驗目的通過空載、短路實驗，掌握單相變壓器的參數及測定方法。二、實驗項目1空載實驗：測取空載特性：,。2短路實驗：測取短路特性：。三、實驗設備及儀器1交流電壓表、電流表、功率、功率因數表2可調電阻箱（NMEL-03/4）3波形測試及開關板（NMEL-05）4單相變壓器（U1N/U2N=220V/110V，I1N/I2N=0.4A/0.8A）四、實驗線路及操作步驟1空載實驗（1）準備工作按圖2-1接線。實驗時，變壓器低壓線圈2U1、2U2接電源

9、，高壓線圈1U1、1U2開路。A、V1、V2分別為交流電流表和交流電壓表。W為功率表，需注意將電壓線圈和電流線圈的同名端（標*端子）短接，避免接錯線。合理選擇各儀表量程。未上主電源前，將調壓器旋鈕逆時針方向旋轉到底。（2）實驗合上交流電源總開關，即按下綠色“閉合”開關，順時針調節調壓器旋鈕，使變壓器空載電壓U0=1.2UN。逐漸降低外加電壓，在范圍內，測量空載電壓、空載電流、空載損耗，共取數據67組，其中（低壓側的額定電壓）點的數據必測，且在該點附近測點應較密，將所測數據記于表2-1中。（3）測量數據以后，斷開三相電源，以便為下次實驗作好準備。表2-1 單相變壓器空載實驗序 號實 驗 數 據計

10、算數據U0（V）（V1表）I0（A）PO（W）U1U1。1U2（V2表）12345672短路實驗（1）準備工作按圖2-2接線（每次改接線路時，都要關斷電源）。實驗時，變壓器的高壓線圈接電源，低壓線圈直接短路。A、V1、V2分別為交流電流表和交流電壓表。W為功率表，需注意將電壓線圈和電流線圈的同名端（標*端子）短接，避免接錯線。合理選擇各儀表量程。測量環境溫度，作為實驗時繞組的實際溫度。（2）實驗注意：為避免損壞變壓器，短路實驗時A1表電流應控制在0.44A以下，并且應盡可能快的完成。未上主電源前，將調壓器調節旋鈕逆時針調到底。合上交流電源綠色“閉合”開關，接通交流電源。調節調壓器逐漸增大外加電

11、壓，使短路電流升至(為0.4A)。逐漸減小電流，在（范圍內，測量短路功率，短路電流，短路電壓。共測取67組數據（包括的點），記于表2-2中。 表2-2 單相變壓器短路實驗 室溫= 序 號實 驗 數 據計算數據U（V）I（A）P（W）1234567五、注意事項1在變壓器實驗中，應注意電壓表、電流表、功率表的合理布置。2短路實驗操作要快，否則線圈發熱會引起電阻變化。六、實驗報告1計算變比由空載實驗測取變壓器的原、副方電壓的三組數據，分別計算出變比，然后取其平均值作為變壓器的變比K。K=U1u1.1U2U2u1.2u22繪出空載特性曲線和計算激磁參數（1）繪出空載特性曲線UO=f(IO)，PO=f(

12、UO)，=f(UO)。式中：（2）計算激磁參數從空載特性曲線上查出對應于Uo=UN時的IO和PO值，并由下式算出激磁參數 3繪出短路特性曲線和計算短路參數（1）繪出短路特性曲線UK=f(IK)、PK=f(IK)、=f(IK)。（2）計算短路參數。從短路特性曲線上查出對應于短路電流IK=IN時的UK和PK 值，由下式算出實驗環境溫度為（OC）短路參數。折算到低壓方 , , 由于短路電阻rK隨溫度而變化，因此，算出的短路電阻應按國家標準換算到基準工作溫度75OC時的阻值。 式中：234.5為銅導線的常數，若用鋁導線常數應改為228。阻抗電壓IK = IN時的短路損耗3利用空載和短路實驗測定的參數，

13、畫出被試變壓器折算到低壓方的“T”型等效電路。七、思考題1在空載和短路實驗中，各種儀表怎樣聯結才能是測量誤差最小？2如何用實驗方法測定變壓器的鐵耗和銅耗？3變壓器空載及短路實驗時應注意哪些問題？一般電源應接在哪一方比較合適？實驗三三相異步電動機的起動與調速一、實驗目的通過實驗掌握異步電動機的起動和調速方法。二、實驗項目1異步電動機的直接起動。2繞線式異步電動機轉子繞組串入可變電阻器起動。3繞線式異步電動機轉子繞組串入可變電阻器調速。三、實驗設備及儀器1實驗臺主控制屏2電機導軌及測功機、轉矩轉速測量（NMEL-13）3交流電壓表、電流表、功率、功率因數表4波形測試及開關板（NMEL-05）5可調

14、電阻箱（NMEL-03/4）6三相鼠籠式異步電動機M047繞線式異步電動機M09四、實驗線路及操作步驟1三相籠型異步電動機直接起動實驗。（電機用M04）（1）按圖3-1接線，電機繞組為Y接法。圖3-1三相籠型異步電動機直接起動實驗接線圖（2）起動前準備把轉矩轉速測量實驗箱（NMEL-13）中“轉速/轉矩設定”電位器旋鈕逆時針調到底，“轉速控制”、“轉矩控制”選擇開關撥向“轉矩控制”。檢查電機導軌和NMEL-13的連接是否良好。（3）實驗把三相交流電源調節旋鈕逆時針調到底，合上綠色“閉合”按鈕開關。調節調壓器，使輸出電壓達電機額定電壓220伏，使電機起動旋轉。（電機起動后，觀察NMEL-13中的

15、轉速表，如出現電機轉向不符合要求，則須切斷電源，調整次序，再重新起動電機。）斷開三相交流電源，待電動機完全停止旋轉后，接通三相交流電源，使電機全壓起動，觀察電機起動瞬間電流值。斷開三相交流電源，將調壓器退到零位。用起子插入測功機堵轉孔中，將測功機定轉子堵住。合上三相交流電源，調節調壓器，觀察電流表，使電機電流達23倍額定電流，讀取電壓值UK、電流值IK、轉矩值TK，填入表3-1中，注意試驗時，通電時間不應超過10秒，以免繞組過熱。表3-1 三相籠型異步電動機直接起動參數測 量 值計 算 值UK（V）IK（A）TK（N.m）Tst(N.m)Ist(A)對應于額定電壓的起動轉矩TST和起動電流I比

16、按下式計算：式中Ik：起動試驗時的電流值，A； TK：起動試驗時的轉矩值，N.m；2繞線式異步電動機的轉子串電阻起動（電機用M09）（1）實驗線路如圖3-2，電機定子繞組Y形接法。圖3-2 繞線式異步電動機轉子繞組串電阻起動實驗接線圖（2）起動前準備轉子串入的電阻由刷形開關來調節，調節電阻采用NMEL-03/4的繞線電機起動電阻（分0，2，5，15，五檔），NMEL-13中“轉矩控制”和“轉速控制”開關撥向“轉矩控制”，“轉速/轉矩設定”電位器旋鈕逆時針調節到底。起動電源前，把調壓器退至零位，起動電阻調節為零。（3）實驗上交流電源，調節交流電源使電機起動。注意電機轉向是否符合要求。在定子電壓為

17、180伏時，順時針調節“轉速/轉矩設定”電位器到底，繞線式電機轉動緩慢（只有幾十轉），讀取此時的轉矩值Tst和起動電流Ist。用刷形開關切換起動電阻，分別讀出起動電阻為2、5、15的起動轉矩Tst和起動電流Ist，填入表3-2中。表3-2 繞線式異步電動機的轉子串電阻起動 U=180VRst（）02515Tst（N.m）Ist（A）3繞線式異步電動機的轉子串電阻調速（電機用M09）（1）實驗線路如圖3-2。（2）起動前準備NMEL-13中“轉矩控制”和“轉速控制”選擇開關撥向“轉矩控制”，“轉速/轉矩設定”電位器逆時針到底，NMEL-03/4“繞線電機起動電阻”調節到零。（3）實驗合上電源開關

18、，調節調壓器輸出電壓至UN=220伏，使電機空載起動。調節“轉速/轉矩設定”電位器調節旋鈕，使電動機輸出功率接近額定功率并保持輸出轉矩T2不變，改變轉子附加電阻，分別測出對應的轉速，記錄于表3-3中。表3-3繞線式異步電動機的轉子串電阻調速實驗中的保持條件：U=220V ，T2= N.mRst()n(r/min)五、實驗報告繪制繞線式異步電動機轉子串電阻調速的調速特性曲線，并分析轉子串電阻對起動電流、起動轉矩及電動機轉速的影響。六、思考題1三相異步電動機的主要起動方法有哪些？ 2三相異步電動機的主要調速方法有哪些？ 3起動電流、起動轉矩和起動電壓的關系如何？實驗四 變頻器控制的異步電動機調速實

19、驗一、實驗目的1了解變頻調速的原理，通過實驗理解基頻以下變頻調速是如何工作在恒轉矩調速方式的。2初步了解FR-D700型變頻器的使用及部分功能。二、實驗項目基頻以下恒轉矩調速：是否為常數三、實驗設備及儀器1實驗臺主控制屏2電機導軌及測功機、轉矩轉速測量（NMEL-13）3變頻器掛箱（GDJ-BPQ）4三相鼠籠式異步電動機M04四、變頻調速的原理根據三相異步電動機的轉速公式：（其中稱為同步轉速）（1）可知，改變異步電動機定子繞組供電電源的頻率，就可以改變同步轉速，從而改變轉速。如果頻率能夠實現連續可調，則異步電機可以實現平滑調速，這就是變頻調速的原理。三相異步電動機運行時，如忽略定子阻抗壓降時，定子每相電壓為：（2）式中為氣隙磁通在定子每相中的感應電動勢；為定子電源頻率；為定子每相繞組匝數；為基波繞組系數；為每極氣隙磁通量。如果我們改變頻率，且保持定子電源電壓不變，則由式（2）可知，氣隙每極磁通將增大，而引起電動機鐵心磁路飽和，從而導致勵磁電流過大，嚴重時會導致損壞電機，這是不允許的。因此，降低電源頻率時，必須同時降低電壓，達到控制的目的。在基頻以下調速時，為防止磁路飽和，我們保持為常數，使氣隙每極磁通為常數，即恒壓頻比的控制方式。在基頻以下，磁通恒定時轉矩也恒定，屬于“恒轉矩調速”性質。五、實驗線路及操作步驟1記錄三相異步電機的銘牌數據，作為實驗參考。注：實驗中交流電機