电机拖动实验指导书.doc

目 录绪论(2)电机实验的基本知识(2)实验一：直流电动机的起动及机械特性的测定(6)实验二：直流电动机的调速与反转(10)实验三：直流电动机的制动(14)实验四：单相变压器实验(17)实验五：三相异步电动机实验(20)实验六：三相异步电动机的起动于反转实验(24)实验七：三相异步电动机的调速实验(28)实验八：三相异步电动机的制动实验(31)绪 论本讲义是根据我校专科“电机原理及应用”教学大纲中有关实验部分编写的,我们共编写了是九个实验，各专业根据需要选做其中的实验。电机实验的基本知识电机实验是“电机原理及应用”课程的一个重要教学环节，其目的在于通过实验验证理论，巩固理论，培养学生分析问题，解决问题的能力，并掌握电机实验的操作技能。通过电机实验，学生必须掌握直流电机、变压器和异步电机的电路接线，及其基本试验方法和操作技能。此外通过电机实验进一步熟悉常规电工仪表的使用，提高组织实验，分析处理数据，编写实验报告的能力。一、 实验方法和要求1、 仪表的使用电工仪表均较为精密，应轻拿、轻放、正确使用。常规仪表中，安培计用于测量电路的电流，仪表内阻很小，应串联在电路中，伏特表用于测量电路的电压，仪表内阻较大，应与电路并联，瓦特计用于测量电路内的功率，其电流线圈相当于电流表应串联于电路中，电压线圈相当于电压表应与电路并联，如果伏特计和安培计是直流的。还应注意“+”，“”端的联接。仪表量程的选择极为重要，量程选择过大，读取数据误差较大量程选择过小，易损坏仪表。例如：交流电源电压为220伏，而交流电压表的量程有三档。（1）600伏；（2）300伏；（3）150伏则选用量程应为300伏最适宜 。2、 电路接法：（1） 首先应明确实验目的，熟悉实验线路图和仪表、设备。（2） 正确选择仪表及仪表量程。合理安排设备，仪表，便于操作及读取数据。（3） 接线原则：先串后并，先主后辅。即先接串联电路。（4） 导线的粗细应根据线路电流大小来选择。一个接线点上的接线头不可太多，每个同学都应参加接线，并互相检查。3、 怎样进行实验：当电路接好后，应对所接线路和设备的状态、位置进行全面检查。对试验电机，应用手驱动、试运转，检查运转是否灵活，有无异常声响，有无异物接触电机转动部分。确认无误后，经指导教师复查才能送电进行实验。送电时，应眼观仪表、设备，如有异常应立即停止送电，并进行检查。实验过程中，同组者要进行分工，分别进行操作，读数和记录数据，操作要准确。调节时要密切注视仪表读数的变化，要防止事故的发生，要正确读取数据。测量点的数目和间隔应选择得适当。如测定特性曲线，在曲线的弯曲部分，取点应密些，直线部分取点可稀些，实验结束时，应先核对实验结果符合要求后，才可拆开线路，并将桌面上的仪表、设备、工具、导线等物件整理清点，交教师验收。4、 实验报告的编写：实验报告是实验的记录和总结，每个同学应独立认真编写实验报告应于实验后三天内交清，实验报告应用统一的作业纸编写，编写实验报告要如实反映实验结论，图表字迹应整齐清楚，数据准确。叙述部分力求简单扼要，能说明问题，特性曲线应绘制在551010厘米的坐标方格纸上,绘制曲线的比例尺要适当选择,便于作图和阅读,并尽可能使所绘的曲线接近正方形范围内，实验数据所在的点应以重号“.”或星号“*”标出，所绘曲线一般应为连续光滑曲线，而不是连续各数据点的折线。实验报告内容包括：（1） 实验名称日期（2） 实验目的。（3） 被试电机和仪器设备的型号及主要额定数据。（4） 实验线路图。（5） 实验测量及计算的数据表。（6） 绘制特性曲线。（7） 数据分析、实验结论。（8） 心得体会及存在问题。二、 实验的组织和准备要求同学在实验前必须充分复习教材的有关内容，认真预习实验讲义。明确实验目的、要求、方法、步骤及注意事项，并准备好记录数据的表格。绘制曲线草图的方格纸，以及所需的计算，绘制的工具等。电机实验是分组进行的，每组一般是3-4人，需选出一个组长，负责实验的指挥和组织工作。组内每人都应轮流分担一部分实验工作。三、电机实验室安全规则拟定本规则的目的是为了在确保人身安全和设备的情况下保证实验的顺利进行，以得到良好的实验效果。1 学生进入实验室应穿好绝缘鞋子，不得赤足，或穿拖鞋，雨天应穿雨鞋或换穿干燥的绝缘鞋。对围巾、大衣下摆、裙子、辫子等可能卷入电机的物件，必须在进实验室前处理清楚。2 进行实验前应仔细察看设备铭牌数据，正确选用仪表量程，分工 进行接线，接好线路后同学互相检查，后经指导教师检查无误后才能送电进行实验。3 实验过程要求分工负责，互相配合，严禁高声谈笑，应思想集中， 注意安全，不得使身体的任何部分接触电路的裸露及机械转动部分，实验者不得站在皮带的切线方向上，停机时不得用手或脚制动电机的皮带轮。4 保持实验室整洁，实验完毕后应整理导线及检查实验设备。如有 损坏应及时报告指导教师，查明原因，上报处理，经检查设备无误，并经指导教师同意后才能离开实验室。实验一 直流电动机的起动及机械特性的测定一、 实验目的1、 学习直流并励电动机的起动方法。2、 测定直流并励电动机的固有机械特性和人为机械特性。二、 实验线路与设备1、 线路图 图11设备（1） 直流并励电动机一台，直流并励发电机一台。直流并励电动机、功率 电压 电流 转速直流并励发电机、功率 电压 电流 转速（2） 滑线变阻器三个Rst 阻值 电流 Rpf 阻值 电流 Rpf阻值 电流（3） 直流电压表两只 电压 电压（4） 直流电流表两只 电流 和（5） 转速计一只，负载变阻箱一只，单刀开关一只。三、实验步骤：1、察看并记录实验设备的铭牌数据2、学习起动方法 按图1-1接好线后，检查各变阻器的位置是否正确，要求将电动机的负载置于最小位置。电枢回路的起动电阻Rst置于最大位置，励磁回路串接的变阻器Rpf置于最小位置，发电机励磁回路串接的变阻器Rpf置于最大位置；开关QS2置于断开位置，负载变阻箱置于最大电阻位置（注：以后每次起动之前都要检查一次，各变阻器是否处于正确的起动位置）。 起动前先将QS2断开，然后合上电源开关QS1，使电动机励磁得电，接着在合上QS2，电动机开始起动，待电动机转速上升后再逐步减小Rst的阻值直至短接，这时起动完毕。记录空载时的U、If、Ia、n数据于表一。3、固有机械特性的测定 起动完毕后，逐渐减小Rpf以增加发电机励磁电流使发电机建立电压为110V附近，然后逐个接通负载变阻箱RL上的开关，以减小负载电阻RL，增大电动机的电枢电流。测量时，分6次逐个断开负载变阻箱RL的开关以减小负载电流直至最小值，并测取6组电动机的电枢电流Ia及转速n于表一。 表一 固有机械特性 Ia（安）0n（转/分）4、枢路串电阻的人为机械特性： 固有特性测完后，将电动机电枢回路电阻Rst由零调至某阻值，按步骤3的测定方法逐步调节直流电动机的负载测取6组Ia、n数据于表二中。(注意：受变阻器Rst额定电流限制，测量时Ia不要超过滑线变阻器的额定电流，同时实验过程中应迅速测取数据以防变阻器过热而损坏)。表二 Rpa= 欧Ia（安）0n（转/分）5、改变励磁回路电流的人为机械特性 实验步骤4做完后，将电枢回路电阻Rst调至零，调节励磁回路电阻Rpf，使If=0.8If然后测取此时的人为机械特性，实验步骤同上，数据记于表三。表三 If= 安Ia（安）0n（转/分）注意：实验接线一定要牢固，特别是实验中若励磁回路接线脱落，将发生“飞车”事故。四.实验结果分析实验二 直流电动机的调速与反转一、实验目的1、 掌握直流并励电动机的调速方法2、 掌握直流并励电动机改变转向的方法二、实验线路与设备1、 线路图 图112、设备（1）直流并励电动机一台，直流并励发电机一台。直流并励电动机、功率 电压 电流 转速直流并励发电机、功率 电压 电流 转速（2）滑线变阻器三个Rst 阻值 电流 Rpf 阻值 电流 Rpf阻值 电流（3）直流（交直流）电压表两只 电压 电压（4）直流（交直流）电流表两只 电流 和（5）转速计一只，负载变阻箱一只，单刀开关一只。三、实验步骤1、 察看并记录实验设备的铭牌数据2、 电枢回路串电阻调速 按图2-1接好线后，按照实验一的起动步骤起动电动机，起动完毕后，减小Rpf使发电机两端电压约115V，调节发电机的负载电阻，使电动机的电枢电流Ia约为6A，然后测量并记录Ud、Ia、If、n四个数据于表一中。然后将电动机电枢回路的电阻从零开始逐渐增大，当RST变化时转速会发生变化，由于Ia会发生变化，所以这时必须调节负载使Ia仍然维持在原数值附近，测量转速n，将所串电阻Rst与对应的转速分别记录在表一中，测4组数据即可。然后将电枢回路串联的电阻Rpa恢复到原先位置（即短接状态）。表一 If（电动机的励磁电流）= 安 I（电动机的电枢电流）= 安 n（电动机的转速） = 转/分 RST（欧）n（转/分）3、 改变励磁电流调速完成步骤2后调节磁场变阻器Rpf，记录4组If、n于表二中，然后将磁场变阻器恢复到原先位置（即短接状态）。表二If(安)n（转/分）注意：弱磁时的转速将提高.实验中电机转速不得超过1800转/分，以免造成电机损坏。4、改变直流并励电动机的转向实验1） 改变电枢绕组电流方向：对调电枢绕组的两个端纽接线2） 改变励磁绕组电流方向：对调励磁3） 同时改变电枢绕组和励磁绕组电流方向：即同时对调电枢绕组和励磁绕组的端纽。（注意：上述方法都必须严格按照起动的操作步骤进行操作，起动完毕后观察电动机转向与原转向是否有变化）方法顺时针或逆时针原先转向改变电枢绕组电流方向改变励磁绕组电流方向同时改变Ia和If方向四.实验结果分析实验三 直流电动机的制动一、 实验目的1、 学习并掌握直流并励电动机制动运行的接线和操作方法2、 观察和了解直流并励电动机能耗制动和电源反接制动的过程二、 实验线路和设备1、 线路图图31 图32设备（1） 直流并励电动机一台，功率 千瓦 电压 伏 电流 安 转速 转/分（2） 直流电流表一只 安（3） 交直流电流表一只 安（4） 直流电压表一只 伏（5） 起动变阻器一只 欧 安（6） 磁场变阻器一只 欧 安（7） 制动变阻器二只 欧 安， 欧 安（8） 秒表一只，双刀双投开关一只三、实验步骤1、察看并记录实验设备的铭牌数据2、自由停机按图3-1按线，将QS2投向“电动”位置按照实验一的起动步骤起动电动机，起动完毕后切断电源使电动机自由停机，并记录自由停机时间于表一。3、能耗制动将制动电阻Rpa置于一定数值，然后正确起动电动机，起动完毕后，将电枢开关QS2迅速从“电动”位置投向“制动”位置，使电动机进行能耗制动，记录制动初瞬的电流值和制动时间于表一,然后调节制动电阻Rpa为另一定数值重复上述制动操作。4、电源反接制动按图3-2接线，将制动电阻Rpa置于一定数值，并将起动电阻RST调到最大，相当于RST与RPA串联在回路中，同时将QS2投向“电动”位置然后正确起动电动机，起动完毕后，将电枢开关QS2迅速从“电动”位置投向“制动”位置，对电动机进行电源反接制动，记录制动初瞬的电流值和制动时间于表一。调节制动电阻Rpa为另一定数值重复上述制动操作。（注意：当电源反接制动使转速降低到零时应迅速切断电源以防电动机反转）表一制动方法制动电阻（欧）制动初电流（安）制动时间（秒）自由停机/能耗制动Rpa = 欧Rpa = 欧电源反接制动Rpa = 欧Rpa = 欧四.实验结果分析实验四 单相变压器的负载实验一、实验目的1、 了解变压器的构造、熟悉变压器的主要铭牌数据2、 掌握变压器的外特性的测定方法3、 掌握钳型电流表的使用4、 掌握变压器同名端的判断方法二、 实验线路和设备：1、线路图图412、设备（1） 单相变压器一台额定容量_,额定电压_,额定电流_（2） 交流电流表二台、（3） 交流电压表二台伏、伏（4） 可变负载电阻箱一台（5） 钳型电流表一支三、实验步骤1、 空载实验按图4-1接线，注意仪表的量程的正确选择，线路检查无误后将开关QS2放在断开位置。合上电源开QS1测量U1、U2、Io（即变压器一次侧的空载电流）于表一，并计算空载时的变压比K值。表一U1（伏）U20（伏）Io（安）K（U1/U2）2、 半载和满载实验将负载电阻RL放在阻值最大位置，然后在步骤1的基础下将开关QS2闭合，然后调节负载电阻RL的阻值使变压器二次侧电流达到半载(I2=I2N/2)附近，再测量并记录U1、U2、I1、I2值于表二中，然后继续调节负载电阻RL使变压器副方电流达到满载(I2=I2N)附近，测量并记录U1、U2、I1、I2值于表二中。表二I1(A)I2(A)I1/I2I2/I1半载满载3、测单相变压器的外特性曲线将电源开关QS1闭合，将RL阻值放在最大位置，然后合上开关QS2，逐渐减小负载电阻RL的阻值，使变压器二次侧I2的电流值增加到I2N附近，即可开始测量数据。逐渐减小I2值（即增大负载电阻RL阻值）分46次测取变压器二次侧电压U2和二次侧电流I2的数据于表三中。表三U2（V）I2（A）04、钳型电流表的使用220vQS1xAa X5、变压器一、二次侧同名端的判断将变压器按图4-2接线后合上开关QS测量UAX、Uax、UAa电压值记录于表四中，并判断Aa为同名端还是异名端。 图4-2 表四UAX（V）Uax（V）UAa（V）结论四.实验结果分析实验五 三相异步电动机的基本实验一、实验目的1、 用电池毫安表辨认三相异步机定子绕组的头尾极性。2、 掌握用伏安法测定电机绕组的直流电阻值。3、 学习三相异步电动机起动转矩的测量方法和换算方法。4、 学习三相异步电动机的反转方法。二、实验线路与设备1、 线路图52设备（1） 三相异步电动机一台功率 电压 电流 接法 转速（2） 三相自耦调压器一台容量 电流（3） 万用表一台 型号（4） 可变电阻箱一只（5） 直流电流表一只 电流（6） 交流电流表一只 电流（7） 交流电压表一只 电压（8） 直流电压表一只 电压（9） 干电池、弹簧称各一个三、 实验步骤1、 三相异步电机定子绕组极性辨别用万用表确定三相绕组，然后按图5-1所示接线。任取一相绕组出线端随意接上电池的正负极，其余两相绕组线端先后随意接到万用表的毫安档上，在电池接通或断开的瞬间，注意观察毫安表指针的偏转方向，以此来判断三相绕组的对应关系表一 流向状态 I22I33接通瞬间断开瞬间结论 2、用伏安法测定电机绕组的直流电阻按图5-2所 示接线，注意电压表不要接在线路上（因为绕组有电感，绕组通断电源时，绕组会产生自感电动势，可能会损坏电压表）。分两次改变电阻测量电压、电流值于表二中，计算绕组电阻。表二UIR第一次第二次平均值3、按图5-3接好线路，用弹簧称勾住电动机朝电动机转向相反的方向拉，将调压器输出调整为零。接通电源，然后调节调压器，慢慢升高电压使定子电流增大到额定值(注意：保持转子为停止状态)，记录U、Ist、F、R于表三中。并计算出在额定电压下起动时的起动电流及起动转矩。表三参数状态Ist(A)U（V）F（V）R(m)Tst(N.m)低压状态（测量值）额定电压（计算值）4、三相异步电动机的反转 将图5-3线路的三相电源任意调换两相，将调压器输出调整为零。接通电源，然后调节调压器，慢慢升高电压观察电动机转向与原转向是否有变化_。四.实验结果分析实验六 三相笼型异步电动机的起动实验一、 实验目的1、 掌握三相笼型异步电动机主要起动方法，能进行正确的接线和操作2、 分析比较各种起动方法的特点和运用场合3、 观察三相笼型异步电动机起动、断相情况下的现象二、 实验线路和设备1、 线路图 图61 图62设备（1） 三相笼型异步电动机二台a、 型号，功率千瓦，电压伏， 电流安，接法，转速转/分（2） 三相自耦变压器一台（3） 交流电压表或万用表一只（4） 交流电流表二只（5） 三刀双投开关一只（6） 三刀单投开关二只三、 实验步骤1、 察看异步电动机的接线及三相自耦变压器的接线端头，记录有关数据。2、 星形-三角形换接起动（将QS3接通）按图6-1按线，电动机正常运行应是接的，线路应经检查。 注意：先将QS2打在中间位置，然后将QS1接通，调节自耦调压器，使其输出电压为220V，再断开QS1。（1）直接起动：将双投开关QS2投向“”端使电动机成三角形接法，送上电源开关QS1观察并记录起动瞬间的起动电流Ist于表中，然后断电停机。（2）降压起动：将双投开关QS2投向“Y”端，使电动机处于星形接法，送上电源开关QS1，使电动机处于星形接法下起动，观察并记录起动瞬间的起动电流Ist于表一中。电动机星形起动后，把开关QS2迅速投向“”端，完成起动操作，比较Y-降压起动与直接起动时起动电流的大小。3.三相异步电动机的断相状态（1）将QS3断开，将QS2投向Y端或端，闭合QS1，观察电动机在断相情况下起动的异常情况。（2）将QS3接通，将QS2投向Y端或端，闭合QS1，待电动机转速稳定后断开QS3观察电动机在运行中发生断相情况下声音和电流的异常情况，将现象记录在表二中。4、自耦变压器降压起动：按图2接线，线路应经检查。（1） 直接起动：首先将QS2于中间“0”位置，送上电源开关QS1，将QS2投向降压端调节自耦就压器输出电压为200V，然后拉断开关QS1并将QS2置于中间“0”位置，待电动机停转后将电源开关QS1送上，然后将开关QS2投向全压端，观察并记录直接起动瞬间的起动电流Ist于表二中，然后断开开关QS1并将QS2置于中间“0”位置。（2） 降压起动：将QS2置于中间“0”位置送上电源开关QS1，将开关QS2投向降压端，观察并记录线路提供的降压起动电流Ist于表二中，待电动机起动后，迅速将开关QS2转投向全压端，完成自耦变压器降压起动操作，比较自耦变压器降压起动与直接起动时起动电流的大小。 必须指出：以上实验原理和操作步骤是在实验条件下进行的，而在实际生产中，星形三角形换接起动来用专门制作的Y-起动开关来控制的；自耦变压器降压起动是由专门制作的自耦变压器（又称起动补偿器）供电动机起动用。表一 起动实验数据起动方法直接起动电流Ist（安）降压起动降压比起动电流Ist（A）Y-降压起动自耦降压起动表二 断相状态数据表QS3先闭合运行，后断开先断开QS3后起动电流变化声音变化电流I声音变化Y状态状态四、实验结果分析根据实验数据比较各种降压起动方法的起动电流倍数，分析实测数据与理论计算的差异原因。实验七 三相异步电动机的调速实验一、 实验目的1、 学习和掌握三相绕线转子异步电动机转子回路串电阻起动和调速的接线以及操作方法。2、 学习与掌握三相笼型异步电动机变极调速的接线和使用方法。二、 实验线路和设备1 .线路图 图71 图722.设备(1)三相绕线转子异步电动机型号 功率 定子电压 转子电压 定子电流 转速 接法 转子电流 （2）三相笼型双速电动机型号 功率 电压电流 转速 接法（3） 三相频敏变阻器（4） 交流安培表（5） 转速表（6） 三刀双投开关（7） 三刀单投开关三、实验内容说明1、 转子回路串接变阻器起动：三相绕线转子异步电动机一般采用转子回路串电阻起动，既可降低起动电流又能增大起动转矩。参考图7-1线路接线。起动变阻器置于最大阻值处QS2断开，然后送上电源开关QS1，观察并记录起动瞬间的起动电流Ist于表一中，逐步减小起动电阻直至为零，最后闭合QS2把滑环短接，完成起动操作，观察并记录起动后稳定运行时电流I的数值于表一中2、 转子回路串电阻调速：调速用电阻是供长期运行，发热比较利害，是专用的，起动变阻器不能当做调速电阻使用，本试验时间短，暂以起动变阻器当做调速电阻使用。线路如图7-1，起动变阻器置于最大阻值处QS2断开，然后送上电源开关，逐步减小起动电阻直至最小阻值，然后闭合QS2将滑环短接,测取电动机的转速记于表一中.接着断开QS2，然后分三次增大转子回路所串的电阻值，分别测取电阻值和电动机相应的转速，把以上测得数据记于表一中。表一 Ist= 安 I= 安电阻 (欧)转速 (转/分)3、 三相笼型电动机变极调速：变极调速时要注意变极前后电动机的转向要保持不变，所以电源进线二根线头要对调。参考图7-3线路进行接线，线路应经指导教师检查。（1） 低速运行：开关QS3断开，开关QS2向上闭合，然后送上电源开关QS1，待电动机起动完成后，测量电动机转速 ,并观察转向_。（2） 高速运行：开关QS2向下闭合，开关QS3闭合，然后送上电源开关QS1，待电动机起动后，测量电动机转速_，并观察转向_。（3） 变速运行：先低速运行，开关QS