1、电机与拖动实验指导书版实验指导书电机与拖动基础实验指导书（2013版）卢帆兴 钟国梁 赖华 编写江西理工大学应用科学学院目 录实验一 认识实验 1实验二 直流并励电动机 4 实验三 直流他励电动机机械特性 8实验四 三相变压器 12实验五 三相鼠笼异步电动机的工作特性 17实验六 三相异步电动机的起动与调速 23实验七 异步电机的M-S曲线测绘 27实验八 三相同步电动机 31实验九 三相变压器的联结组别及不对称短路 39实验十 直流伺服电机实验 45实验一 认 识 实 验一实验目的1学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。2认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。3熟
2、悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。二预习要点1如何正确选择使用仪器仪表，特别是电压表、电流表的量程。2直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？3直流电动机起动时，励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？4直流电动机调速及改变转向的方法。三实验项目1了解教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。2用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。3直流他励电动机的起动，调速及改变转向。四实
3、验设备及仪器1电机系统教学实验台主控制屏；2电机导轨及测功机、转速转矩测量组件；3直流并励电动机M03；4220V直流可调稳压电源；5电机起动箱（NMEL-09）；6直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。五实验说明及操作步骤1由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。2在控制屏上按次序悬挂NMEL-13、NMEL-09组件，并检查NMEL-13和涡流测功机的连接。3用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1。U：可调直流稳压电源R：3000磁场调节电阻（NMEL-09）V：直流电压表（NMEL-06）A：直流安培表（NMEL-06）M：直流电机电枢（
4、1）经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。直流电压表量程选为300V档，直流安培表量程选为2A档。（2）按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V输出。调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压UM和电流Ia。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取UM、Ia，填入表1-1。（3）增大R（逆时针旋转）使电流分别达到0.15A和0.1A，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。取三
5、次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=。表1-1 室温 序号UM（V）Ia（A）R（）Ra平均（）Raref（）1Ra11Ra1Ra12Ra132Ra21Ra2Ra22Ra233Ra31Ra3Ra32Ra33表中Ra1=（Ra11+Ra12+Ra13）/3Ra2=（Ra21+Ra22+Ra23）/3Ra3=（Ra31+Ra32+Ra33）/3（4）计算基准工作温度时的电枢电阻由实验测得电枢绕组电阻值，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电枢绕组电阻值：Raref=Ra 式中Raref换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（）Ra 电枢绕组的实际冷态电阻。（）ref基准
6、工作温度，对于E级绝缘为75。a 实际冷态时电枢绕组的温度。（）4直流仪表、转速表和变阻器的选择。直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联，并联或串并联的接法。（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300V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1.1A，测量电枢电流的电表可选用2A量程档，额定励磁电流小于0.16A，测量励磁电流的毫安表选用200mA量程档。（3）电机额定转速为1600r/min，若采用指针表和测速发电机，则选用1800r/min量程档。若采用
7、光电编码器，则不需要量程选择。（4）变阻器的选择变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定。在本实验中，电枢回路调节电阻选用MEL-09组件的100/1.22A电阻，磁场回路调节选用MEL-09的3000/200mA可调电阻。5直流电动机的起动R1：电枢调节电阻（NMEL-09）Rf：磁场调节电阻（NMEL-09）M：直流并励电动机M03：G：涡流测功机IS：电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。实验开始时，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底。U1：可调直流稳压电源。U2：直流电机励磁电源。
8、V1：可调直流稳压电源自带电压表。V2：直流电压表，量程为300V档。A：可调直流稳压电源自带电流表。mA：毫安表，位于直流电机励磁电源部。（1）按图1-2接线，检查M、G之间是否用联轴器联接好，电机导轨和MEL-13的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。（2）将电机电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻调至最小，转矩设定电位器（位于MEL-13）逆时针调到底。（3）开启控制屏的总电源控制钥匙开关至“开”位置，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船形开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，
9、旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V电压。（4）减小R1电阻至最小。6调节他励电动机的转速。（1）分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf。（2）调节转矩设定电位器，注意转矩不要超过1.1N.m，以上两种情况可分别观察转速变化情况。7改变电动机的转向将电枢回路调节电阻R1调至最大值，“转矩设定”电位器逆时针调到零，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。六注意事项1直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf调到最小，先接通励磁电源，使励
10、磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R1调至最小，使电机正常工作。2直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时，必须将电枢串联电阻R1调回最大值，励磁回路串联的电阻Rf调到最小值，给下次起动作好准备。3测量前注意仪表的量程及极性，接法。七实验报告1画出直流并励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，起动电阻R1 和磁场调节电阻Rf 应调到什么位置？为什么？2增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？3用什么方法可以改变直流电动机的转向？4为什么要求直流并励
11、电动机磁场回路的接线要牢靠？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？2直流电动机调速原理是什么？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、T2 、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电机教学实验台的主控制屏；
12、2电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13C）；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（NMEL-06）；5直流并励电动机；6波形测试及开关板（NMEL-05）；7三相可调电阻900（NMEL-03）；8电机起动箱（NMEL-09）。五实验方法1并励电动机的工作特性和机械特性。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NMEL-09。mA、A、V2：直流毫安、电流、电压表（NMEL-06）。G：涡流测功机。IS：涡流测功机励磁电流调节，位于NMEL-13C。a将R1调至最大，Rf调至最小，毫安表量程为
13、200mA，电流表量程为2A档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与NMEL-13是否相连，将NMEL-13C“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，按实验一方法起动直流电源，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。b直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。c保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减
14、小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，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。表1-8 U=UN=220V If=IfN= A Ka= 实验数据Ia（A）n（r/min）T2（N.m）计算数据P2（w）P1（w）（%）n（%）2调速特性（1）改变电枢端电压的调速a按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻Rf，使电机的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2= N.mb保持T2不变，If=IfN不变，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转
15、速n和电枢电流Ia，共取7-8组数据填入表1-9中。表1-9 If=IfN= A,T2= N.mUa（V）n（r/min）Ia（A）（2）改变励磁电流的调速a直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻Rf调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2= N.mb保持T2和U=UN不变，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表1-10中。表1-10 U=UN=220V，T2= N.mn（r/min）If（A）Ia（A）(3)能耗制动按图1一7接线。U1：可调直
16、流稳压电源。R1、Rf：直流电机电枢调节电阻和磁场调节电阻（NMEL-09）。RL：采用NMEL-03中两只900电阻并联。S：双刀双掷开关（NMEL-05）。a将开关S合向“1”端，R1调至最大，Rf调至最小，起动直流电机。b运行正常后，从电机电枢的一端拨出一根导线，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。c重复起动电动机，待运转正常后，把S合向“2”端记录停机时间。d选择不同RL阻值，观察对停机时间的影响。六实验报告1由表1-8计算出 P2和，并绘出n、T2、=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Nm，转速n的单位为rmi
17、n。电动机输入功率P1=UI电动机效率=100电动机输入电流I =Ia +IfN由工作特性求出转速变化率：n=1002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。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？七思考题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？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？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
18、什么？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？实验三 直流他励电动机机械特性一实验目的了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性。二预习要点1改变他励直流电动机械特性有哪些方法？2他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？3他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。三实验项目1电动及回馈制动特性。2电动及反接制动特性。3能耗制动特性。四实验设备及仪器1MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。2电机导轨及转速表（MEL-13、MEL-14）3
19、三相可调电阻900（MEL-03）4三相可调电阻90（MEL-04）5波形测试及开关板（MEL-05）6、直流电压、电流、毫安表（MEL-06）7电机起动箱（MEL-09）五实验方法及步骤1电动及回馈制动特性接线图如图5-1。M为直流并励电动机M12（接成他励方式），UN=220V，IN=0.55A，nN=1600r/min，PN=80W；励磁电压Uf=220V，励磁电流If0.13A。G为直流并励电动机M03（接成他励方式），UN=220V，IN=1.1A，nN=1600r/min;直流电压表V1为220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V（MEL-06）；直流电流表mA1、A1分别
20、为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（MEL-06）R1选用900欧姆电阻（MEL-03）R2选用180欧姆电阻（MEL-04中两90欧姆电阻相串联）R3选用3000磁场调节电阻（MEL-09）R4选用2250电阻（用MEL-03中两只900电阻相并联再加上两只900电阻相串联）开关S1、S2选用MEL-05中的双刀双掷开关。按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置；（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。（2）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。（3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压电
21、源船形开关须在断开位置。实验步骤。a按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。b分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机G磁场调节电阻R3、负载电阻R4（先调节相串联的900电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900电阻相并联的旋钮），使直流电动机M的转速nN=1600r/min，If+Ia=IN=0.55A，此时If=IfN，记录此值。c保持电动机的U=UN=220V，If=IfN不变，改变R4及R3阻值，测取M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取5-
22、6组数据填入表中。表5-1 UN=220伏 IfN= AIa（A）n（r/min）d折掉开关S2的短接线，调节R3，使发电机G的空载电压达到最大（不超过220伏），并且极性与电动机电枢电压相同。e保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，把开关S2合向“1”端，把R4值减小，直至为零（先调节相串联的900电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器）。再调节R3阻值使阻值逐渐增加，电动机M的转速升高，当A1表的电流值为0时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，则电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至电流接近0.8倍额定值（实验中应注意电动机转速不超过2100转/分）。测取电动机
23、M的n、Ia，共取5-6组数据填入表5-2中。表5-2 UN=220伏 IfN= AIa（A）n（r/min）因为T2=CMI2，而CM中为常数，则TI2，为简便起见，只要求n=f（Ia）特性，见图5-2。2电动及反接制动特性在断电的条件下，对图5-1作如下改动：（1）R1为MEL-09的3000磁场调节电阻，R2为MEL-03 的900电阻，R3不用，R4不变。（2）S1合向“1”端，S2合向“2”端（短接线拆掉），把发电机G的电枢二个插头对调。实验步骤：a在未上电源前，R1置最小值，R2置300左右，R4置最大值。b按前述方法起动电动机，测量发电机G的空载电压是否和直流稳压电源极性相反，若
24、极性相反可把S2含向“1”端。c调节R2为900，调节直流电源电压U=UN=220V，调节R1使If=IfN，保持以上值不变，逐渐减小R4阻值，电机减速直至为零，继续减小R4阻值，此时电动机工作于反接制动状态运行（第四象限）；d再减小R4阻值，直至电动机M的电流接近0.8倍IN，测取电动机在第1、第4象限的n、I2，共取5-6组数据记录于表5-3中。表5-3 R2=900 UN=220V IfN= AI2（A）n（r/min）为简便起见，画n=f（Ia），见图5-3。3能耗制动特性图5-1中，R1用3000，R2改为360欧（采用MEL-04中只90电阻相串联），R3采用MEL-03中的900
25、欧电阻，R4仍用2250电阻。操作前，把S1俣向“2”端，R1、R2置最大值，R3置最大值，R4置300欧（把两只串联电阻调至零位，并用导线短接，把两只并联电阻调在300欧位置），S2合向“1”端。按前述方法起动发电机G（此时作电动机使用），调节直流稳压电源使U=UN=220伏，调节R1使电动机M的If=IfN,调节R3使发电机G的If=80mA，调节R4并先使R4阻值减小，使电机M的能耗制动电流Ia接近0.8IaN数据，记录于表5-4中。表5-4 R2=360 IfN= mAIa（A）n（r/min）调节R2的180，重复上述实验步骤，测取Ia、n，共取6-7组数据，记录于表5-5中。表5-
26、5 R2=180 IfN= mAIa（A）n（r/min）当忽略不变损耗时，可近似为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转矩T=CMIa，他励电动机在磁通不变的情况下，其机械特性可以由曲线n=f（Ia）来描述。画出以上二条能耗制动特此曲线n=f（Ia），见图5-4。六实验注意事项调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻过流烧毁熔断丝。七实验报告根据实验数据绘出电动机运行在第一、第二、第四象限的制动特性n=f（Ia）及能耗制动特性n=f（Ia）。 八思考题1回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点?2直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩
27、的方向是否也不变? 为什么?3M，G实验机组,当电动机M从第一象限运行到第四象限,其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么? 作为负载的G，从第一到第四象限其电磁矩方向是否改变？ 为什么？实验四 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。2三相芯式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？3如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。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？ 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)，cos0=f(U0)。3短路实验：测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK)，cosK=f(IK)。4纯电阻负载实验：保持U1=U1N，cos2=1的条件下，测取U2=f(I2)。四实验设备及仪器1交流电压表、电流表、功率、功率因数表；2三相可调电阻器900（NMEL-03）；3旋转指示灯及开关板（NMEL-05A）；4三相变压器。五实验方法1测定变比实验线路如图2-4所示，被试变压器选用三相芯式变压器，a在三相交流电源断电的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。并合理选择各仪表量程。b合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开
