第四章电机机械特性的测定.docx
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第四章电机机械特性的测定
第四章电机机械特性的测定
实验一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
1.电机系统教学实验台主控制屏
2.电机导轨及转速表(NMEL-13A)
3.三相可调电阻900Ω(NMEL-03)
4.三相可调电阻90Ω(NMEL-04)
5.波形测试及开关板(NMEL-05B)
6、直流电压、电流、毫安表
7.电机起动箱(NMEL-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为直流复励发电机M01(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If<0.13A。
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;
直流电流表mA1、A1分别为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
R1选用900Ω欧姆电阻(NMEL-03)
R2选用180欧姆电阻(NMEL-04中两90欧姆电阻相串联)
R3选用3000Ω磁场调节电阻(NMEL-09)
R4选用2250Ω电阻(用NMEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联)
开关S1、S2选用NMEL-05B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900Ω电阻旋钮,调到零用导线短接以免烧毁熔断器,再调节900Ω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5-6组数据填入表中。
表5-1UN=220伏IfN=A
Ia(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900Ω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M的n、Ia,共取5-6组数据填入表5-2中。
表5-2UN=220伏IfN=A
Ia(A)
n(r/min)
因为T2=CMφI2,而CMφ中为常数,则T∝I2,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NMEL-09的3000Ω磁场调节电阻,R2为NMEL-03的900Ω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300Ω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,若极性相反可把S2含向“1”端。
c.调节R2为900Ω,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5-3R2=900ΩUN=220VIfN=A
I2(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3000Ω,R2改为360欧(采用NMEL-04中只90Ω电阻相串联),R3采用NMEL-03中的900欧电阻,R4仍用2250Ω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5-4R2=360ΩIfN=mA
Ia(A)
n(r/min)
调节R2的180Ω,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5-5R2=180ΩIfN=mA
Ia(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=CMΦIa,他励电动机在磁通Φ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,试问电磁转矩的方向是否也不变?
为什么?
3.M,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?
实验二三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性
一.实验目的
了解三相绕线式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。
二.预习要点
1.如何利用现有设备测定三相绕线式异步电动机的机械。
2.测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。
3.如何根据所测得的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。
三.实验项目
1.测定三相绕线式异步电动机在电动运行状态和再生发电制功状态下机械特性。
2.测定三相绕线式异步电动机在反接制动运行状态下的机械特性。
四.实验设备及仪器
1.电机系统教学实验台主控制屏
2.电机导轨及测速表(NMEL-13A)
3.直流电压、电流、毫安表
4.三相可调电阻器900Ω(NMEL-03)
5.三相可调电阻器900Ω(NMEL-04)
6.波形测试及开关板(NMEL-05B)
五.实验方法及步骤
实验线路如图5-5。
M为三相绕线式异步电动机M09,额定电压UN=220伏,Y接法。
G为直流并励电动机M03(作他励接法),其UN=220伏,PN=185W。
RS选用三组90Ω电阻(每组为NMEL-04,90Ω电阻)。
R1选用675Ω电阻(NMEL-03中,450Ω电阻和225Ω电阻相串联),如右图。
Rf选用3000Ω电阻(电机起动箱中,磁场调节电阻)。
V2、A2、mA分别为直流电压、电流、毫安表,采用MEL-06或直流在主控制屏上。
。
V1、A1、W1、W2为交流、电压、电流、功率表,含在主控制屏上。
S1选用NMEL-05B中的双刀双掷开关。
1.测定三相绕线式异步电机电动及再发电制动机械特性
仪表量程及开关、电阻的选择:
(1)V2的量程为300V档,mA的量程为200mA档,A2的量程为2A档。
(2)RS阻值调至零,R1、Rf阻值调至最大。
(3)开关S1合向“2”端。
(4)三相调压旋钮逆时针到底,直流电机励磁电源船形开关和220V直流稳压电源船形开关在断开位置。
并且直流稳压电源调节旋扭逆时针到底,使电压输出最小。
实验步骤:
(1)接下绿色“闭合”按钮开关,接通三相交流电源,调节三相交流电压输出为180V(注意观察电机转向是否符合要求),并在以后的实验中保持不变。
(2)接通直流电机励磁电源,调节Rf阻值使If=95mA并保持不变。
接通可调直流稳压电源的船形开关和复位开关,在开关S1的“2”端测量电机G的输出电压极性,先使其极性与S1开关“1”端的电枢电源相反。
在R1为最大值的条件下,将S1合向“1”端。
(3)调节直流稳压电源和R1的阻值(先调节R1中的450Ω电阻,当减到0时,用导线短接,再调节225Ω电阻,同时调节直流稳压电源),使电动机从堵转(约200转左右)到接近于空载状态,其间测取电机G的Ua、Ia、n及电动机M的交流电流表A、功率表PI、PII的读数。
共取8-9组数据记录于5-6中。
表5-6U=200VRS=0If=mA
Ua(A)
Ia(A)
n(r/min)
I1(A)
PI(W)
PII(W)
(4)当电动机M接近空载而转速不能调高时,将S1含向“2”位置,调换发电机G的电枢极性使其与“直流稳压电源”同极性。
调节直流电源使其G的电压值接近相等,将S1合至“1”端,减小R1阻值直至为零(用导线短接900Ω相串联的电阻)。
(5)升高直流电源电压,使电动机M的转速上升,当电机转速为同步转速时,异步电机功率接近于0,继续调高电枢电压,则异步电机从第一象限进入第二象限再生发电制动状态,直至异步电机M的电流接近额定值,测取电动机M的定子电流I1、功率PI、PII,转速r和发电机G的电枢电流Ia,电压Ua,填入表5-7中。
表5-7U=200伏If=A
Ua(A)
Ia(A)
n(r/min)
I1(A)
PI(W)
PII(W)
2.电动及反接制功运行状态下的机械特性
在断电的条件下,把RS的三只可调电阻调至90Ω,折除R1的短接导线,并调至最大2250欧,直流发电机G接到S1上的两个接线端对调,使直流发电机输出电压极性和“直流稳压电源”极性相反,开关S1合向左边,逆时针调节可调直流稳压电源调节旋钮到底。
(1)按下绿色“闭合”按钮开关,调节交流电源输出为200伏,合上励磁电源船形开关,调节Rf的阻值,使If=95mA。
(2)按下直流稳压电源的船形开关和复位按钮,起动直流电源,开关S1合向右边,让异步电机M带上负载运行,减小R1阻值(先减小1800欧0.41A,当减至最小时,用导线短接,再接小450欧0.82A),使异步发电机转速下降,直至为零。
(3)继续减小R1阻值或调离电枢电压值,异步电机即进入反向运转状态,直至其电流接近额定值,测取发电机G的电枢电流Ia、电压、Ua值和异步电动机M的定子电流I1、P1、PII、转速n,共取8-9组数据填入表5-8中。
表5-8U=200伏Uf=95mA
Ua(A)
Ia(A)
n(r/min)
I1(A)
PI(W)
PII(W)
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,防止电阻器过流引起烧坏。
七.实验报告
根据实验数据绘出三相绕线转子异步电机运行在三种状态下的机械特性。
八.思考题
1.再生发电制动实验中,如何判别电机运行在同步转速点?
2.在实验过程中,为什么电机电压降到200V?
在此电压下所得的数据,要计算出全压下的机械特性应作如何处理?
实验三异步电机的M-S曲线测绘
一.实验目的
用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩~转差曲线,并加以比较。
二.预习要点
1.复习电机M-S特性曲线。
2.M-S特性的测试方法。
三.实验项目
1.鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。
2.绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。
四.实验原理
异步电机的机械特性的图5-6所示。
在某一转差率Sm时,转矩有一最大值Tm,称为异步电机的最大转矩,Sm称为临界转差率。
Tm是异步电动机可能产生的最大转矩。
如果负载转矩Tz>Tm,电动机将承担不了而停转。
起动转矩Tst是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩,此时S=1(n=0)。
对于绕线式转子异步电动机,转子绕组串联附加电阻,便能改变Tst,从而可改变起动特性。
异步电动机的机械特性可视为两部分组成,即当负载功率转矩Tz≤TN时,机械特性近似为直线,称为机械特性的直线部分,又可称为工作部分,因电动机不论带何种负载均能稳定运行;当S≥Sm时,机械特性为一曲线,称为机械特性的曲线部分,对恒转矩负载或恒功率负载而言,因为电动机这一特性段与这类负载转矩特性的配合,使电机不能稳定运行,而对于通风机负载,则在这一特性段上却能稳定工作。
在本实验系统中,通过对电机的转速进行检测,动态调节施加于电机的转矩,产生随着电机转速的下降,转矩随之下降的负载,使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。
通过读取不同转速下的转矩,可描绘出不同电机的M-S曲线。
五.实验设备
1.电机系统教学实验台主控制屏
2.电机导轨及测功机、转矩转速测量(NMEL-13A)
3.电机起动箱(NMEL-09)
4.三相鼠笼式异步电动机M04A
5.三相绕线式异步电动机M09
六.实验方法
1.鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘
被试电机为三相鼠笼式异步电动机M04A,Y接法。
G为涡流测功机,与M04A电机同轴安装。
按图5-7接线,其中电压表采用指针式或数字式均可,量程选用300V档,电流表采用数字式,可选0.75A量程档。
起动电机前,将三相调压器旋钮逆时针调到底,并将NMEL-13A中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转速控制”,并将“转速设定”调节旋钮顺时针调到底。
实验步骤:
(1)按下绿色“闭合”按钮开关,调节交流电源输出调节旋钮,使电压输出为220V,起动交流电机。
观察电机的旋转方向,是之符合要求。
(2)逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后,M04电机的负载将随之增加,其转速下降,继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右(注意:
转速低于200转/分时,有可能造成电机转速不稳定。
)
(3)在空载转速至200转/分范围内,测取8-9组数据,其中在最大转矩附近多测几点,填入表5-9。
表5-9UN=220VY接法
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速(r/min)
转矩(n.M)
(4)当电机转速下降到200转/分时,顺时针回调“转速设定”旋钮,转速开始上升,直到升到空载转速为止,在这范围内,读出8-9组异步电机的转矩M,转速n,填入表5-10。
表5-10UN=220VY接法
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速(r/min)
转矩(N.M)
2.绕线式异步电动机的M-S曲线测绘
被试电机采用三相绕线式异步电动机M09,Y接法。
按图5-8接法,电压表和电流表的选择同前,转子调节电阻采用NMEL-04中两只90Ω电阻相并联(最大值为45Ω)。
NMEL-13的开关和旋钮的设置同前,调压器退至零位。
(1)绕线电机的转子调节电阻调到零(三只旋钮顺时针到底),顺时针调节调压器旋钮,使电压升至180V,电机开始起动至空载转速。
逆时针调节“转速设定”旋钮,M09的负载随之增加,电机转速开始下降,继续逆时针调节该旋钮,电机转速下降至100转/分左右。
在空载转速至100转/分范围时,读取8-9组绕线电机转矩T、转速n记录于表5-11。
表5-11U=180VY接法RS=0Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速(r/min)
转矩(N.M)
(2)绕线电机的转子调节电阻调到2Ω(断开电源,用万用表测量,三相需对称),重复以上步骤,记录相关数据。
表5-12U=180VY接法RS=2Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速(r/min)
转矩(N.M)
(3)绕线电机的转子调节电阻调到5Ω(断开电源,用万用表测量,三相需对称),重复以上步骤,记录相关数据。
表5-13U=180VY接法RS=5Ω
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
转速(r/min)
转矩(N.M)
3.换上不同的单相异步电机,按相同方法测出它们的转矩下、转速n。
七.实验报告
1.在方格纸上,逐点绘出各种电机的转矩、转速,并进行拟合,作出被试电机的M-S曲线。
2.对这些电机的特性作一比较和评价。
八.思考题
电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因何在?
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- 第四章 电机机械特性的测定 第四 电机 机械 特性 测定