电机及拖动实验指导书解析.docx
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电机及拖动实验指导书解析
实验一直流发电机的工作特性
一实验目的
1观察并励直流发电机的自励过程及自励条件。
2测定并励及他励直流发电机运行的负载外特性曲线。
3观察直流发电机的剩磁(无励磁)发电。
二预习要点
1什么是发电机的运行外特性?
如何测定?
2并励直流发电机不能自励发电时该如何处理?
3如何保持直流发电机的转速不变?
4直流发电机的他励运行与并励运行差异何在?
为什么?
5认真阅读附录部分关于实验台的使用说明。
三实验设备
1原动机为直流电动机M03一台:
UN220V,IN1.1A,PN185W,nN1600rpm
2直流发电机为M01一台:
UN200V,IN0.5A,PN100W,nN1600rpm
3直流电流表2台(2A)
4直流电压表一台
5NMEL-03可变电阻箱及转速表(MEL-09)各一台
6直流励磁电源、可调直流电源各一台
四实验项目
1并励发电机
A实验线路
图1-1并励发电机
(1)可调直流源经电枢电流测量表A1向直流电动机M03的电枢供电(V0内接)。
(2)直流励磁电源经励磁电流测量表A2向直流电机的励磁线圈F1,F2供电。
(3)直流发电机M01输出端接300V档电压表,负载回路串直流电流表2A档。
(4)直流发电机的励磁线圈F1,F2并联到发电机的电枢端。
(5)RL总阻值0~1350Ω可调。
接线要求:
必须保证在操作过程中带电导线的金属部分不裸露在外。
完成接线后,检查各旋钮的初始位置:
可调直流电源输出最小(调节旋钮逆时针旋到底),而RL在最大位置(3个调节旋钮都逆时针旋到底);直流励磁电源开关置“0N”,可调直流电源开关置“0N”;
必须经指导教师检查认可,才能通电。
B实验系统的启动及调试
(1)接通总电源后,先检查直流电动机的励磁电流测量表A2,必须要有100mA左右的电流指示,才能按复位键启动电机,否则禁止启动电动机,直到励磁电流正常。
(2)调节“可调直流稳压电源”输出电压,渐升电动机转速,发电机端的电压表和电流表应有逐渐增大的读数,则表明发电成功,可将电动机升速到1600rpm。
(3)如果渐升电动机转速,发电机端的电压表和电流表的读数不变化,则表明发电机不能发电,则将可调直流电源恢复到最低后关断,待改接发电机励磁接线后再开。
(4)若励磁端对换后发电机仍不能发电,则要先充磁。
方法如下:
a)先将可调直流电源降到最小,然后关断。
b)再将直流励磁电源关断。
c)将发电机与电动机的励磁线圈F1,F2并联(见图1-2,不管如何并联法)。
d)开启直流电源总开关,开启励磁电源,励磁电流测量表A2应有200mA左右的电流指示,片刻后关断两个开关。
e)将发电机的励磁线圈F1,F2重新并联到发电机G的电枢F1,F2端。
f)按以上步骤重新启动电动机。
图1-2发电机充磁
C并励直流发电机的运行外特性U=f(I)测定(n=1600rpm保持恒定)
U:
并励发电机输出电压I:
并励发电机负载电流
表1-1数据记录:
(n=1600rpm保持恒定,通过调节RL来改变I值。
U(V)
I(A)
Imin=(RL最大)
0.25
0.30
0.35
0.40
0.50
注意:
随发电机输出功率增大,必然造成电动机的转速跌落,要不断微调“可调直流稳压电源”,将转速调整到n=1600rpm(增大电动机的电枢端电压)。
2他励直流发电机外特性U=f(I)测定(n=1600rpm保持恒定)
把发电机的励磁绕组(见右侧的F1、F2)也接到直流励磁电源,其余不变。
图1-3他励发电机
所有旋钮重新置初始位置后启动电动机,操作方法同上。
表1-2数据记录:
(n=1600rpm保持恒定)
U(V)
I(A)
Imin(RL最大)
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
3观察直流发电机的剩磁(无励磁)发电
关闭所有直流电源后,将直流发电机的励磁线圈F1、F2从励磁直流电源处断开
(无励磁),并使发电机空载(且断开RL回路)。
图1-4剩磁发电
所有旋钮重新置初始位置后启动电动机。
观察发电机输出端的电压表是否有电压指示值:
若有则剩磁发电成功,否则不成功。
表1-3数据记录:
n(rpm)
1600
U(V)
五实验报告
1画出实验时电气线路图。
2写出实验操作步骤(上电前的准备工作和上电后的操作步骤及注意事项)。
3实验原始数据记录。
4在同座标上画出直流发电机并励和他励运行时的外特性。
5回答问题
(1)并励发电机不能发电的原因有哪些?
实验中如何解决?
(2)在电动机—发电机组成的机组中,当发电机负载增加时,机组的转速会发生什么变化?
如何处理?
为什么?
(3)简述发电机并励运行与他励运行时外特性曲线的异同。
(4)直流发电机的剩磁发电是否一定能实现,为什么?
(5)发电机是否可能发生电枢端有电压,但额定转速下离额定电压甚远?
为何?
实验二单相变压器的参数测定
一实验目的
1通过变压器的空载和短路试验测定变压器的变比和参数
2通过负载试验测定变压器的运行特性、电压调整率、变压器的效率η等
二预习要点
1变压器的空载和短路试验有什么特点?
电源电压一般加在哪一方较合适?
2在空载和短路试验中,各仪表如何排序才能使测量误差最小?
3如何用实验方法测定变压器的铁耗、铜损和电压调整率?
三实验设备
1单相变压器一台(U1N220V,I1N0.4A;U2N110V,I2N0.8A)
2可调交流电源一台
3交流电压表、交流电流表、功率表各一台、可变电阻箱一台(NMEL-04)。
四实验项目
1空载试验测取空载特性U0=f(I0),P0=f(U0)
电源加在变压器低压侧,额定电压55V。
电压表V应可随时改变测量点。
表两端线头固定不动,只移动被测端线头。
图2-1空载试验
通电前必须使三相调压器输出为零。
且数字表的显示会滞后,所以操作要慢一些。
A表接在W表及V表之后,是因为变压器空载电流较小,避免将电压表线圈的电流或功率表电压表线圈的电流计入电流表,造成较大测量误差。
表2-1记录数据(电压不必精确地为某一值,接近即可):
序号
实验数据
计算数据
U0(V)
I0(A)
P0(W)
U1U1、1U2
COSφ0
1
1.2UN≈66。
0
2
1.1UN≈60。
5
3
UN≈55。
0
4
0.9UN≈49。
5
5
0.8UN≈44。
0
6
0.7UN≈38。
5
7
0.5UN≈27。
5
其中:
COSφ0=P0/S=P0/I0U0
2短路试验(操作要尽快完成)测取短路特性UK=f(IK),PK=f(IK)
实验线路如下:
注意,通电前必须使三相调压器输出为零!
电源加在高压侧。
由于副绕组短路,所以实验时要严密监视电流表的读数,小心地慢慢增大三相调压器的输出!
图2-2短路试验
注意到电流表A的位置被移到了功率表W及电压表V之前,因为短路试验时的电流较大,电压表线圈的电流或功率表电压表线圈的电流很小,对短路试验的计算不会产生什么影响。
另一方面,电流表A由于电流增大,其两端电压会增大,而此时V测量到的电压较小,当然不希望计入电流表A的端电压。
表2-2记录数据:
(电流不必精确地为某一值,接近即可)室温θ=C0
序号
实验数据
计算数据
UK(V)
IK(A)
PK(W)
COSφK≈PK/IKUK
1
1.1IN≈0。
44
2
1.0IN≈0。
40
3
0.9IN≈0。
36
4
0.8IN≈0。
32
5
0.7IN≈0。
28
6
0.5IN≈0。
20
在计算出短路阻抗后,要按国家标准换算到75C0时的值(参见实验报告部分)。
3负载试验测取负载特性U2=f(I2)
实验线路如图2-3所示。
上电前RL置最大值。
先空载(开路),调节交流调节器使U20=U2N=110V,之后调节器不再变动。
通过调节RL使I2增大直至I2=I2N=0.8A(接近)。
*************
图2-3负载试验
表2-3记录数据(电流不必精确地为某一值,接近即可):
序号
U2(V)
I2(A)
P1=I1U1cosφ(W)
P2=I2U2(W)
1
U2N=
I2N≈0.8
2
0.9I2N≈0.72
3
0.8I2N≈0.64
4
0.6I2N≈0.48
5
0.4I2N≈0.32
6
0.2I2N≈0.16
7
I2=0.00(开路)
其中I2=0及I2=I2N两点必须测量。
4电压调整率的计算
变压器在额定负载电流下的电压与空载时的电压是不同的,所谓变压器的电压调整率就是指该电压的相对变化量(归算到原边):
其中:
而U20则是二次侧空载电压,变比取K=U1N/U2N,因此可直接利用负载试验数据进行电压调整率的计算。
应该指出:
当功率因素cosФ不同时变压器的电压调整率也不同。
5变压器的效率曲线η=f(I2)测定(电阻性负载)
用间接法测定阻性负载下变压器的效率:
由于二次侧是阻性负载,所以cosФ≈1,而一次侧的功率由功率表测得。
因此效率曲线η=f(I2)测定可在负载试验时加测P1及计算P2而完成。
五实验报告
1计算变比K
2绘制空载特性曲线及计算激磁参数
(1)空载特性曲线U0=f(I0),P0=f(U0),COSφ0=f(U0)
(2)计算激磁参数
以U0=UN时所对应的P0、I0来计算变压器的激磁参数,空载时zm》z1,
rm》r1,xm》x1,所以z0≈zmr0≈rm,x0≈xm,因此有:
3绘制短路特性曲线及计算短路参数
(1)短路特性曲线UK=f(IK),PK=f(UK),COSφK=f(UK)
(2)计算短路参数
以I=IN时所对应的PK、IK来计算变压器的激磁参数,短路时试验电压很低,主磁通就很小,rm≈∞,可近似认为:
由于短路电阻rK随温度而变化,按国家标准应换算到75C0时的值:
其中,T0=234.50C(本变压器为铜线),θ为试验时的环境温度。
阻抗电压:
IK=IN时的短路损耗:
4按空载试验与短路试验求出的参数,画出变压器折算到低压方的“Г”型等效电路。
5变压器的电压调整率△U2%、变压器的效率η=(P2/P1)%并画η=f(I2)
6简答问题
(1)空载试验与短路试验时电压表与电流表的连接位置为何不同?
(2)短路试验为何选择在低压侧进行?
(3)当二次侧是阻性负载,为什么可以认为cosФ≈1?
实验三三相变压器的联接组别
一实验目的
1用实验方法测定三相变压器的极性。
2用实验方法判定三相变压器的联接组别。
二预习要点
1联接组的定义,为何要研究联接组,国家标准联接组有哪几种。
2如何把Y/Y-12改成Y/Y-6,如何把D/Y-11改成D/Y-5。
三实验设备
1三相调压器一台
2三相芯式变压器一台(NMEL-02)
3交流电压表一台
四实验项目(变压器绕组端以A、X,B、Y,C、Z及a、x,b、y,c、z表示)
1测定绕组极性(三相调压器的输出线电压UUV为100V)
实验所使用的三相芯式变压器由1个原绕组和2个副绕组组成(见附录图片4)。
上部标出220V字样的是原绕组,下部为2个电压不同的副绕组。
所有绕组均为独立结构,内部并未联接!
“
”为同名端,对应在变压器上为绕组上相应的位置(每个绕组的上端或每个绕组的下端为同名端)。
这是固定不变的。
但字母a、b、c和x、y、z可根据不同情况标注在绕组的上端或下端。
(a)测定相间极性(b)测定原、副方极性
图3-1测定绕组极性及原、副方极性
(1)测定相间极性
接线如图图3-1(a),在B、Y间加100V交流电压。
测量UAC、UAX 、UCZ的值;改变接线,交流电压加到A、X端,Y、Z相连,B、C悬空再测一次。
若UAC≈|UAX -UCZ|则可判定A、C为同极性端;同理若UBC≈|UBY -UCZ|则可判定B、C为同极性端。
表3-1记录数据:
UAC(V)
UAX(V)
UCZ(V)
UBC(V)
UBY(V)
UCZ(V)
说明:
两次的磁路不同,所以结果有差异。
同理,如果交流电压加到C、Z端,则UBY >UAX。
(2)测定原、副方极性
接线如图3-1b),在A、B间加100V交流电压。
测量UAa、UAX 、UaX的值,若UAa≈|UAX -UaX|则可判定A、a为同极性端。
其余类推。
表3-2记录数据:
UAX(V)
UAa(V)
Uax(V)
2联接并用测量法判定以下联接组(UUV为200V)
三相变压器的联接组别是指变压器原、副方的不同联接方式及对各引出端的不同命名,由此造成原方线电压UAB与副方线电压Uab间的相位差不同。
由于这种相位差总是300的整数倍,好象时钟在整数点钟时时针与分针间的夹角相仿,故又称为变压器的“钟点数”。
为此变压器原、副绕组中的A与a均应连接,表示“相量钟”长、短针的轴。
(a)Y/Y-12(b)Y/Y-6
图3-2Y/Y-12及Y/Y-6
(1)Y/Y-12
表3-3记录数据:
UAB
Uab
UbB
从图3-3相量图可知,若联接组别为Y/Y-12,则有:
UbB≈UAB-Uab
图3-3Y/Y-12相量图
(2)Y/Y-6
表3-4记录数据:
UAB
Uab
UbB
从图3-4相量图可知,若联接组别为Y/Y-6,则有:
UbB≈UAB+Uab
图3-4Y/Y-6相量图
(3)D/Y-11
(a)D/Y-11(b)D/Y-5
图3-5D/Y-11及D/Y-5
表3-5记录数据:
UAB
Uab
UbB
从图3-6相量图可知,若联接组别为D/Y-11,则按余弦定理有:
UbB2≈Uab2+UAB2-2UabUABcos300
图3-6D/Y-11相量图
(4)D/Y-5
表3-6记录数据:
UAB
Uab
UbB
从图3-7相量图可知,若联接组别为D/Y-5,则按余弦定理有:
UbB2≈Uab2+UAB2-2UabUABcos1500
图3-7D/Y-5相量图
五实验报告
1画出实验时电气线路图。
2在测定相间极性时,如何判别B与A或C是否为同极性端?
画出实验线路并说明测量方法。
3在用测量法判定变压器联接组别时,变压器原、副绕组中的A与a必须重合的含义是什么?
实验四他励直流电动机的机械特性
一实验目的
1直流电动机的启动方法。
2如何改变直流电动机的转向。
3直流电动机的调速方法。
4测定直流他励电动机的固有和人为机械特性,并比较各特性曲线。
二预习要点
1直流电动机的启动方法有哪些?
2改变直流电动机机械特性有哪些方法?
三实验设备
1可调直流电压源(带输出指示)、直流励磁电源、测功机(NMEL-13)各一台
2直流电动机(NM03)一台UN:
220V、IN:
1.1A、PN:
185W、nN:
1600rpm
32A直流电流表2台
四实验项目
实验线路如下:
图5-1他励电动机的固有和人为机械特性
1直流电动机的启动(测功机空载:
即“转矩设定”旋钮逆时针旋到底)
启动后,电流表A2的读数必须大于100mA,否则不允许复位输出可调直流电压。
测功机的使用(见附录及图片3)
测功机的控制选择:
开关扳向“转矩控制”侧,转矩控制旋钮逆时针旋到底。
测功机的使用:
“3A”处的开关扳向下方,无负载转矩;“3A”处的开关扳向上方,调节“转矩设定”旋钮就可改变电动机的负载转矩。
注意:
测功机的转矩读数不正确,故不采用。
转矩用计算法求取。
直流电动机的启动严格受到电动机额定电流的制约,通常启动电流不能超过1.5IN。
将全电路欧姆定律应用于直流电动机的电枢回路,则有:
U-Ea=IaΣR(式-1)
其中U是施加到电枢的直流电源,Ea是电动机的反电势,ΣR是回路总电阻。
(式-2)
由于启动瞬间电动机的反电势Ea=CeΦn=0,所以:
显然要限制Ia可采用两种方法:
一是降低直流电源U,二是增大回路总电阻ΣR。
(1)降压启动(启动电阻Ra=0,励磁电阻Rf=0)
电枢回路未串电阻必须用低压启动:
将可调直流电源的调节旋钮逆时针旋到底(输出最小),再接通励磁电源,必须先确认励磁回路已接通(有励磁电流指示),才能按“复位”键启动电动机。
然后U从小到大逐渐增加,直到达额定电压UN。
直接关闭电源,可调直流电源输出保持不变进行下一项内容。
(2)串阻启动(励磁电阻Rf=0,可调直流电源输出上一步已预设置为U=220V)
电枢回路串Ra=100Ω电阻后可直接用额定电压启动:
启动时串入Ra=100Ω电阻,启动电动机后,逐步减小Ra直到Ra=0。
2改变直流电动机的转向(测功机空载)
电动机的转动缘于电磁转矩,电磁转矩的表达式如下:
Ta=CTΦIa(式-3)
由于Φ和Ia都是有方向的量,所以改变其中任何一个都能改变电磁转矩的方向。
改变Φ的方向只要改变励磁电流方向,改变Ia的方向只要改变直流电源U的极性。
(1)改变励磁极性(励磁电阻Rf=0,可调直流电源输出预置在最小即逆时针旋到底)
直流电源输出预置在最小串入Ra=100Ω电阻后按“复位”键,如果电动机不转,则逐步减小Ra,直到电动机转动,并观察电动机转向。
关断可调直流电源及励磁,改变励磁极性,其它保持不变,重新通电并观察转向。
(2)改变直流电压U的极性(Rf=0,可调直流源输出预置在U=Umin)
改变直流电源U的极性后,重新通电并观察转向。
3测定直流电动机的机械特性n=f(Ta)
用Ea=CeΦn代入(式-1)U-Ea=IaΣR
则有:
(式-4)
再用Ta=CTΦIa代去(式-4)中的Ia
则有:
(式-5)
式-5即为直流电动机的机械特性。
由于Ta与Ia成正比,通常可测Ia与n更为方便,即n=f(KIa)=f(Ta)
注意:
以下所有操作均串入Ra=100Ω且使测功机空载,然后启动直流电动机。
(1)测定直流电动机的固有机械特性n=f(KIa)=f(Ta),U=220V!
记录直流电动机的铭牌参数:
额定电压、额定电流、额定转速、励磁等。
使励磁电阻Rf=0,Ra=100Ω且测功机空载。
然后启动电动机,逐步减小Ra直到Ra=0,调节可调直流稳压源的输出电压达U=220V左右并保持不变。
先记录下测功机空载时的转速n、电流Ia,然后用测功机的“转矩设定”旋钮改变Tf使电动机电枢电流达表1中要求的值,同时记录下相应的转速n、电流Ia。
表5-1记录数据:
(转矩表显示值不准确,不要记录)U=220V
n(rpm)
计算Tf(N.m)
Ia(A)
Imin
0.30
0.50
0.70
0.90
1.10
(2)测定直流电动机的人为机械特性n=f(KIa)=f(Ta)
直流电动机的人为机械特性是指对电动机采取某些措施,使电动机工作于固有机械特性以外的特性曲线。
从(式-4):
(其中Ce是电机常数)可知,直流电动机的调速方案有三种:
一是串阻(改变ΣR);二是调压(改变U);三是调磁(改变φ)。
同样地,运用测功机的“转矩设定”旋钮可调节Tf使电动机电枢电流达到记录表中要求的值。
1串阻特性(励磁电阻Rf=0)
在Ra两端接电压表,使Ra=100Ω且测功机空载,启动电动机,调节可调直流稳压源的输出电压达U=220V,逐步减小Ra使Ra=0,记录下当前转速nmax。
逐渐增大Ra使转速n比nmax下降2~3%,然后测表2数据。
表5-2记录数据:
(转矩表显示值不准确,不要记录)
n(rpm)
计算Ta(N.m)
Ia(A)
Imin
0.30
0.50
0.70
0.90
1.10
U=220VRa=Ω(当电流为1A时Ra两端电压读数即是阻值)
2调压特性(励磁电阻Rf=0)
使Ra=100Ω且测功机空载。
然后启动电动机,调节可调直流稳压源的输出电压达U=150V,逐步减小Ra直到Ra=0。
然后测表3数据。
表5-3记录数据:
U=150V(转矩表显示值不准确,不要记录)
n(rpm)
计算Ta(N.m)
Ia(A)
Imin
0.30
0.50
0.70
0.90
1.10
3调磁特性(先使励磁电阻Rf=0)
使Ra=100Ω且测功机空载。
然后启动电动机,调节可调直流稳压源的输出电压达U=220V,逐步减小Ra直到Ra=0。
然后小心地增大励磁电阻Rf,使If=0.9Ifmax。
注意不要造成飞车!
表5-4记录数据:
(转矩表显示值不准确,不要记录)
n(rpm)
计算Ta(N.m)
Ia(A)
Imin
0.30
0.50
0.70
0.90
1.10
U=
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