電機與拖動實驗報告

實驗一認(rèn)識實驗一．實驗?zāi)康?．學(xué)習(xí)電機實驗的基本要求與安全操作注意事項。2．認(rèn)識在直流電機實驗中所用的電機、儀表、變阻器等組件及使用方法。3．熟悉他勵電動機（即并勵電動機按他勵方式）的接線、起動、改變電機方向與調(diào)速的方法。二．預(yù)習(xí)要點1．如何正確選擇使用儀器儀表。特別是電壓表、電流表的量程。2．直流他勵電動機起動時，為什么在電樞回路中需要串聯(lián)起動變阻器？不連接會產(chǎn)生什么嚴(yán)重后果？答：直流他勵電動機啟動時轉(zhuǎn)速n=0，反電動勢E=0，電樞繞組電阻Ea很小，導(dǎo)致了啟動電流很大，所以在電樞回路中需要串聯(lián)起動變阻器，限制啟動電流。不連接會容易損壞電機，縮短使用壽命。3．直流電動機起動時，勵磁回路連接的磁場變阻器應(yīng)調(diào)至什么位置？為什么？若勵磁回路斷開造成失磁時，會產(chǎn)生什么嚴(yán)重后果？答：勵磁回路連接的磁場變阻器應(yīng)調(diào)至電阻最大值，使啟動轉(zhuǎn)矩足夠大。4．直流電動機調(diào)速及改變轉(zhuǎn)向的方法。答：直流電動機調(diào)速：1、串電阻調(diào)速2、調(diào)電壓調(diào)速3、弱磁調(diào)速改變轉(zhuǎn)向的方法：1、改變電流Is的方向2、改變磁通的方向三．實驗項目1．了解MEL系列電機系統(tǒng)教學(xué)實驗臺中的直流穩(wěn)壓電源、渦流測功機、變阻器、多量程直流電壓表、電流表、毫安表及直流電動機的使用方法。2．用伏安法測直流電動機和直流發(fā)電機的電樞繞組的冷態(tài)電阻。3．直流他勵電動機的起動，調(diào)速及改變轉(zhuǎn)向。四．實驗設(shè)備及儀器1．MEL-I系列電機系統(tǒng)教學(xué)實驗臺主控制屏2．電機導(dǎo)軌及測功機、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量（MEL-13）或電機導(dǎo)軌及校正直流發(fā)電機3．直流并勵電動機M034．220V直流可調(diào)穩(wěn)壓電源（位于實驗臺主控制屏的下部）5．電機起動箱（MEL-09）。6．直流電壓、毫安、安培表（MEL-06）。五．實驗說明及操作步驟由實驗指導(dǎo)人員講解電機實驗的基本要求，實驗臺各面板的布置及使用方法，注意事項。2．在控制屏上按次序懸掛MEL-13、MEL-09組件，并檢查MEL-13和渦流測功機的連接。3．用伏安法測電樞的直流電阻，接線原理圖見圖1-1。U：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源R：3000Ω磁場調(diào)節(jié)電阻（MEL-09）V：直流電壓表（MEL-06）20V檔或萬用表直流20V檔A：直流安培表（MEL-06）2A檔M：直流電機電樞(1)經(jīng)檢查接線無誤后，逆時針調(diào)節(jié)磁場調(diào)節(jié)電阻R使至最大。（2）按順序按下主控制屏綠色“閉合”按鈕，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的船形開關(guān)以及復(fù)位開關(guān)，建立直流電源，并調(diào)節(jié)直流電源至80V左右輸出。（注：剛打開直流穩(wěn)壓電源的船形開關(guān)及按下復(fù)位開關(guān)就已經(jīng)建立了80V左右的電壓）調(diào)節(jié)R使電樞電流達(dá)到0.2A（如果電流太大，可能由于剩磁的作用使電機旋轉(zhuǎn)，測量無法進行，如果此時電流太小，可能由于接觸電阻產(chǎn)生較大的誤差），迅速測取電機電樞兩端電壓UM和電流Ia。將電機轉(zhuǎn)子分別旋轉(zhuǎn)三分之一和三分之二周，同樣測取UM、Ia，填入表1-1。（3）增大R（逆時針旋轉(zhuǎn)）使電流分別達(dá)到0.15A和0.1A，用上述方法測取六組數(shù)據(jù)，填入表1-1。取三次測量的平均值作為實際冷態(tài)電阻值Ra=。表1-1室溫30℃序號UM（V）Ia（A）R（Ω）Ra平均（Ω）Raref（Ω）14.330.221.6521.1020.8523.204.1220.604.2121.0523.160.1521.0721.073.2621.733.0620.4032.020.120.2020.372.1121.101.9819.80表中Ra1=（Ra11+Ra12+Ra13）/3Ra2=（Ra21+Ra22+Ra23）/3Ra=(Ra1+Ra2+Ra3)/3Ra3=（Ra31+Ra32+Ra33）/3（4）計算基準(zhǔn)工作溫度時的電樞電阻由實驗測得電樞繞組電阻值，此值為實際冷態(tài)電阻值，冷態(tài)溫度為室溫。按下式換算到基準(zhǔn)工作溫度時的電樞繞組電阻值：Raref=Ra式中Raref——換算到基準(zhǔn)工作溫度時電樞繞組電阻。（Ω）Ra——電樞繞組的實際冷態(tài)電阻。（Ω）θref——基準(zhǔn)工作溫度，對于E級絕緣為75℃。θa——實際冷態(tài)時電樞繞組的溫度。（℃）4．直流儀表、轉(zhuǎn)速表和變阻器的選擇。直流儀表、轉(zhuǎn)速表量程是根據(jù)電機的額定值和實驗中可能達(dá)到的最大值來選擇，變阻器根據(jù)實驗要求來選用，并按電流的大小選擇串聯(lián)，并聯(lián)或串并聯(lián)的接法。（1）電壓量程的選擇如測量電動機兩端為220V的直流電壓，選用直流電壓表為300V量程檔。（2）電流量程的選擇。因為直流并勵電動機的額定電流為1.1A，測量電樞電流的電表可選用2A量程檔，額定勵磁電流小于0.16A，測量勵磁電流的毫安表選用200mA量程檔。（3）電機額定轉(zhuǎn)速為1600r/min，若采用指針表和測速發(fā)電機，則選用1800r/min量程檔。若采用光電編碼器，則不需要量程選擇。（4）變阻器的選擇變阻器選用的原則是根據(jù)實驗中所需的阻值和流過變阻器最大的電流來確定。在本實驗中，電樞回路調(diào)節(jié)電阻選用MEL-09組件的100Ω/1.22A電阻，磁場回路調(diào)節(jié)選用MEL-09的3000Ω/200mA可調(diào)電阻。5．直流電動機的起動R1：電樞調(diào)節(jié)電阻（MEL-09）Rf：磁場調(diào)節(jié)電阻（MEL-09）M：直流并勵電動機M03：G：渦流測功機IS：電流源，位于MEL-13，由“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器進行調(diào)節(jié)。實驗開始時，將MEL-13“轉(zhuǎn)速控制”和“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)板向“轉(zhuǎn)矩控制”，“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器逆時針旋到底。U1：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源U2：直流電機勵磁電源V1：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源自帶電壓表V2：直流電壓表，量程為300V檔，位于MEL-06A：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源自帶電流表mA：毫安表，位于直流電機勵磁電源部。（1）按圖1-2接線，檢查M、G之間是否用聯(lián)軸器聯(lián)接好，電機導(dǎo)軌和MEL-13的連接線是否接好，電動機勵磁回路接線是否牢靠，儀表的量程，極性是否正確選擇。（2）將電機電樞調(diào)節(jié)電阻R1調(diào)至最大，磁場調(diào)節(jié)電阻調(diào)至最小，轉(zhuǎn)矩設(shè)定電位器（位于MEL-13）逆時針調(diào)到底。（3）開啟控制屏的總電源控制鑰匙開關(guān)至“開”位置，按次序按下綠色“閉合”按鈕開關(guān)，打開勵磁電源船形開關(guān)和可調(diào)直流電源船形開關(guān)，按下復(fù)位按鈕，此時，直流電源的綠色工作發(fā)光二極管亮，指示直流電壓已建立，旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)電位器，使可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出220V電壓。（4）減小R1電阻至最小。6．調(diào)節(jié)他勵電動機的轉(zhuǎn)速。（1）分別改變串入電動機M電樞回路的調(diào)節(jié)電阻R1和勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rf（2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩設(shè)定電位器，注意轉(zhuǎn)矩不要超過1.1N.m，以上兩種情況可分別觀察轉(zhuǎn)速變化情況7．改變電動機的轉(zhuǎn)向?qū)㈦姌谢芈氛{(diào)節(jié)電阻R1調(diào)至最大值，“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器逆時針調(diào)到零，先斷開可調(diào)直流電源的船形開關(guān)，再斷開勵磁電源的開關(guān)，使他勵電動機停機，將電樞或勵磁回路的兩端接線對調(diào)后，再按前述起動電機，觀察電動機的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速表的讀數(shù)。六．注意事項1．直流他勵電動機起動時，須將勵磁回路串聯(lián)的電阻Rf調(diào)到最小，先接通勵磁電源，使勵磁電流最大，同時必須將電樞串聯(lián)起動電阻R1調(diào)至最大，然后方可接通電源，使電動機正常起動，起動后，將起動電阻R1調(diào)至最小，使電機正常工作。2．直流他勵電機停機時，必須先切斷電樞電源，然后斷開勵磁電源。同時，必須將電樞串聯(lián)電阻R1調(diào)回最大值，勵磁回路串聯(lián)的電阻Rf調(diào)到最小值，給下次起動作好準(zhǔn)備。3．測量前注意儀表的量程及極性，接法。七．實驗報告畫出直流并勵電動機電樞串電阻起動的接線圖。說明電動機起動時，起動電阻R1和磁場調(diào)節(jié)電阻Rf應(yīng)調(diào)到什么位置？為什么？答：勵磁回路串聯(lián)的電阻Rf調(diào)到最小，先接通勵磁電源，使勵磁電流最大，同時必須將電樞串聯(lián)起動電阻R1調(diào)至最大，然后方可接通電源，使電動機正常起動，起動后，將起動電阻R1調(diào)至最小，使電機正常工作。增大電樞回路的調(diào)節(jié)電阻，電機的轉(zhuǎn)速如何變化？增大勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻，轉(zhuǎn)速又如何變化？答：增大電樞回路的調(diào)節(jié)電阻，電樞回路的電流減弱，電機的轉(zhuǎn)矩減小，電機的轉(zhuǎn)速變??；增大勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻，電樞回路的電流增強，電機的轉(zhuǎn)矩變大，電機的轉(zhuǎn)速變大。3.用什么方法可以改變直流電動機的轉(zhuǎn)向？答：1、改變電流Is的方向2、改變磁通的方向4.為什么要求直流并勵電動機磁場回路的接線要牢靠？答：直流電動機在使用時一定要保證勵磁回路連接可靠，絕不能斷開。一旦勵磁電流If=0，則電機主磁通將迅速下降至剩磁磁通，若此時電動機負(fù)載較輕，電動機的轉(zhuǎn)速將迅速上升，造成“飛車”；若電動機的負(fù)載為重載，則電動機的電磁轉(zhuǎn)矩將小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使電機轉(zhuǎn)速減小，但電樞電流將飛速增大，超過電動機允許的最大電流值，引起電樞繞組因大電流過熱而燒毀。實驗二直流并勵電動機一.實驗?zāi)康?.掌握用實驗方法測取直流并勵電動機的工作特性和機械特性。2.掌握直流并勵電動機的調(diào)速方法。二.預(yù)習(xí)要點什么是直流電動機的工作特性和機械特性？答：（1）直流電動機的工作特性：是指端電壓，電樞電路無外串電阻，勵磁電流時，電動機的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩T和效率η三者與輸出功率P2之間的關(guān)系。在實際運行中，電樞電流Is可直接測量，并且Is差不多和P2成正比。所以往往將工作特性表示為n、T、η=f(Is)關(guān)系曲線。①轉(zhuǎn)速特性n=f(Is)=，②轉(zhuǎn)矩特性T=f(Is)＝＝＝9.55，③效率特性η=f(P2)=f(Is)=（2）機械特性：是指端電壓，電樞電路無外串電阻，勵磁電流時，電動機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系：n＝f(T2)＝。直流電動機調(diào)速原理是什么？答：根據(jù)公式改變直流電動機的工作速度的原理如下：（1）改變電樞電路電阻R調(diào)速；（2）改變電樞供電電壓U調(diào)速；（3）改變磁通φ調(diào)速。三.實驗項目1.工作特性和機械特性保持U=UN和If=IfN不變，測取n、T2、n=f(Ia)及n=f(T2)。2.調(diào)速特性(1)改變電樞電壓調(diào)速保持U=UN、If=IfN=常數(shù)，T2=常數(shù)，測取n=f(Ua)。(2)改變勵磁電流調(diào)速保持U=UN，T2=常數(shù)，R1=0，測取n=f(If)。(3)觀察能耗制動過程四．實驗設(shè)備及儀器1．MEL系列電機教學(xué)實驗臺的主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。2．電機導(dǎo)軌及渦流測功機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量（MEL-13）或電機導(dǎo)軌及編碼器、轉(zhuǎn)速表。3．可調(diào)直流穩(wěn)壓電源（含直流電壓、電流、毫安表）4．直流電壓、毫安、安培表（MEL-06）。5．直流并勵電動機。6．波形測試及開關(guān)板（MEL-05）。7．三相可調(diào)電阻900Ω（MEL-03）。五．實驗方法并勵電動機的工作特性和機械特性。實驗線路如圖1-6所示U1：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源R1、Rf：電樞調(diào)節(jié)電阻和磁場調(diào)節(jié)電阻，位于MEL-09。mA、A、V2：直流毫安、電流、電壓表（MEL-06）G：渦流測功機IS：渦流測功機勵磁電流調(diào)節(jié)，位于MEL-13。a．將R1調(diào)至最大，Rf調(diào)至最小，毫安表量程為200mA，電流表量程為2A檔，電壓表量程為300V檔，檢查渦流測功機與MEL-13是否相連，將MEL-13“轉(zhuǎn)速控制”和“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)板向“轉(zhuǎn)矩控制”，“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器逆時針旋到底，打開船形開關(guān)，按實驗一方法起動直流電源，使電機旋轉(zhuǎn)，并調(diào)整電機的旋轉(zhuǎn)方向，使電機正轉(zhuǎn)。b．直流電機正常起動后，將電樞串聯(lián)電阻R1調(diào)至零，調(diào)節(jié)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出至220V，再分別調(diào)節(jié)磁場調(diào)節(jié)電阻Rf和“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器，使電動機達(dá)到額定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此時直流電機的勵磁電流If=IfN（額定勵磁電流）。c．保持U=UN，If=IfN不變的條件下，逐次減小電動機的負(fù)載，即逆時針調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器，測取電動機電樞電流Ia、轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T2，共取數(shù)據(jù)7-8組填入表1-8中。實驗數(shù)據(jù)Ia（A）1.11.00.90.70.50.40.30.2n（r/min）16001619163416661689170617261749T2（N.m）1.231.161.060.860.630.530.420.30計算數(shù)據(jù)P2（w）206.64197.19181.86150.44111.7394.9476.1255.09P1（w）256.96234.96212.96168.96124.96102.9680.9658.96η（%）80.4%83.9%85.4%89.0%89.4%92.2%94.0%93.4%△n（%）0%1.19%2.12%4.13%5.56%6.63%7.88%9.31%表1-8U=UN=220VIf=IfN=0.068ARa=20.85Ω2．調(diào)速特性（1）改變電樞端電壓的調(diào)速a．按上述方法起動直流電機后，將電阻R1調(diào)至零，并同時調(diào)節(jié)負(fù)載，電樞電壓和磁場調(diào)節(jié)電阻Rf，使電機的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，記錄此時的T2=N.mb．保持T2不變，If=IfN不變，逐次增加R1的阻值，即降低電樞兩端的電壓Ua，R1從零調(diào)至最大值，每次測取電動機的端電壓Ua，轉(zhuǎn)速n和電樞電流Ia，共取7-8組數(shù)據(jù)填入表1-9中。表1-9If=IfN=1.068A,T2=0.64N.mUa（V）220209201193184174161144n（r/min）17371668159715351453137012471106Ia（A）0.5500.5560.5680.5820.6040.6300.6720.736（2）改變勵磁電流的調(diào)速a．直流電動機起動后，將電樞調(diào)節(jié)電阻和磁場調(diào)節(jié)電阻Rf調(diào)至零，調(diào)節(jié)可調(diào)直流電源的輸出為220V，調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器，使電動機的U=UN，Ia=0.5IN，記錄此時的T2=N.mb．保持T2和U=UN不變，逐次增加磁場電阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次測取電動機的n、If和Ia，共取7-8組數(shù)據(jù)填寫入表1-10中。表1-10U=UN=220V，T2=0.78N.mn（r/min）139613481302123411691104982867If（A）0.1100.1120.1100.1100.1110.1100.1120.112Ia（A）0.5500.5580.5700.5910.6150.6380.6910.753(3)能耗制動按圖1一7接線U1：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源R1、Rf：直流電機電樞調(diào)節(jié)電阻和磁場調(diào)節(jié)電阻（MEL-09）RL：采用MEL-03中兩只900Ω電阻并聯(lián)。S：雙刀雙擲開關(guān)（MEL-05）a．將開關(guān)S合向“1”端，R1調(diào)至最大，Rf調(diào)至最小，起動直流電機。b．運行正常后，從電機電樞的一端撥出一根導(dǎo)線，使電樞開路，電機處于自由停機，記錄停機時間。c．重復(fù)起動電動機，待運轉(zhuǎn)正常后，把S合向“2”端記錄停機時間。d．選擇不同RL阻值，觀察對停機時間的影響。六．實驗報告1.由表1-8計算出P2和η，并繪出n、T2、η=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲線。電動機輸出功率P2=0.105nT2式中輸出轉(zhuǎn)矩T2的單位為N·m，轉(zhuǎn)速n的單位為r／min。電動機輸入功率P1=UI電動機效率η=×100％電動機輸入電流I=Ia+IfN由工作特性求出轉(zhuǎn)速變化率：Δn=×100％2.繪出并勵電動機調(diào)速特性曲線n=f(Ua)和n=f(If)。分析在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時兩種調(diào)速的電樞電流變化規(guī)律以及兩種調(diào)速方法的優(yōu)缺點。答：調(diào)壓調(diào)速時，電壓越大，轉(zhuǎn)速越快，電樞電流越小。調(diào)磁調(diào)速時，勵磁電流越大，轉(zhuǎn)速越慢，電樞電流越小。一，改變電壓。這種調(diào)速方法有下列優(yōu)點：1機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好。2調(diào)速幅度較大。3可均勻調(diào)節(jié)電壓，可得到平滑的無級調(diào)速。但是需要用電壓可以調(diào)節(jié)的專用設(shè)備，投資費用較高。二，改變磁通。這種