2014年电机与拖动实验指导

实验二直流他励电动机机械特性一、实验目的1、了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性。

二、实验内容1、电动及回馈制动特性的测取。

2、电动及反接制动特性的测取。

3、能耗制动特性的测取。

三、实验仪器1、电机拖动实验装置主控制屏2、DD01电机导轨、测速发电机TG及转速表3、ZYDJ01直流复励发电机G4、ZYDJ04直流并励电动机M5、ZYDT12三相可调电阻器6、ZYDT13三相可调电阻器7、ZYDT14可调电阻器、电容器8、ZYDT05直流电流表、电压表9、ZYDT11波形测试及开关板四、实验原理在生产实践中，有时希望电力拖动系统尽快地停车（或降速）；或者使位能性负载以稳定的速度下放，这就要求在电机的轴上加一个与转向相反的制动转矩。

制动的方式有很多，最好是采用电气制动，即靠电动机本身产生一个与转向相反的电磁转矩使系统快速停车（或减速）或使位能性负载稳速下放。

这时电动机的运行特点是，它从轴上吸收机械能将它转换称电能（消耗在电机内部或反馈电网），其电磁转矩与转速方向相反，是制动性质。

电气制动的具体实现方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种。

五、实验步骤及注意事项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。

1、电动及回馈制动特性接线图如图1－6。

R1选用900Ω电阻R2选用180Ω电阻R3选用3000Ω电阻R4选用2250Ω电阻（用两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）按图1－6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）、直流励磁电源钮子开关和220V可调直流稳压电源钮子开关须在断开位置。

实验步骤：1)按次序先按下绿色“闭合”电源开关，再合励磁电源船形开关和220V电源钮子开关，使直流电动机M启动运转，调节直流可调电源，使V1读数为U N=220伏，调节R2阻值为零。

2)分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机MG磁场调节电阻R3，负载电阻R4（先调节相串联的900欧电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900欧电阻相并联的旋钮），使直流电动机M的转速n N＝1600r/min，I r+I a=I N=0.55A,此时 I f=I fN，记录此值。

图1－6 直流他励电动机机械特性测定接线图3)保持电动机的U=U N=220V,，I f=I fN不变，改变R4及R3阻值，测取M在额定负载至空载范围的n、I n，共取5－6组数据填入表1－7中。

N fN23并且极性与电动机电枢电压相同。

5)保持电枢电压U=U N=220V，I f=I fN，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欧电阻旋钮,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进行直至电流接近0.8倍额定值(实验中应注意电动机转速不超过2100转/分)。

6)测取电动机M的n、Ia,共取5-6组数据填入表1-8中。

N fN222d1－7。

2图1－7 直流他励电动机电动及回馈制动特性2、 电动及反接制动特性在断电的条件下，对图1－6作如下改动: （1）、R 1为1800欧磁场调节电阻，R 2为900欧电阻。

R 3不用，R 4不变。

（2）、S1合向”1”端，S2合向”2”端(短接线拆掉，把发电机G 的电枢两个插头对调。

实验步骤：1) 在未上电源前,R 1置最小值,R 2置最大值2) 按钱前述方法启动电动机，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S 2合向”1”端。

3) 调节R 2为900欧，调节直流电源电压U=U N =220V ，调节R 1使I f =I fN ，保持以上值不变，逐渐减小R 4阻值，电机减速直至为零，继续减小R 4阻值，此时电动机工作于反接制动状态运行(第四象限)。

4) 再减小R 4阻值，直至电动机M 的电流接近0.8倍I N ，测取电动机在第1，第4象限的n 、I 2，共取5-6组数据记录于表1－9中。

2N fNa 2图1－8 直流他励电动机电动及反接制动特性3、 能耗制动特性图1－6中，R 1用1800欧，R 2改为360欧(采用90欧电阻相串联)，R 3采用900欧电阻，R 4仍用2250欧电阻。

（1）、操作前，把S 1合向”2”端，R 1，R 2置最大值，R 3置最大值，R 4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)，S 2合向”1”端。

（2）、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=U N =220V ，调节R 1使电动机M 的I f =I fN ，调节R 3使发电机G 的I f =80mA ，调节R 4并先使R 4阻值减小，使电机M 的能耗制动电流I a 接近0.8I aN 数据，记录于表1－10中。

表1－10 R 2=360Ω I fN = mA（3）、调节R 2到180欧，重复上述实验步骤，测取I n 、n ，共取6-7组数据，记录于表1－11中。

2fN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距T 2=Cm φI a ，他励电动机在磁通Ф不变的情况下，其机械特性可以由曲线n=f(I a )，见图1－9。

图1－9 直流他励电动机能耗制动特性六、思考题答案（1）、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?参考答案：电磁转矩方向改变。

例如当直流电动机进行能耗制动时，由其方程式2e M Rn T C C φ=-⋅⋅⋅可知，当n>0时，T<0，即当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，但电磁转矩方向却改变了。

（2）、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转矩方向是否改变?为什么?参考答案：当电动机带动未能性负载进行反接制动时，由于负载转矩大于起动转矩，因此电动机在重力的作用下使重物下放，此时n<0，感应电动势方向改变，但电动机的电磁转矩方向却保持不变。

作为负载的G ，作为发电机运行，当其转速方向改变时，其感应电动势与转速成正比，因此感应电动势方向改变，电枢电流方向改变，从而使得电磁转矩方向改变。

实验三单相变压器一、实验目的1、空载和短路实验测定变压器的变比和参数。

2、负载实验测取变压器的运行特性。

二、实验内容1、空载实验测取空载特性U o＝f(I o)，P o＝f(U o)。

2、短路实验测取短路特性U K＝f(I K)，P K＝f(I K)。

3、负载实验（1）纯电阻负载保持U1＝U N，COSφ2＝1的条件下，测取U2＝f(I2)。

（2）阻感性负载（COSφ2＝0.8）保持U1＝U1N，COSφ2＝0.8的条件下，测取U2＝f(I2)。

三、实验仪器1、电机拖动实验装置主控制屏2、ZYDT08三相组式变压器3、ZYD83功率、功率因数表4、ZYDT01交流电流表（数字式）5、ZYDT02交流电压表（数字式）6、ZYDT13三相可调电阻器7、ZYDT11波形测试及开关板四、实验原理在使用基本方程组、等效电路和相量图来分析和计算变压器性能时，首先都必须知道变压器的参数，这些参数可以根据变压器所用的材料和有关的几何尺寸，在设计变压器时，通过计算求得，但对已制成的具体变压器来说，也可以通过实验方法求取。

由于变压器的等效电路是一个四端网络，故其参数可以通过空载和短路实验测出。

五、实验内容及注意事项注意事项：（1）、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置。

（2）、短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。

1、空载实验测空载特性U o＝f(I o)，P o＝f(U o)1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图2－1接线。

被试变压器选用三相组式变压器中的一只作为单相变压器，其额定容量P N＝50W，U1N/U2N＝220/127V，I1N/I2N＝0.227/0.4A。

变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。

2）选好所有电表量程。

将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。

3）合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。

调节调压器旋钮，使变压器空载电压U o＝1.2U N，然后，逐次降低电源电压，在1.2～0.2U N的范围内，测取变压器的U o、I o、P o。

4）测取数据时，U＝U N点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据6－7组。

图2－1 空载实验接线图5）为了计算变压器的变比，在U N 以下测取原方电压的同时测出副方电压，数据也记录于表2－1中。

表2－12、短路实验 测短路特性U K ＝f(I K )，P K ＝f(I K )。

图2－2 短路实验接线图1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图2－2接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。

将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。

2）选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。

3）按通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于1.1I N 为止，在（0.2～1.1）I N 范围内测取变压器的U K 、I K 、P K 。

4）测取数据时，I K ＝I N 点必须测共测取数据5－6组记录于表2－2中。

实验时记下周围环境温度（℃）。

注意：短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。

3、负载实验实验线路如图2－3所示。

变压器低线圈接电源，高压线圈经过开关S 1和S 2，接到负载电阻R L 和电抗X L 上。

图2－3 负载实验接线图（1）、纯电阻负载 保持U 1＝U N ，COS φ2＝1的条件下，测U 2＝f(I 2)。

1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S 1、S 2打开，负载电阻值调到最大。

2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U 2＝U N 。

3）在保持U 1＝U N的条件下，合上S 1逐渐增加负载电流，即减小负载电阻R L 的值，从空载到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U 2的电流I 2。

4）测取数据时，I 2＝0和I 2＝I 2N ＝0.227A 必测，共取数据5－7组，记录于表2－3中。

21N （2）、阻感性负载（COS φ2＝0.8） 保持U 1＝U 1N ，COS φ2＝0.8的条件下，测得U 2＝f(I 2)。

1）用电抗器X L和R L并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗值调至最大。