1上海师范大学电机拖动实验指导书机械与电子信息工程学院电气系二 oo 五年八月2实验一 三相异步电动机的起动与调速一实验目的通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。二预习要点1. 复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。2. 复习异步电动机的调速方法。三实验项目1. 异步电动机的直接起动。2. 异步电动机星形三角形(Y-)换接起动。 3. 自耦变压器起动。4. 绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。四实验设备及仪器1. MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏(含交流电压表) 。2. 指针式交流电流表。3. 电机导轨及测功机、转矩转速测量(MEL-13、MEL-14)。4. 电机起动箱(MEL-09)。5. 鼠笼式异步电动机(M04)。6. 绕线式异步电动机(M09)。五实验方法1. 三相笼型异步电动机直接起动试验。按图 3-5 接线，电机绕组为 接法。图 3-5 异步电动机直接起动实验接线起动前，把转矩转速测量实验箱(MEL-13) 中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制” 、 “转矩控制”选择开关扳向“转矩控制” ，检查电机导轨和 MEL-13 的连接是否良好。仪表的选择：交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。a. 把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。调节调压器，使输出电压达电机额定电压 220 伏，使电机起动旋转。(电机起动后，观察 MEL-13 中的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。)b. 断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值。注：按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。电流表受起动电流冲击，电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。c. 断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。3d. 合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达 23 倍额定电流，读取电压值 UK、电流值 IK、转矩值 TK，填入表中，注意试验时，通电时间不应超过 10 秒，以免绕组过热。对应于额定电压的起动转矩 TST 和起动电流 I 比按下式计算： ，KSTI)(式中 IK：起动试验时的电流值，A ；TK：起动试验时的转矩值，N.mNSU2)(式中 UK：起动试验时的电压值，V ；UN：电机额定电压，V；测 量 值 计 算 值Uk(V) Ik(A) Tk(N.m) Tst(N.m) Ist(A)2. 星形三角形(Y- )起动按图 3-6 接线，电压表、电流表的选择同前，开关 S 选用 MEL-05。图 3-6 异步电机星形一三角形起动a. 起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边(Y)接法。合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压 UN=220V，断开电源开关，待电机停转。b. 待电机完全停转后，合上电源开关，观察起动瞬间的电流，然后把 S 合向左边( 接法) ，电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。3. 自耦变压器降压起动按图 3-5 接线。电机绕组为 接法。a. 先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达 110 伏，断开电源开关，待电机停转。b. 待电机完全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察电流表的瞬间读数值，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压 UN=220 伏，整个起动过程结束。4. 绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动。实验线路如图 3-7，电机定子绕组 Y 形接法。转子串入的电阻由刷形开关来调节，调节电阻采用 MEL-09 的绕线电机起动电阻(分 0，2，5，15 ，五档) ，MEL-13 中“转矩控4制”和“转速控制”开关扳向“转速控制” ， “转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。图 37 绕线式异步电机转子绕组串电阻起动实验接线图a. 起动电源前，把调压器退至零位，起动电阻调节为零。b. 合上交流电源，调节交流电源使电机起动。注意电机转向是否符合要求。c. 在定子电压为 180 伏时，逆时针调节“转速设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢(只有几十转)，读取此时的转矩值 Tst 和 Ist。d. 用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为 2、5、15 的起动转矩 Tst 和起动电流 Ist，填入表 3-9 中。注意：试验时通电时间不应超过 20 秒的以免绕组过热。表 3-9 U=180VRst（） 0 2 5 15Tst（ ）Ist（）5. 绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速。实验线路同前。MEL-13 中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制” ，“转矩设定”电位器逆时针到底， “转速设定”电位器顺时针到底。MEL-09“绕线电机起动电阻”调节到零。a. 合上电源开关，调节调压器输出电压至 UN=220 伏，使电机空载起动。b. 调节“转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩 T2 不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速，记录于表 3-10 中。表 3-10 U=180V T2= N.mRst（） 0 2 5 15n（r/min）六. 实验报告1. 比较异步电动机不同起动方法的优缺点。2. 由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩：(1) 外施额定电压 UN。(直接法起动 )(2) 外施电压为 UN/ 。(Y- 起动)3(3) 外施电压为 UNK A，式中 KA 为起动用自耦变压器的变比。 (自耦变压器起动)。3. 绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。4. 绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。七. 思考题51. 起动电流和外施电压正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立?2. 起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么?6实验二 单相变压器实验一实验目的1通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。2通过负载实验测取变压器的运行特性。二预习要点1变压器的空载和短路实验有什么特点?实验中电源电压一般加在哪一方较合适?2在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接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及铜耗。三实验项目1空载实验 保持 Uo= f(Io)，P o=f(Uo)。2短路实验 测取空载特性 Uk=f(Ik)，P K=f(Ik)。3负载实验测取 保持 U1= U1N， COS 2=1 的条件下，测取 U2=f(I2)。四实验设备及仪器1MEL 系列电机教学实验台主控制屏(含交流电压表、交流电流表)2功率及功率因数表(MEL-20 或含在主控制屏内)3三相组式变压器(MEL-01) 或单相变压器(在主控制屏的右下方)4三相可调电阻 900(MEL-03)5波形测试及开关板(MEL-05)6三相可调电抗(MEL-08)五实验任务已知被测变压器额定参数 Sn=77VA；额定电压比 U1r/U2n=220V/55V1、设计短路、空载和纯电阻负载实验电路图。2、根据变压器额定参数选择测量仪表的量程。3、设计相应的实验步骤和方法。六注意事项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。七实验报告1计算变比由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比 K。2.12.1/U2绘出空载特性曲线和计算激磁参数(1) 绘出空载特性曲线 Uo= f(Io)，P o=f(Uo)，COS o= f(Uo)。式中 oIcs(2) 计算激磁参数从空载特性曲线上查出对应于 Uo= UN 时的 Io 和 Po 值，并由下式算出激磁参数2omIPrUZ72mrZX3绘出短路特性曲线和计算短路参数(1) 绘出短路特性曲线 Uk=f(Ix)、P k=f(Ix)、cos k=f(Ix)。(2) 计算短路参数。从短路特性曲线上查出对应于短路电流 Ik= IN 的 Uk 和 Pk 值，由下式算出实验环境温度为 (oC)短路参数。KIZ2Pr2 KKrX折算到低压方2ZrK2X由于短路电阻 随温度而变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作Kr温度 75 oC 时的阻值。5.2347r75KO27CZKXO式中：234.5 为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为 228。阻抗电压 0CK751UONIr0KNXICK752OrIPN时 的 短 路 损 耗4利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“”型等效电路。5变压器的电压变化率U(1) 绘出 cos 2=1 时的外特性曲线 U2=f(I2)，由特性曲线计算出 I2=I2N 时的电压变化率U 02018(2) 根据实验求出变压器等效电路的参数，算出 I2=I2N、 cos 2=1 时的电压变化率U 22sincoUKxr将两种计算结果进行比较。6绘出被试变压器的效率特性曲线0222 1)cos1( KNoNPIPI(1) 用间接法算出 cos =l 时不同电流时的变压器效率，记录于表 2-5 中。表 2-5 cos =l ， = W，P KN= W2o(A)2IP2(W) 0.20.40.60.81.01.2式中： ；)(cos22WPIN为变压器 IK=IN 时的短路损耗(W) ；K为变压器 Uo=UN 时的空载损耗(W) 。o(2) 由计算数据绘出变压器的效率曲线 。)(2If(3) 计算被试变压器 时的负载系数 。maxKNomP9实验三 异步电动机 M-S 曲线测定一. 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。图 5-6 异步电机的机械特性在某一转差率 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。T m 是异步电动机可能产生的最大转矩。如果负载转矩 TzTm，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 TzT N 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 SS m 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 M，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. MEL 系列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