电机电机学实验报告

电机学实验报告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．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。2．电机导轨及转速表（MEL-13、MEL-14）3．三相可调电阻900Ω（MEL-03）4．三相可调电阻90Ω（MEL-04）5．波形测试及开关板（MEL-05）6、直流电压、电流、毫安表（MEL-06）7．电机起动箱（MEL-09）五．实验方法及步骤1．电动及回馈制动特性接线图如图5-1M为直流并励电动机M12（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（MEL-06）；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（MEL-06）R1选用900Ω欧姆电阻（MEL-03）R2选用180欧姆电阻（MEL-04中两90欧姆电阻相串联）R3选用3000Ω磁场调节电阻（MEL-09）R4选用2250Ω电阻（用MEL-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MEL-05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。图5-1直流他励电动机机械特性测定接线图直流电机励磁电源可调直流稳压电源表5-1UN=220伏IfN=0.076AIa（A）0.290.210.170.150.130.12n（r/min）160016301640165516901695d．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=0.078AIa（A）0-0.12-0.24-0.28-0.38-0.40n（r/min）172918101885191020002030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MEL-09的3000Ω磁场调节电阻，R2为MEL-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。电动及回馈制动特性图5-2直流他励电动机电动及反接制动特性图5-3直流他励电动机表5-3R2=900ΩUN=220VIfN=0.24AI2（A）0.130.290.300.350.400.440.42n（r/min）0-210-322-525-1000-1375-1490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MEL-04中只90Ω电阻相串联），R3采用MEL-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=80mAIa（A）-0.31-0.21-0.180.13n（r/min）-1423-910-801-558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=mAIa（A）-0.34-0.37-0.24-0.190.180.220.20n（r/min）-862-962-614-462-1792-1682-1748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．实验分析①电动及回馈制动：发电机工作时的电磁转矩为制动转矩，这样不但限制了转速的继能耗制动特性图5-4直流他励电动机续升高，而且又把机车下坡时的位能转换为电能而回馈给电网，节省了能量。在变频调速系统中，电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的，在变频器频率减小的瞬间，电动机的同回馈制动原理框图步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电动机的转子转速未变，或者说，它的转速变化是有一定时间滞后的，这时会出现实际转速大于给定转速，从而产生电动机反电动势高于变频器直流端电压的情况，这时电动机就变成发电机，非但不消耗电网电能，反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电，这样既有良好的制动效果，又将动能转变化为电能，向电网送电而达到回收能量的效果。②电动及反接制动：反接制动的关键仍是采用了双向双刀开关Q，注意开关上下触点为交叉接线。当双向双刀开关合在图中上方位置时，电动机正常运行，电磁转矩属于拖动性质的转矩。当双向双刀开关合向图中下方位置时，电机处于反接制动状态。因为开关Q刚刚合向下边瞬间由于惯量的存在，转速不会突变，励磁也并没改变，电势也暂不改变，只是电枢电源反接使电枢电流反向，从而使转矩反向成为反接制动转矩。因而使转速迅速下降，若在转速下降到0的瞬间断开电源，则电机将立即停转，如果转速没有断开电源则电机将反向转动。③能耗制动：能耗制动的关键是采用了双向双刀开关Q。当开关Q合在图中上边位置时电机作电动机运行，即电磁转矩与转速同方向，属于拖动转矩。而当开关Q合向图中下边位置时，电机作发电机运行。因为开关刚刚合向下边瞬间，由于惯量的存在，转速不会突变；励磁接线并没改变磁场也没改变，故电势也暂时不变，故电机作发电机运行，发电机运行时，电磁转矩为制动作用的转矩，因此将使转速尽快降低，与其同时电势也随之减小，制动作用减弱。最后转子达到停转。适当减少限流电阻R，可以增强制动作用，减少制动时间。实验二直流发电机一．实验目的1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。2．通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。二．预习要点1.什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。2.做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？3.并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？4.如何确定复励发电机是积复励还是差复励？三．实验项目1.他励发电机(1)空载特性：保持n=nN，使I=0，测取Uo=f(If)。(2)外特性：保持n=nN，使If=IfN，测取U=f(I)。(3)调节特性：保持n=nN，使U=UN，测取If=f(I)。2.并励发电机(1)观察自励过程(2)测外特性：保持n=nN，使Rf2=常数,测取U=f(I)。3.复励发电机积复励发电机外特性：保持n=nN，使Rf=常数，测取U=f(I)。四．实验设备及仪器1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。2．电机导轨及测功机，转矩转速测量组件（MEL-13）或电机导轨及转速表。3．直流并励电动机M03。4．直流复励发电机M01。5．直流稳压电源（位于主控制屏下部）。6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。7．波形测试及开关板（MEL-05）。8．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。9．三相可调电阻90Ω（MEL-04）。10．电机起动箱（MEL-09）。五．实验说明及操作步骤1．他励发电机。按图1-3接线G：直流发电机M01，PN=100W，UN=200V，IN=0.5A，NN=1600r/minM：直流电动机M03，按他励接法S1、S2：双刀双掷开关，位于MEL-05R1：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于MEL-09。Rf1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于MEL-09。Rf2：磁场调节变阻器，采用MEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。R2：发电机负载电阻，采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联）。调节时先调节串联部分，当负载电流大于0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免烧毁熔断器。mA1、A1：分别为毫安表和电流表，位于直流电源上。U1、U2：分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源。V2、mA2、A2：分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA档），图1-3直流他励发电机接线图直流安倍表（量程为2A档）（1）空载特性a．打开发电机负载开关S2，合上励磁电源开关S1，接通直流电机励磁电源，调节Rf2，使直流发电机励磁电压最小，mA2读数最小。此时，注意选择各仪表的量程。b．调节电动机电枢调节电阻R1至最大，磁场调节电阻Rf1至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直