(2)--电机学实验电机学电机学.pdf
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1、实验一三相鼠笼异步电动机的工作特性一、实验目的实验一三相鼠笼异步电动机的工作特性一、实验目的1、掌握用日光灯法测转差率的方法。2、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。3、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。4、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。二、预习要点二、预习要点1、用日光灯法测转差率是利用了日光灯的什么特性?2、异步电动机的工作特性指哪些特性?3、异步电动机的等效电路有哪些参数?它们的物理意义是什么?4、工作特性和参数的测定方法。三、实验项目三、实验项目1、测定电机的转差率。2、测量定子绕组的冷态电阻。3、判定定子绕组的首末端.4、空载实验。5、短路实验。6、负载实
2、验。四、实验方法四、实验方法1、实验设备序 号型号名称数 量1DD03导轨、测速发电机及转速表1 件2DJ23校正过的直流电机1 件3DJ16三相鼠笼异步电动机1 件4D33交流电压表1 件5D32交流电流表1 件6D343单三相智能功率、功率因数表1 件7D31直流电压、毫安、安培表1 件8D42三相可调电阻器1 件9D51波形测试及开关板1 件2、屏上挂件排列顺序D33、D32、D343、D31、D42、D51三相鼠笼式异步电机的组件编号为 DJ16。3、用日光灯法测定转差率日光灯是一种闪光灯,当接到 50Hz电源上时,灯光每秒闪亮 100 次,人的视觉暂留时间约为十分之一秒左右,故用肉眼
3、观察时日光灯是一直发亮的,我们就利用日光灯这一特性来测量电机的转差率。(1)异步电机选用编号为 DJ16 的三相鼠笼异步电动机(UN=220V,接法)极数 2P=4。直接与测速发电机同轴联接,在 DJ16 和测速发电机联轴器上用黑胶布包一圈,再用四张白纸条(宽度约为 3 毫米),均匀地贴在黑胶布上。(2)由于电机的同步转速为,而日光灯闪亮为 100 次/秒,即日光灯闪亮一次,电机转动四分之一圈。由于电机轴上均匀贴有四张白纸条,故电机以同步转速转动时,肉眼观察图案是静止不动的(这个可以用直流电动机 DJ15、DJ23 和三相同步电机 DJ18 来验证)。(3)开启电源,打开控制屏上日光灯开关,调
4、节调压器升高电动机电压,观察电动机转向,如转向不对应停机调整相序。转向正确后,升压至 220V,使电机起动运转,记录此时电机转速。(4)因三相异步电机转速总是低于同步转速,故灯光每闪亮一次图案逆电机旋转方向落后一个角度,用肉眼观察图案逆电机旋转方向缓慢移动。(5)按住控制屏报警记录“复位”键,手松开之后开始观察图案后移的圈数,计数时间可订的短一些(一般取 30 秒)。将观察到的数据记录于表 41 中。(6)停机。将调压器调至零位,关断电源开关。表 41N(转)t(秒)S(转差率)n(转/分)转差率1106060tfPPftNnnSN秒转分转/25/01506010Pfn式中t 为计数时间,单位
5、为秒。N 为 t 秒内图案转过的圈数。f1为电源频率,50Hz。(7)将计算出的转差率与实际观测到的转速算出的转差率比较。4、测量定子绕组的冷态直流电阻。将电机在室内放置一段时间,用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过 2K 时,即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻,此阻值即为冷态直流电阻。(1)伏安法测量线路图为图 41。直流电源用主控屏上电枢电源先调到 50V。开关 S直流电源用主控屏上电枢电源先调到 50V。开关 S1 1、S、S2 2选用 D51 挂箱,R 用 D42 挂箱上 1800可调电阻。选用 D51 挂箱,R 用 D42 挂箱上
6、 1800可调电阻。图 41 三相交流绕组电阻测定量程的选择:测量时通过的测量电流应小于额定电流的 20%,约为 50 毫安,因而直流电流表的量程用 200mA 档。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为 50,因而当流过的电流为 50 毫安时二端电压约为 2.5 伏,所以直流电压表量程用 20V 档。测量时通过的测量电流应小于额定电流的 20%,约为 50 毫安,因而直流电流表的量程用 200mA 档。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为 50,因而当流过的电流为 50 毫安时二端电压约为 2.5 伏,所以直流电压表量程用 20V 档。按图 41 接线。把 R 调至最大位置,合上开
7、关 S1,调节直流电源及 R 阻值使试验电流不超过电机额定电流的 20%,以防因试验电流过大而引起绕组的温度上升,读取电流值,再接通开关 S2读取电压值。读完后,先打开开关 S2,再打开开关 S1。调节 R 使 A 表分别为 50mA,40mA,30mA 测取三次,取其平均值,测量定子三相绕组的电阻值,调节 R 使 A 表分别为 50mA,40mA,30mA 测取三次,取其平均值,测量定子三相绕组的电阻值,记录于表 42 中。A0-250V可调直流电枢电源RVS1S2+-+电机定子一相绕组-表 42室温绕 组 绕 组 绕 组 I(mA)U(V)R()注意事项 在测量时,电动机的转子须静止不动。
8、测量通电时间不应超过 1 分钟。(2)电桥法用单臂电桥测量电阻时,应先将刻度盘旋到电桥大致平衡的位置。然后按下电池按钮,接通电源,等电桥中的电源达到稳定后,方可按下检流计按钮接入检流计。测量完毕,应先断开检流计,再断开电源,以免检流计受到冲击。数据记录于表 43 中。电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高,并有直接读数的优点。表 43绕 组 绕 组 绕 组 R()5、判定定子绕组的首末端图 42 三相交流绕组首末端测定先用万用表测出各相绕组的两个线端,将其中的任意两相绕组串联,如图AVU=80100VYBXAZCU=0AVU=80100VYBXAZCU=042 所示。将控制屏左侧调压器旋钮调至
9、零位,开启电源总开关,按下“开”按钮,接通交流电源。调节调压旋钮,并在绕组端施以单相低电压 U=80100V,注意电流不应超过额定值,测出第三相绕组的电压,如测得的电压值有一定读数,表示两相绕组的末端与首端相联,如图 4-2(a)所示。反之,如测得电压近似为零,则两相绕组的末端与末端(或首端与首端)相联,如图 4-2(b)所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。调节调压旋钮,并在绕组端施以单相低电压 U=80100V,注意电流不应超过额定值,测出第三相绕组的电压,如测得的电压值有一定读数,表示两相绕组的末端与首端相联,如图 4-2(a)所示。反之,如测得电压近似为零,则两相绕组的末端与末端(或
10、首端与首端)相联,如图 4-2(b)所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。6、空载实验1)按图 43 接线。电机绕组为接法(U电机绕组为接法(UN N=220V),直接与测速发电机同轴联接,负载电机 DJ23 不接。=220V),直接与测速发电机同轴联接,负载电机 DJ23 不接。2)把交流调压器调至电压最小位置,接通电源,逐渐升高电压,使电机起动旋转,观察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求(如转向不符合要求需调整相序时,必须切断电源)。3)保持电动机在额定电压下空载运行数分钟,使机械损耗达到稳定后再进行试验。图 43三相鼠笼式异步电动机试验接线图4)调节电压由 1.2 倍额定电压开始逐
11、渐降低电压,直至电流或功率显著增大为止。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。5)在测取空载实验数据时,在额定电压附近多测几点,共取数据 79 组记录于表 44 中。表 44序号U0L(V)I0L(A)P0(W)cos0UABUBCUCAU0LIAIBICI0LPPP0VWWUVWAVVAAAMARfVRL*MGIFIf+-220V励磁电源7、短路实验1)测量接线图同图 43。用制动工具把三相电机堵住。制动工具可用用制动工具把三相电机堵住。制动工具可用 DD05上的圆盘固定在电机轴上,螺杆装在圆盘上。上的圆盘固定在电机轴上,螺杆装在圆盘上。2)调压器退至零,合上交流电源,调节调压器使之逐
12、渐升压至短路电流到 1.2 倍额定电流,再逐渐降压至 0.3 倍额定电流为止。3)在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。表 45序号UKL(V)IKL(A)PK(W)cosKUABUBCUCAUKLIAIBICIKLPPPK4)共取数据 56 组记录于表 45 中。8、负载实验1)测量接线图同图 43。同轴联接负载电机。图中 R图中 Rf f用 D42 上 1800阻值,R用 D42 上 1800阻值,RL L用 D42 上 1800阻值加上 900并联 900共 2250阻值。用 D42 上 1800阻值加上 900并联 900共 2250阻值。2)合上交流电源,调节调压器使之逐渐升压
13、至额定电压并保持不变。3)合上校正过的直流电机的励磁电源,调节励磁电流至校正值(50mA 或100mA)并保持不变。4)调节负载电阻 RL(注:先调节 1800电阻,调至零值后用导线短接再调(注:先调节 1800电阻,调至零值后用导线短接再调节 450电阻)节 450电阻),使异步电动机的定子电流逐渐上升,直至电流上升到 1.25 倍额定电流。5)从这负载开始,逐渐减小负载直至空载,在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、直流电机的负载电流 IF等数据。6)共取数据 89 组记录于表 46 中。表 46U1=U1N=220V()If=mA序号I1L(A)P1(W)IF(A)T2(N
14、m)n(r/min)IAIBICI1LPPP1五、实验报告五、实验报告1、计算基准工作温度时的相电阻由实验直接测得每相电阻值,此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻:式中1ref 换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻,;1c定子绕组的实际冷态相电阻,;ref基准工作温度,对于 E 级绝缘为 75;c实际冷态时定子绕组的温度,;2、作空载特性曲线:I0L、P0、cos0=f(U0L)CrefCrefrr235235113、作短路特性曲线:IKL、PK=f(UKL)4、由空载、短路实验数据求异步电机的等效电路参数。(1)由短路实验数据求短路参数短路阻抗:短
15、路电阻:短路电抗:式中,PK电动机堵转时的相电压,相电流,三相短路功率(接法)。电动机堵转时的相电压,相电流,三相短路功率(接法)。转子电阻的折合值:式中r1C是没有折合到 75时实际值。定、转子漏抗:(2)由空载试验数据求激磁回路参数空载阻抗空载电阻空载电抗式中,P0电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率(接法)。电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率(接法)。激磁电抗激磁电阻式中 PFe为额定电压时的铁耗,由图 44 确定。KLKLKKKIUIUZ3223KLKKKKIPIPr22KKKrZX 3I ,KKLKLKIUU2rCKrr11X2X2KXLLIUIUZ0000032002
16、0003LIPIPr20200rZX3II ,0L000LUU10XXXm20203LFeFemIPIPr20U0P)(200UfP2NUPmecPFeOK图 44电机中铁耗和机械耗5、作工作特性曲线 P1、I1、S、cos1=f(P2)。由负载试验数据计算工作特性,填入表 47 中。表 47U1=220V()If=mA序号电动机输入电动机输出计 算 值(A)P1(W)T2(Nm)n(r/min)P2(W)S(%)(%)cos1计算公式为:式中定子绕组相电流,A;1I1I%100105.03cos%100150015003331222111111PPnTPIUPnSIIIIICBAL定子绕组相
17、电压,V;S转差率;效率。6、由损耗分析法求额定负载时的效率电动机的损耗有:铁耗:PFe机械损耗:Pmec定子铜耗:转子铜耗:杂散损耗 Pad取为额定负载时输入功率的 0.5%。式中Pem电磁功率,W;铁耗和机械损耗之和为:为了分离铁耗和机械损耗,作曲线,如图 44。延长曲线的直线部分与纵轴相交于 K 点,K 点的纵座标即为电动机的机械损耗 Pmec,过 K 点作平行于横轴的直线,可得不同电压的铁耗 PFe。电机的总损耗于是求得额定负载时的效率为:式中 P1、S、I1由工作特性曲线上对应于 P2为额定功率 PN时查得。六、思考题六、思考题1、由空载、短路实验数据求取异步电机的等效电路参数时,有
18、哪些因素会引起误差?2、从短路实验数据我们可以得出哪些结论?3、由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差?1U12113rIPCUSPPemCU1002FecuemPPPP1112000rIPPPPmecFemecadcucuFePPPPPP21%10011PPP)(200UfP实验二单相变压器实验二单相变压器一、实验目的一、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
19、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、实验项目三、实验项目1、空载实验测取空载特性 U0=f(I0),P0=f(U0),cos0=f(U0)。2、短路实验测取短路特性 UK=f(IK),PK=f(IK),cosK=f(IK)。3、负载实验(1)纯电阻负载保持 U1=UN,cos2=1 的条件下,测取 U2=f(I2)。(2)阻感性负载保持 U1=UN,cos2=0.8 的条件下,测取 U2=f(I2)。四、实验方法四、实验方法1、实验设备序号型 号名称数 量1D33交流电压表1 件2D32交流电流表1 件3D343单三相智能功率、功率因数表1 件4DJ11三相组式变压器
20、1 件5D42三相可调电阻器1 件6D43三相可调电抗器1 件7D51波形测试及开关板1 件2、屏上排列顺序D33、D32、D343、DJ11、D42、D43图 3-1 空载实验接线图3、空载实验1)在三相调压交流电源断电的条件下,按图 3-1 接线。被测变压器选用三相组式变压器 DJ11 中的一只作为单相变压器,其额定容量P被测变压器选用三相组式变压器 DJ11 中的一只作为单相变压器,其额定容量PN N=77W,U=77W,U1N1N/U/U2N2N=220/55V,I=220/55V,I1N1N/I/I2N2N=0.35/1.4A。变压器的低压线圈 a、x 接电源,高压线圈A、X 开路。
21、=0.35/1.4A。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。调节三相调压器旋钮,使变压器空载电压 U0=1.2UN,然后逐次降低电源电压,在 1.20.2UN的范围内,测取变压器的 U0、I0、P0。4)测取数据时,U=UN点必须测,并在该点附近测的点较密,共测取数据 7-8组。记录于表 3-1 中。5)为了计算变压器的变比,在 UN以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表 3-1 中。表 3-1序实验数据计算数
22、据V1DD01三相调压交流电源WAI0V2X*U0UVWV1DD01三相调压交流电源WAV2UAXx*UVW55VA号U0(V)I0(A)P0(W)UAX(V)cos04、短路实验1)按下控制屏上的“关”按钮,切断三相调压交流按下控制屏上的“关”按钮,切断三相调压交流电电源,按图 3-2 接线(以后每次改接线路,都要关断源,按图 3-2 接线(以后每次改接线路,都要关断电电源)。将变压器的高压线圈接电源,低压线圈直接短路。源)。将变压器的高压线圈接电源,低压线圈直接短路。图 3-2短路实验接线图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)接通交流电源,逐次缓慢增加输入电压
23、,直到短路电流等于 1.1IN为止,在(0.21.1)IN范围内测取变压器的 UK、IK、PK。4)测取数据时,IK=IN点必须测,共测取数据 6-7 组记录于表 3-2 中。实验时记下周围环境温度()。表 3-2室温序号实验数据计 算 数 据UK(V)IK(A)PK(W)cosKV1DD01三相调压交流电源WA*UVWV1DD01三相调压交流电源WAIKPKX*UKUVWAax5、负载实验实验线路如图 3-3 所示。变压器低压线圈接电源,高压线圈经过开关 S实验线路如图 3-3 所示。变压器低压线圈接电源,高压线圈经过开关 S1 1和 S和 S2 2,接到负载电阻 R,接到负载电阻 RL L
24、和电抗 X和电抗 XL L上。R上。RL L选用 D42 上 900加上 900共 1800阻值,X选用 D42 上 900加上 900共 1800阻值,XL L选用 D43,功率因数表选用 D34-3,开关 S选用 D43,功率因数表选用 D34-3,开关 S1 1和 S和 S2 2选用 D51 挂箱选用 D51 挂箱3-3 负载实验接线图(1)纯电阻负载1)将调压器旋钮调到输出电压为零的位置,S1、S2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 U1=UN。3)保持 U1=UN,合上 S1,逐渐增加负载电流,即减小负载电阻 RL的值,从空载到额定负载的范
25、围内,测取变压器的输出电压 U2和电流 I2。4)测取数据时,I2=0 和 I2=I2N=0.35A 必测,共取数据 6-7 组,记录于表 3-3中。表 33cos2=1U1=UN=V序 号U2(V)I2(A)(2)阻感性负载(cos2=0.8)WAV1*UVWV2WA155V*UVWaCOSA A2XL1aS2S1RLADD01三相可调交流电源Axx1)用电抗器 XL和 RL并联作为变压器的负载,S1、S2打开,电阻及电抗值调至最大。2)接通交流电源,升高电源电压至 U1=U1N3)合上 S1、S2,在保持 U1=UN及 cos2=0.8 条件下,逐渐增加负载电流,从空载到额定负载的范围内,
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