电机实验指导书(下)

-PAGE.z.实验一三相笼型异步电动机的工作特性一、实验目的用直接负载法测取三相笼型异步电动机的工作特性。二、预习要点1.异步电动机的工作特性指哪些特性？2.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？3.工作特性的测定方法。三、实验工程1.空载试验；2.短路试验；3.负载试验四、实验方法三相笼型异步电机在本装置的编号是M04。1.空载试验测量线路图为图1-1，电机绕组Δ接法。(额定电压220V)按图1-1接线。首先把交流调压器退到零位，然后接通电源，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。注意：调整相序时，必须切断电源。保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗到达稳定后再进展试验。调节电压由1.2倍额定电压开场逐渐降低，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，共读取7～9组数据，于表1-1中。图1-1三相笼型异步电动机试验接线图表1-1序号U(V)I(A)P(W)cosUOIOPIPIIPOcoso12345678注意：空载试验读取数据时，在额定电压附近应多测几点。2.短路试验测量接线图同图1-1。把电机堵住，调压器退至零，合上交流电源，调节调压器使之逐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。在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率共读取4～5组数据，记录于表1-2中。表1-2序号U(V)I(A)P(W)cosUKIKPIPIIPKcosK123456注意：先观察电机的转向，再堵住转子，防止制开工具抛出伤害周围人员。3.负载试验选用设备与空载试验一样。测量接线图同图1-1。调节调压器使之逐渐升压至额定电压〔在做试验时保持电压恒定〕，校正过的直流电机先合励磁电压，再调励磁电流至规定值，再调节负载电阻RL，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍的额定电流，从这负载开场，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〔可查对应的T2值〕等数据，共读取5～6组数据，记录于表1-3中。表1-3UN=220V〔△〕序号I(A)P(W)T2(N.m)n(r/min)P2(W)P1P11PK注意：在做负载试验时应保持定子输入电压为额定值，直流电机的励磁电流为规定值。五、实验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rlef——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Ω；r1c——定子绕组的实际冷态相电阻Ω〔假设有条件，在实验室自己测出〕；θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75OC；θc——实际冷态时定子绕组的温度，OC。2.作空载特性曲线：I0、P0、cos0=f(U0)3.作短路特性曲线：IK、PK=f(UK)4.由空载、短路试验的数据求异步电机等效电路的参数。(1)由短路试验数据求短路参数短路阻抗短路电阻短路电抗*K=式中UK、IK、PK——由短路特性曲线上查得，相应于IK为额定电流时的相电压、相电流、三相短路功率。转子电阻的折合值r2′≈rK-r1定、转子漏抗*′1σ≈*′2σ≈(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*0=式中U0、I0、P0——相应于U0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。激磁电抗*m=*0-*1σ激磁电阻式中PFe为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。5.作工作特性曲线P1、I1、n、η、S、cos1=f(P2)由负载试验数据计算工作特性，填入表1-4中。计算公式为：式中I1——定子绕组相电流，A；U1——定子绕组相电压，V；S——转差率；η——效率。表1-4U1=220V〔△〕If=A序号电动机输入电动机输出计算值I1(A)P1(W)T2(N·m)n(r／min)P2〔W〕S(％)η(％)cos16.由损耗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Pcul=3Ir1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；Pem=P1-Pcul-PFe铁耗和机械损耗之和为：P0′=PFe+Pmec=Pc-3Ir1为了别离铁耗和机械损耗，作曲线P0′=f(U)，如图3-4。延长曲线的直线局部与纵轴相交于P点，P点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过P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ΣP=PFe+Pcul+Pcu2+Pad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1.由空载、短路试验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？2.从短路试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？实验二异步电动机的起动和调速一．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．实验工程1．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。2．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。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．绕线式异步电动机〔M09〕。五．实验方法1.线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动实验线路图如图2-1，电机定子绕组Y形接法。图2-1绕线式异步电机转子绕组串电阻起动按图2-1接线。转子串入的电阻可由刷形开关来调节。调整相序使电机旋转方向符合要求，把调压器退到零位，用弹簧秤把电机堵住，〔见使用说明〕定子加电压为180伏，转子绕组串入不同电阻时，测定子电流和转矩。数据记入表2-1中。表2-1Rst(Ω)02515Ist(A)注意：试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。2.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速使电机不堵转。转子附加电阻调至最大，合上电源开关，电机空载起动，保持调压器的输出电压为电机额定电压220伏，转子附加电阻调至零，调节直流发电机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变，改变转子附加电阻，测相应的转速记录于表2-2。表2-2rst(Ω)02515n〔r/min〕五、实验报告1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。2.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。3.绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。六、思考题1.起动电流和外施电压成正比，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？实验三三一样步发电机的运行特性一、实验目的1.用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。2.由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。二、预习要点1.同步发电机在对称负载下有哪些根本特性？2.这些根本特性各在什么情况下测得？3.怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？三、实验工程1.空载试验。2.三相短路试验。四、实验方法被试电机为：三相凸极式同步电机M08。空载试验图3-1三一样步发电机接线图按图3-1接线。同步发电机定子绕组Y形接法。励磁调节电阻Rf至最小，将直流稳压电源旋钮逆时针调到底，将同步发电机励磁电流源旋钮逆时针调到底，把开关S拨至断开位置，按复位开关启动直流电动机。将直流稳压电源调到220V，并调节Rf使电机转速到达同步发电机的额定转速1500转／分并保持恒定；调节同步发电机励磁电流源，使输出电压U0≈1.2UN，读取同步发电机励磁电流和相应的输出电压，然后逐步减小发电机励磁电流，使If单调减小至为零。读取励磁电流和相应的空载电压，共取7～9组数据并记录于表3-1中。注意：调节同步发电机励磁电流源时必须单方向调节。表3-1I=0n=nN=1500r/min序号UO(V)If(A)在用实验方法测定同步发电机的空载特性时，由于转子磁路中剩磁情况的不同，当改变励磁电流If从零到*一最大值，再反过来由此最大值减小到零时将得到上升和下降的二条不同曲线，如图3-2。二条曲线的出现，反映铁磁材料中的磁滞现象。测定参数时使用下降曲线，其最高点取U0≈1.3UN，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线局部使与横轴相交，则交点的横座标绝对值Δfo应作为校正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上此值，即得通过原点之校正曲线，如图3-3所示。图3-2图3-3本卷须知：(1)转速要保持恒定。(2)在额定电压附近读数相应多些。3.三相短路试验调节同步发电机励磁电流源至最小值，调节电机转速达额定转速1500转／分，且保持恒定，把开关S闭合于短路位置，调节同步发电机励磁电流源，使同步发电机定子电流达1.1倍额定电流，读取励磁电流值和相应的定子电流值，减小励磁电流使励磁电流和定子电流减小直至励磁电流为零，读取励磁电流和相应的定子电流，取4～5组数据并记录于表3-2中。注意：调节电流时必须保持电机转速恒定且为额定值。表3-2U=0V；n=nN=1500r/min序号IK(A)If(A)五、实验报告1.根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。2.根据实验数据绘出同步发电机短路特性。3.由空载特性和短路特性求取电机定子漏抗*σ和特性三角形。4.利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗*d〔不饱和值〕。六、思考题1.定子漏抗*σ和保梯电抗*p它们各代表什么参数？它们的差异是怎样产生的？2.由空载特性和特性三角形用作图法求得的零功率因数的负载特性和实测特性是否有差异？造成这差异的因素是什么？实验四三一样步发电机的并联运行一、实验目的1.掌握三一样步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。2.掌握三一样步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。二、预习要点1.三一样步发电机投入电网并联运行有那些条件？不满足这些条件将产生什么后果？如何满足这些条件？2.三一样步发电机投入电网并联运行时怎样调节有功功率和无功功率？调节过程又是怎样的？三、实验工程1.用准确同步法将三一样步发电机投入电网并联运行。2.三一样步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。3.三一样步发电机与电网并联运行时无功功率调节。(1)测取当输出功率等于零时三一样步发电机的V形曲线。(2)测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三一样步发电机的V形曲线。四、实验方法被试电机为三相凸极式同步电机M08。1.用准确同步法将三一样步发电机投入电网关联运行三一样步发电机与电网并联运行必须满足以下条件：(1)发电机的频率和电网频率要一样，即fⅡ=fⅠ；(2)发电机和电网电压大小、相位要一样，即EoⅡ=UⅠ；(3)发电机和电网的相序要一样。为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光旋转法或整步表法检查相序和频率。实验线路图如图4-1。按图4-1接线.三相调压器输出为零，合上电源开关，调节调压器使电压升至额定电压220伏，启动直流电机并使电机转速达额定转速1500转／分，调节励磁电流源输出，使同步发电机发出额定电压220V，观察MEL-07相灯假设三相相灯依次明灭形成旋转灯光则表示发电机和电网相序一样。假设三相相灯同时发亮、同时熄灭则表示发电机和电网相序不同，假设发电机和电网相序不同则应停机，改变相序后按前述方法重新起动。当发电机和电网相序一样时，调节同步发电机励磁使同步发电机电压和电网〔电源〕电压一样，且同时调节原动机转速，使三相相灯依次明灭旋转的速度降至最慢，待A相相灯熄灭时合上并车开关S2，把同步发电机投入电网并联运行。图4-1三一样步发电机的并联运行2.三一样步发电机与电网并联运行时有功功率的调节按上述1方法把同步发电机投入电网并联运行，调节发电机的励磁电流及原动机M03的励磁电流使同步发电机定子电流接近于零，这时相应的同步发电机励磁电流If=If0，保持这一励磁电流不变，调节直流电机的励磁调节电阻，使其阻值增加，这时同步发电机输出功率P2增加，在同步机定子电流接近于零到额定电流的范围内读取三相电流、三相功率、功率因数共5～6组数据。数据记录于表4-1表4-1U=V；If0=A序号输出电流(A)输出功率(W)功率因数IP2cosφ123453.三一样步发电机与电网并联运行时无功功率的调节(1)测取当输出功率等于零时三一样步发电机的V形曲线。按上述1方法把同步发电机投入电网并联运行，保持同步发电机的输出功率P2≈0，先增加同步发电机励磁电流If，使同步发电机定子电流上升到额定电流，记录此点励磁电流、电枢电流，减小同步发电机励磁电流If使电枢电流减小到最小值记录此点数据，继续减小同步发电机励磁电流，这时电枢电流又将增大直至额定电流，在这过励和欠励情况下读取9～11组数据。记录于表4-2中。表4-2n=r／min；U=V；P2≈0W序号三相电流(A)励磁电流(A)功率因数IIfcos12345678910(2)测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三一样步发电机的V形曲线。按上述1方法把同步发电机投入电网并联运行，保持同步发电机的输出功率P2等于0.5倍额定功率，增加同步发电机励磁电流If，使同步发电机定子电流上升到额定电流，记录此点励磁电流、电枢电流，减小同步发电机励磁电流If使电枢电流减小到最小值记录此点数据，继续减小同步发电机励磁电流，这时电枢电流又将增大直至额定电流，在这过励和欠励情况下读取5～6组数据并记录于表4-3中。表4-3n=r／min；U=V；P2≈0.5PN序号三相电流(A)励磁电流(A)功率因数IIfcos12345678910五、实验报告1.评述准确同步法和自同步法的优缺点。2.试述并联运行条件不满足时并网将引起什么后果？3.试述三一样步发电机和电网并联运行时有功功率和无功功率的调节方法。4.画出P2≈0和P2≈0.5倍额定功率时同步发电机的V形曲线，并加以说明。六、思考题1.自同步法将三一样步发电机投入电网并联运行时,先把同步发电机的励磁绕组串入10倍励磁绕组电阻值的附加电阻组成回路的作用是什么？2.自同步法将三一样步发电机投入电网并联运行时,先由原动机把同步发电机带动旋转到接近同步转速(1475～1525转/分之间)然后并入电网，假设转速太低并车将产生什么情况？实验五三一样步电动机一、实验目的1.掌握三一样步电动机的异步起动方法。2.测取三一样步电动机的V形曲线。3.测取三一样步电动机的工作特性。二、预习要点1.三一样步电动机异步起动的原理及操作步骤。2.三一样步电动机的V形曲线是怎样的？怎样作为无功发电机〔调相机〕？3.三一样步电动机的工作特性怎样？怎样测取？三、实验工程1.三一样步电动机的异步起动。2.测取三一样步电动机输出功率P2≈0时的V形曲线。3.测取三一样步电动机输出功率P2=0.5倍额定功率时的V形曲线。4.测取三一样步电动机的工作特性。四、实验方法被试电机为凸极式三一样步电动机M081.三一样步电动机的异步起动实验线路图如图。可变电阻器R的阻值选择为同步发电机励磁绕组电阻的10倍〔约90欧姆〕。按照图接线。先将开关S闭合于励磁电流源端，启动同步电动机励磁电流源，调节励磁电流源输出大约0.7A左右，然后将开关S闭合于可变电阻器R〔图示左端〕，把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器，使升压至同步电动机额定电压220伏。观察电机旋转方向，假设不符合则应调整相序使电机旋转方向符合要求。当转速接近同步转速时，把开关S迅速从左端切换闭合到右端让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行，异步起动同步电动机整个起动过程完毕，接通功率表、功率因数表、交流电流表。2.测取三一样步电动机输出功率P2≈0时的V形曲线输出功率按下式计算：P2=0.105nT2式中n——电机转速，r／min；T2——由直流电机负载电流查对应值，N·m按1方法异步起动同步电动机，使同步电动机输出功率P2≈0，这时同步电动机的输出功率仅为直流电机的机械损耗，调节同步电动机的励磁电流If并使If增加，这时同步电动机的电枢电流亦随之增加，直至电枢电流达同步电动机的额定值，记录电枢电流和相应的励磁电流、功率因数、输入功率，调节同步电动机的励磁电流If，使If逐渐减小，这时电枢电流亦随之减小，直至电枢电流达最小值，记录这时的相应数据。继续调小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的电枢电流反而增大直到电枢电流达额定值，在这过励和欠励范围内读取9～11组数据。数据记录于表5-1。表5-1n=r／min；U=V；P2≈0序号三相电流(A)励磁电流(A)功率因数输入功率〔W〕IIfcosφP123456789103.测取三一样步电动机输出功率P2≈0.5倍额定功率时的V形曲线按1方法异步起动同步电动机调节同步电动机的负载，使同步电动机输出功率改变，输出功率按下式计算：P2=0.105nT2使同步电动机输出功率接近于0.5倍额定功率且保持不变，调节同步电动机的励磁电流If使If增加，这时同步电动机的电枢电流亦随之增加，直到电枢电流达同步电动机的额定电流，记录电枢电流和相应的励磁电流、功率因数、输入功率。调节同步电动机的励磁电流If，使If逐渐减小，这时电枢电流亦随之减小，直至电枢电流达最小值，记录这时的相应数据。继续调小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的电枢电流反而增大直到电枢电流达额定值，在过励和欠励范围内读取9～11组数据并记录于表5-2中。表5-2n=r／min；U=V；P2≈0.5PN序号三相电流(A)励磁电流(A)功率因数输入功率〔W〕IIfcosφP12345678910五、实验报告1.作P2≈0时同步电动机的V形曲线I=f(If)，并说明定子电流的性质。2.作P2≈0.5倍额定功率时同步电动机的V形曲线I=f(If)，并说明定子电流的性质。六、思考题1.同步电动机异步起动时,先把同步电动机的励磁绕组经一可调电阻组成回路，这可调电阻的阻值调节在同步电动机的励磁绕值的10倍(约90欧姆)，这电阻在起动过程中的作用是什么？假设这电阻为零时又将怎样？2.在保持恒功率输出测取V形曲线时输入功率将有什么变化？为什么？