電動機運行參數測量系統的設計

東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）摘要本文所研究的是交流異步電動機的參數及機械特性的測量。交流異步電動機是各行各業(yè)中使用最廣泛的電動機。因為其構造簡單，運行可靠，效率較高，價格低廉以成為各種輕、重工業(yè)企業(yè)不可缺少的機電設備。從廣義上講電動機就是電能轉化成機械能的機電設備。在它的發(fā)展歷程中，經歷了漫長的時期。電動機的總類也繁多，按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機；按轉子的結構又可分為鼠籠式電動機和線繞式電動機等等。由于各種電動機的參數有所不同，使用時的選擇性也較多。因此在使用電動機之前，了解其參數及機械特性對正確使用電動機和提高電動機的使用率都是十分必要的。在本次畢業(yè)設計中我所選用的是實驗室某交流異步電動機為標準來進行實驗要求的測定和計算。關鍵詞：交流異步電動機；參數；機械特性AbstractThis paper studied the exchange of AC asynchronous motor parameters and the measurement of mechanical properties. AC asynchronous motor is the most widely used in various sectors of the motor. Because of its simple structure, reliable operation, high efficiency and low prices to a variety of light and heavy industrial enterprises of the electrical and mechanical equipment indispensable. In broad terms the motor is converted into mechanical energy of the electrical and mechanical equipment. In the course of its development, after a long period of time. The general category of motor has many uses can be divided into the drive by using electric motors and motor control; according to the structure of the rotor can be divided into motor and wound squirrel-cage motors and so on.As a result of a variety of different electrical parameters, use is also more selective at the time. Therefore, before using the electric motor, its parameters and mechanical properties of the proper use of electric motors and electric motors to improve the utilization rate is very necessary. During the graduation project, I selected a laboratory as a standard asynchronous motor for the determination of experimental and computational requirements.Key words: AC induction motor; parameters; mechanical properties目錄1緒論11.1交流異步電動機的使用及優(yōu)點11.2國內外發(fā)展概況22總體設計方案43電路及相關設備簡介63.1交流異步電動機63.1.1交流異步電動機的結構及各部分的作用63.1.2交流異步電動機的工作原理63.1.3交流異步電動機的機械特性83.1.4交流異步電動機的保護電路83.1.5交流異步電動機的控制123.1.6變壓器123.1.7三相調壓器143.1.8電樞反應163.2直流電動機173.2.1直流電動機的構造173.2.2直流電動機工作原理173.2.3直流電動機的特點183.2.4直流電動機四種勵磁方式各及自的特點183.2.5兩個定理和兩個定則183.2.6整流濾波203.3儀器儀表203.3.1電橋203.3.2功率表213.3.3轉速表214電動機的參數及機械特性測量234.1實驗設備234.2實驗步驟264.2.1靜態(tài)法264.2.2直流電壓法264.2.3電橋法274.2.4堵轉試驗274.2.5機械特性測量285測量數據及數據誤差分析325.1測量數據325.2數據及誤差分析345.2.1二瓦特計法測功率分析345.2.2.數據分析355.2.3誤差分析355.3調試分析35結論37致謝38參獻考文39 35 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）1緒論1.1交流異步電動機的使用及優(yōu)點電能是現代社會最主要的能源之一，電機是把電能轉換成機械能的設備。在機械、冶金、石油、煤炭、化學、航空、交通、農業(yè)以及其他各種工業(yè)中，電動機被廣泛的使用著。隨著工業(yè)自動化程度不斷提高，需要采用各種各樣的控制電動機作為自動化系統的元件，人造衛(wèi)星的自動控制系統中，電機也是不可缺少的。此外在國防、文教、醫(yī)療及日常生活中（現代化的家電工業(yè)中）電機愈來愈廣泛的使用起來。各種電動機中使用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機）。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結構牢固，但功率因數較低，調速也較困難。大容量低轉速的動力機常用同步電動機。同步電動機不但功率因數高，而且其轉速和負載大小無關，只決定于電網頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結構復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。20世紀70年代以后，隨著電力電子技術的發(fā)展，交流電動機的調速技術漸趨成熟，設備價格日益降低，已開始得到使用 。電動機在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運行制、斷續(xù)周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機運行時需注意使其負載的特性和電機的特性相匹配，避免出現飛車或停轉。電動機的調速方法很多，能適應不同生產機械速度變化的要求。一般電動機調速時其輸出功率會隨轉速而變化。從能量消耗的角度看，調速大致可分兩種：1保持輸入功率不變。通過改變調速裝置的能量消耗，調節(jié)輸出功率以調節(jié)電動機的轉速。2控制電動機輸入功率以調節(jié)電動機的轉速。在現實當中交流異步電動機的種類和型號越來越多，而且各種機械電子設備和家用電器等所需要的電機型號也不同，因此在選用交流異步電動機之前了解其參數和機械特性是十分必要的。在畢業(yè)設計中，所選擇的課題是交流異步電動機的參數及機械特性的測量，我選用的是實驗室的某臺鼠籠式交流異步電動機為測試對象，以進行所需要實驗數據的測定和計算。1.2國內外發(fā)展概況在1821年英國科學家法拉第首先證明可以把電力轉變?yōu)樾D運動。最先制成電動機的人，據說是德國的雅可比。他于1834年前后制成了一種簡單的裝置：在兩個U型電磁鐵中間，安裝一個六臂輪，每臂帶兩根棒型磁鐵。通電后，棒型磁鐵和U型磁鐵之間產生相互吸引和排斥作用，帶動輪軸轉動。后來，雅可比做了一個大型的裝置，并安裝在小艇上，用320個丹尼爾電池供電，1838年小艇在易北河上首次航行，時速只有2.2km/h。和此同時，美國的達文波特也成功地制出了驅動印刷機的電動機，印刷過美國電學期刊電磁和機械情報。但這兩種電動機都沒有多大商業(yè)價值，用電池作電源，成本太大、不實用。直到第一臺實用直流發(fā)動機問世，電動機才行了廣泛使用。1870年比利時工程師格拉姆發(fā)明了直流發(fā)電機，在設計上，直流發(fā)電機和電動機很相似。后來，格拉姆證明向直流發(fā)動機輸入電流，其轉子會象電動機一樣旋轉。于是，這種格拉姆型電動機大量制造出來。效率也不斷提高。和此同時，德國的西門子接制造更好的發(fā)電機，并著手研究由電動機驅動的車輛，于是西門子公司制成了世界電車。1879年，在柏林工業(yè)展覽會上，西門子公司不冒煙的電車贏得觀眾的一片喝彩。西門子電機車當時只有3馬力，后來美國發(fā)明大王愛迪生試驗的電機車已達1215馬力。但當時的電動機全是直流電機，只限于驅動電車。1888年南斯拉夫出生的美國發(fā)明家特斯拉發(fā)明了交流電動機。它是根據電磁感應原理制成，又稱感應電動機，這種電動機結構簡單，使用交流電，無需整流，無火花，因此被廣泛使用于工業(yè)的家庭電器中，交流電動機通常用三相交流供電。1902年瑞典工程師丹尼爾森首先提出同步電動機構想。同步電動機工作原理同感應電動機一樣，由定子產生旋轉磁場，便轉子繞組用直流供電，轉速固定不變，不受負載影響。因此同步電動機特別適用于鐘表，電唱機和磁帶錄音機。直流電動機是直流激磁，工作特性接其激磁繞組的接線方式不同而有區(qū)別。串激電動機起動轉矩大，適用于牽引和起重，并激電動機轉速隨負載大小而變動較小，且可以調節(jié)，可用為定速或調速之用，復激電動機兼有以上兩種激磁方式發(fā)動機的特性。交流換向器電動機，即轉子具有換向器的交流電動機。因它既可用于交流 又可用于直流，故稱作交直流兩用電動機或通用電動機，多用于家用電器。電動機作為重要的動力裝置，已被廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、國防軍事設施以及日常生活中。直流電動機其調速在過去一直占統治地位，但由于本身結構原因，例如換向器的機械強度不高，電刷易于磨損等，遠遠不能適應現代生產向高速大容量化發(fā)展的要求。而交流電動機，由于其結構簡單、制造方便、價格低廉，而且堅固耐用，慣量小，運行可靠等優(yōu)勢，在工業(yè)生產中得到了極廣泛的使用，也正在發(fā)揮著越來越重要的作用。2總體設計方案本次畢業(yè)設計中需要完成的是通過經典的測試方法測量交流異步電動機的參數及機械特性，并以實驗室某一型號交流異步電動機為測量對象。一測量電動機的參數，分別通過直流法、交流法、電橋法測量及堵轉實驗。二測量電動機的機械特性，通過D-F系統對電動機在空載和加載情況下分別測量和計算，并繪制其機械特性曲線。三除交流電動機外還涉及到直流電動機、三相調壓器、單相調壓器、整流濾波、電橋、使用功率表、轉速表等儀器儀表及相關內容。電動機參數的測量如圖2.1。圖2.1交流電動機的參數測量D-F系統測量電動機空載和加載時的械特性如圖2.2。圖2.2 D-F系統測量電動機的機械特性3電路及相關設備簡介3.1交流異步電動機3.1.1交流異步電動機的結構及各部分的作用一般電動機主要由定子和轉子兩部分組成，定子是靜止不動的部分，轉子是旋轉部分，在定子和轉子之間有一定的氣隙。另外還有端蓋、風扇、罩殼、機座、接線盒等。定子的作用是用來產生磁場和作電動機的機械支撐。電動機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子繞組鑲嵌在定子鐵心中，通過電流時產生感應電動勢，實現電能量轉換。機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。電動機運行時，因內部損耗而發(fā)生的熱量通過鐵心傳給機座，再由機座表面散發(fā)到周圍空氣中。為了增加散熱面積，一般電動機在機座外表面設計為散熱片狀。電動機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心也是作為電動機磁路的一部分。轉子繞組的作用是感應電動勢，通過電流而產生電磁轉矩。轉軸是支撐轉子的重量，傳遞轉矩，輸出機械功率的主要部件。圖3.1鼠籠式交流異步電動機結構3.1.2交流異步電動機的工作原理1旋轉磁場定子三相繞組通入三相交流電即可產生旋轉磁場。當三相電流不斷地隨時間變化時，所建立的合成磁場也不斷地在空間旋轉，如圖3.2所示。旋轉磁場的旋轉方向和三相電流的相序一致，任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。圖3.2旋轉磁場若定子每相繞組由P個線圈串聯，繞組的始端之間互差360/P，將形成P對磁極的旋轉磁場。旋轉磁場的轉速（同步轉速）可用下式表示：n=60f/P。定子旋轉磁場旋轉切割轉子繞組，轉子繞組產生感應電動勢，其方向由“右手螺旋定則”確定。由于轉子繞組自身閉合，便有電流流過，并假定電流方向和電動勢方向相同，如圖3.3：圖3.3電磁力產生轉子繞組感應電流在定子旋轉磁場作用下，產生電磁力，其方向由“左手螺旋定則”判斷。該力對轉軸形成轉矩(稱電磁轉矩)，并可見，它的方向和定子旋轉磁場(即電流相序)一致，于是，電動機在電磁轉矩的驅動下，順著旋轉磁場的方向旋轉，且一定有轉子轉速。有轉速差是異步電動機旋轉的必要條件，異步的名稱也由此而來。電動機長期穩(wěn)定運行時，電磁轉矩T和機械負載轉矩T2相等，即T=T2。2轉差率旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差和旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。描述轉子轉速和旋轉磁場轉速相差的程度。3.1.3交流異步電動機的機械特性電動機的機械特性是指電動機的轉速n和轉矩T的關系,機械特性是電動機力學性能的主要表現。T-S的曲線圖如下力圖左；T-n的曲線圖如下圖右，即為電動機的機械特性曲線。圖3.4機械特性圖在機械特性圖中，存在兩個工作區(qū)：穩(wěn)定運行區(qū)和不穩(wěn)定運行區(qū)。在機械特性曲線的AB段，當復的損壞，還有可能導致觸電、火災等危險。短路保護應該滿足以下要求：一是必須在很短的時間內切斷電源；二是當電機正常啟動、制動時，保護裝置不應誤動作。常用的短路保作用在電動機軸上的負載轉矩發(fā)生變化時，電動機能適應負載的變化而自動調節(jié)達到穩(wěn)定運行，故為穩(wěn)定區(qū)。機械特性曲線的BC段，因電動機工作在該區(qū)段時其電磁轉矩不能自動適應負載轉矩的變化，故為不穩(wěn)定區(qū)。3.1.4交流異步電動機的保護電路1短路保護短路是由于絕緣損壞、接線錯誤等原因導致電流從非正常路徑流過的現象。瞬時短路電流可能達到電機額定電流的幾十倍甚至上百倍，如果不能及時切斷電源，則有可能造成電機不可修護裝置有熔斷器和斷路器。2過流保護過電流是指電動機的工作電流超過其額定值，如果時間久了，就會使電機過熱損壞電機，因此需要采取保護措施。過電流時，電流仍由正常路徑流通，其值比短路電流值要小。過電流一般是由于負載過大或是啟動不正確。為了避免影響電動機正常工作，過電流保護動作值應該比正常啟動電流略大一些。過電流保護也要求保護裝置能瞬時動作。過電流保護一般采用過電流繼電器。3過載保護電動機過載是指其工作電流超過額定值使繞組過熱。引起過載的原因很多，如負載的突然增加、電源電壓降低、電動機軸承磨損等。過載和過流類似，但也有差別。主要的不同在于動作效應的不同。過電流是由電磁效應來引發(fā)保護裝置動作，針對電流的瞬時大?。欢^載保護則是由電流的熱效應，即電流對時間的累積結果來引發(fā)保護裝置動作。一般情況下同一電路中，過載保護動作電流值要比過電流小，而這兩者又均比上面提到的短路保護動作電流值小。值得注意的是，短路保護、過電流保護和過載保護是不能互相代替的。過載保護應采用熱繼電器或電動機保護器作為保護元件。4失壓保護如果電動機在正常工作時突然掉電，那么在電源電壓恢復時，就可能自行啟動，造成人身事故或機械設備損壞。為防止電壓恢復時電動機的自行啟動或電器元件自行投入工作而設置的保護，稱為失壓保護。采用接觸器和按鈕控制電動機的啟動制動就具有失壓保護功能。如果正常工作中電網電壓消失，接觸器會自動釋放而切斷電動機電源。5欠壓保護電動機或電器元件在有些使用場合，當電網電壓降到額定電壓的60%80%時，就要求能自動切除電源而停止工作，這種保護稱為欠電壓保護。電動機在電網電壓降低時，其轉速、轉矩都將降低甚至堵轉。在負載一定的情況下，一方面電動機電流增大，而其增加幅度還不足以使熔斷器和熱繼電器動作，因此必須要采取欠壓保護措施。除了利用接觸器本身的欠電壓保護作用之外，還可以采用低壓斷路器或專門的電磁式電壓繼電器來進行欠電壓保護，其方法是將電壓繼電器線圈跨接在電源上，其動合觸頭串接在接觸器控制回路中。當電網電壓低于指定值時，電壓繼電器動作使接觸器釋放。6過壓保護當由于某種原因使得電動機電源電壓超過其額定值時，電動機的定子電流增大，使電動機發(fā)熱增多，時間久了就會造成電動機損壞。如果電壓比額定值高很多，則電動機定子電流就會超出額定值許多而可能燒壞電機。因此，需要進行過電壓保護。最常見的過電壓保護裝置是過電壓繼電器。電源電壓一旦過高，過電壓繼電器的常閉觸頭就立即動作，從而控制接觸器及時斷開電源。過電壓繼電器的動作電壓整定值一般可為電動機額定電壓的1.051.2倍。7斷相保護異步電動機在正常運行時，如果電源任一相突然斷路，電動機就處于斷相運行。此時電動機實際上是在單相電源下運行，電動機定子電流會增大，轉速要下降甚至會堵轉，時間一長就會燒壞電機。實踐表明，斷相運行是使電動機損壞的主要原因之一，因此應進行斷相保護。引起電動機斷相運行的原因很多，如熔斷器一相熔體燒斷，電動機繞組一相斷路、一相接觸不良或松脫，電源一相線路斷開等，其中尤以熔斷器一相燒斷的情況最為常見。斷相運行時，線路電流和電動機繞組連接因斷相形式不同而不同；電動機負載越大，故障電流也越大。斷相運行時，通?？梢愿鶕娏骰螂妷喊l(fā)生的變化特征檢測出斷相信號來構成斷相保護裝置。斷相保護有很多方法，如用帶斷相保護的熱繼電器，采用電壓繼電器，采用欠電流繼電器，斷絲電壓保護，采用專門為斷相運行而設計的斷相保護繼電器。8.相序保護一般情況下，電動機工作的接線順序是有規(guī)定的，如果由于某種原因，導致相序發(fā)生錯亂，電動機將無法正常工作甚至損壞。相序保護就是為了防止這類事故發(fā)生。相序保護可采用相序繼電器，當電路中相序和指定相序不符時，相序繼電器將觸發(fā)動作，切斷控制電路的電源從而達到切斷電動機電源、保護電動機的目的。9溫度保護在電動機電流沒有超過額定值時，由于通風不良、環(huán)境溫度過高、啟動次數過于頻繁等原因，電動機也會過熱。這種情況下用以上的過流保護或過載保護都不能解決問題，因此需要直接反映溫度變化的熱保護器。溫度保護通?？刹捎脺囟壤^電器。溫度繼電器主要有雙金屬片和熱敏電阻式兩種，它們都被直接埋置在發(fā)熱部位。溫度保護和過載保護都是利用溫度來觸發(fā)保護，但并不完全相同。過載保護是因為電流長時間超出額定值使得繼電器升溫觸發(fā)保護；而溫度保護是由于散熱不良，環(huán)境溫度過高等因素使得電機過熱從而觸發(fā)保護。溫度保護被觸發(fā)時，電動機中的電流值有可能是正常的，因此過載保護不一定會起作用。溫度保護和過載保護也是不能互相替代的。10漏電保護為了防止直接接觸電擊事故和間接接觸電擊事故，防止電氣線路或電氣設備接地故障引起電氣火災和電氣設備損壞事故，低壓配電系統應該具有漏電保護裝置。漏電保護根據工作零線是否穿過電流感應器，分為零序電流保護和剩余電流保護。零序電流保護和剩余電流保護的基本原理都是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點的復電流的代數和等于零。不同之處是，零序電流保護檢測的是各相線中電流的矢量和，而剩余電流保護檢測的是各相線還有零線中的電流矢量和。理論上來說，三相線負載平衡且電路正常工作的情況下，各相線電流矢量和應該為零。但是在實際的產品制造中，由于生產工藝、使用條件及電源品質等因素的制約，理想的三相完全平衡的負載不大可能存在，其三相電流的矢量和不為零而且很容易達到漏電保護器的動作電流值例如30mA。因此，“負載三相平衡”這個概念只具理論意義。3.1.5交流異步電動機的控制1.啟動控制三相異步電動機從接通電源開始運轉，轉速逐漸上升直到穩(wěn)定運轉狀態(tài)，這一過程稱為啟動。按照啟動方式不同，它可以分為直接啟動和降壓啟動。直接啟動的啟動電流大，對供電變壓器影響較大，容量較大的鼠籠異步電動機一般都采用降壓啟動。降壓啟動就是將電源電壓適當降低后，再加到電動機的定子繞組上進行啟動，待電機啟動結束或將要結束時，再使電動機的電壓恢復到額定值。這樣做的目的主要是為了減小啟動電流，但是因為降壓，電動機的啟動轉矩也將降低。因此，降壓啟動僅適用于空載或輕載啟動。2.正反轉控制根據電機學原理，只要把接到三相異步電動機的三相交流電源線中的任意兩相對調，即可以實現反轉。正反轉控制方法主要有以下四種：手動控制、接觸器互鎖控制、按鈕互鎖控制、接觸器和按鈕雙重互鎖控制。3.制動控制三相電動機在切斷電源后，由于慣性，總要經過一段時間才能完全停止。有時候，要求電機在斷電后能迅速停止運轉，這就需要對電動機進行制動。制動方法大致可分機械制動和電氣制動兩類。常用的機械制動裝置有電磁抱閘和電磁離合器兩種。電氣制方法有反接制動、能耗制動、回饋制動和電容制動等。4.變頻調速控制調速就是指讓電動機在同一負載下能得到不同的轉速，以滿足實際需要。改變電動機轉速有三種可能：一是變頻調速，二是變極調速，三是變轉差率調速。在交流異步電動機的諸多調速方法中，變頻調速的性能最好，其特點是調速范圍大、穩(wěn)定性好、運行效率高。3.1.6變壓器1變壓器的工作原理變壓器是利用電磁感應原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器是電能傳遞或作為信號傳輸的重要元件，如圖3.5所示。圖3.5變壓器工作原理變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能，主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。和電源相連的項圈，接受交流電能，稱為一相繞組。和負載相連的項圈，送出交流電能，稱為二次繞組。設：電壓向量電流向量電動勢向量砸數一次繞組U1I1E1N1二次繞組U2I2E2N2同時交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為m，該磁通量稱為主磁通。圖各物理量的參考方向確定。圖3.6變壓器原理圖2變壓器的結構簡介鐵心：鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度為 0.35 或 0.5 mm，表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成，鐵心分為鐵心柱和鐵軛倆部分，鐵心柱套有繞組；鐵軛閉合磁路之用，鐵心結構的基本形式有心式和殼式兩種。繞組：繞組是變壓器的電路部分，它是用紙包的絕緣扁線或圓線繞成。變壓器的基本原理是電磁感應原理，現以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理（如上圖）：當一次側繞組上加上電壓1時，流過電流1，在鐵芯中就產生交變磁通1，這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側繞組分別感應電勢1，2，感應電勢公式為：E=4.44fNm式中：E-感應電勢有效值 f-頻率 N-匝數 m-主磁通最大值由于二次繞組和一次繞組匝數不同，感應電勢E1和E2大小也不同，當略去內阻抗壓降后，電壓1和2大小也就不同。當變壓器二次側空載時，一次側僅流過主磁通的電流（0），這個電流稱為激磁電流。當二次側加負載流過負載電流2時，也在鐵芯中產生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時，主磁通是不變的，一次側就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流0，一部分為用來平衡2，所以這部分電流隨著2變化而變化。當電流乘以匝數時，就是磁勢。上述的平衡作用實質上是磁勢平衡作用，變壓器就是通過磁勢平衡作用實現了一、二次側的能量傳遞。3.1.7三相調壓器1簡介 “三相調壓器”又稱“晶閘管電力調整器”“可控硅電力調整器”或簡稱“電力調整器”。“晶閘管”又稱“可控硅”（SCR）是一種四層三端半導體器件，把它接在電源和負載中間，配上相應的觸發(fā)控制電路板，就可以調整加到負載上的電壓、電流和功率?！熬чl管調整器”主要用于各種電加熱裝置（如電熱工業(yè)窯爐、電熱干燥機、電熱油爐、各種反應罐、反應釜的電加熱裝置）的加熱功率調整，既可以“手動”調整，又可以和電動調節(jié)儀表、智能調節(jié)儀表、PLC以及計算機控制系統配合，實現對加熱溫度的恒值或程序控制。注：三相調壓器對應三相負載使用。2三相調壓器特點“可控硅調壓器”通過對電壓、電流和功率的精確控制，從而實現精密控溫。并且憑借其先進的數字控制算法，優(yōu)化了電能使用效率。對節(jié)約電能起了重要作用?！翱煽毓枵{壓器”采用德國原裝進口：SEMIKRON（西門康 SKKT 系列可控硅模塊），先進的數字控制技術，改善了電網功率因數可以有效節(jié)省用電量；具有移相觸發(fā)和過零觸發(fā)。雙重工作模式，撥動選擇開關即可輕松實現轉換；多種控制信號輸入：開關量觸點，電流信號：DC4-20 mA、DC0-10 mA，電壓信號：DC1-5 V、DC0-10V；適用于多種類型負載：恒阻性負載、變阻性負載、感性負載（變壓器一次側）；具有完善的自我檢測，齊全的故障保護功能，確保安全穩(wěn)定運行；輸入、輸出端口均采用光電隔離技術，抗干擾能力強，安全性能高；通訊功能強大標準 Modbus RTU 通信協議，方便聯機進行網絡控制；內置報警蜂鳴器，無須任何額外接線就能輕松實現聲光報警。3三相調壓器的使用“三相調壓器”廣泛使用于以下領域：電爐工業(yè)：退火爐，烘干爐，淬火爐，燒結爐，坩堝爐，隧道爐，熔爐，箱式電爐，井式電爐，熔化電爐，滾動電爐，真空電爐，臺車電爐，淬火電爐，時效電爐，罩式電爐，氣氛電爐，烘箱，實驗電爐，熱處理，電阻爐，真空爐，網帶爐，高溫爐，窯爐，電爐。 機械設備：包裝機械，注塑機械，熱縮機械，擠壓機械，食品機械，回火設備，塑料加工，紅外加熱。玻璃工業(yè)：玻璃纖維，玻璃成型，玻璃融化，玻璃印制，浮法玻璃生產線，退火槽。汽車工業(yè)：噴涂烘干，熱成型。節(jié)能照明：隧道照明，路燈照明，攝影照明，舞臺燈光?；瘜W工業(yè)：蒸餾蒸發(fā)，預熱系統，管道加熱，石油化工，溫度補償。3.1.8電樞反應對稱負載時，電樞磁動勢對主極磁場基波產生的影響，這種現象稱為電樞反應，當電樞繞組中沒有電流通過時，由磁極所形成的磁場稱為主磁場，近似按正弦規(guī)律分布。當電樞繞組中有電流通過時，繞組本身產生一個磁場，稱為電樞磁場。電樞磁場對主磁場的作用將使主磁場發(fā)生畸變。產生電樞反應。1.純電阻性負載時的電樞反應電樞磁場的電動勢和電流相位相同，電樞磁場使主磁場發(fā)生畸變，一半加強，一半削弱。2.純電感性負載時的電樞反應電樞磁場的電流滯后于電動勢90度，電樞磁場產生的電動勢和主磁場產生的電動勢方向相反，因此削弱了主磁場電動勢，這就是為什么三相電路中含有電感性元件時電壓下降的原因；這時叫做縱軸去磁電樞反應。3.純電容性負載時的電樞反應電樞磁場的電流超前于電動勢90度，因電樞磁場和主磁場成90度，電樞磁場產生的電動勢和主磁場產生的電動勢方向相同，因此加強了主磁場電動勢，這就是為什么三相電路中含有電容性元件時端電壓上升的原因，這時叫做縱軸輔助磁電樞反應。電樞反應對直流電機的工作影響很大，使磁極半邊的磁場加強；另半邊的磁場減弱，負載越大，電樞反應引起的磁場畸變越強烈，其結果將破壞電樞繞組元件的正常換向，易引起火花，使電機工作條件惡化。同時電樞反應將使極靴尖處磁通密集，造成換向片間的最大電壓過高，也易引起火花甚至造成電機環(huán)火。削弱電樞反應影響的方法:加裝附加磁極以便使畸變的磁通得以補償。對大型電機，在主磁極的頂部加裝補償繞組可使磁通分布畸變得以修正。3.2直流電動機直流電動機就是將直流電能轉換成機械能的電機。3.2.1直流電動機的構造直流電動機分為兩部分：定子和轉子。記住定子和轉子都是由那幾部分構成的，需要注意的是不要把換向極和換向器弄混淆了。 定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。 轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。3.2.2直流電動機工作原理直流電動機大致使用了“通電導體在磁場中受力的作用”的原理，勵磁線圈兩個端線同有相反方向的電流，使整個線圈產生繞軸的扭力，使線圈轉動。要使電樞受到一個方向不變的電磁轉矩，關鍵在于：當線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時地加以變換， 即進行所謂“換向”。為此必須增添一個叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向，就可以使電動機能連續(xù)的旋轉,這就是直流電動機的工作原理。圖3.7直流電動機工作原理3.2.3直流電動機的特點1.調速性能好。所謂“調速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據需要，人為地改變電動機的轉速。直流電動機可以在重負載條件下，實現均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。2.起動力矩大?？梢跃鶆蚨洕貙崿F轉速調節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。3.2.4直流電動機四種勵磁方式各及自的特點直流電動機的性能和它的勵磁方式密切相關，通常直流電動機的勵磁方式有四種：直流他勵電動機、直流并勵電動機、直流串勵電動機和直流復勵電動機。掌握四種方式各自的特點： 1.直流他勵電動機勵磁繞組和電樞沒有電的聯系，勵磁電路是由另外直流電源供給的。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。 2.直流并勵電動機 并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細導線繞成，其匝數很多，因此具有較大的電阻，使得通過他的勵磁電流較小。 3.直流串勵電動機勵磁繞組是和電樞串聯的，所以這種電動機內磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵電動機通常用較粗的導線繞成，他的匝數較少。 4.直流復勵電動機電動機的磁通由兩個繞組內的勵磁電流產生。3.2.5兩個定理和兩個定則1電磁感應定理在磁場中運動的導體將會感應電勢，若磁場、導體和導體的運動方向三者互相垂直，則作用導體中感應的電勢大小為： e = Blv。符號物理量單位B磁場的磁感應強度Wb/ m2v導體運動速度米/秒l導體有效長度me感應電勢V圖3.8電勢的方向有右手定則2電磁力定律 載流導體在磁場中將會受到力的作用，若磁場和載流導體互相垂直 (見下圖)，作用在導體上的電磁力大小為：f = Bli。符號物理量單位i導體中的電流Al導體有效長度mf電磁力N圖3.9力的方向有左手定則3.2.6整流濾波1整流電路二極管具有單向導電性，利用這一特性可以組成整流電路，整流電路是電力電子電路中出現最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，使用十分廣泛，電路形式多種多樣，各具特色?？蓮母鞣N角度對整流電路進行分類，主要分類方法有：按組成器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結構可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。2濾波電路整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，從示波器觀察整流電路的輸出，和直流相差很大，波形中含有較大的脈動成分，稱為紋波。為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲能作用的電抗性元件（如電容、電感）組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動成分以獲得直流電壓。常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波(包括倒L型、LC濾波、LC型濾波和RC型濾波等)。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。直流電中的脈動成分的大小用脈動系數來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。脈動系數(S)=輸出電壓交流分量的基波最大值輸出電壓的直流分量半波整流輸出電壓的脈動系數為S=1.57，全波整流和橋式整流的輸出電壓的脈動系數SO67。對于全波和橋式整流電路采用C型濾波電路后，其脈動系數S=1(4(RLCT-1)。(T為整流輸出的直流脈動電壓的周期。)3.3儀器儀表3.3.1電橋電橋的概念：用比較法測量各種量（如電阻、電容、電感等）的儀器。最簡單的是由四個支路組成的電路。各支路稱為電橋的“臂”。如圖電路中有一電阻為未知（R2），一對角線中接入直流電源U，另一對角線接入檢流計G?？梢酝ㄟ^調節(jié)各已知電阻的值使G中無電流通過，則電橋平衡，未知電R2R1R4/R3。常用的有惠登斯電橋和凱爾文電橋。圖3.10電橋示意圖3.3.2功率表功率表里有兩個線圈，電壓線圈和電流線圈，他們都是利用電磁感應原理，把功率表加到電路中，電路中電壓電流按一定比例感應到功率表的電壓電流線圈側，這個比例就是我們測量時選擇的功率表檔位(它是電壓線圈變比和電流線圈變比的乘積)。而功率就可以根據表計顯示值(是電壓線圈感應到的電壓和電流線圈感應到的電流的乘積)乘以檔位得到。3.3.3轉速表1轉速測量儀表的分類轉速表可分為離心式轉速表、磁性轉速表、電動式轉速表、磁電式轉速表、閃光式轉速表、電子式轉速表六種，具有各自獨特的結構和原理，既代表著不同時期的技術發(fā)展水平，也體現人類認識自然的階段性發(fā)展過程。2離心式轉速表畢業(yè)設計中使用的是LZ-30手持式離心轉速表，它是利用離心力和拉力的平衡來指示轉速。 離心式轉速表是最傳統的轉速測量工具，是利用離心力原理的機械式轉速表；測量精度一般在12級，一般就地安裝。一只優(yōu)良的離心式轉速表不但有準確直觀的特點，還具備可靠耐用的優(yōu)點。但是結構比較復雜。4電動機的參數及機械特性測量4.1實驗設備1三相交流異步電動機型號J02-11-4，出品編號00070，0.6KW，380V，1.62A，50HZ，1380RPM，接法：星型 E級絕緣，18KG，標準編號JB742-66，大連電機廠圖4.1實驗室用交流異步電動機2直流電動機型號Z2-12， 產品編號1005， 結構類型A101，勵磁方式：他，功率：0.6千瓦， 勵磁電壓：110伏， 工作方式：連續(xù)， 電流：3.82安培， 絕緣等級：定子E 電樞A，轉速：1500轉/分，重量：35公斤，標準編號JB1104-68， 西安電機廠圖4.2實驗用直流電機3調壓變壓器型號TDGC，最大電力1KVA，相速1，調速50圖4.3實驗用調壓變壓器4單三相兩用調壓變壓器TSGC-720型，最大容量20KVA 50 ，儀器編號88005900，分類編號04100202圖4.4三相調壓器5電機整流電源板統一編號070214238圖4.5電機整流電源板6轉速表手持式離心轉速表LZ-30圖4.6轉速表7功率表8電流表9實驗用燈箱圖4.7實驗用燈箱10電橋QS-18型4.2實驗步驟4.2.1靜態(tài)法在不通電的情況下，用數字萬用表直接測電動機三相繞組A,B,C中每任意兩相繞組的電阻值,分別記三組數據（單位:歐姆）如表4.1。表4.1靜態(tài)法測量的數據第一組第二組第三組AB24.926.323.7AC31.427.626.6BC35.227.227.14.2.2直流電壓法圖4.8通直流電測量如圖4.8接線，在電動機三相繞組A,B,C的任意兩相繞組上通實驗臺上的15伏特直流電，分別用數字萬用表測該兩相繞組之間的電壓和電流，記三組數據。表4.2通直流電測量的數據第一組第二組第三組電壓電流電壓電流電壓電流AC5.38V216.7mA5.47V217.5mA5.43V213.2mAAB5.33V217.1mA5.49V223.2mA5.36V229.3mABC5.39V216.8mA5.42V229.2mA5.62V221.1mA4.2.3電橋法通過電橋原理使用實驗室電橋分別測電動機三相繞組A，B，C中任意兩相繞組的電阻值，記三阻數據（單位：歐姆）。表4.3電橋測量的數據第一組第二組第三組AB2426.525.4AC29.526.326BC25.527.324.84.2.4堵轉試驗電機堵轉，通過儀器儀表測出某相繞組的功率，電壓，電流，通過公式計算算出電感值。（如圖4.9）圖4.9堵轉試驗電路圖測量數據如表4.4。表4.4堵轉實驗測量數據功率電壓電流50瓦特60伏特1.6安培4.2.5機械特性測量電動機的機械特性是指電動機的轉速n和轉矩T的關系，機械特性分為固有機械特性和人為機械特性。固有機械特性是指異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉子電路中不外接電阻（電抗或電容）時所獲得的機械特性曲線。異步電動機電磁轉矩T的數值是由某一轉速n（或s）下的電源電壓電壓U、電流頻率f1、定子極對數p、定子及轉子電路的電阻及阻抗（R1、R2、X1、X2）決定的。因此人為地改變這些參數，就可以得到不同的人為機械特性。機械特性的表達式有（物理表達式）、（參數表達式）、（實用表達式）和工程計算法。圖4.10空載測量電路圖1. 空載測量如圖連線，利用三項調壓器把電壓調到380V，記錄儀表上顯示的數據，通過轉速表測得電動機的轉速n，再利用三項調壓器把電壓調到360V、280V、220V、180V，記錄儀表上的數據和用轉速表測得轉速如表4.4。表4.4不加負載時的數據電壓功率表1功率表2電流轉速380V100W180W0.5A1470r/min360V82W160W0.47A1450r/min280V40W100W0.25A1410r/min220V20W60W0.14A1400r/min180V5W40W0.1A1380r/min圖4.11加負載測量電路圖2.加載測量如圖接線，利用調壓變壓器把直流電壓調到110伏，D-F系統接6盞燈并聯的燈箱作為負載，通過三項調壓器把交流電壓調到380伏，使用轉速表測得其轉速，從開一盞燈依次開到六盞等，并依次記錄相關數據。然后通過三相調壓器把電壓調到其它數值，再依次從一盞燈開到六盞燈并記錄其相關數據。表4.5 380V時依次加負載的數據交流部分直流部分電流功率1功率2電流轉速電壓10.6A50W240W0.4A1450r166.5V20.6A20W280W0.8A1420r171.8V30.7A20W320W1.2A1410r177.5V40.78A60W360W1.6A1400r183.1V50.85A100W400W1.95A1360r188.3V60.92A140W440W2.3A1350r194V表4.6 360V時依次加負載的數據交流部分直流部分電流功率1功率2電流轉速電壓10.5A40W210W0.4A1430r164.8V20.55A0W250W0.8A1380r170.3V30.6A40W290W1.2A1365r176V40.7A80W340W1.6A1350r181.6V50.8A120W380W1.9A1335r187.1V60.9A140W420W2.25A1320r195V表4.7 280V時依次加負載的數據交流部分直流部分電流功率1功率2電流轉速電壓10.28A20W110W0.35A1425r91V20.3A0W130W0.67A1410r176.3V30.32A20W150W0.9A1405r255.1V40.38A40W170W1.2A1400r331V50.41A50W190W1.5A1390r405V60.48A60W200W1.7A1380r474V表4.8 220V時依次加負載的數據交流部分直流部分電流功率1功率2電流轉速電壓10.2A5W80W0.32A1420r90V20.22A20W100W0.65A1400r173V30.3A40W120W0.95A1390r252V40.4A60W140W1.2A1380r324V50.48A80W160W1.5A1360r394V60.51A85W180W1.7A1350r457V表4.9 180V時依次加負載的數據交流部分直流部分電流功率1功率2電流轉速電壓10.18A15W65W0.35A1410r88V20.25A35W90W0.65A1400r172V30.35A50W120W0.95A1390r247V40.48A60W140W1.2A1380r318V50.6A80W165W1.45A1375r385V60.75A90W190W1.95A1350r447V