实验目的
实验原理
实验内容及步骤

本实验以大型异步电动机起动及调速实验为切入点,将异步电动机结构、接线方法、起动方法、调速运行、故障下起动与调速运行等重要知识内容有机、系统的联系起来。

通过本实验的操作与练习,熟悉大型异步电动机结构及其起动与调速系统组成、电机原理、电机与控制柜的接线方法,理解和掌握T型等效电路、大型异步电机两种以上的起动与调速方法、缺相故障下的起动与调速原理、参数调节对外特性的影响规律;掌握异步电动机起动与调速操作技能,培养定性分析与对比学习能力,发掘自主创新能力,处理复杂工程能力的能力,实现工程实践能力和知识创新能力的有机统一。

通过大型异步电动机起动与调速虚拟仿真实验,实现以下目的:

  • 1.熟悉实验设备、仪器仪表和布局,学习电机结构、接线方式和电机内电磁场及温度场分布;

  • 2.掌握异步电动机的起动、调速、堵转脱困和负载实验的方法;

  • 3.掌握用实验方法测定异步电动机的运行特性,并根据所测得的运行特性评定电机的起动与调速性能;

  • 4. 掌握缺相故障下异步电动机起动与调速的方法。


三相异步电动机定子绕组加对称电压后,产生一个旋转气隙磁场,转子绕组导体切割该磁场产生感应电势。由于转子绕组处于短路状态会产生一个转子电流。转子电流与气隙磁场相互作用就产生电磁转矩,从而驱动转子旋转。电动机的转速一定低于磁场同步转速,因为只有这样转子导体才可以感应电势从而产生转子电流和电磁转矩。

普通异步电机的定子绕组接交流电网,转子绕组不需与其他电源连接。因此,它具有结构简单,制造、使用和维护方便,运行可靠以及质量较小,成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性,从空载到满载范围内接近恒速运行,能满足大多数工农业生产机械的传动要求。

大型异步电动机常用于隧道挖掘、轨道交通、化工压缩和舰船驱动等具有大功率、大输出转矩、高性能要求和特殊工作环境等场合。大型异步电动机起动与调速涉及到工程问题复杂且具有较强的危险性,例如其中大容量和大电流的特点容易对电网产生冲击,必须采用各类软起动方法;异常状态如缺相或堵转时温升较快;使用场景决定了其必须具有较强的可靠性和稳定性。大型异步电动机不仅能涵盖中小功率异步电机的运行特点,还具备大功率带来特殊之处和不可替代性,因此,掌握熟练驱动大型异步电动机的能力具有十分重要的理论和工程应用意义。

实验是现代科学理论和工程技术的基础,是检验科学理论和技术方法的试金石。工程技术是在科学理论的指导下以工程经验的积累为基础,采用工程和数学方法对工作模型进行抽象和推演,最后规划和设计出优化的方法和技术,回归到工程应用中。一个科学理论是否能得到大家的认可,需要由所建立的理论提供可以证实和证伪的实验来明确。同样,工程技术也需要实实在在的应用于具体工程中才能证明它的有效性和正确性,实验是其间必不可少的过渡环节。

本虚拟仿真实验项目对兆瓦级异步电机进行起动与调速实验,通过对参数定性的探究式调节,学习各参数对电机外特性的定性影响,并可直观观察电机内磁场及温度场的变化物理过程。


实验包括实验预习、课堂实验、实验考核三部分内容。

  • 1、实验预习

    主要通过图片及选择填空的形式了解电机结构、电机原理、接线方法、起动及调速实验知识。

  • 2、课堂实验

    (1)基础实验

    通过电磁感应原理学习,电机工作原理,拼装电机并完成星角接线,学习电机结构及接线方法,进行固有和人为机械特性实验,掌握电机结构和实验操作步骤;


  • (2)拓展实验

    根据起动与调速外特性要求,采用不同方式对电机进行起动、调速以及堵转脱困实验,自主调节参数,多次实验逼近外特性要求,掌握参数调节对外特性的影响规律;

  • (3)探究实验

    在缺相故障下进行电机起动与调速实验,填写实验主观评价,对比归纳不同工况下电机外特性的变化规律。

  • 3、实验考核

    进行选择题考核和提交实验报告。


实验步骤为:

  • 步骤1:电机拼装
    拼装电机定、转子,学习电机结构及绕组连接方式;

  • 步骤2:星角接线
    完成星角接线操作,学习电机接线盒内星角接线方法;

  • 步骤3:观察电机内电磁场及温度场
    电机通电后,观察径向截面磁场、径向截面和轴向截面温度场,学习电机内多物理场分布;

  • 步骤4:固有机械特性实验
    搭建T型等效电路,观察电机空载状态下的固有机械特性曲线,学习T型等效电路和电机各部分的等效关系及固有外特性;

  • 步骤5:人为机械特性实验
    选择转子串电阻方式接线,调节电阻柜手轮,获得实验要求的人为机械外特性;

  • 步骤6:全压起动演示实验
    通过声、光、警告等现象展示大型异步电动机全压起动的危害;

  • 步骤7:电机起动实验接线
    选择变频、串电阻、调压其中一种起动方式,根据该方式选择所用控制柜,并完成接线;

  • 步骤8:电机起动实验
    调节控制柜手轮或选择数值,完成参数调节,合闸开关,完成电机起动,并获得逼近实验要求的实验结果;

  • 步骤9:定性分析
    对比多次起动实验的所调节的参数与外特性曲线,定性分析参数调节对外特性的影响规律,并填写主观分析;

  • 步骤10电机调速实验
    选择与起动不同的方法对电机进行调速,重新接线,根据实验要对电机进行调速操作,并获得逼近实验要求的实验结果;

  • 步骤11电机堵转脱困实验
    电机发生堵转,在5分钟内尝试脱困,不能脱困可选择停机,根据脱困时间及停机时尝试电流评分;

  • 步骤12故障起动
    缺相故障下,选择变频、串电阻、调压、串电抗其中一种起动方式起动电机,自主接线,重复步骤8;

  • 步骤13故障调速
    采用故障起动的方法,在缺相故障下对电机进行调速操作,获得逼近实验要求的实验结果;

  • 步骤14对比学习
    对比非故障及故障状态下电机的起动与调速的参数调节与实验结果,归纳不同工况下电机外特性的变化规律;

  • 步骤15实验考核
    完成20个选择题的实验考核;

  • 步骤16实验报告
    整理对比实验结果,填写主观评价与学习收获,完成实验报告。


预习资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息类型 操作
         

操作资料

序号 资源信息分类 资源信息名称 资源信息编号 资源信息类型 费用 收费有效期
1 操作 实验操作 01 外部链接 0.00 0

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