自动控制元件实验指导书

目录●实验室安全操作守则●实验一：直流继电器逻辑电路实验●实验二：单相变压器实验●实验三：三相感应电动机实验●实验四：自整角机实验实验室安全操作守则1．首次进入实验室参加实验的学生应认真听取实验指导教师对于安全内容的介绍。

2．实验室总电源由指导教师负责，学生不得擅自接触。

3．为确保人身安全，电机实验时应注意衣服、围巾、发辫及实验用线，防止卷入电动机旋转部件。

实验过程中需妥善保管好水杯、饮料瓶等容器，不许放置在实验操作台上。

4．学生进行实验时，独立完成的实验线路连接或改接，须经指导教师检查无误并提醒注意事项后，方可接通电源。

5．严禁带电接线、拆线、接触带电裸露部位及电机旋转部件。

6．各种仪表、设备在使用前应先确认其所在电路的额定工作状态，选择合理的量程。

若认为仪表、设备存在问题或发生故障，应报告指导教师，不得自行排除故障。

7．实验中发生故障时，必须立即切断电源并保护现场，同时报告指导教师。

待查明原因并排除故障后，才可继续进行实验。

8．实验室内禁止打闹、大声喧哗、乱扔废物以及其它不文明行为。

9．实验开始后，学生不得远离实验装置或做与实验无关的事。

10．实验完毕后应首先切断电源，再经指导教师检查实验数据后方可拆除实验线路，并将实验仪表、用线摆放整齐。

实验一直流继电器逻辑电路实验一、实验目的1．掌握直流继电器主要特征2．掌握继电器逻辑电路设计方法3．根据给定的逻辑要求能实现继电器逻辑控制电路的设计与连接。

二、预习思考题1．继电器逻辑控制电路的作用是什么?2．如何实现继电器逻辑控制电路?三、实验主要设备介绍继电器逻辑电路实验设备实物图1．继电器逻辑电路实验设备直流继电器：动作线圈额定电压直流12V，触点二常开、二常闭，共8只。

★注意本实验中的直流继电器，常开与常闭触点间有一个公共端，设计电路时要考虑这个结构的影响。

直流稳压电源：正电源+12V；负电源0～-12V可调。

发光二极管：串联电阻后工作电压12V，正向发光红色，反向发光绿色，共4组。

★注意发光二极管电路中串联有电阻，考虑此处发光二极管为什么要串联电阻使用？设计电路时应注意电阻的存在和影响。

拨动开关：单刀或双刀双掷，共3只。

按钮开关：双触点，共4只。

★注意考虑、理解双触点的含义。

2．直流电流表：100mA档。

四、实验说明1．继电器吸合实验按图一进行接线。

逐渐增加-12V可调电压输出（实验中的继电器线圈不区分极性，所以绝对值越大，电压越高），记录继电器线圈吸合、发光二极管变亮时的电流值，此值为吸合电流。

同时记录额定电压下的电流值。

在继电器线圈吸合状态下，逐渐减小-12V可调电压输出，记录发光二极管变暗时的电流值，此值为释放电流。

将接到线圈的电压极性反向，再重复测一次，比较测试结果。

再选取一个继电器重复上述实验，将测试结果记录在表一当中。

-12V发光二极管图一继电器吸合实验电路表一：★本实验当中储备系数=额定电流/吸合电流；返回系数=释放电流/吸合电流2．用继电器及按钮开关实现直流电动机的正、反转。

逻辑动作要快：正转按钮按动一下后即可连续正转工作(红色发光二极管连续发光)，反转按钮按一下，正向电压切断，然后电动机反向转动(绿色发光二极管连续发光)。

无论何种运行状态，从—种转向运转向另—种转向的切换过程中，不得发生电源短路现象。

无论正、反转，按下停止按钮均应停止工作(两个发光二极管均不亮、所有继电器动作线圈均无电压)。

可以参考图二的单向起停控制电路，在其基础上进行设计。

继电器常开触点电动机图二电动机单向起停控制电路以下实验项目选做两项：3．用继电器和拨动开关实现如下动作：启动开关合上后，依次启动l#至3#共三台电动机(用三对发光二极管检测动作状态)，动作顺序不得颠倒；启动开关断开后，从l#至3#电机依次停止。

4．用继电器和按钮开关实现如下动作：启动开关按下后，依次启动l#至3#共三台电动机(用三对发光二极管检测动作状态)，动作顺序不得颠倒；停止按钮按下后，从3#至1#电机依次停止(与上题相反)。

5．用继电器和按钮开关实现三人抢答器功能，要求：任意一个按钮按下后，其对应的发光二极管持续发亮，其他按钮再按也无动作，总停止按钮按下后恢复抢答状态。

6．用继电器和按钮开关实现直流电动机的持续运转和点动状态动作：持续动作按钮按一下，电机持续运转，直至停止按钮按下，无论电机是否持续运行，点动按钮按一下即应转为点动状态，按一下、动作一下，按钮抬起即停止工作。

点动状态下，按持续动作按钮应转入持续动作状态。

五、实验报告1．画出各逻辑动作实验的电路接线图。

2．分析各逻辑控制电路是否已经是最简电路，可否减少元件数目而实现同样功能？3．（选做）自行设计一可控制三台直流电动机正反转的继电器逻辑控制电路，要能达到一定的逻辑互锁的功能(其中某一些电机转动时禁止另一些电机转动。

4．请谈一下此次实验的体会与对实验内容及实验指导书的改进意见。

实验二单相变压器一、实验目的通过实验研究变压器的特性和参数，并熟悉它们的测量方法。

二、预习思考题变压器都有哪些参数？变压器的空载特性与饱和现象的关系，短路特性与饱和有关吗？三、实验主要设备介绍1.容量为3kV A的三相变压器取中间一相（BY，by）作为单相变压器进行实验，容量为1kV A。

★以下为实验设备中三种不同型号的变压器，感兴趣的同学可以对比一下这三种变压器的实验数据，分析每种变压器的参数特点及引起它们之间差异的潜在原因。

2.容量为2kV A的接触调压器取AX作为220V交流电源输入端，ax为输出端。

★下图为220V交流电源与接触调压器的连接图，注意在开关交流电源时要顺时针旋转。

3.负载电阻箱★实验当中有两种负载，左图电阻箱每个并联支路上都有一开关，所有支路断开时即为空载。

右图电阻箱工作原理类似于滑线变阻器，需串联一刀闸开关实现空载。

4.仪表：交流电压表，交流电流表，功率表等。

★下图为功率表实物图，注意对照原理图回顾瓦特表的接线方法及数据读取方法，考虑功率表读数为什么会出现负值？四、实验项目1.了解变压器的结构和铭牌数据。

★ 铭牌数据通常包括变压器的型号、额定值及其它一些数据，本实验中只了解其额定值。

2.求取空载特性：0I 、0P 、m r 、m X 、00cos ()f U ϕ=的关系曲线。

3.求取短路特性：k I 、k P 、k r 、k X 、k cos ()k f U ϕ=的关系曲线。

4.求取外特性：22()U f I =的关系曲线。

五、实验说明1.了解变压器的结构，抄录仪表的量程、规格。

★ 思考：负载、空载、短路实验考察了变压器哪些特性？这些特性是如何影响仪表的选择？ 2.记录变压器的初、次级电阻1r 及2r ，变压器壳体上已给出数据，按给出的数据记录。

1r = 2r =3.负载实验：（1）负载实验按图一接线，在次级空载（断开负载电阻f R ）的情况下，调节ax 两端输出电压，使得次级（by 侧）达到额定电压，即2110U V =，测量此时初级电压1U ，得到变压器实际变比：12U K U == （2）闭合负载开关2K ，在保持初级电压1U 不变的情况下（若要保持1U 不变，需要微调调压器ax 的输出电压）逐渐减小负载电阻f R ，使初级电流1I 逐渐增加至5A 左右，读取该过程中6个状态下的数据，记录在表一当中。

图一负载实验接线图★由于存在磁滞现象，铁磁材料的磁化过程是不可逆的。

变压器的铁心也属于铁磁材料，所以为保证实验数据的有效性，应按照逐渐增大或逐渐减小的单一变化过程来改变负载电阻。

因此在实验过程中增加负载（减小负载电阻值）要循序渐进，不要盲目。

表一：★注意：因为空载时绕组中铜损耗很小，空载损耗接近于铁损耗。

4．短路实验：按图二接线。

高压边做初级，与调压器输出连接。

低压边做次级，用导线短接。

I增大到5A，然后再进行短路实验时，首先缓慢增大调压器的输出电压，使初级电流1逐渐减小调压器输出电压，记录电压降低过程中的6组数据，将实验数据记入表三中。

注意I达到额定值时的一组数据（即为变压器容量除以额定电压得到的4.5A左右的额定电流）。

测1by图二短路实验接线图★仪表量程选择依据：因为短路电压只有额定电压的3～5％，因此选择交流电压表的量程时不要大于额定电压的5％。

表三5．空载实验：按图三接线。

进行空载实验时，调节调压器使初级电压（注意该实验当中初级指by一U(约为40～130V)的范围内变化，选取其中的6组数据进行记录，并将侧）在0.4～1.22N实验数据记录在表四中。

注意对额定电压点进行测量（即110V，该值会对后期实验数据处理产生影响，注意测量）。

BY图三空载实验接线图I是用来建立磁场的，一般只占额定电流的2%～10%，故★仪表量程选择依据：空载电流I就够了。

这里用by做初级也是考虑在功率不变的情况下，低压电流表的量程只需选10%2N侧的电流值会比较大，方便读数。

表四★注意：空载时绕组中铜损耗很小，空载损耗接近于铁损耗。

铜损耗主要是指变压器结构当中的铜线绕组的损耗，此时流过绕组的电流非常小，相应损耗也就很小。

六、实验报告要求1．空载实验数据整理及计算：a ．额定电压下空载电流百分比： 001/100%N i I I =⨯b ．额定电压时的空载损耗：20m I r ⨯c ．绘出空载的： 00()I f U = 2．短路实验的数据整理及计算：a ．额定电流时短路电压的百分比：1/100%K N U U ⨯b ．额定负载时的铜损耗：22121122Cu Cu Cu P P P I r I r =+=+c ．绘出短路的： ()K K I f U = 3．绘出外特性：22()U f I =4．请谈一下此次实验的体会与对实验内容及实验指导书的改进意见。

附：往届学生提问：1. 变压器1KVA 的容量是如何确定的？有什么作用？变压器的容量一般情况下可以认为是额定电压与额定电流的乘积，至于额定电压、电流的取值往往与变压器的结构参数相关，虽然说变压器工作点不在其容量下时也可以起到变压的作用，但此时的变压器工作效率往往低于其额定工作点。

所以如果选择变压器时不能简单的考虑电压的变比，应该选择适合负载工作范围的合适容量的变压器。

2. 为什么要采用如此巨大的负载箱？这里可以认为负载箱的大小与其消耗功率是相关的。

在电阻两端电压一定的情况下，阻值越小，所消耗的功率也就越大，所以其发热量越大，因此大体积的电阻散热作用更加明显，所以多个此类电阻的并联造成负载箱的体积比较大。

实验三三相感应电动机实验一、实验目的1．掌握测试三相感应电动机效率的实验方法。

2．根据实验结果求取三相感应电动机效率曲线和机械特性曲线。

★转矩—转差率特性是感应电动机最主要的特性，从转矩—转差率特性曲线我们可以了解到感应电机最大转矩、起动转矩和机械特性等电机关键参数与特性，以上这些参数和特性对电机控制策略的选择与实施影响很大。