电机学实验指导书改Word格式.docx

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名称

数量

1

DD03

导轨、测速发电机及转速表

1台

2

DJ23

校正直流测功机

3

DJ13

直流复励发电机

4

D31

直流数字电压、毫安、安培表

2件

5

D44

可调电阻器、电容器

1件

6

D51

波形测试及开关板

7

D42

三相可调电阻器

2、屏上挂件排列顺序

D31、D44、D31、D42、D51

五、实验方法

1、他励直流发电机

按图2-3接线。

图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。

校正直流测功机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。

MG、G及TG由联轴器直接连接。

开关S选用D51组件。

Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。

R1选用D44的180Ω变阻器。

R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。

当负载电流大于0.4A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。

直流电流表、电压表选用D31、并选择合适的量程。

（1）测空载特性

1）把发电机G的负载开关S打开，接通控制屏上的励磁电源开关，将Rf2调至使G励磁电流最小的位置。

2）使MG电枢串联起动电阻R1阻值最大，Rf1阻值最小。

仍先接通控制屏下方左边的励磁电源开关，在观察到MG的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，起动直流电动机MG，其旋转方向应符合正向旋转的要求。

图2－3直流他励发电机接线图

3）电动机MG起动正常运转后，将MG电枢串联电阻R1调至最小值，将MG的电枢电源电压调为220V，调节电动机磁场调节电阻Rf1，使发电机转速达额定值，并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。

4）调节发电机励磁分压电阻Rf2，使发电机空载电压达U0＝1.2UN为止。

5）在保持n=nN＝1600r/min条件下，从U0＝1.2UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2使发电机励磁电流逐次减小，每次测取发电机的空载电压U0和励磁电流If，直至If＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。

6）测取数据时U0＝UN和If＝0两点必测，并在U0＝UN附近测点应较密。

7）共测取7～8组数据，记录于表2-2中

表2-2n=nN＝1600r/minIL=0

U0（V）

If（mA）

（2）测外特性

1）把发电机负载电阻R2调到最大值，合上负载开关S。

2）同时调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的分压电阻Rf2和负载电阻R2使发电机的IL＝IN，U＝UN，n=nN，该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流IfN，记录该组数据。

3）在保持n=nN和If＝IfN不变的条件下，逐次增加负载电阻R2，即减小发电机负载电流IL，从额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流IL，直到空载（断开开关S，此时IL=0），共取6-7组数据，记录于表2-3中。

表2-3n＝nN＝r/minIf＝IfN＝mA

U（V）

IL（A）

（3）测调整特性

1）调节发电机的分压电阻Rf2，保持n=nN，使发电机空载达额定电压。

2）在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流IL，同时相应调节发电机励磁电流If，使发电机端电压保持额定值U＝UN。

3）从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流IL和励磁电流If，共取5-6组数据记录于表2-4中。

表2-4n=nN＝r/minU＝UN＝V

2、并励发电机实验

1）先切断电枢电源，然后断开励磁电源使电机MG停机，同时将启动电阻调回最大值，磁场调节电阻调到最小值为下次启动做好准备。

在断电的条件下将发电机G的励磁方式从他励改为并励，接线如图2-4所示。

Rf2选用D42的900Ω电阻两只相串联并调至最大阻值，打开开关S。

2）先接通励磁电源，然后启动电枢电源，使电动机起动。

调节电动机的转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接成他励方式进行充磁。

3）合上开关S逐渐减小Rf2，观察发电机电枢两端的电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件。

如果不能自励建立电压，将励磁回路的两个插头对调即可。

4）对应着一定的励磁电阻，逐步降低发电机转速，使发电机电压随之下降，直至电压不能建立，此时的转速即为临界转速。

（2）测外特性

图2－4直流并励发电机接线图

1）按图2-4接线。

调节负载电阻R2到最大,合上负载开关S。

2）调节电动机的磁场调节电阻Rf1、发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机的转速、输出电压和电流三者均达额定值，即n=nN，U=UN，IL=IN。

记录此时的励磁电流If值，即为额定励磁电流IfN。

3）保持额定值时的Rf2阻值及n=nN不变，逐次减小负载，直至IL=0，从额定到空载运行范围内每次测取发电机的电压U和电流IL。

4）共取6-7组数据,记录于表2-5中。

表2-5n＝nN＝r/minRf2=常值

3、复励发电机实验

（1）积复励和差复励的判别

1）接线如图2-5所示，Rf2选用D42的1800Ω阻值。

C1、C2为串励绕组。

2）合上开关S1将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述并励发电机外特性试验方法，调节发电机输出电流IL=0.5IN。

3）打开短路开关S1,在保持发电机n,Rf2和R2不变的条件下,观察发电机端电压的变化,若此时电压升高即为积复励,若电压降低则为差复励。

4）如果想改变励磁方式（积复励、差复励）只要对调串励绕组接线插头C1,C2即可。

图2－5直流复励发电机接线图

（2）积复励发电机的外特性

1）实验方法与测取并励发电机的外特性相同。

先将发电机调到额定运行点，n=nN，U=UN，IL=IN。

2）保持此时的Rf2和n=nN不变，逐次减小发电机负载电流，直至IL=0。

3）从额定负载到空载范围内，每次测取发电机的电压U和电流IL，共取6-7组数据，记录于表2-6中。

表2-6n＝nN＝r/minRf2=常数

六、注意事项

1、直流电动机MG起动时，要注意须将R1调到最大，Rf1调到最小，先接通励磁电源，观察到励磁电流If1为最大后，再接通电枢电源，使MG起动运转。

起动完毕，应将R1调到最小。

2、做外特性时，当电流超过0.4A时,R2中串联的电阻调至零并用导线短接,以免电流过大引起变阻器损坏。

七、实验报告

1、根据空载实验数据,作出空载特性曲线,由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。

2、在同一坐标纸上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。

分别算出三种励磁方式的电压变化率：

并分析差异原因。

3、绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。

八、思考题

1、并励发电机不能建立电压有哪些原因？

2、在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？

为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？

2-3直流并励电动机

1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。

2、掌握直流并励电动机的调速方法。

1、什么是直流电动机的工作特性和机械特性？

2、直流电动机调速原理是什么？

1、工作特性和机械特性

保持U=UN和If=IfN不变，测取n、T2、η=f（Ia）、n=f（T2）。

2、调速特性

（1）改变电枢电压调速

保持U=UN、If=IfN=常数，T2=常数，测取n=f（Ua）。

（2）改变励磁电流调速

保持U=UN，T2=常数，测取n=f（If）。

3、观察能耗制动过程

四、实验方法

1台

DJ15

直流并励电动机

2件

1件

D31、D42、D51、D31、D44

3、并励电动机的工作特性和机械特性

（1）按图2-6接线。

校正直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。

Rf1选用D44的900Ω阻值，按分压法接线。

Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。

R1用D44的180Ω阻值。

R2选用D42的900Ω串联

900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。

图2—6直流并励电动机接线图

（2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。

（3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流If2为校正值（100mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：

U＝UN，I＝IN，n＝nN。

此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。

（4）保持U＝UN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。

测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。

共取数据9-10组，记录于表2-7中。

表2－7U＝UN＝VIf=IfN=mAIf2=100mA

实

验

数

据

Ia（A）

n（r/min）

IF（A）

T2（N·

m）

计

算

P2（W）

P1（W）

η（％）

Δn（％）

4、调速特性

（1）电枢绕组串电阻调速

1）直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，Ia=0.5IN，If＝IfN记下此时MG的IF值。

2）保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia。

3）共取数据8-9组，记录于表2-8中

表2－8If＝IfN＝mAIF=A（T2＝N·

m）If2=100mA

Ua（V）

（2）改变励磁电流的调速

1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG的磁场调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，Ia＝0.5IN记下此时的IF值。

2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：

直至n＝1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia。

共取7－8组记录于表2－9中。

表2－9U＝UN＝VIF=A（T2＝N·

m）If2=100mA

5、能耗制动

（1）按图2-7接线，其中R1选用D44上90Ω串90Ω共180Ω阻值，Rf1选用D44上的900Ω串900Ω共1800Ω阻值，RL选用D42上900Ω串900Ω再加上900Ω并900Ω共2250Ω阻值。

。

图2－7并励电动机能耗制动接线图

（2）把M的电枢串联起动电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小位置。

S1合向1端位置，然后合上控制屏下方右边的电枢电源开关，使电动机起动。

（3）运转正常后，将开关S1合向中间位置，使电枢开路。

由于电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。

（4）将R1调回最大位置，重复起动电动机，待运转正常后，把S1合向RL端，记录停机时间。

（5）选择RL不同的阻值，观察对停机时间的影响（注意调节R1及RL不宜太小的阻值，以免产生太大的电流，损坏电机）

五、实验报告

1、由表2-7计算出P2和η，并给出n、T2、η＝f（Ia）及n＝f（T2）的特性曲线。

电动机输出功率：

P2＝0.105nT2

式中输出转矩T2的单位为N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。

电动机输入功率：

P1=UI

输入电流：

I=Ia+IfN

电动机效率：

由工作特性求出转速变化率：

2、绘出并励电动机调速特性曲线n＝f（Ua）和n=f（If）。

分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。

3、能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系？

为什么？

该制动方法有什么缺点？

六、思考题

1、并励电动机的速率特性n＝f（Ia）为什么是略微下降？

是否会出现上翘现象？

上翘的速率特性对电动机运行有何影响？

2、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动机转速降低？

3、当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？

4、并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？

第三章变压器实验

3-1单相变压器

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

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

1、空载实验

测取空载特性U0=f（I0），P0=f（U0）,cosφ0=f（U0）。

2、短路实验

测取短路特性UK=f（IK），PK=f（IK）,cosφK=f（IK）。

3、负载实验

（1）纯电阻负载

保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。

（2）阻感性负载

保持U1=UN，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f（I2）。

四、实验方法

1、实验设备

D33

数/模交流电压表

D32

数/模交流电流表

D34-3

智能型功率、功率因数表

DJ11

三相组式变压器

D43

三相可调电抗器

2、屏上排列顺序

D33、DJ11、D32、D34-3、D51、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PN=77V·

A，U1N/U2N=220/55V，I1N/I2N=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）选好所有测量仪表量程。

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“启动”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1.2～0.3UN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

实验数据

计算数据

I0（A）

P0（W）

UAX（V）

cosφ0

4、短路实验

（1）按下控制屏上的“停止”按钮，切断三相调压交流电源，按图3-2接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。

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）选好所有测量仪表量程，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，直到短路电流等于1.1IN为止，在（0.2～1.1）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℃

计算数据

UK（V）

IK（A）

PK（W）

cosφK

5、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S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。

RL选用D42上4只900Ω变阻器相串联共3600Ω阻值，XL选用D43，功率因数表选用D34-3，开关S1和S2选用D51挂箱

图3-3负载实验接线图

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3-3cosφ2=1U1=UN=V

序号

U2（V）

I2（A）

（2）阻感性负载（cosφ2=0.8）

1）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=U1N，且保持不变。

3）合上S1、S2，在保持U1=UN及cosφ2=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，测取变压器U2和I2。

4）测取数据时，其I2=0，I2=I2N两点必测，共测取数据6-7组记录于表3-4中。

表3-4cosφ2=0.8U1=UN=V

五、注意事项

1、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。

2、短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。

六、实验报告

1、计算变比

由空载实验测变压器的原副方电压的数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比K。

K=UAX/Uax

2、绘出空载特性曲线和计算激磁参数

（1）绘出空载特性曲线U0=f（I0），P0=f（U0），cosφ0=f（U0）。

式中：

（2）计算激磁参数

从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式算出激磁参数

3、绘出短路特性曲线和计算短路参数

（1）绘出短路特性曲线UK=f（IK）、PK=f（IK