电机系统实验指导书.docx
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电机系统实验指导书
目录
第一章直流电机2
实验一认识实验2
实验二直流发电机6
实验三直流电动机12
第二章变压器16
实验一单相变压器16
实验二三相变压器21
实验三三相变压器的联接组和不对称短路28
第三章异步电机36
实验一三相鼠笼异步电动机的工作特性36
实验二三相异步电动机的起动与调速44
第四章同步电机48
实验一三相同步发电机的运行特性48
实验二三相同步发电机的并联运行53
实验三三相同步电动机59
第五章电机机械特性的测定63
实验一直流他励电动机机械特性63
实验二三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性68
实验三异步电机的M-S曲线测绘72
第一章直流电机
实验一认识实验
一．实验目的
1．学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等部件及使用方法。
3．熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。
二．预习要点
1．如何正确选择使用仪器仪表，特别是电压表、电流表的量程。
2．直流电动机起动时，励磁电源和电枢电源应如何调节？
为什么？
若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？
3．直流电动机调速及改变转向的方法。
三．实验项目
1．了解电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。
2．用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3．直流他励电动机的起动，调速及改变转向。
四．实验设备
1．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1）
2．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2）
3．可调电阻箱（NMEL-03/4）
4．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13）
5．直流电压、电流表
6．直流并励电动机M03
7．开关（NMEL-05）
五．实验说明及操作步骤
1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。
2．在控制屏上按次序悬挂NMEL-13、NMEL-03/4组件，并检查NMEL-13和涡流测功机的连接。
3．用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1。
R：
可调电阻箱（NMEL-03/4）中的单相可调电阻R1。
V：
直流电压表
A：
直流安培表
（1）经检查接线无误后，直流电动机电枢电源调至最小，R1调至最大，直流电压表量程选为300V档，直流电流表量程选为2A档。
（2）依次按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，使直流电动机电枢电源的船形开关处于“ON”，建立直流电源，并调节直流电源至110V输出。
调节R1使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），改变电压表量程为20V，迅速测取电机电枢两端电压UM和电流Ia。
将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取UM、Ia，填入表1-1。
（3）增大R（逆时针旋转）使电流分别达到0.15A和0.1A，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=
。
表1-1室温0C
序号
UM（V）
Ia（A）
R（Ω）
Ra平均（Ω）
Raref（Ω）
1
Ra11
Ra1
Ra12
Ra13
2
Ra21
Ra2
Ra22
Ra23
3
Ra31
Ra3
Ra32
Ra33
表中Ra1=（Ra11+Ra12+Ra13）/3
Ra2=（Ra21+Ra22+Ra23）/3
Ra3=（Ra31+Ra32+Ra33）/3
（4）计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验测得电枢绕组电阻值，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电枢绕组电阻值：
Raref=Ra
式中Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。
（Ω）
Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。
（Ω）
θref——基准工作温度，对于E级绝缘为750C。
θa——实际冷态时电枢绕组的温度。
（0C）
4．直流电动机的起动
实验开始时，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”旋钮逆时针旋到底。
（1）按图1-6接线，检查电机导轨和NMEL-13的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠。
（2）将直流电动机电枢电源调至最小，直流电动机励磁电源调至最大。
（3）合上控制屏的漏电保护器，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，分别使直流电动机励磁电源船形开关和直流电动机电枢电源船形开关处于“ON”位置，此时，电动机电枢电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，调节旋钮，使电动机电枢电源输出220V电压。
5．调节他励电动机的转速
（1）分别改变电动机电枢电源和励磁电流，观察转速变化情况。
（2）调节”转速/转矩设定”旋钮，改变转矩，注意转矩不要超过1.1N.m，以上两种情况可分别观察转速变化情况。
6．改变电动机的转向
将直流电动机电枢电源调至最小，”转速/转矩设定”旋钮逆时针调到底，先断开电动机电枢电源，再断开励磁电源，使电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。
7．测量工作特性和机械特性
（1）将直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢电源调至最小。
检查涡流测功机与NMEL-13是否相连，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”旋钮逆时针旋到底，使船形开关处于“ON”，按实验一方法起动直流电机，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。
（2）调额定值!
（关键）
【具体方法是，电枢电源调220，然后增加负载让电流达到额定值I=IN，然后减小励磁电源让速度达到额定转速n=nN=1600r/min，需要反复调节】
直流电机正常起动后，调节直流电动机电枢电源的输出至220V，再分别调节直流电动机励磁电源和“转速/转矩设定”旋钮，使电动机达到额定值：
U=UN=220V，I=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。
（3）保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节”转速/转矩设定”旋钮，测取电动机电枢电流I、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-2中。
表1-2U=UN=220VIf=IfN=mA
实验
数据
I（A）
n（r/min）
T2（N.m）
六．注意事项
1．直流他励电动机起动时，须将励磁电源调到最大，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢电源调至最小，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将电枢电源调至220V，使电机正常工作。
2．直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。
同时，必须将电枢电源调回最小值，励磁电源调到最大值，给下次起动作好准备。
3．测量前注意仪表的量程及极性，接法。
七．实验报告
1．画出直流并励电动机电枢串电阻起动的接线图。
说明电动机起动时，电动机电枢电源和电动机励磁电源应如何调节？
为什么？
2．减小电枢电源，电机的转速如何变化？
减小励磁电源，转速又如何变化？
3．用什么方法可以改变直流电动机的转向？
4．为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？
5．绘出并励电动机调速特性曲线n=f（U）和n=f（If）。
第二章变压器
实验一单相变压器
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UO=f（IO），PO=f（UO）。
2．短路实验测取短路特性UK=f（IK），PK=f（I）。
3．负载实验保持U1=U1N，
=1的条件下，测取U2=f（I2）。
四．实验设备
1．交流电压表、电流表、功率、功率因数表
2．可调电阻箱（NMEL-03/4）
3．开关（NMEL-05）
4．单相变压器
五．实验方法
1．空载实验
实验线路如图2-1。
实验时，变压器低压线圈2U1、2U2接电源，高压线圈1U1、1U2开路。
A、V1、V2分别为交流电流表、交流电压表。
其中用一只电压表，交替观察变压器的原、副边电压读数。
W为功率表，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。
实验步骤：
a．未上主电源前，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。
并合理选择各仪表量程。
b．合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN。
c．然后，逐次降低电源电压，在1.2~0.5UN的范围内；测取变压器的U0、I0、P0，共取6~7组数据，记录于表2-1中。
其中U=UN的点必须测，并在该点附近测的点应密些。
为了计算变压器的变化，在UN以下测取原边电压的同时测取副边电压，填入表2-1中。
e．测量数据以后，断开三相电源，以便为下次实验作好准备。
表2-1
序号
实验数据
U0（V）
I0（A）
PO（W）
U2
1
2
3
4
5
6
7
2．短路实验
实验线路如图2-2。
（每次改接线路时，都要关断电源）
实验时，变压器T的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
A、V、W分别为交流电流表、电压表、功率表，选择方法同空载实验。
实验步骤：
a．未上主电源前，将调压器调节旋钮逆时针调到底。
b．合上交流电源绿色“闭合”开关，接通交流电源，逐次增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN为止。
在0.5~1.1IN范围内测取变压器的UK、IK、PK，共取6~7组数据记录于表2-2中，其中IK=IN的点必测。
并记录实验时周围环境温度（OC）。
表2-2室温θ=OC
序号
实验数据
U（V）
I（A）
P（W）
1
2
3
4
5
6
3．负载实验
实验线路如图2-3所示。
变压器T低压线圈接电源，高压线圈经过开关S接到负载电阻R上。
R选用NMEL-03/4的R1电阻。
开关S采用NMEL-05的双刀双掷开关，电压表、电流表、功率表（含功率因数表）的选择同空载实验。
实验步骤：
a．未上主电源前，将调压器调节旋钮逆时针调到底，S断开，负载电阻值调节到最大。
b．合上交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=UN，此时I2=0，即空载，记录第一组数据。
c．在保持U1=UN的条件下，合下开关S，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻R的值，从空载到额定负载范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。
d．测取数据时，I2=0和I2=I2N必测，共取数据6~7组，记录于表3-3中。
表3-3
=1U1=UN
序号
1
2
3
4
5
6
7
U2（V）
I2（A）
0
六．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。
2．短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。
七．实验报告
1．计算变比K
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UO=f（IO），PO=f（UO）。
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线上查出对应于Uo=UN时的IO和PO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）。
（2）计算短路参数。
从短路特性曲线上查出对应于短路电流IK=IN时的UK和PK值，由下式算出实验环境温度为θ（OC）短路参数。
折算到低压方
由于短路电阻rK随温度而变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75OC时的阻值。
式中：
234.5为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为228。
阻抗电压
IK=IN时的短路损耗
4．变压器的电压变化率ΔU
（1）绘出
=1和外特性曲线U2=f（I2），由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率ΔU
第三章异步电机
实验一三相鼠笼异步电动机的工作特性
一．实验目的
1．掌握三相异步电机的空载、堵转和负载试验的方法。
2．用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。
3．测定三相笼型异步电动机的参数。
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．工作特性和参数的测定方法。
三．实验项目
1．测量定子绕组的冷态电阻。
2．判定定子绕组的首未端。
3．空载试验。
4．短路试验。
5．负载试验。
四．实验设备
1．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1）
2．电机导轨及测功机、矩矩转速测量组件（NMEL-13）
3．交流电压表、电流表、功率、功率因数表
4．直流电压、电流表
5．可调电阻箱（NMEL-03/4）
6．开关（NMEL-05）
7．三相鼠笼式异步电动机M04
五．实验方法及步骤
1．测量定子绕组的冷态直流电阻。
用万用表测!
准备：
将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁芯的温度。
当所测温度与冷动介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。
记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。
2．判定定子绕组的首未端
先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意二相绕组串联，如图3-2所示。
将调压器调压旋钮退至零位，合上绿色“闭合”按钮开关，接通交流电源，调节交流电源，在绕组端施以单相低电压U=80~100V，注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的未端与首端相联，如图3-2（a）所示；反之，如测得电压近似为零，则二相绕组的未端与未端（或首端与首端）相连，如图3-2（b）所示。
用同样方法测出第三相绕组的首未端。
3．空载试验
测量电路如图3-3所示。
电机绕组为△接法（UN=220V），且电机不与测功机同轴联接，不带测功机。
a．起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，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。
（如电动机转向不符合要求，则对调任意两相电源。
）
b．保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。
c．调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，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。
d．在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7-9组记录于表3-3中。
表3-3
序号
UOC（V）
IOL（A）
PO（W）
UAB
UBC
UCA
UOL
IA
IB
IC
IOL
PI
PII
PO
1
2
3
4
5
6
7
4．短路实验
测量线路如图3-3。
将测功机和三相异步电机同轴联接。
a．将起子插入测功机堵转孔中，使测功机定转子堵住。
将三相调压器退至零位。
b．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。
a．在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率，共取4-5组数据，填入表3-4中。
做完实验后，注意取出测功机堵转孔中的起子。
表3-4
序号
UOC（V）
IOL（A）
PO（W）
UAB
UBC
UCA
UK
IA
IB
IC
IK
PI
PII
PK
1
2
3
4
5
6
7
5．负载实验
选用设备和测量接线同空载试验。
实验开始前，NMEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”旋钮逆时针到底。
a．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压，并在试验中保持此额定电压不变。
b．调节测功机”转速/转矩设定”旋钮使之加载，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。
c．从这负载开始，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、转矩等数据，共读取5-6组数据，记录于表3-5中。
表3-5UN=220V（△）
序号
IOL（A）
PO（W）
T2（N.m）
n（r/min）
IA
IB
IC
I1
PI
PII
P1
1
2
3
4
5
6
六．实验报告
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；
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=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
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
定、转子漏抗
（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
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
激磁电阻
式中PFe为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。
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