电机学实验指导书.docx
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电机学实验指导书
实验一单相变压器
、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（lo）,Po=f（Uo）,COS©0=f（Uo）。
2、短路实验
测取短路特性UK=f（IK）,PK=f（lK）,COS©K=f（lK）。
3、负载实验
（1）纯电阻负载
保持U1=Un,cos©2=1的条件下，测取U2=f（l2）。
（2）阻感性负载
保持U1=Un,cos©2=0.8的条件下，测取U2=f（l2）
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
D33
交流电压表
1件
2
D32
交流电流表
1件
3
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
4
DJ11
三相组式变压器
1件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D43
三相可调电抗器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
图1-1空载实验接线图
2、空载实验
1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图1-1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=77WUn/U2n=220/55V,IM2n=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）选好所有电表量程。
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“开”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Uo=1.2Un，然后逐次降低电源电压，在1.2〜0.2Un的范围内，测取变压器的Uo、Io、Poo
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1-1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1-1中。
表1-1
序
号
实验数据
计算数据
Uo（V）
Io（a）
Po（W）
Uax（V）
COS©0
3、短路实验
1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图1-2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。
u
1K
!
Pk
C
0UK:
W
i
*
*
源电流交压调相一一厂ODD
图1-2短路实验接线图
2）选好所有电表量程，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1-2中。
实验
时记下周围环境温度「C）。
表1-2室温C
序
号
实验数据
计算数据
Uk（V）
Ik（A）
Pk（W）
COS©k
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Uo=f（lo），Po=f（Uo）,COS©0=f（Uo）。
式中：
COS^oP°-
Uolo
（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
Po
rm2
10
Z—乜
m
10
Xm=Zm-rm
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（lK）、PK=f（lK）、COS©K=f（lk）。
（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9CC）时的短路参数。
Z'Uk
ZK
rK
折算到低压方
基准工作温度75C时的阻值。
计算短路电压（阻抗电压）百分数
4、利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“T”
lKiK
型等效电路。
5、变压器的电压变化率3
（1）绘出cos©2=1和cos©2=0.8两条外特性曲线U2=f（l2），由特性曲线计算出l2=l2N时的电压变化率
100%
U20
（2）根据实验求出的参数，算出l2=l2N、cos©2=1和l2=l2N、COS©2=0.8时的电压变化率△U。
lu=uKrcos;:
2uKXsin;:
2
将两种计算结果进行比较，并分析不同性质的负载对变压器输出电压U2的影
响。
6、绘出被试变压器的效率特性曲线
（1）用间接法算出cos©2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表1-5
）100%
P°+I2PKN
I2PNcos2P0I22Pkn
式中：
I；PNcos=P2（W）
PKn为变压器IK=lN时的短路损耗（W）；
P0为变压器U°=Un时的空载损耗（W）。
I2=丨2l2N为副边电流标么值
表1-5cos©2=0.8P°=WPkn=W
*
I2
P2（W）
n
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
（2）由计算数据绘出变压器的效率曲线n=f（l2）
（3）计算被试变压器n=nmax时的负载系数Bm。
实验二三相变压器
一、实验目的
1、通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。
2、通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。
二、预习要点
1、如何用双瓦特计法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。
2、三相心式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？
3、如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。
4、变压器空载和短路实验时应注意哪些问题？
一般电源应加在哪一方比较合适？
三、实验项目
1、测定变比
2、空载实验
测取空载特性U0L=f（l0L）,P0=f（U0L）,COS©0=f（U0L）。
3、短路实验
测取短路特性UKL=f（IKL），PK=f（IKL），COS©K=f（lKL）。
4、纯电阻负载实验
保持Ui=Un，COS©2=1的条件下，测取U2=f（|2）。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
D33
交流电压表
1件
2
D32
交流电流表
1件
3
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
4
DJ12
三相心式变压器
1件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D51
波形测试及开关板
1件
2、测定变比
图2-1三相变压器变比实验接线图
实验线路如图2-1所示，被测变压器选用DJ12三相三线圈心式变压器，额定容量Pn=152/152/152W,U=220/110/55V，In=0.4/0.8/1.6A，Y/△/Y接法。
实验时只用咼、低压两组线圈，低压线圈接电源，咼压线圈开路。
将三相交流电
源调到输出电压为零的位置。
开启控制屏上电源总开关，按下“开”按钮，电源接通后，调节外施电压U=0.5Un=27.5V测取高、低线圈的线电压Uab、Ubc、UcA、Uab、Ubc、Uca,记录于表2-1中。
表2-1
高压绕组线电压（V）
低压绕组线电压（V）
变比（K）
Uab
Uab
Kab
Ubc
Ubc
Kbc
Uca
Uca
Kca
计算：
变比K:
平均变比:
3、空载实验
1）将控制屏左侧三相交流电源的调压旋钮调到输出电压为零的位置，按下“关”按钮，在断电的条件下，按图2-2接线。
变压器低压线圈接电源，高压线圈开路
图2-2三相变压器空载实验接线图
2）按下“开”按钮接通三相交流电源，调节电压，使变压器的空载电压
U0l=1.2Un。
3）逐次降低电源电压，在（1.2〜0.2）Un范围内，测取变压器三相线电压、线电流和功率。
4）测取数据时，其中Uo=Un的点必测，且在其附近多测几组。
共取数据8-9
组记录于表2-2中。
表2-2
序
号
实验数据
计算数据
Uol（V）
Iol（A）
Po（W）
Uol
（V）
IoL
（A）
Po
（W）
COS①o
Uab
Ubc
Uca
Ia0
IbO
IcO
Po1
PO2
4、短路实验
1）将三相交流电源的输出电压调至零值。
按下“关”按钮，在断电的条件
下，按图2-3接线。
变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
2）按下“开”按钮，接通三相交流电源，缓慢增大电源电压，使变压器的
短路电流IKL=1.1IN。
图2-3三相变压器短路实验接线图
3）逐次降低电源电压，在1.1〜0.2In的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率。
4）测取数据时，其中Ikl=In点必测，共取数据5-6组。
记录于表2-3中。
实验时记下周围环境温度「C）,作为线圈的实际温度。
表2-3室温C
序
号
实验数据
计算数据
Ukl（V）
Ikl（A）
Pk（W）
Ukl
（V）
Ikl
（A）
Pk
（W）
COS①K
Uab
Ubc
Uca
Iak
Ibk
IcK
Pk1
PK2
五、注意事项
在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。
做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。
六、实验报告
1、计算变压器的变比
根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比
2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数
（1）绘出空载特性曲线U0L=f（l0L）,P0=f（U0L）,COS©0=f（U0L）
表5-2中
UUabUbcUca
UoL-3
IIaIbIc
0■一3
Po=P）1'P32
COS%-L
3UolIol
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线查出对应于
Uol=Un时的I0L和Po值，并由下式求取激磁参数。
相电压，相电流，三相空载功率（注：
丫接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）
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UKL=f（IKL），PK=f（IKL），COS©K=f（lKL）式中
（2）
Ukl
UABUBCUCA
（2）计算短路参数
从短路特性曲线查出对应于Ikl=In时的Ukl和Pk值，并由下式算出实验环境
温度9C时的短路参数
Pk
"「"kl=|N,Pk短路时的相电压、相电流、
三相短路功率。
折算到低压方
Zk
K2
K2
Xk
XkK2
2计算Ik=In时的短路损耗PKN=3IN：
：
rK75C
4、根据空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“T”型等效电路。
5、变压器的电压变化率
（1）根据实验数据绘出COS©2=1时的特性曲线U2=f（l2），由特性曲线计算出
|2=|2N时的电压变化率
20
⑵根据实验求出的参数，算出I2=In,cos©2=1时的电压变化率
-^=■（UKrCOS2UKXSin2）
6绘出被试变压器的效率特性曲线
（1）用间接法算出在cos©2=0.8时，不同负载电流时变压器效率，记录于表
表2-5
2-5中。
l2*
P2（W）
n
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
cos©2=0.8
P°=
W
Pkn=
W
P0I22PkN
*2
”I；Pncos」P0KN|22Pkn）100%
式中l*2PNCoS©2=P2
Pn为变压器的额定容量
Pkn为变压器Ikl=In时的短路损耗
P°为变压器的U°l=Un时的空载损耗
⑵计算被测变压器n=nmax时的负载系数Bm。
实验三三相异步电动机的起动与调速
一、实验目的
通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。
二、预习要点
1、复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。
2、复习异步电动机的调速方法。
三、实验项目
1、直接起动
2、星形一一三角形（Y-A）换接起动。
3、自耦变压器起动。
4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。
5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1件
2
DJ16
三相鼠笼异步电动机
1件
3
DJ17
三相线绕式异步电动机
1件
4
DJ23
校正过的直流电机
1件
5
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
6
D32
交流电流表
1件
7
D33
交流电压表
1件
8
D43
三相可调电抗器
1件
9
D51
波形测试及开关板
1件
10
DJ17-1
起动与调速电阻箱
1件
11
DD05
测功支架、测功盘及弹簧秤
1套
2、三相鼠笼式异步电机直接起动试验
图3-1异步电动机直接起动
1）按图3-1接线。
电机绕组为△接法。
异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接负载电机DJ2&
2）把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。
3）调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转，（如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电
源）。
4）再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下
“开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值（按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量）。
3、星形一一三角形（Y-A）起动
图3-2三相鼠笼式异步电机星形一一三角形起动
1）按图3-2接线。
线接好后把调压器退到零位。
2）三刀双掷开关合向右边（Y接法）。
合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，打开电源开关，待电机停转。
3）合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机（△）正常运行，整个起动过程结束。
观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定
性比较。
4、自耦变压器起动。
1）按图3-3接线。
电机绕组为△接法。
2）三相调压器退到零位，开关S合向左边。
自耦变压器选用D43挂箱。
3）合上电源开关，调节调压器使输出电压达电机额定电压220伏，断开电
源开关，待电机停转。
4）开关S合向右边，合上电源开关，使电机由自耦变压器降压起动（自耦
变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%、60%和80%）并经一定时间再把S合向左边，使电机按额定电压正常运行，整个起动过程结束。
观察起动瞬间电
流以作定性的比较。
图3-3三相鼠笼式异步电动机自耦变压器法起动
騎mTE饌兰理云—OUU
5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动
电机定子绕组Y形接法
1）按图3-4接线。
2）转子每相串入的电阻可用DJ17-1起动与调速电阻箱。
4）接通交流电源，调节输出电压（观察电机转向应符合要求），在定子电压为
180伏，转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流和转矩。
5）试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。
数据记入表3-2中
图3-4线绕式异步电机转子绕组串电阻起动
表3-2
Rst（Q）
0
2
5
15
Ist（A）
6线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速
1）实验线路图同图3-3。
同轴联接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机M的负载，MG的实验电路参考图2-5左接线。
电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。
2）合上电源开关，电机空载起动，保持调压器的输出电压为电机额定电压
220伏，转子附加电阻调至零。
3）调节校正电机的励磁电流If为校正值（100mA或50mA），再调节直流发电
机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变，改变
转子附加电阻（每相附加电阻分别为0Q、2Q、5Q、15Q），测相应的转速记录于表4-10中。
表3-3U=220VIf=mAT?
=N•m
rst（Q）
0
2
5
15
n（r/min）
五、实验报告
1、比较异步电动机不同起动方法的优缺点。
2、由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩：
（1）外施额定电压Uno（直接法起动）
⑵外施电压为Un3o（丫-△起动）
（3）外施电压为Uk/Ka,式中Ka为起动用自耦变压器的变比。
（自耦变压器起动）o
3、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。
4、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。
六、思考题
1、起动电流和外施电压成正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？
2、起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？
实验四认识直流电动机
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、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
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，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器？
不串接
会产生什么严重后果？
3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置？
为什
么？
若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？
4、直流电动机调速及改变转向的方法。
三、实验项目
1、了解DZ01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流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、实验设备及控制屏上挂件排列顺序
1、实验设备
序号
型号
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
1台
3
DJ15
直流并励电动机
1台
4
D31
直流数子电压、毫安、安培表
2件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D44
可调电阻器、电容器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
8
D41
三相可调电阻器
1件
五、实验说明及操作步骤
1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2
、用伏安法测电枢的直流电阻
图4-1测电枢绕组直流电阻接线图
（1）按图4-1接线，电阻R用D44上1800Q和180Q串联共1980Q阻值并调至最大。
A表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A档。
开关S选用D51挂箱。
（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。
调节R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），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。
将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据
列于表1-1中。
（3）增大R使电流分别达到0.15A和0.1A，用同样方法测取六组数据列于表4-1中。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值
1Ra（Ra1Ra2Ra3）
3
表4-1室温C
序号
U（V）
I（A）
R（平均）（Q）
Ra（Q）
Raref（Q）
1
Ra11=
Ra1=
Ra12=
Ra13=
2
Ra21=
Ra2=
Ra22=
Ra23=
Ra31=
Ra33=
表中:
（4）计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验直接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：
235+日ref
Raref=Ra
235+&a
式中Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。
（Q）。
Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。
（Q）。
9ref――基准工作温度，对于E级绝缘为75C。
0a――实际冷态时电枢绕组的温度。
「C）
3、直流仪表、转速表和变阻器的选择
直流仪表、转速表
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