电机实验教程最新版.docx

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电机实验教程最新版

电工电子实验中心

实验指导书

电机与电力拖动基础

实验教程

二○○九年十月

高等学校电工电子实验系列

电机与电力拖动基础实验教程

主编曹玉东潘慧梅

攀枝花学院电气信息工程学院

电工电子实验中心

内容简介

本书以DSZ-1型电机系统实验装置为主线，详细介绍了电机学，电机与拖动基础、电机与电力拖动等课程的实验及相关的实验原理、实验装置等。

本书可供电气工程及自动化、机电一体化、自动化及其他电气类、自动化类大中专学生作为“电机学”、“电机与拖动基础”、“电机与电力拖动基础”等课程的实验教学用书。

前言

《电机与电力拖动实验》课是电气工程、自动化等专业教学中的一个重要教学环节。

《电机与电力拖动实验》教材是根据电机与电力拖动实验教学大纲，配合DSZ-1型电机系统实验装置而编写的。

DSZ-1型电机系统实验装置的最大优点是：

整套装置保护系统齐全，操作方便，有利于放手让学生进行实验，真正做到每位学生都能既动手又动脑，充分调动每位学生的主观能动性和创新性，有利于培养学生分析和解决问题的能力。

本书共分两部分：

第一部分为电机与电力拖动实验的基本要求和方法；第二部分为具体实验内容。

本书的编写意图注重启发式的实验教学方法，将理论知识、专业技术知识因势利导地传授给学生，使理论、专业技术知识和实验原理、方法有较强的可读性和可操作性。

通过实验让学生掌握电机及电力拖动的工作原理。

全书由攀枝花学院电气信息工程学院及电工电子省级实验示范中心曹玉东、潘慧梅老师主编。

由于作者水平有限，书中错误之处在所难免，恳请广大师生及读者提出宝贵意见及建议。

编者

2009年10月

目录

电机与电力拖动实验的基本要求和方法I

实验一直流电机认识实验-1-

实验二直流发电机特性实验-4-

实验三直流并励电动机-10-

实验四单相变压器实验-14-

实验五三相变压器实验-21-

实验六三相变压器的联接组和不对称短路（综合实验）-29-

实验七三相鼠笼式异步电动机的工作特性-42-

实验八三相异步电动机的起动和调速实验（综合实验）-50-

实验九三相同步发电机的运行特性（综合实验）-55-

实验十三相同步发电机的并联运行-55-

实验十一系统供电的直流他励电动机的机械特性-55-

实验十二直流他励电动机的机械特性-55-

实验十三三相异步电动机力矩与电压关系（设计实验）-55-

参考文献……………………………………………………………………………….77

附录…………………………………………………………………………………….78

电机与电力拖动实验的基本要求和方法

一、电机与拖动实验的基本要求

电机与电力拖动实验课的目的是通过实验环节来巩固和加深对电机与电力拖动理论的理解，是对学生进行实验基本方法和操作技能的训练。

要求学生根据实验目的，能拟定实验方法、实验线路，正确选择仪表及其量程，制定实验步骤、测取数据，并进行分析与比较．从而得出正确结论和提出问题，最后写出实验报告。

在实验过程中，要求学生思想集中，态度认真，掌握实事求是的科学方法．并做到每位学生都能参与实验操作。

具体地说要求每位学生做到：

1、实验前的准备

实验前应按实验目的，预习与实验有关的课程、仪表使用方法。

认真阅读实验指导书中的实验目的、内容、方法、步骤和注意事项，列出测取数据的表格。

抄录被试电机的铭牌、实验设备和仪表的型号与规格，并完成事先要求的参数计算，写出实验预习报告。

2、实验的进行

（1）、实验是以小组为单位进行，采用DSZ-1实验装置．每小组4人；

（2）、熟悉被试电机机组、设备和仪表的型号和有关的技术数据，将设备、仪表布置在恰当位置上．便于接线、测取数据和实验操作。

（3）、根据实验线路图接线，接线要求连接导线长短与粗细恰当、整齐简单．便于操作和检查。

一般接线原则是：

先接串联主回路，再接并联支路。

即先从电源一端点开始，依次串接各设备、仪表和开关等，最后回到电源另一端点，然后再接各并联支路。

（4）、在实验线路接好后，要经指导老师检查确认正确无误，并招呼全组同学注意，才准合闸电源，起动电机，并观察起动过程是否正常，若出现异常应立即切断电源，检查原因，排除故障，经指导老师再度认可后，才能迸行逐项实验．测取数据，并随时注意实验情况是否正常．数据是否合理，待实验内容全部完成后．应请指导老师检查测取数据是否合乎正常范围，经同意后方可折除接线．并整理好实验台．仪表、导线和工具。

3、实验报告实验报告是根据实验目的、内容和测取的数据以及实验进行中发生的现象，经分析、比较和研究后写出的实验总结．它是培养学生独立工作能力和基本工程技木训练的一个重要的教学环节。

因而每位学生都应认真独立完成、实验报告内容要简明轭要，图文清晰，结论明确。

二、电机与拖动实验室安全操作规程

为了确保实验时的人员安全和设备安全，参加实验的人员都应严格遵守实验室的安全操作规程。

安全操作规程如下：

1．实验前每位学生都应认真阅读实验指导书中内容、注意事项和仪表正确使用方法，并写出实验预习报告，方可参加实验。

2．不允许带电操作。

3．接好实验线路或每次实验中途改接线路后，必须经实验措导老师检查，认为正确无误，并招呼同组实验人员引起注意后，方可准许合闸电源开关。

4．在实验过程中．如发生事故．不要惊慌，应立即切断电源，保护现场。

并报告指导老师，待查明原因和妥善处理后，经指导老师同意方可继续进行实验。

5．实验时应将围巾、手套脱下，并注意衣服（尤其是裙子）、发辫、导线等不要靠近电机旋转部分以防卷入；严禁用脚和手促使电机制动或起动．6．实验室总电源由指导老师掌管，学生不得操作。

实验一直流电机认识实验

一、实验目的

1．进行电机实验的安全教育和明确实验的基本要求。

2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件。

3．学习直流并励电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法。

二、预习内容

1．直流电机起动的基本要求。

2．直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？

3．直流电动机起动时，励磁回路串联的磁场变阻器应调至什么位置？

为什么？

三、实验项目

1．了解DSZ-1实验装置中电机实验台D01的直流稳压电源、测功机、变阻器、多量程直流电压电流表D41、电动机D17的使用方法。

2．直流并励电动机电枢串联电阻起动。

3．改变串入电枢回路电阻或改变串入励磁回路电阻时，观察电动机转速变化情况。

四、实验线路及操作步骤

1．讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。

介绍装置的使用方法。

2．仪表和变阻器的选择

仪表的量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择。

（1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220伏的直流电压，选用D41的300伏量程档的直流电压表。

由于电表在满刻度的70%左右测量精度最佳以及用高量程测量低电压时相对误差大，因此不应选用450伏档。

（2）电流量程的选择

因为额定电流为1.1安，测量电枢电流的电表A1可选用D41的2A量程档的直流电流表。

额定励磁电流小于0.16安，电流表A2选用200毫安量程档。

（3）变阻器的选择

变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定。

3．直流并励动机的起动

实验线路如图1-1所示。

图中为直流并励电动机，选用D17，额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.1A，额定转速nN=1600r/min，额定励磁电流IN<0.16A。

为测功机，

测速发电机。

直流电压电流表选用D41。

Rf选用阻值为3000欧，电流为0.22安的变阻器，作为直流并励电动机励磁回路串接的电阻。

这两只变阻器附设在D01的右侧。

接线完毕，把直流电机

与测功机

之间用联轴器直接联接，由测速发电机

测量电动机的转速。

直流220伏电源由D01右测可调直流稳压电源提供。

实验前应将电压调节旋钮调整到中间位置，起动后应检查电压是否可调，如发现电压不能调节，应关机检查原因。

图1—1直流并励电动机接线图

4.并励电动机的起动步骤

（1）接线时应切断电源。

接好线后检查接线是否正确，电表的极性、量程选择是否对，励磁回路接线是否牢靠。

然后，将起动电阻R1调到阻值最大位置，磁场调节电阻Rf调到最小位置，作好起动准备。

（2）将电源控制屏D02上钥匙开关转到开的位置，面板上红色指示灯亮，再按下D02面板上带绿色指示灯‘开’的按钮，绿灯亮红灯熄。

（3）打开D01右面面板上的直流电源按钮，电动机接入电源，电机起动，电压表和电流表均有读数。

（4）电动机起动时，注意观察D01面板上转速表指针偏转方向，若不正确，可拔动面板上转速正、反向开关来纠正。

调节直流电源调压旋钮，使电动机端电压加到220伏。

减小起动电阻R1，直至短接，起动完毕。

5.调节并励电机的转速

分别改变串入电枢回路的调节电阻和励磁回路的调节电阻，观察转速变化情况。

6.改变电动机的转向

切断电源，将电枢两端或励磁绕组两端接线对调后，起动电机，观察电动机转向及转速表指针偏转方。

五、注意事项

1、D41直流电压电流表的九芯插头，应插到实验台的九芯插座中。

2、测量前注意仪表的量程、极性及接法，测量时按下测量键。

3、直流电源启动前应将电压调切旋钮调整到中间位置，起动后电压可在160-250伏的范围内均匀调节。

如发现输出电压不可调或调节范围偏小，应关机检查线路，如发现输出电压为0伏，则应检查保险丝是否熔断，一旦确准电源有故障，应及时检查，待修复后方可使用。

六实验报告

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，起动电阻R1和磁场调节电阻Rf应调到什么位置？

为什么？

2、增大电枢回路的调节电阻，电机的转速是如何变化？

增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？

3、用什么方法可以改变直电动机的转向？

4、为什么要求直流并励电动机回路的接线要牢靠？

实验二直流发电机特性实验

一、实验目的

1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性

2．通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件

二、预习要点

1．什么是发电机的运行特性？

对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取？

2．做空载实验时，励磁电流为什么必须单方向调节？

3．并励发电机的自励条件有哪些？

4．如何确定复励发电机是积复励还是差复励？

三、实验项目

1．直流他励发电机

（1）空载特性

保持n＝nN和I＝0，测取U0＝f（If）。

（2）外特性

保持n＝nN和If＝IfN，测取U＝f（I）。

（3）调节特性

保持n＝nN和U＝UN，测取If＝f（I）。

2．直流并励发电机

（1）自励条件

（2）外特性

保持n＝nN和Rf＝常值，测取U＝f（I）。

3．直流复励发电机

积复励发电机外特性

保持n＝nN和Rf＝常值，测取U＝f（I）。

四、实验线路及操作步骤

实验直流发电机选用电机编号为D13，其额定点PN=100W,UN=200V，IN=0.5A,nN=1600r/m。

1．他励直流发电机

他励发电机的空载、调整及外特性三个实验内容都按图2.1接线。

图2.1直流他励发电机接线图

图中

为D17直流电动机，

为D13直流发电机，其额定值PN=100W，UN=200V，IN=0.5A，nN=1600r/min。

、

和涡流测功机通过联轴器直接连接，R2为发电机的负载电阻，选用D51，采用串并联的2250欧，当负载电流大于0.4安时用并联部分，而将串联部分调至最小，否则将烧坏串联部分电阻。

Rf2选用D51，采用分压器接法，阻值为900Ω，开关S选用D61开关箱，直流电流电压选用D41。

（1）空载特性

打开S1，S2开关，把Rf2调至输出电压最小的位置，选好电压电流表量程，起动直流电动机，从测功机端观察机组的转向应符合逆时针方向旋转。

调节电动机电枢电阻R1到最小，电动机输入电压为220V，调节电动机磁场调节电阻Rf2，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。

合上发电机励磁电源开关S1，调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达U0=1.25UN为止。

在保持n=nN的条件下，从U0=1.25UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2，使发电机励磁电流逐渐减小，直至If2＝0。

每次测取发电机的空载电压U0和励磁电流If，共取7－8组数据，记录于表2.1中。

其中U0=UN和If=0两点必须测取，并在U0=UN附近测点应较密。

表2.1n=nN=________r/min

U0（V）

If（A）

（2）外特性

在空载实验后，把发电机负载电阻R2调至最大值，合上负载开关S2，同时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n=nN，U=UN，I=IN，该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定电流If2N，在保持n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐渐增加负载电阻R2，即减小发电机负载电流。

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I，直至空载（拉开开关S2），共取6－7组数据，记录于表2.2中。

其中额定和空载两点必测。

表2.2n=nN=________r/minIf=IfN=________A

U（V）

I（A）

（3）调整特性

合上S1开关，调节发电机的磁场调节电阻Rf2，使发电机空载时达额定电压，在保持发电机转速n=nN条件下，合上负载开关S2，调节负载电阻R2，逐渐增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If2，使发电机端电压保持额定值U=UN，从发电机的空载至额定负载范围内测取发电机的输出电流I和励磁电流If，共取5－6组数据记录于表2.3中。

实验完毕，切断电源。

表2.3n=nN=________r/minU=UN=_________A

I（A）

If（A）

2．并励直流发电机

并励直流发电机自励条件和外特性实验都按图2.2接线。

图2.2直流并励发电机接线图

（1）自励条件

电阻Rf2调至最大，起动电动机后，调节电动机的转速，使发电机转速n=nN。

用直流电表测量发电机是否有剩磁电压，可将并励绕组改接他励发进行充磁，但在做完他励发电机实验后进行该实验，其剩磁电压一定存在。

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，如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调连接即可。

（2）外特性

在并励发电机自励建压后，调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S2，同时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n=nN，U=UN，I=IN，在保持此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载（即增大电阻R2），直至I=0，从额定到空载运行范围内测取发电机的电压U和电流I，共取6－7组数据，记录于表2.4中，其中额定和空载两点必测。

实验完毕，切断电源。

表2.4n=nN=________r/minRf=常值

U（V）

I（A）

3．复励发电机

实验电路按图2.4接线，实验所需设备与他励直流发电机实验相同。

2.3复励发电机接线图

量程选择除了Rf2阻值改为1800Ω（2个900Ω串联），C1C2为串励绕组，其余同他励直流发电机实验。

（1）积复励和差复励的判别

先合上开关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实验方法，调节发电机输出电流I=0.5IN。

然后打开短路开关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，若此时电压上升即为积复励，若电压降低为差复励。

如要把差复励改为积复励。

对调串励绕组接线即可。

（2）积复励发电机的外特性

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，I=IN，在保持此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小发电机负载（即增大电阻R2），直至I=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I，共取6－7组数据，记录于表2.55中，其中额定和空载两点必测。

实验完毕，切断电源。

表2.5n=nN=________r/minRf=常值

U（V）

I（A）

五、注意事项

1、起动直流电动机，R1调到最小，起动完毕，R1调到最小。

2、做外特性是，当电流超过0.4安时，R2中串联的电阻调至零，以免损坏。

六、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、在同一坐标上绘出他励、并励和复励发电机的三张外特性曲线。

分别计算三种励磁方式的电压变化率：

ΔU=

×100％

并分析差异的原因。

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。

七、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-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边低？

为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？

实验三直流并励电动机

一、实验目的

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。

二、预习要点

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?

三、实验项目

1．工作特性和机械特性

保持U＝UN和If＝IfN不变，R1=0，测取n、M2、n＝f（Ia）及n=f（M2）。

2．调速特性

（1）改变电枢电压调速

保持U＝UN，If＝IfN常值，M0＝常值，测取n＝f（Ua）。

（2）改变励磁电流调速

保持U＝UN，M2＝常值，R1＝0，测取n＝f（If）。

四、实验线路及操作步骤

1、并励电动机的工作特性和机械特性

实验线路如图3.1所示。

图3.1直流并励电动机接线图

电机选用D17直流并励电动机，测功机作为电动机负载。

按实验一方法起动直流并励电动机，其转向从测功机端观察为逆时针方向。

将电动机电枢调节电阻Rl调至零，同时调节直流电源调压旋钮，测功机的加载旋钮和电动机的磁场调节电阻Rf，调到其电机的额定值U＝UN，I＝IN，n＝nN，其励磁电流即为额定励磁电流IfN，在保持U=UN和I＝IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即将测功机的加载旋钮逆时针转动直至零。

测取电动机输入电流I，转速n和测功机的转矩M，共取6—7组数据，记录于表3.1中，即为电机的自然机械特性。

表3.1U=UN＝__________VIf=IfN＝__________AR1＝_________Ω

实

验

数

据

I（A）

n（r/min）

M2（N·m）

计

算

数

据

Ia（A）

P2（W）

η（%）

表中Ra对应于环境温度00C时电动即电枢回路的总电阻，可由实验室给出。

2．调速特性

（1）改变电枢端电压的调速

直流电动机起动后，将电阻Rl调至零，同时调节负载（测功机）、直流电源及电阻Rf，使U＝UN，I＝0.5IN，If＝IfN，保持此时的M2的数值和If＝IfN，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，Rl从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和输入电流I，共取5—6组数据，记录于表3.2中。

表3.2If=IfN＝__________AM2=_______________N·m

Ua（V）

n（r/min）

I（A）

Ia（A）

（2）改变励磁电流的调速

直流电动机起动后，将电阻Rl和电阻Rf调至零，同时调节直流调压旋钮和测功机加载旋钮，使电动机U＝UN，I＝0.5IN，If＝IfN，保持此时的M2数值和U＝UN的值，逐次增加磁场电阻Rf，直至n＝1.3nN，每次测取电动机的n、If和I，共取5—6组数据，记录于表3.3中。

表3.3U=UN＝__________VM2=_____________N·m

n（r/min）

If（A）

I（A）

Ia（A）

（3）能耗制动

为了实验方便，DSZ—1电机实验装置配有直流电动机能耗控制箱，编号为D62。

接线前，先将D62箱体背面两芯头插入实验台的两芯插座中。

接线图如图3-2所示。

图中D52作为能耗制动电阻RL接到面板上R、R、两接线柱。

电动机电枢的两个端分别接到A+、A-接线柱。

起动电阻R1接到C+、C-两接线柱。

并励绕组与磁场调节电阻Rf串联后接到F+、F-两接线柱。

图3-2并励电动机能耗制动接线图

五、实验报告

1．由表3—1计算出Ia、P2和η，并绘出n、M、n＝f（Ia）及n＝f（M2）的自然特性曲线。

电动机输出功率P2＝0.105nM2

式中输出转矩M2的单位为N．M，转速n的单位为r／min。

电动机输入功P1＝U（Ia＋IfN）

电动机效率η＝

×100％

由工作特性求出转速变化率：

Δn＝

×l00％

2．由表3－2在同一坐标纸上画出R1+Ra=100％RaN时的人工机械特性曲线。

3．绘出并励电动机调速特性曲线n＝f（U）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。

八、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?

是否出现上翘现象?

为什么?

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“飞速”?

为什么？

实验四单相变压器实验

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