电机学实验指导书.docx
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电机学实验指导书
第二章直流电机实验
2-3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lf=lfN不变，测取n、T2、n=f（la）、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、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
直流电压、毫安、电流表
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
、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44
、并励电动机的工作特性和机械特性
2的900Q串联900Q共1800Q阻值。
Ri用D44的180Q阻值。
艮选用
）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，用干测量电动机的转矩和输出功率。
Ri选用D44的1800Q阻值R2选用D4
D42的900Q串联900Q再加900Q并联900Q共2250Q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Rfi调至最小值，电枢串联起动电阻Ri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（50mA或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，1=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=Vlf=lfN=mAIf2=mA
实验数据
la（A）
n（r/min）
If（A）
T2（N•m）
计
算数据
P2（W）
P1（W）
n（%）
△n（%）
4、调速特性
（1）改变电枢端电压的调速
1）直流电动机M运行后，将电阻Ri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Rfi，使M的U=Un,I=0.5In,lf=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Ri的阻值，降低电枢两端的电压Ua,使Ri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la。
3）共取数据8-9组，记录于表2-8中
表2—8lf=IfN=mAT2=N•m
Ua（V）
n（r/min）
la（A）
（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,I=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la。
共取7—8组记录于表2—
9中。
表2一9U=Un=VT2=N•m
n（r/min）
If（mA）
la（A）
（3）能耗制动
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
直流电压、毫安、安培表
2件
5
D41
二相可调电阻器
1件
6
D42
二相可调电阻器
1件
7
D44
可调电阻器、电容器
1件
8
D51
波形测试及开关板
1件
2）屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D41、D31、D44
3）按图2-7接线，先把Si合向2端，合上控制屏下方右边的电枢电源开关,
把M的Rfi调至零，使电动机的励磁电流最大。
5）运转正常后，从Si任一端拔出一根导线插头，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。
图2-7并励电动机能耗制动接线图
6）重复起动电动机，待运转正常后，把Si合向Rl端，记录停机时间。
7）选择Rl不同的阻值，观察对停机时间的影响。
五、实验报告
1、由表2-7计算出P2和n,并给出n、T2、n=f（la）及n=f（T2）的特性曲线。
电动机输出功率：
P2=0.105nE
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：
氏100%
R
n0nN
由工作特性求出转速变化率：
n%—n—100%
nN
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？
七、思考题
1、并励电动机的速率特性n=f（la）为什么是略微下降？
是否会出现上翘现象？
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”？
为什么?
第三章变压器实验
3-3三相变压器的联接组和不对称短路
一、实验目的
1、掌握用实验方法测定三相变压器的极性。
2、掌握用实验方法判别变压器的联接组。
3、研究三相变压器不对称短路。
4、观察三相变压器不同绕组联接法和不同铁心结构对空载电流和电势波形的影响。
二、预习要点
1、联接组的定义。
为什么要研究联接组。
国家规定的标准联接组有哪几种。
2、如何把Y/Y-12联接组改成Y/Y-6联接组以及把Y/△-11改为Y/△-5联接组。
3、在不对称短路情况下，哪种联接的三相变压器电压中点偏移较大。
4、三相变压器绕组的连接法和磁路系统对空载电流和电势波形的影响。
三、实验项目
1、测定极性
2、连接并判定以下联接组
（1）Y/Y-12
（2）Y/Y-6
（3）Y/△-11
⑷Y/△-5
3、不对称短路
（1）Y/Y0-12单相短路
（2）Y/Y-12两相短路
4、测定Y/Y0连接的变压器的零序阻抗。
5、观察不同连接法和不同铁心结构对空载电流和电势波形的影响。
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
DJ12
三相心式变压器
1件
6
D51
波形测试，开关板
1件
7
单踪示波器（另配）
1台
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ12、DJ11、D51
3、测定极性
（1）测定相间极性
被测变压器选用三相心式变压器DJ12,用其中高压和低压两组绕组，额定容量P=152/152WU=220/55V,In=0.4/1.6A，Y/Y接法。
测得阻值大的为高压绕组，用A、B、C、X、Y、Z标记。
低压绕组标记用a、b、c、x、y、z。
1）按图3-8接线。
A、X接电源的UV两端子，Y、Z短接。
2）接通交流电源，在绕组A、X间施加约50%Un的电压。
3）用电压表测出电压Uby、Ucz、Ubc，若Ubc=IUby-UczI，则首末端标记正确；若UBC=IUby+UCZI，则标记不对。
须将B、C两相任一相绕组的首末端标记对调。
4）用同样方法，将B、C两相中的任一相施加电压，另外两相末端相联，定出每相首、末端正确的标记。
z
源电流交压调相一一厂ODD
3-8测定相间极性接线图
⑵测定原、副方极性
u
—1■▼■
I
V
B
Y
y
W
4
C
亠Z
k1
z
A
X
x
c
r\r^r\_（
图3-9测定原、副方极性接线图
1）暂时标出三相低压绕组的标记a、b、c、x、y、乙然后按图3-9接线,原、副方中点用导线相连。
2）高压三相绕组施加约50%的额定电压，用电压表测量电压Uax、Uby、Ucz、Uax、Uby、Ucz、UAa、UBb、Ucc，若UAa=UAx-Uax，贝A相高、低压绕组同相，并且首端A与a端点为同极性。
若UAa=UAx+Uax，贝UA与a端点为异极性。
3）用同样的方法判别出B、b、C、c两相原、副方的极性。
4）高低压三相纟绕组的极性确定后，根据要求连接出不同的联接组。
4、检验联接组
⑴Y/Y-12
图3-10Y/Y-12联接组
（a）接线图（b）电势相量图
按图3-10接线。
A、a两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的额定电压，测出Zb、阪、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表3-11中
表3-11
实验数据
计算数据
Uab
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
Ucc
（V）
Ubc
（V）
UAB
Kl—
Uab
UBb
（V）
Ucc
（V）
Ubc
（V）
根据Y/Y-12联接组的电势相量图可知：
UBbUcc（Kl1）Uab
UbcUab心―1
（b）电势相量图
将Y/Y-12联接组的副方绕组首、末端标记对调,A、a两点用导线相联，如
图3-11所示
按前面方法测出电压Uab、Uab、UBb、Ucc及Ubc，将数据记录于表3-12中
表3-12
实验数据
计算数据
Uab
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
Ucc
（V）
Ubc
（V）
UAB
KlUab
UBb
（V）
Ucc
（V）
Ubc
（V）
根据Y/Y-6联接组的电势相量图可得
UBbUcc（Kl1—
UbcUab.,K「KL—1）
若由上两式计算出电压UBb、Ucc、Ubc的数值与实测相同，则绕组连接正确,属于Y/Y-6联接组。
⑶丫/△-11
二A、a两端点用导线相连，高压方施加对称额定电压，测取
及Ubc，将数据记录于表3-13中
按图3-12接线
UaB、Uab、UBb、Ucc
图3-12Y/△-11联接组
（a）接线图（b）电势相量图
表3-13
实验数据
计算数据
Uab
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
Ucc
（V）
Ubc
（V）
UAB
KlUab
UBb
（V）
Ucc
（V）
Ubc
（V）
根据Y/△-11联接组的电势相量可得
UBbUccUbcUab.Kf3Kl1
若由上式计算出的电压UBb、Ucc、UBc的数值与实测值相同，则绕组连接正确，属Y/△-11联接组。
⑷Y/△-5
将Y/△-11联接组的副方绕组首、末端的标记对调，如图3-13所示。
实验
方法同前，测取UaB、Uab、UBb、Ucc和Ubc，将数据记录于表3-14中
图3-13Y/△-5联接组
（a）接线图
（b）电势相量图
表3-14
实验数据
计算数据
Uab
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
Ucc
（V）
UBc
（V）
UAB
KLUab
UBb
（V）
Ucc
（V）
UBc
（V）
根据丫/△-5联接组的电势相量图可得
UBbUccUBcUabK—3K「1
若由上式计算出的电压UBb、Ucc、UBc的数值与实测相同，则绕组联接正确,属于Y/△-5联接组。
5、不对称短路
（1）Y/Yo连接单相短路
<1>二相心式变压器
U1V
VU2
图3-14Y/Y0连接单相短路接线图
表3-15
|2K（A）
Ia（A）
Ib（A）
|C（A）
Ua（V）
Ub（V）
Uc（V）
Ua（V）
Ub（V）
Uc（V）
Uab（V）
Ubc（V）
Uca（V）
<2>三相组式变压器
被测变压器改为三相组式变压器，接通电源，逐渐施加外加电压直至
U=CB=UC=220V测取副方短路电流和原方电流Ia、Ib、Ico将数据记录于表3-16中
表3-16
l2K（A）
Ia（A）
Ib（A）
Ic（A）
Ua（V）
Ub（V）
Uc（V）
Ua（V）
Ub（V）
Uc（V）
Uab（V）
Ubc（V）
Uca（V）
（2）Y/Y联接两相短路
<1>三相心式变压器
按图3-15接线。
将交流电源电压调至零位置。
接通电源，逐渐增加外施
电压，直至l2K~I2N为止，测取变压器副方电流以和原方电流Ia、IB、IC将数
据记录于表3-17中
图3-15Y/Y连接两相短路接线图
表3-17
l2K（A）
Ia（a）
Ib（A）
Ic（A）
Ua（V）
Ub（V）
Uc（V）
Ua（V）
Ub（V）
Uc（V）
Uab（V）
Ubc（V）
Uca（V）
<2>三相组式变压器
被测变压器改为三相组式变压器，重复上述实验，测取数据记录于表3-18中
表3-18
|2K（A）
Ia（A）
Ib（A）
Ic（A）
Ua（V）
Ub（V）
Uc（V）
Ua（V）
Ub（V）
Uc（V）
Uab（V）
Ubc（V）
Uca（V）
6、测定变压器的零序阻抗
（1）三相心式变压器
按图3-16接线。
三相心式变压器的高压绕组开路，三相低压绕组首末端串
联后接到电源。
将电压调至零，接通交流电源，逐渐增加外施电压，在输入电
流10=0.251n和10=0.51n的两种情况下，测取变压器的I。
、U0和P。
，将数据记录
图3-16测零序阻抗接线图
表3-19
Iol（A）
Uol（V）
Pol（W）
0.25In=
0.5In=
（2）三相组式变压器
由于三相组式变压器的磁路彼此独立，因此可用三相组式变压器中任何一台单相变压器做空载实验，求取的激磁阻抗即为三相组式变压器的零序阻抗。
若前面单相变压器空载实验已做过，该实验可略。
7、分别观察三相心式和组式变压器不同连接方法时空载电流和电势的波形。
（1）三相组式变压器
图3-17观察丫/Y和Yo/Y连接三相变压器空载电流和电势波形的接线图
〈1〉Y/Y连接
按图3-17接线。
三相组式变压器作Y/Y连接，把开关S打开（不接中线）。
接通电源后，调节输入电压使变压器在0.5Un和UN两种情况下通过示波器观察空载电流io，副方相电势e°和线电势ei的波形（注：
丫接法LN=380V。
在变压器输入电压为额定值时，用电压表测取原方线电压Uab和相电压Uax,将数据记录于表3-20中。
表3-20
实验数据
计算数据
Uab（V）
Uax（V）
Uab/Uax
〈2〉Yo/Y连接
接线与Y/Y连接相同，合上开关S,即为Yo/Y接法。
重复前面实验步骤,
观察io，e”，e波形，并在Ui=Un时测取Uab和Uax将数据记录于表3-21中＜
实验数据
计算数据
Uab（V）
Uax（V）
Uab/Uax
〈3〉Y/△连接
按图3-18接线。
开关S合向左边，使副方绕组不构成封闭三角形。
接通电源，调节变压器输入电压至额定值，通过示波器观察原方空载电流io。
相电压U
4,副方开路电势Uaz的波形，并用电压表测取原方线电压Uab、相电压Ux以及副方开路电压Uaz将数据记录于表3-22中。
合上开关S,使副方为三角形接法，重复前面实验步骤，观察i。
、S以及副方三角形回路中谐波电流的波形，并在U=Un时，测取5、Ux以及副方三角形回路中谐波电流，将数据记录于表3-23中。
（2）、选用三相心式变压器，重复前面
（1）⑵⑶波形实验，将不同铁心结构所
得的结果作分析
a
图3-18观察Y/△连接三相变压器空载电流三次谐波电流和电势波形的接线图
实验数据
计算数据
Uab（V）
Uax（V）
Uaz（V）
Uab/Uax
表3-23
实验数据
计算数据
Uab（V）
Uax（V）
l谐波（A）
Uab/Uax
五、实验报告
1、计算出不同联接组的UBb、Ucc、Ubc的数值与实测值进行比较，判别绕组连接是否正确。
2、计算零序阻抗
Y/Y0三相心式变压器的零序参数由下式求得：
载功率
分别计算lo=0.25lN和lo=0.5lN时的Zo、r。
、Xo,取其平均值作为变压器的零
3、计算短路情况下的原方电流
（1）Y/Yo单相短路
副方电流la|2K,|bIc0
原方电流设略去激磁电流不计，则
2I2K
IA
3K
I2K
IBIC
3K
式中K为变压器的变比。
将IA、Ib、Ic计算值与实测值进行比较，分析产生误差的原因，并讨论Y/Yo三相组式变压器带单相负载的能力以及中点移动的原因。
（2）Y/Y两相短路
副方电流laIbI2K,IC0
I2K.
原万电流IAIB一，IC0
K
把实测值与用公式计算出的数值进行比较，并做简要分析。
4、分析不同连接法和不同铁心结构对三相变压器空载电流和电势波形的影响。
5、由实验数据算出Y/Y和丫/△接法时的原方Uab/Uax比值，分析产生差别的原因。
6根据实验观察，说明三相组式变压器不宜采用Y/Yo和Y/Y连接方法的
原因。
六、附录
变压器联接组校核公式
（设Uab1,UabKlUab心）
组别
UBb=Ucc
Ubc
UBc/UBb
12
Kl1
Kl1
>1
1
屁V^Kl1
Jk：
1
>1
2
12
JKlKl1
JK：
Kl1
>1
3
1
v'Kl73Kl1
>1
4
JK：
Kl1
Kl1
>1
5
jKfa/3Kl1
V'KlT3Kl1
=1
6
Kl1
JK：
Kl1
<1
7
v'kl2J3kl1
jKf1
<1
8
Jk：
Kl1
JK：
Kl1
<1
9
、；k：
1
v'Kl73©1
<1
10
Jk：
Kl1
Kl1
<1
11
V'KL2応Kl1
V'KlV3Kl1
=1
第四章异步电机实验
4-1三相鼠笼异步电动机的工作特性
一、实验目的
1、掌握用日光灯法测转差率的方法。
2、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。
3、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。
4、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。
二、预习要点
1、用日光灯法测转差率是利用了日光灯的什么特性？
2、异步电动机的工作特性指哪些特性？
3、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?
4、工作特性和参数的测定方法。
三、实验项目
1、测定电机的转差率。
2、测量定子绕组的冷态电阻。
3、判定定子绕组的首末端.
4、空载实验。
5、短路实验。
6负载实验。
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
DJ23
校正过的直流电机
1件
3
DJ16
三相鼠笼异步电动机
1件
4
D33
交流电压表
1件
5
D32
交流电流表
1件
6
D34-3
单三相智能功率、功率因数表
1件
7
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
8
D42
三相可调电阻器
1件
9
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D34-3、D31、D42、D51
三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。
3、用日光灯法测定转差率
日光灯是
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