电机学实验指导书学生讲解.docx
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电机学实验指导书学生讲解
第一章电机及电气技术实验的基本要求和安全操作规程
1-1实验的基本要求
电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。
培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。
在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。
现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备
实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。
实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。
认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。
二、实验的进行
1、建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。
2、选择组件和仪表
实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。
3、按图接线
根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。
为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。
4、起动电机，观察仪表
在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常（如指针正、反向是否超满量程等）。
如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
5、测取数据
预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。
正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。
6、认真负责，实验有始有终
实验完毕，须将数据交指导教师审阅。
经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
三、实验报告
实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。
实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告包括以下内容：
1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。
2）列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据（PN、UN、IN、nN）等。
3）列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。
4）数据的整理和计算
5）按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm×8cm，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。
6）根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。
实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
7）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
1-2实验安全操作规程
为了按时完成电机及电气技术实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程：
1）实验时，人体不可接触带电线路。
2）接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
3）学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
4）电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
5）总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。
第二章基础实验
实验一直流发电机
一、实验目的
1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。
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？
在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。
2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？
3、并励发电机的自励条件有哪些？
当发电机不能自励时应如何处理？
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、他励发电机实验
（1）测空载特性保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。
（2）测外特性保持n=nN使If=IfN，测取U=f（IL）。
（3）测调节特性保持n=nN使U=UN，测取If=f（IL）。
2、并励发电机实验
（1）观察自励过程
（2）测外特性保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。
3、复励发电机实验
积复励发电机外特性保持n=nN使Rf2＝常数，测取U＝f（IL）。
四、实验设备及挂件排列顺序
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
DJ13
直流复励发电机
1台
4
D31
直流电压、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
1件
7
D42
三相可调电阻器
1件
2、屏上挂件排列顺序
D31、D45-1、D31、D42、D51
五、实验方法
1、他励直流发电机
按图1-1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1750Ω变阻器，Rf2选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。
R1选用D45-1的185Ω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。
图1－1直流他励发电机接线图
（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励磁电压最小的位置。
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。
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1-1中
表1-1n=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
IL（A）
If（mA）
2、并励发电机实验
（1）观察自励过程
1）按实验2-1六中注意事项2使电机MG停机，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）按实验2-1六中注意事项1起动电动机，调节电动机的转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表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。
如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。
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。
3）保持此时Rf2的值和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
U（V）
IL（A）
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。
图2－5直流复励发电机接线图
4）如要把差复励发电机改为积复励,对调串励绕组接线即可。
（2）积复励发电机的外特性
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
U（V）
IL（A）
五、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，接通电枢电源，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。
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、在同一座标纸上绘出他励、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。
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？
实验二直流并励电动机
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，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、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
D45-1
可调电阻器、电容器
1件
7
D51
波形测试及开关板
1件
2、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D45-1
3、并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图2-1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1750Ω阻值。
Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。
R1用D44的185Ω阻值。
R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
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（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，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2-1中。
图2－1直流并励电动机接线图
表2－1U＝UN＝VIf=IfN=mAIf2=mA
实
验
数
据
Ia（A）
n（r/min）
IF（A）
T2（N·m）
计
算
数
据
P2（W）
P1（W）
η（％）
Δn（％）
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，I=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2-2中
表2－2If＝IfN＝mAT2＝N·m
Ua（V）
n（r/min）
Ia（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Ia。
共取7－8组记录于表2－3中。
表2－3U＝UN＝VT2＝N·m
n（r/min）
If（mA）
Ia（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
三相可调电阻器
1件
6
D42
三相可调电阻器
1件
7
D45-1
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、D45-1
3）按图2-2接线，先把S1合向2端，合上控制屏下方右边的电枢电源开关，把M的Rf1调至零，使电动机的励磁电流最大。
4）把M的电枢串联起动电阻R1调至最大，把S1合至电枢电源，使电动机起动，能耗制动电阻RL选用D41上180Ω阻值。
5）运转正常后，从S1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2－2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S1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2-1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？
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？
实验三三相变压器
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（I0L），P0=f（U0L）,cosφ0=f（U0L）。
3、短路实验测取短路特性UKL=f（IKL），PK=f（IKL），cosφK=f（IKL）。
4、纯电阻负载实验保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。
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、屏上排列顺序
D33、D32、D34－3、DJ12、D42、D51
3、测定变比
图4-1三相变压器变比实验接线图
实验线路如图4-1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，UN=220/63.6/55V，IN=0.4/1.38/1.6A，Y/△/Y接法。
实验时只用高、低压两组线圈,低压线圈接电源，高压线圈开路。
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4-1中。
表4-1
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：
4、空载实验
图4-2三相变压器空载实验接线图
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4-2接线。
变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。
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U0=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4-2中。
表4-2
序
号
实验数据
计算数据
U0L（V）
I0L（A）
P0（W）
U0L
（V）
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