长安大学电机实验辅导.docx
《长安大学电机实验辅导.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《长安大学电机实验辅导.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
长安大学电机实验辅导
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、D44、D31、D42、D51
五、实验原理
直流发电机是将机械能转换为直流电能的能量转换器，因而发电机需要用原动机来带动。
在实验中一般用直流或交流电动机作为原动机。
直流发电机的励磁一般分为他励、并励、复励等。
1、直流发电机的空载特性是指发电机在额定转速下稳定运行，输出端开路（IL=0）时，发电机空载电压U0与励磁电流If之间的关系U0=f（If）。
由于空载情况下，发电机端电压U0与气隙磁通成正比，即U0=E0=Ceφn，励磁电流与励磁磁动势成正比，即F0=2If·N（N为发电机每极的励磁绕组数），所以U0=f（If）与磁化曲线φ=f（F0）相同，仅坐标刻度不同。
注意：
在增加或减小励磁电流的过程中，不允许反向调节，否则会出现局部励磁回线。
2、直流发电机的外特性是指发电机在额定转速下稳定运行，保持励磁电流不变，端电压与负载电流之间的关系U=f（IL），不同励磁方式的发电机其外特性不同。
图1－1他、并励直流发电机的外特性
对于他励发电机的外特性曲线如图1-1所示，是一条略微下降的曲线，特性较“硬”。
由电压方程U=Ea-IaRa=Ceφn–IaRa可知，造成他励直流发电机电压下降的原因有二：
a、电枢回路的电阻压降IaRa;
b、电枢反应的去磁效应使电枢电动势减小。
为了说明端电压随电流变化而变化的程度，引用电压变化率ΔU%表示。
按国家标准规定，直流发电机的电压变化率是指当n=nN，If=IfN时，从额定负载（U=UN，I=IN）过渡到空载（I=0）时，电压升高的数值与额定电压的相比百分值，即：
ΔU%=（U0–UN）/UN×100%
一般他励直流发电机的电压变化率ΔU%约为5%～10%，因此，它可以近似当作为一个恒压电源。
3、直流发电机的调节特性反映了n=常值情况下，在负载电流变化时，为保持发电机的端电压U为常值，励磁电流的调节规律，即指n=nN，U=UN时，If=f（IL）的关系曲线。
六、实验方法
1、他励直流发电机
图1－2直流他励发电机接线图
按图1-2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1800Ω变阻器，Rf2选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。
R1选用D44的180Ω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。
（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1-2中。
表1-2n＝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1-3中。
表1-3n=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1-4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1－4直流并励发电机接线图
1）按图1-4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1-4中。
表1-4n＝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1-5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1－5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1-5中。
表1-5n＝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、实验原理
直流电动机按励磁方式的不同，可分为他励、串励、并励、复励等几种。
1、并励直流电动机的工作特性：
并励直流电动机的工作特性是指当U=UN，If=IFn时n=f（Ia），M=f（Ia）及η=f（Ia）等关系曲线。
由并励电动机电枢回路电压方程：
U=Ea+Ia（Ra+R1）=Ceφn+Ia（Ra+R1）
得：
n=[U－Ia（Ra+R1）]/Ceφ，可知n=f（Ia）的曲线为一直线。
由M=CMφIa，可知M=f（Ia）曲线亦为一直线，直流电动机的效率η=p1/p2，可知u=f（Ia）曲线不是一条简单的直线。
2、并励直流电动机的机械特性：
直流电动机的转速随着电磁转矩变化的关系称为直流电动机的机械特性即：
n=f（M），将Ia=M/（CMφ）代入n=[U-Ia（Ra+R1）]/Ceφ则可得：
n=U/Ceφ－I－Ia（Ra+R1）/Ceφ=U/Ceφ－（Ra+R1）M/CeCmφ2=n0－KM（K为常数）
可见，并励直流发电机的转速n与机电电磁转矩M是线性关系，其机械特性为一条直线。
并励直流电动机机械特性分为固有机械特性和人工机械特性。
当U=UN，If=IfN电枢回路内不串外中电阻，所测得的n=f（M）关系曲线为直流电动机的固有机械特性。
而当上述任一条件改变时所测得的n=f（M）关系曲线称为直流电动机的人工机械特性。
3、直流电动机的调速特性：
由n=[U－Ia（Ra+R1）]/Ceφ可知，为了达到调速目的，可采用下列三种方法：
（1）改变施加在电动机电枢回路的端电压U；
（2）改变励磁电流来改变磁通φ；
（3）改变串接在电枢回路中的电阻R1。
五、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
2、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44
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1800Ω阻值。
Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。
R1用D44的180Ω阻值。
R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图2－1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。
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
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2-2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。
六、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？
七、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、三相变压器的联接组的测定
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/Δ-11改为Y/Δ-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/Δ-11
（4）Y/Δ-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、实验原理
多台变压器并联运行时，需要知道变压器一、二次绕组的联结方式和一、二次绕组的对应的线电势之间的相位关系，联接组别就是表征上述相位差的一种标志。
1、三相变压器和单相变压器一样，每组绕组也是由原边（高压端）绕组和副边（低压）绕组构成，一般高压绕组的匝数多，线径细；低压绕组的匝数少，线径粗。
因而高压绕组的电阻大于低压绕组的电阻，因此，通过测量绕组的电阻，就可确定变压器的原、副边绕组。
变压器的原、副边绕圈被同一主磁能φ所交链，当φ交变时，在原、副边线圈中感应的电势有一定极性关系，即任一瞬间，一个线圈的某一端点电位为正（或负）时，另一个线圈必有一个相应的端点，其电位也是正（或负）的，这两个对应的端点称为同极性端，常用“·”、“*”标出。
对于三相变压器，除了每相的原、副边绕组存在同极性端外，原或副边各相绕组之间也存在着同极性端，
2、三相变压器的三相绕组有多种接法，最常用的是星形和三角形联接。
（1）星形接法它是把三相绕组的末端X、Y、Z（或x、y、z）连在一起，而把它们的首端A、B、C（或a、b、c）引出来。
当有中点引出线时，记为Y0。
（2）三角形接法三角形接法有两种：
一种按a-x-b-y-c-z-a的顺序接；另一种按a-y-b-z-c-x-a的顺序连接。
三相变压器的联接组别是用一次侧与二次侧线电势（电压）之间的相位差表示的，它不仅与绕组的绕向和首端标记有关，而且还与三相绕组的连接方法有关。
为了形象地表示原、副边电动势的相位关系，常采用所谓时钟表示法，即把高压绕组的线电势（或电压）相量作为时钟的长针并指向12点，相应低压绕组的线电势（或电压）相量作为时钟的短针，其所指的数字作为三相变压器联接组的标号
三相变压器的联接组由以下因素决定的：
（1）首端标记与同极性是否一致；
（2）三相绕组之间的联接法。
前者决定了原边，副边同一相的相位关系（同相或反相），后者决定了构成三相原、副边电动势相位图，据此便可确定线电压的相位差。
三相变压器的联接组标号有许多种，为了制造和并联运行方便，我国规定了一些标准联接组别，标准联接组别有：
Y/Y0-12，Y/△-11，Y/△-1，Y0/Y-12及Y/Y-12五种，前三种最常用。
五、实验方法
1、实验设备
序号
型号
升级会员 