《电机学》实验指导书3.docx
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《电机学》实验指导书3
电机学实验指导书
机电工程学院电机控制实验室
2013年3月
实验一 直流电动机设计性实验
一、实验目的
1、通过设计性实验，在直流电动机原理的基础上了解Z2-11直流电动机的各部分结构；
2、通过设计性实验，熟悉Z2-11直流电动机各绕组的安装位置及其作用；
3、根据实验要求，设计Z2-11直流电动机各种运转方式下各绕组的接线方案，并作详细分析。
二、实验预习要点
0、要求且必须查阅实际工作中使用的直流电动机Z2-11直流电动机的相关资料；
1、直流电动机的工作原理；
2、直流电动机的主要组成部分；
3、电刷安装的位置及其作用；
4、换向元件应处在的位置；
5、换向绕组应安装的位置；
6、串励绕组应安装的位置；
7、直流电动机的电枢反应、换向原理及方法；
8、直流电动机各绕组的作用。
三、实验设备
1、DD03
导轨、测速发电机及转速表
1台
2、DJ15
直流电动机（实验用电机）
1台
3、DDSZ-1
型电机及电气技术实验装置
1套
4、Z2-11
直流电动机（实际生产用电动机）
1台
四、设计性实验内容
1、Z2-11直流电动机正转时各绕组接线方案设计
仔细察看已拆开的自动化生产线实际使用的电动机Z2-11直流电动机的内部结构，掌握各部分结构的原理和作用。
根据Z2-11直流电动机的工作原理及各绕组的作用，设计Z2-11直流电动机正转（即机身上剪头所表明的方向）的各绕组的接线方案。
绘制直流电动机接线原理图，在图中标明各绕组及其端号，并分析各绕组的作用。
4、Z2-11直流电动机反转时各绕组接线方案设计
仔细察看已拆开的自动化生产线实际使用的电动机Z2-11直流电动机的内部结构，掌握各部分结构的原理和作用。
根据Z2-11直流电动机的工作原理及各绕组的作用，设计Z2-11直流电动机反转的各绕组的接线方案，要求设计两个方案；绘制直流电动机接线原理图，在图中标明各绕组及其端号，并详细分析各绕组的作用。
五、设计性实验的设计要求：
①要求详细绘制方案接线图（要求作详细的标注，包括各绕组名称及其端号），详细分析各绕组的作用；
②分别对正转反转接线方案进行详细的比较分析（如某绕组的接线为什么要反接？
从原理和作用进行详细阐述）。
实验二 单相变压器
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。
提示：
1）实验2、实验3连续做，4课时，下课前交实验1、2、3三份实验总结报告，装订在一起交。
2）实验时间：
第1、2大节从9:
00开始，第5、6大节从12:
00开始，第3、4大节从15:
00开始。
二、预习要点
要求在预习报告中分析下列问题并作答：
1、变压器必须接交流电源，如果额定电压为220V的变压器错误地接到220V的直流电源上会出什么问题？
为什么？
请分析。
2、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？
3、在短路实验中，若将额定电压作为短路电压加入变压器会出什么问题？
三、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
2、空载实验（计算变比及励磁参数）
1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图2-1接线，注意是接三相交流电源的输出端U、V、W（注意不是U1、V1、W1）的其中两端。
图2-1变压器空载实验接线图
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SN=77VA，U1N/U2N=
220/55V，I1N/I2N=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，电流表要按下红色的测量按钮；
3）合上交流电源总开关，即按下“启动”按钮，将位于控制台左侧面的调压器调到输出电压55V的位置，此时测取变压器的U0、U2、I0、P0之值。
4、变压器负载实验（绘制变压器的输出特性曲线，即外特性曲线）
实验线路如图2-3所示。
变压器低压线圈接电源，RL选用D42上900Ω加上900Ω共1800Ω阻值，XL选用D43，功率因数表选用D34-3，开关S1和S2选用D51挂箱
图2-3变压器负载实验接线图
纯电阻负载实验：
1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，负载电阻（滑线变阻器）预置最大值。
2）将S1打开，让变压器处于空载状态，然后接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器高压侧的输出电压U2=231V，此时S1处于打开状态，即变压器为空载，I2＝0。
（即将变压器的高压侧空载电压调至231V），将此数值记录计入表2-3中；
3）合上S1，测取变压器的输出电压U2和电流I2；然后逐渐增加负载，即逐渐减小负载电阻RL的值，继续测取变压器的输出电压U2和电流I2，直到电流I2达到额定电流0.35A为止（额定电流0.35A必测），记录5组数据于表2-3中；
4）注意，测取数据时，I2=0和I2=I2N=0.35A必测。
注意：
所有的实验数据和实验表格都记录或画表填写在实验报告纸上，不要直接填在实验指导书的表格中
表2-3纯电阻负载实验cosφ2=1
序号
1
2
3
4
5
6
U2（V）
I2（A）
0.35
5、短路实验（计算短路参数）
1）接线之前：
必须先将三相调压交流电源调到0V，要看电压表是否为0，然后按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图2-2接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。
将变压器的高压侧接电源，低压侧直接短接。
图2-2变压器短路实验接线图
2）选好所有电表量程，注意电流表必须要按下红色的测量按钮！
3）接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，在输入的短路电压不大于35V的前提下使短路电流等于额定电流IN＝0.35A（注意：
此时电压不能超过35V，因电压达到35V时实际电流已远远超过0.35A，若此时电流表尚未达0.35A，则是电流表接线有错误或未按下红色的测量按钮），然后记录短路电流等于额定电流IN＝0.35A时各表的数值。
五、注意事项
1、在变压器实验中，应注意电压表、电流表的量程选择，特别要注意电流表必须要按下红色的测量按钮。
2、短路实验之前，先将三相调压交流电源调到0V，实验操作要快，否则线圈发热引起电阻值的变化。
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，计算此变压器的变比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U0=f（I0），P0=f（U0），cosφ0=f（U0）。
式中：
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式算出激磁参数
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（IK）、PK=f（IK）、cosφK=f（IK）。
（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θ（℃）时的短路参数。
折算到低压方
由于短路电阻rK随温度变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75℃时的阻值。
式中：
234.5为铜导线的常数,若用铝导线常数应改为228。
计算短路电压（阻抗电压）百分数
IK=IN时短路损耗PKN=IN2rK75℃
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”型等效电路。
5、计算变压器的电压变化率
6、绘制被试变压器的输出特性曲线。
实验三 三相异步电动机
一、实验目的
1、了解三相异步电动机的结构，加深对三相异步电动机工作原理的理解；
2、掌握判断三相异步电动机定子绕组的首尾端；
3、掌握三相异步电动机的接线方法。
二、预习要点
1、三相异步电动机的主要结构和工作原理。
2、三相异步电动机定子绕组的首尾端及接线方法。
三、实验设备
1、DDSZ-1型电机及电气技术实验装置
1台
2、DJ16三相鼠笼异步电动机
1台
3、DD03导轨、测速发电机及转速表
1件
4、JO系列三相异步电动机
1台
四、实验方法
注意：
所有的实验数据和实验表格都记录或画表填写在实验报告纸上，不要直接填在实验指导书的表格中
1、研究三相异步电动机的内部结构
1）记录实际工作使用的三相异步电动机（Y系列）之名牌数据，分析其含义，计算其同步转速、额定转差率、额定转矩；
2）仔细研究已拆开的三相异步电动机的内部结构，通过仔细观察内部的各部分结构，分析其作用和原理；
3）研究已拆开的三相异步电动机之定子绕组，要求判断其极数（写出依据）；
2、测绕组阻值
先将未拆开的Y系列三相异步电动机接线盒中接线柱之间的连结铜片拆下来，用万用表测出其三相绕组的阻值，要求记录各绕组的端号及阻值，并画出如图3-6类似的接线图；
3、电机绝缘的测量
摇表（兆欧表）的使用方法：
注意：
未仔细研读的同学不能使用摇表！
兆欧表俗称摇表，用于测量电机的绝缘是否良好，工作中常用的有500V和2000V两种。
兆欧表其实就是一个手摇发电机，当你用手以每分钟120转的速度摇动摇表把手时，摇表的两端发出500V和2000V的电压，所以摇测时大家不要碰到出线端，以免触电；若将出线端的夹子加在一起摇，摇表（即发电机）因短路很快就会烧毁；若将出线端的两个夹子夹住一根导线或者电机的一相绕组的两端，因为铜线或电机绕组阻值很小，接近短路，摇表（即发电机）也很快就会烧毁；故各位必须注意：
①摇测时大家不能碰到摇表的出线端及其金属夹子，以免触电！
②不能将摇表出线端的两个夹子夹住一根导线或者电机的一相绕组的两端，以免烧毁摇表！
③使用时，开始慢慢地摇转，同时看着摇表的指针，如果阻值为0，则为短路，不能再摇；若读书较大，则一边看着摇表的指针一边加快转速，达到120转/分钟时，记录摇表读数。
1）测量相间绝缘阻值
严格按上述方法用兆欧表测量三相异步电动机绕组与绕组之间绝缘阻值，摇表出线端的两个夹子分别夹住两相绕组的接线端；注意不要搞错了：
两个夹子不能夹住同一相绕组的两端！
否则会烧毁摇表。
绕组--绕组
绝缘值
2）测量各绕组对壳的绝缘阻值
严格按上述方法测量Y系列三相异步电动机各绕组与电机外壳的绝缘阻值。
绕组
对壳绝缘值
3）投入使用前摇绝缘
将三相异步电动机接线端的铜片接回去（若忘了接法可看下面的3、三相异步电动机的定子绕组的接法），回复电机出厂时的状态。
在实际工作中，如果三相异步电动机第一次使用时或闲置数周再次使用时，应摇测电机的绝缘，因为连结铜片已接上，所以测得的是三相绕组对壳的绝缘。
记录三相绕组对壳的绝缘值。
在实际工作中，若测得三相绕组对壳的绝缘值大于等于0.38MΩ，则表明绝缘合格，可投入使用；若测得绝缘阻值小于0.38MΩ，则表明绝缘不合格，需要放进烘箱烘干，烘干后再摇测，若三相绕组对壳的绝缘值大于等于0.38MΩ就可投入使用，说明原来电机受潮了（一般在潮湿环境中闲置数月才有可能出现）；若烘干后再摇测三相绕组对壳的绝缘值仍小于0.38MΩ，说明绝缘问题不是受潮引起，而是其他问题引起（如绝缘材料老化、碳化引起、绝缘材料受损等），此时要将连接铜片拆下来，进一步要测量相间绝缘值和分别测量各绕组对壳的绝缘阻值，以进一步确定绝缘问题具体出现在哪里，以便寻找故障点从而设法解决问题。
4、三相异步电动机的定子绕组的接法
三相异步电动机定子绕组的接法主要有两种：
①星形接法
把三相绕组的三个首端（或尾端）连接在一起，三个末端（或首端）接三相交流电源，如图3-3所示。
实际接线图如图3-4所示。
图3-3 三相异步电动机Y形接法原理图
图3-4 三相异步电动机Y形接法实际接线图
②三角形接法
三相绕组首尾相接，并接到三相交流电源上，原理图如图3-5、实现接线图如图3-6所示。
3-5 三相异步电动机三角接法原理图
图3-6 三相异步电动机三角形接法实际接线图
在实际工作中，电动机采用哪种接法应根据电机机身上的铭牌来确定，电机出厂时电机绕组首末端已分好，而且已按铭牌上标注的接法接好。
通常情况下，功率3KW及以下的三相交流异步电动机采用星形接法，3KW以上的通常采用三角形情况。
5、判定定子绕组的首末端
1）实验台上的电机的首尾端已特地打乱了，需要你去测量和判断；
2）先用万用表测出试验台上三相异步电动机三相绕组的阻值，要求记录各绕组的端号及阻值；
注意：
所有的实验数据和实验表格都记录或填写在实验报告纸上，不要直接填在实验指导书的表格中。
绕组端号
绕组阻值
3）先指定某一端为首端（另一端自然就是末端了），然后将其和另一绕组串联，参考图3-2的模样要画出你的实际接线图（两边都要接交流电压表），在图中标出某端“指定某端为首端”。
先将电源调到最小值，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通交流电源，逐渐电源的电压，使你所接的电压表的读书为80V，测出并记录第三相绕组的电压，如果测得的电压值有几伏到十几伏，则串联的两相绕组为末端与首端相联；反之，如测得电压近似为零，则串联的两相绕组为首端与首端（或末端与末端）相联。
图3-2 三相交流绕组首末端测定
根据你的实际实验测得的数据，当场写出你的判断过程和依据。
3、用同样方法测出第三相绕组的首末端。
方法与2类似：
要画出你此次的实际接线图，根据你的实际实验测得的数据，当场写出你的判断过程。
最后把结果归总于下表中
首端端号
指定端为首端
末端端号
6、三相异步电动机的正反转
三相异步电动机工作时应接额定交流电压（可根据铭牌得知，额定电压（线电压）通常为380V，可直接接电网），电机旋转；若要反转，应把电源关掉，等转子不转后把其中的两根电源线对调，接通电源，观察电机的转向。
五、实验报告
根据上述实验，书写实验报告，作必要的分析和总结。
六、思考题
1、若三相异步电动机三相电源线全部相互对调，电机的转向会怎样？
为什么？
2、实际应用分析题：
三相异步电动机在运转的时候突然有一相电源线烧断了，电机会继续一直旋转吗？
会出现什么问题？
若是将电机停下来，停转之后未作任何处理再次启动，能启动起来吗？
请详细分析之。
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