电机实验材料.docx

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电机实验材料

实验三直流他励电动机

一、实验目的

1.掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。

2.掌握直流他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、实验原理

1．他励直流电机的机械特性

直流电动机机械特性的一般形式为：

对于他励电动机，当T变化时，只要保持If不变且不计电枢反应的去磁作用，其主磁通Φ是不变的。

所谓他励直流电动机的固有机械特性，是指当U=UN;Φ=ΦN且RΩ＝0时的n＝f（T）关系，即

。

由上式可知他励直流电动机的固有机械特性是一条下降的直线，其额定负载时的转速降为：

由于电枢回路电阻Ra很小，所以斜率

很小，即额定负载时转速降落

很小。

因此，他励直流电动机固有机械特性是一条下降不多的“硬”特性，即负载变化时转速变化很小。

2．降低电枢端电压调速

保持电动机的Φ=ΦN不变且RΩ＝0，仅降低施加于电动机电枢两端电压U来达到调速的目的，称为降压调速。

由图1－5所示的降低端电压

时的人为特性可知，对于同一个负载T2，端电压越低，则稳定后的速度也越低，而且也是使转速向低于额定转速的方向调节的。

图1－5

3．减弱电动机主磁通调速

保持U＝UN且RΩ＝0，仅减少电动机的励磁电流If使主磁通Φ减少来达到调

速的目的，称为减弱磁通调速。

由图1所示的减弱磁通

时的人为特性可知，对于同一个负载T，主磁通Φ越弱，则稳定后的转速越高，而且是使转速向高于额定转速的方向调节。

4．如图1－6，

图1－6

保持励磁电流If的大小及方向不变，将电源开关导向RZ端，使电枢从电网脱离而经制动电阻RZ闭合。

因此，其参数特点是：

Φ=ΦN，U＝0且电枢回路总电阻

R＝Ra＋RZ，在制动过程中，电机实际上成为一台与电网脱离的他励直流发电机。

他把从轴上输入的机械能转换成电能，全部消耗在电枢回路R＝Ra＋RZ上，所以称为能耗制动。

四、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、n=f（Ia）及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，R1=0，测取n=f（If）。

（3）观察能耗制动过程

五、实验方法

1.他励电动机的工作特性和机械特性

实验线路如图1-7所示。

图1－7直流他励电动机接线图

R1选用MEL-09挂箱上电阻值为100Ω、电流为1.22A的变阻器，作为直流并励电动机的起动电阻。

Rf选用MEL-09挂箱上阻值为3000Ω、电流为200mA的变阻器，作为直流并励电动机励磁回路串接的电阻。

电机启动前，将R1调到最大，Rf调到最小。

然后接通电源，按可调直流稳压电源复位开关，电机启动后，将电动机电枢调节电阻R1调至零，调节可调直流稳压电压调压旋钮使U=UN，、MEL-13挂箱上的转矩设定旋钮（将开关置“转矩控制”）使I=IN，调节电动机的磁场调节电阻Rf，调到其电机的额定值n=nN，其励磁电流即为额定励磁电流IfN，在保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载。

测取电动机电枢电流Ia，转速n和转矩T2，共取6-7组数据，记录于表1-6中。

表1-6U=UN=VIf=IfN=ARa=Ω

实

验

数

据

Ia（A）

n（r/min）

T2（Nm）

`计算

数据

Ia（A）

P2（W）

η（）

表中Ra对应于环境温度为0OC时电动机电枢回路的总电阻，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R1调至零，同时调节负载、电枢电压及电阻Rf，使U=UN，I=0.5IN，If=IfN，保持此时的T2值和If=IfN，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，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，共取5-6组数据，记录于表1-7中。

表1-7If=IfN=AT2=N·m

Ua（V）

n（r/min）

Ia（A）

（2）改变励磁电流的调速

直流电动机起动后,将电阻R1和电阻Rf调至零，同时调节电枢电压调压旋钮和转矩设定旋钮使之加载，使电动机U=UN，I=0.5IN，If=IfN保持此时的T2值和U=UN的值，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直图1-8并励电动机能耗制动接线图至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取5-6组数据，记录于表1-8中。

表1-8U=UN=VT2=N·m

n（r/min）

If（A）

Ia（A）

（3）能耗制动

按图1-8接线，把S放至空位，先合励磁电源，并把Rf调至零，使电机磁场电流最大，再把S合向电枢电压端电机开始起动，起动后，把S拨向空位。

由于电枢开路，电机处于自由停机。

重复实验，但开关S合向RL端，并选择不同RL的阻值，观察对停机时间的影响。

六、实验报告

1.由表1-6计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f（Ia）及n=f（T2）的特性曲线。

电动机输出功率

P2=T2×Ω＝0.105nT2

式中输出转矩T2的单位为N·m，转速n的单位为r／min。

电动机输入功率

P1=UI

电动机效率

η=

×100％

电动机输入电流

I=Ia+IfN

由工作特性求出转速变化率：

Δn=

×100％

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？

、思考题

1.他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.他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？

并励呢？

实验一三相笼型异步电动机的工作特性

一、实验目的

1.用直接负载法测取三相笼型异步电动机的工作特性。

2.测定三相笼型异步电动机的参数。

二、预习要点

1.异步电动机的工作特性指哪些特性？

2.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？

3.工作特性和参数的测定方法。

三、实验原理

1．空载试验

三相异步电动机参数测定线路原理图如下图，

空载试验的目的是测出感应电动机的励磁阻抗

，铁耗

及机械损耗

。

其方法是电动机轴上不带任何机械负载。

定子施以额定频率的对称三相额定电压。

让它空载运行一段时间，待机械损耗稳定后调节U1使之从（1.1—1.3）U1N开始逐次降低电压直到0.2UN左右为止（或者发现转速明显下降或者发现定子电流开始回升为止）。

每次记取定子相电压U1，空载相电流I0及空载输入功率P0，从而绘出电动机的空载特性

及

，如下图所示。

二、短路试验

短路试验的目的是测出短路阻抗

及额定电流时的定转子铜耗

。

其方法是将转子堵住，定子外施对称三相低电压（约0.4U1左右），使定子电流（称之为短路电流，用Ik表示）从1.2IN开始逐渐减小直到0.3IN左右为止。

每次记取定子相电压Uk，相电流Ik及短路试验输入功率Pk，从而画出电动机的短路特性Ik＝f（Uk）及Pk＝f（Uk）如下图所示。

三、实验项目

1.测量定子绕组的冷态电阻。

2.判定定子绕组的首末端。

3.空载试验。

4.短路试验。

5.负载试验。

四、实验方法

三相笼型异步电机在本装置的编号是M04。

1.测量定子绕组的冷态直流电阻。

将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。

当所测温度与冷却介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。

记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。

（1）伏安法

测量线路图为图3-1。

量程的选择：

测量时通过的测量电流约为电机额定电流的10％，即约为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。

三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆，因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档。

按图3-1接线。

将励磁电流源调至25mA。

接通开关S1，调节励磁电流源使试验电流不超过电机额定电流的10％（为了防止因试验电流

过大而引起绕组的温度上升），读取电流值，再接通开关S2,读取电压值。

读完后，先打开开关S2，再打开开关S1。

每一电阻测量三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻，记录于表3-1中。

表3-1

绕组Ⅰ

绕组Ⅱ

绕组Ⅲ

I（A）

U（V）

R（Ω）

注意事项

①在测量时，电动机的转子须静止不动。

②测量通电时间不应超过1分钟。

（2）电桥法

用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥能大致平衡的位置，然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮接入检流计。

测量完毕，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。

记录数据于表3-2中。

电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。

表3-2

绕组Ⅰ

绕组Ⅱ

绕组Ⅲ

R（Ω）

2.判定定子绕组的首末端

先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联，施以单相低电压U=80～100V，注意电流不应超过额定值，如图3-2所示，测出第三相绕组的电压，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联。

反之，如测得的电压近似为零，则表示两相绕组的末端与末端（或首端与首端）相联，用同样方法测出第三相绕组的首末端。

图3-2三相交流绕组末端测定

3.空载试验

已知实验室提供电压为220V，根据前面所述的实验原理，请设计空载试验的电路图，并指明电机的接法。

说明：

1）试验之前，请在电路图设计好后，给指导教师检查是否可行，若指导教师认为可行的设计图，学生才可按自己设计的电路图接线。

注意，接通电源之前，请首先把交流调压器退到零位，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。

并使电机旋转方向符合要求。

2）需要改变电机转向时，必须先切断电源，再改变电源相序。

3）画一个数据表格，将需要测出的参数填入表格中，记录各测量数据。

4）空载试验读取数据时，在额定电压附近应多测几点。

4.短路试验

根据异步电动机的短路试验原理，设计相应的参数测定电路图，测定异步电动机的短路阻抗，写出相应的试验步骤，设计合适的表格，读写相关的数据。

5.负载试验

将电机加上负载，写出异步电动机负载测量接线图，写出相应的实验步骤，选用合适的方法，设计相应的表格，读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、转距T2等数据，

注意：

在做负载试验时应保持定子输入电压为额定值，直流电机的励磁电流为规定值。

五、实验报告

1.计算基准工作温度时的相电阻

由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。

冷态温度为室温。

按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻：

式中rlef——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Ω；

r1c——定子绕组的实际冷态相电阻，Ω；

θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75OC；

θc——实际冷态时定子绕组的温度，OC。

2．根据已做的实验，画出短路试验及负载试验的接线图，并写出相应的实验步骤。

3．作空载特性曲线：

I0、P0、cos0=f（U0）

4.作短路特性曲线：

IK、PK=f（UK）

4.由空载、短路试验的数据求异步电机等效电路的参数。

（1）由短路试验数据求短路参数

短路阻抗

短路电阻

短路电抗XK=

式中UK、IK、PK——由短路特性曲线上查得，相应于IK为额定电流时的相电压、相电流、三相短路功率。

转子电阻的折合值r2′≈rK-r1

定、转子漏抗X′1σ≈X′2σ≈

（2）由空载试验数据求激磁回路参数

空载阻抗

空载电阻

空载电抗X0=

式中U0、I0、P0——相应于U0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。

激磁电抗Xm=X0-X1σ

激磁电阻

式中PFe为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。

5.作工作特性曲线P1、I1、n、η、S、cos1=f（P2）

由负载试验数据计算工作特性，填入表3-6中。

表3-6U1=220V（△）If=A

序号

电动机输入

电动机输出

计算值

I1（A）

P1（W）

T2（N·m）

n（r／min）

P2（W）

S（％）

η（％）

cos1

计算公式为：

式中I1——定子绕组相电流，A；

U1——定子绕组相电压，V；

S——转差率；

η——效率。

6.由损耗分析法求额定负载时的效率

电动机的损耗有：

铁耗PFe

机械损耗Pmec

定子铜耗Pcul=3I

r1

转子铜耗

杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的0.5％。

式中Pem——电磁功率，W；

Pem=P1-Pcul-PFe

铁耗和机械损耗之和为：

P0′=PFe+Pmec=Pc-3I

r1

为了分离铁耗和机械损耗，作曲线P0′=f（U

），如图3-4。

延长曲线的直线部分与纵轴相交于P点，P点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过P点作平行于横轴的直线,可得不同电压的铁耗PFe。

电机的总损耗ΣP=PFe+Pcul+Pcu2+Pad

于是求得额定负载时的效率为：

式中P1、S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。

六、思考题

1.由空载、短路试验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？

2.从短路试验数据我们可以得出哪些结论？

3.由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差？

实验一单相变压器

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。

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.在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？

3.如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。

三、实验项目

1.空载实验测取空载特性UO=f（IO），PO=f（UO）。

2.短路实验测取短路特性UK=f（IK），PK=f（I）。

3.负载实验

（1）纯电阻负载

保持U1=U1N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。

（2）阻感性负载

保持U1=U1N，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f（I2）。

四、实验方法

1.空载实验

实验线路如图2-1所示，被试变压器选用MEL-01三组组式变压器中的一只作为单相变压器，其额定容量PN=77W,U1N/U2N=220/55V,I1N/I2N=0.35/1.4A。

变压器的低压线圈2U1、2U2接电源，高压线圈开路。

选好所有电表量程，交流电源调节旋钮调到输出电压为零的位置，合上交流电源并调节调压旋钮，使变压器空载电压Uo=1.2UN，然后，逐次降低电源电压，在1.2～0.5UN的范围内，测取变压器的Uo、Io、Po，共取6-7组数据，记录于表2-1中。

其中U=UN的点必须测，并在该点附近测的点应密些。

为了计算变压器的变比，在UN以下测取原方电压的同时测出副方电压，取三组数据记录于表2-1中。

表2-1

序

号

实验数据

计算数据

Uo（V）

Io（A）

Po（W）

U1U12U2（V）

cosO

2.短路实验

实验线路如图2-2所示，变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。

选好所有电表量程，接通电源前，先将交流调压旋钮调到输出电压为零的位置。

接通交流电源，逐次增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN为止，在0.5～1.1IN范围内测取变压器的UK、IK、PK，共取4～5组数据记录于表2-2中，其中I=IK=IN的点必测。

并记下实验时周围环境温度（0C）。

表2-2室温θ＝0C

序

号

实验数据

计算数据

U（V）

I（A）

P（W）

cosK

3.负载实验

实验线路如图2-3所示。

变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。

RL选用MEL-03，XL选用MEL-08，功率因数表选用主控屏左侧交流功率表W1、cos1。

（1）纯电阻负载

接通电源前，将交流电源调到输出电压为零的位置，负载电阻调到最大，然后接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输出电压U1=UN，在保持U1=UN的条件下，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的阻值，从空载到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2，共取5～6组数据，记录于表2-3中，其中I2=0和I2=I2N两点必测。

图2-3负载实验接线图

表2-3cos2=1U1=UN=V

序号

U2（V）

I2（A）

2）阻感性负载（cos2=0.8）

用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，实验步骤同上，在保持U1=U1N及cosφ=0.8条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U2和I2，共取5～6组数据记录于表2-4中，其中I2=0，I2=I2N两点必测。

表2-4cos2=0.8U1=UN=V

序号

U2（V）

I2（A）

五、注意事项

1.在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置。

2.由于所有交流表量程是自动切换，所以在实验过程中不必考虑量程问题。

3.短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。

六、实验报告

1.计算变比

由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比K。

K=U1u11U2／U2u12u2

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Uo=f（Io），Po=f（Uo），cosφo=f（Uo）。

式中：

（2）计算激磁参数

从空载特性曲线上查出对应于Uo=UN时的Io和Po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（OC）短路参数。

折算到低压方

由于短路电阻rK随温度而变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75OC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。

阻抗电压

IK=IN时的短路损耗PKN=I

rK75℃

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“Γ”型等效电路。

5.变压器的电压变化率ΔU

（1）绘出cosφ2=1和cosφ2=0.8两条外特性曲线U2=f（I2），由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率ΔU

（2）根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cos2=1和I2=I2N、cos2=0.8时的电压变化率ΔU。

ΔU=（UKrcos2+UKxsin2）

将两种计算结果进行比较，并分析不同性质的负载对输出电压的影响。

6.绘出被试变压器的效率特性曲线

（1）用间接法算出cos2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表2-5中。

式中：

I

PNcos2=P2（W）；

PKN为变压器IK=IN时的短路损耗（W）；

Po为变压器Uo=UN时的空载损耗（W）。

（2）由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f（I

）。

（3）计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm=

。

表2-5cos2=0.8Po=WPKN=W

I2*（A）

P2（W）

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2