电机学实验指导书

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U0=f(I0)，P0=f(U0) , cosφ0=f(U0)。 2、短路实验

测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK), cosφK=f(IK)。 3、负载实验 （1）纯电阻负载

保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 （2）阻感性负载

保持U1=UN，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。

四、实验方法

1、实验设备

序号 1 2 3 4

型 号 D33 D32 D34-3 DJ11 名 称 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 三相组式变压器 1

数 量 1件 1件 1件 1件 5 6 7

DD01三相调压交流电源D42 D43 D51 三相可调电阻器 三相可调电抗器 波形测试及开关板 1件 1件 1件 **UWAI0A

VV1U055VV2UAXWxX

图1-1 空载实验接线图

2、空载实验

1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图1-1接线。被测变压器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 PN=77W，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。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。

3）合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN ，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2UN 的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。

4）测取数据时，U=UN点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。记录于表1-1中。

5）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数据也记录于表1-1中。

2

表1-1 序号

3、短路实验

1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图1-2接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。

DD01三相调压交流电源*AUIK*WPKAa实 验 数 据 U0(V) I0(A) P0(W) UAX(V) 计算数据 cosφ0

VV1UKW xX 图1-2 短路实验接线图

2）选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。 3）接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN 为止，在(0.2～1.1)IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。

4）测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据6-7组记录于表1-2中。实验

3

时记下周围环境温度(℃)。

表1-2 室温 ℃ 序号

实 验 数 据 UK（V） IK（A） PK（W） 计 算 数 据 cosφK 五、注意事项

1、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。 2、短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。

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，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比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)。

P0cos??式中： 0U0I0 （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

4

rm?Zm?P02I0U0I022Zm?rm

Xm? 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。

UKZ'? KIK

P rK'?K2IK

'2'2XK'?ZK?rK

折算到低压方

ZK'Z? KK2

r'rK?K2

K

X'XK?K K2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。

234.5?75r?r K75?CK?234.5?? Z?r2?X2K75?CK75?CK 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

IZ

uK?NK75?C?100% UN INrK75?Cu??100%Kr UN

IX uKX?NK?100%UN

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”

5

型等效电路。

5、变压器的电压变化率?u

（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 U20?U2?u??100% U20

（2）根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cosφ2=1和I2=I2N、cosφ2=0.8时的电压变化率Δu。

?u?uKrcos?2?uKXsin?2将两种计算结果进行比较,并分析不同性质的负载对变压器输出电压U2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cosφ2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表1-5中。

?2P0?I2PKN

??(1??)?100%?2 I2PNcos?2?P0?I2PKN

式中：

?I2PW) Ncos?2?P2(

PKN为变压器IK=IN时的短路损耗(W)； P0为变压器U0=UN 时的空载损耗(W)。

* I 2 ? I 2 I 2 N 为副边电流标么值

表1-5 cosφ2=0.8 P0= W PKN= W I*2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 P2(W) η (2)由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f(I*2)。

6

(3)计算被试变压器η=η

max

时的负载系数βm。

?m?P0PKN 7

实验二 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 1 2 3 4 5 6

8

型 号 D33 D32 D34-3 DJ12 D42 D51 名 称 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 三相心式变压器 三相可调电阻器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 2、测定变比

DD01三相调压交流电源aUbyBxA

XVYWcU1VzZVU2C图2-1 三相变压器变比实验接线图

实验线路如图2-1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=220/110/55V，IN=0.4/0.8/1.6A， 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2-1中。 表2-1

高压绕组线电压(V) UAB UBC UCA

计算：变比K：

平均变比：

低压绕组线电压(V) Uab Ubc uca KAB KBC KCA 变比(K) KAB?UUUAB KBC?BC KCA?CAUabUbcUca1K?(KAB?KBC?KCA)3 9

3、空载实验

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2-2接线。变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。

DD01三相调压交流电源*W1axXA

UV1VV2*V3A1A2byYBW*W2*A3czZC图2-2三相变压器空载实验接线图

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2-2中。 表2-2

实 验 数 据 序 号 Uab U0L(V) Ubc Uca Ia0 I0L(A) Ib0 Ic0 P0(W) P01 P02 U0L (V) 计 算 数 据 I0L P0 cosΦ0 (A) (W) 10

4、短路实验

1) 将三相交流电源的输出电压调至零值。按下“关”按钮，在断电的条件下，按图2-3接线。变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。

2) 按下“开”按钮，接通三相交流电源，缓慢增大电源电压，使变压器的短路电流IKL=1.1IN。

WA3**W2U*A1*W1V3VA2V2CZzcV1BYyAXxa图2-3 三相变压器短路实验接线图

3) 逐次降低电源电压，在1.1～0.2IN的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率。

4) 测取数据时，其中IKL=IN点必测，共取数据5-6组。记录于表2-3中。实验时记下周围环境温度(℃)，作为线圈的实际温度。 表2-3 室温 ℃

实 验 数 据 序 号 UAB UKL(V) UBC UCA IAK IKL(A) IBK ICK PK(W) PK1 PK2 UKL (V) 计 算 数 据 IKL (A) PK (W) cosΦK 11

五、注意事项

在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置。做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。

六、实验报告

1、计算变压器的变比

根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。

KAB?UUUAB　　,　KBC?BC　　,　KCA?CAUabUbcUca 2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数 (1) 绘出空载特性曲线U0L =f(I0L)，P0=f(U0L)，cosφ0=f(U0L) 表5-2中 U 0L?

Uab?Ubc?Uca3I?I?II0L?abc3P0?P01?P02P03UOLIOLcos?0? (2)计算激磁参数

从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时的I0L和P0值，并由下式求取激磁参数。 式

中

rm?Zm?P03I02?U0?I0??U0L3I0LU0??U0L , I0??I0L ，P0 ——变压器空载322Xm?Zm?rm相电压，相电流，三相空载功率（注：Y接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）。

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 UKL=f(IKL)，PK=f(IKL)，cosφK=f(IKL) 式中

12

UKL?UAB?UBC?UCA3I?IBK?ICKIKL?AK3PK?PK1?PK2PK3UKLIKLcos?K? (2) 计算短路参数

从短路特性曲线查出对应于IKL=IN时的UKL和PK值，并由下式算出实验环境温度θ℃时的短路参数

'rK?PK23IK?UK?IK??UKL3IKL'ZK?''2'2XK?ZK?rKUKLU? , PK——短路时的相电压、N 式中 K ? , I K ? ? I KL ? I 相电流、

3三相短路功率。

折算到低压方

'ZKZK?2K'rKrK?2K'XKXK?2K换算到基准工作温度下的短路参数ｒK75℃和ZK75℃，计算短路电压百分数

uK?uKr?IN?ZK75?CUN??100%INrK75?C?100%UN?INXK?100%UN?13

uKX?

2 计算IK=IN时的短路损耗 P KN ? 3 I N ? r K 75 ?C

4、根据空载和短路实验测定的参数， 画出被试变压器的“T”型等效电路。 5、变压器的电压变化率

(1) 根据实验数据绘出cosφ2=1时的特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率

?u?U20?U2?100%U20 (2) 根据实验求出的参数，算出I2=IN，cosφ2=1时的电压变化率

?u??(uKrcos?2?uKXsin?2) 6、绘出被试变压器的效率特性曲线

(1) 用间接法算出在cosφ2=0.8时，不同负载电流时变压器效率，记录于表2-5中。

表2-5 cosφ2=0.8 P0= W PKN= W I2* 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

P2(W) η ?2P0?I2PKN??(1?*)?100%*2I2PNcos?2?P0?I2PKN 式中 I*2PNcosφ2=P2 PN为变压器的额定容量

PKN为变压器IKL=IN时的短路损耗 P0为变压器的U0L=UN时的空载损耗 (2) 计算被测变压器η=η

max

时的负载系数βm。

?m?

P0PKN14

实验三 三相异步电动机的起动与调速

一、实验目的

通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。

二、预习要点

1、复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。 2、复习异步电动机的调速方法。

三、实验项目

1、直接起动

2、星形——三角形(Y-Δ)换接起动。 3、自耦变压器起动。

4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。

四、实验方法

1、实验设备

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

15

型 号 DD03 DJ16 DJ17 DJ23 D31 D32 D33 D43 D51 DJ17-1 DD05 名 称 导轨、测速发电机及转速表 三相鼠笼异步电动机 三相线绕式异步电动机 校正过的直流电机 直流电压、毫安、安培表 交流电流表 交流电压表 三相可调电抗器 波形测试及开关板 起动与调速电阻箱 测功支架、测功盘及弹簧秤 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1套

2、三相鼠笼式异步电机直接起动试验

图3-1 异步电动机直接起动

1) 按图3-1接线。电机绕组为Δ接法。异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接负载电机DJ23。

2) 把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。

3) 调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转，(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电源)。

4)再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下 “开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)。 3、星形——三角形(Y-Δ)起动

WCVYVZUAVVWBUAAXCASY

图3-2 三相鼠笼式异步电机星形——三角形起动

1) 按图3-2接线。线接好后把调压器退到零位。

16

2) 三刀双掷开关合向右边(Y接法)。合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，打开电源开关，待电机停转。

3) 合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机(Δ)正常运行，整个起动过程结束。观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。

4、自耦变压器起动。

1) 按图3-3接线。电机绕组为Δ接法。

2) 三相调压器退到零位，开关S合向左边。自耦变压器选用D43挂箱。 3) 合上电源开关，调节调压器使输出电压达电机额定电压220伏，断开电源开关，待电机停转。

4) 开关S合向右边，合上电源开关，使电机由自耦变压器降压起动( 自耦变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%、60%和80%)并经一定时间再把S合向左边，使电机按额定电压正常运行，整个起动过程结束。 观察起动瞬间电流以作定性的比较。

WUAVVV S图3-3 三相鼠笼式异步电动机自耦变压器法起动

5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动

电机定子绕组Y形接法 1) 按图3-4接线。

2) 转子每相串入的电阻可用DJ17-1起动与调速电阻箱。

4) 接通交流电源，调节输出电压(观察电机转向应符合要求)，在定子电压为

17

180伏，转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流和转矩。

5) 试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。数据记入表3-2中。

UA15Ω5Ω2Ω 15Ω5Ω2ΩVVW 图3-4 线绕式异步电机转子绕组串电阻起动

15Ω5Ω2Ω 表3-2

Rst(Ω) Ist(A) 0 2 5 15 6、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速

1) 实验线路图同图3-3。同轴联接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机M的负载，MG的实验电路参考图2-5左接线。电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。

2) 合上电源开关，电机空载起动， 保持调压器的输出电压为电机额定电压220伏，转子附加电阻调至零。

3) 调节校正电机的励磁电流If为校正值(100mA或50mA)，再调节直流发电机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变，改变转子附加电阻(每相附加电阻分别为0Ω、2Ω、5Ω、15Ω)， 测相应的转速记录于表4-10中。

表 3-3 U=220V If= mA T2= N·m

rst(Ω) n(r/min) 0 2 5 15 五、实验报告

1、比较异步电动机不同起动方法的优缺点。

18

2、由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩： (1) 外施额定电压UN。(直接法起动) (2) 外施电压为 U 。(Y-Δ起动) N 3 (3) 外施电压为UK/KA,式中KA为起动用自耦变压器的变比。(自耦变压器起动)。

3、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。 4、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。

六、思考题

1、起动电流和外施电压成正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？

2、起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？

19

实验四 认识直流电动机

一、实验目的

1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。

二、预习要点

1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。

2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果?

3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果? 4、直流电动机调速及改变转向的方法。 三、实验项目

1、了解DZ01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。

四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8

型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D42 D44 D51 D41 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流数字电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 三相可调电阻器 20

数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 1 件

五、实验说明及操作步骤

1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2、用伏安法测电枢的直流电阻

图4-1 测电枢绕组直流电阻接线图

（1）按图4-1接线，电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。A表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A档。开关S选用D51挂箱。

（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表1-1中。

（3）增大R使电流分别达到0.15A和0.1A，用同样方法测取六组数据列于表4-1中。

取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值

1Ra?(Ra1?Ra2?Ra3)3 表4-1 室温 ℃ + 220V电枢电源-SARVM

序号 U（V） I（A） 1 2

R（ 平均）（Ω） Ra11= Ra（Ω） Raref（Ω） Ra12= Ra13= Ra21= Ra1= Ra22= Ra23= Ra2= 21

3 表中：

1 Ra1?(Ra11?Ra12?Ra13)3

Ra31= Ra32= Ra33= Ra3= 11Ra2?(Ra21?Ra22?Ra23)Ra3?(Ra31?RA32?Ra33)33（4）计算基准工作温度时的电枢电阻

由实验直接测得电枢绕组电阻值，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电枢绕组电阻值：

Raref?Ra235??ref235??a 式中Raref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）。 Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）。 θ

ref

——基准工作温度，对于E级绝缘为75 ℃。

θa——实际冷态时电枢绕组的温度。（℃） 3、直流仪表、转速表和变阻器的选择

直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。

（1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。 （2）电流量程的选择

因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。

（3）电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。 （4）变阻器的选择

变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。

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4、直流他励电动机的起动准备

按图4-2接线。图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用D31。Rf1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用D42的1800Ω阻值的变阻器。作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R2选用D41的90Ω电阻6只串联和D42的900Ω与900Ω并联电阻相串联作为MG的负载电阻。 接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。 5、他励直流电动机起动步骤

（1）检查按图4-2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢靠。然后，将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG

SIFA4V2R1IA3V1220V+电枢电源－If2A2Rf2并励绕组+励磁电源－220VIfA1Rf1 图4－2 直流他励电动机接线图

的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，作好起动准备。

（2）开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2 等于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M起动。

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并磁绕阻 （3）M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正向偏转 ，若不正确，可拨动转速表上正、反向开关来纠正。调节控制屏上电枢电源‘电压调节’旋钮，使电动机端电压为220伏。减小起动电阻 R1阻值，直至短接。

（4）合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2 阻值，使MG的负载电流IF 改变，即直流电动机M的输出转矩T2 改变（按不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f(IF)，可得到M不同的输出转矩T2值）。 （5）调节他励电动机的转速

分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf1，观察转速变化情况。

（6）改变电动机的转向

将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向。

六、注意事项

1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小，先接通励磁电源,使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。

2、直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时必须将电枢串联的起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值，给下次起动作好准备。

3、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。

4、若要测量电动机的转矩T2 ，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值：100mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。

七、实验报告

1、画出直流他励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，起动电阻R1和磁场调节电阻Rf1应调到什么位置?为什么?

2、在电动机轻载及额定负载时，增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？

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3、用什么方法可以改变直流电动机的转向？

4、为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？起动时电枢回路必须串联起动变阻器？

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实验五 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 1 2 3

型 号 名 称 数 量 1 台 1 台 1 台 DD03 导轨、测速发电机及转速表 DJ23 DJ13 校正直流测功机 直流复励发电机 26

4 5 6 7

D31 D44 D51 D42 直流电压、毫安、安培表 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 三相可调电阻器 2 件 1 件 1 件 1 件 五、实验方法 1、他励直流发电机

R1V2A2V1220V+电枢电源－R2ILA4SIf1A1Rf1励磁电源+220V－励磁绕阻Rf2A3If图5－1直流他励发电机接线图

按图5-1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0.4 A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

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并励绕组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5-1中 表5-1 n=nN＝1600r/min IL=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5-2中。

表5-2 n＝nN＝ r/min If＝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

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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5-3中。

表5-3 n=nN＝ r/min U＝UN＝ V IL（A） If（mA） 2、并励发电机实验 （1）观察自励过程

1）按实验四中注意事项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5-2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）按实验四中注意事项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

+R1V2A2V1220V－电枢电源SR2ILA4If1A1Rf1+励磁电源220V－励磁绕组IfA3Rf2 图5－2直流并励发电机接线图

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1）按图5-2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5-4中。 表5-4 n＝nN＝ r/min Rf2＝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5-3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。

R1A2V1220V+电枢电源－S　S1If1A1Rf1+励磁电源220V－励磁绕组IfA3并励绕组Rf2C1串励绕组C2V2ILA4 R2图5－3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。

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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5-5中。

表5-5 n＝nN＝ r/min Rf2＝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

U0?UN?U%?100%算出三种励磁方式的电压变化率： 并分析差异原因。 UN 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？

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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5-5中。

表5-5 n＝nN＝ r/min Rf2＝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

U0?UN?U%?100%算出三种励磁方式的电压变化率： 并分析差异原因。 UN 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？

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