11-12-2电机学实验指导书（选定项目）

电

机及电气

技

术综合实验

电机实验指导书

指

陈鹏程 李玉廷编

导书

陈鹏程 李玉廷编

临沂师院物理系

临沂大学汽车学院

目 录

实验一 直流他励发电机实验 ......................................................................................................... 2 实验二 单相变压器实验 ................................................................................................................. 5 实验三 异步电动机工作特性实验 ................................................................................................... 9 实验四 三相同步发电机运行特性 ............................................................................................... 13

1

实验一 直流他励发电机实验

(一)、实验目的

掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性。 (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？ (三)、实验内容

（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?。 （四）、实验设备及挂件排列顺序

1、实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 DJ23 DJ13 D31 D44 D51 D42 名 称 校正直流测功机 直流复励发电机 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 数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 DD03 导轨、测速发电机及转速表 2、屏上挂件排列顺序

D31－2、D44、D31－3、D42、D51

2

（五）、实验电路图

A2R1励磁电源－+220V励磁绕阻Rf2并励绕组If1A1A3IfRf1V2ILV1+220V－电枢电源SR2A4

（六）、实验步骤

按图接线。图中直流发电机G选用DJ13，把直流发电机的串励绕组短接。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电阻并联加上900Ω与900Ω并联），阻值为900Ω。负载电流不能大于0.8 A。 （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（240V）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，记录于下表中

r/min，IL?0 n?nN?1600

3

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＝0.5A，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，记录于下表中。 n＝nN＝1600r/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＝200V。 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组数据记录于下表中。

n=nN＝1600r/min U＝UN＝200V

IL（A）

If（mA） （七）、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，一定不能让电流超过0.8A，以免电流过大引起变阻器损坏。

（八）、实验报告

1、根据空载实验数据,作出空载特性曲线。 2、绘出他励发电机的外特性曲线。

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。

4

实验二 单相变压器实验

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、通过实验测绘取变压器的空载特性曲线和短路特性曲线。

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，各种仪表应怎样连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?。 2、短路实验

测取短路特性Uk?f?Ik?，Pk?f?Ik?。 四、实验设备

1、实验设备

序号 1 2 3 4 5 2、屏上排列顺序

D38－1、D37－1、D34－2、DJ11

**WAI0A型 号 名 称 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 D38－1 交流电压表 D37－1 交流电流表 D34-2 DJ11 D51 单三相智能功率、功率因数表 三相组式变压器 波形测试及开关板 五、实验步骤

DD01三相调压交流电源UVV1U055VV2UAXWxX图3-1 空载实验接线图

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1、空载实验

1）在三相调压交流电源断电的条件下，按上图接线。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。记录于下表中。

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下表中。

序号

2、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，按下图接线（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。

*ADD01三三三三三三三三实 验 数 据 U0(V) I0(A) P0(W) UAX(V) *WIKPKAaUVWV1UKXx 图3-2 短路实验接线图

6

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组记录于下表中。实验时记下周围环境温度(℃)。

室温 ℃

六、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。

七、实验报告

1、计算变比、变压器阻抗参数。

（1）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）空载实验参数计算（用空载电压为额定电压的那组数据）：

Zm?U0I0实 验 数 据 UK（V） IK（A） PK（W） ；Rm?PI02；Xm?Zm?Rm22；

归算到高压侧：Z1m?K2Zm；R1m?K2Rm；X1m?K2Xm；

（3）短路实验参数计算：

Zk?UkIk；Rk?PkIk2；Xk?Zk?Xk22；

将短路点折算到75oC时的值：Rk(75o)?Rk234.5?75234.5??o；

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Rk(75o)－绕组用铜线，短路电阻折算到75C时的值；?o－做实验时的室温。

o

2、绘出空载特性曲线U0?f?I0?，P0?f?U0?； 3、绘出短路特性曲线Uk?f?Ik?、Pk?f?Ik?。

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实验三 异步电动机工作特性实验

一、实验目的

1、掌握三相异步电动机的空载和负载试验的方法。 2、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。

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、工作特性的测定方法。

三、实验内容

1、空载实验。 2、负载实验。

四、实验方法

1、实验设备

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2、屏上挂件排列顺序

D38－1、D37－1、D34－22、D31、D42、D51－1、D55 三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。 五 实验电路及步骤

1、空载实验

1) 按下图接线。电机绕组为Δ接法(UN=220V)，直接与测速发电机同轴联接，负载电机

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型 号 DD03 DJ23 DJ16 D38－1 D37－1 D34－2 D31 D42 D51 D55－1 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正过的直流电机 三相鼠笼异步电动机 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 波形测试及开关板 直流测功表 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件

DJ23不接。

2) 把交流调压器调至电压最小位置，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( 如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源)。

3) 保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。

W*VVVAVW*AU**WAAIFRf+ 220V励磁电源MGIfMAVRL- 三相鼠笼式异步电动机试验接线图

4) 调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。

5) 在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7～9 组记录于下表中。

序 U0L（V） IA UABI0L（A） IB IA?IB?IC3P0（W） I0L PⅠ P?＋PⅡ3UOLIOL号 UAB UBC UCA U0L IC PⅡ P0 cosφ0 表中：UOL? 2、负载实验

?UBC?UCA3；IOL?；cos?o?；

1) 按电路图接线。同轴联接负载电机。图中Rf用D42上1800Ω阻值，RL用D42上900Ω并联900Ω阻值加上900Ω并联900Ω。

2) 合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。

3) 合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值100mA，并保持不变。

4) 调节负载电阻RL，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。

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5) 从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、T2及直流电机的负载电流IF等数据。 6) 共取数据8～9组记录于下表中。

U1φ=U1N=220V（Δ） If= mA 序 号 IA I1L（A） IB IC I1L PⅠ P1（W） PⅡ P1 IF (A) T2 n (N·m) (r/min) 表中：I1L?IA?IB?IC3?PⅡ； ；P1?PⅠ六、实验报告

1、作空载特性曲线：IOL、P0?f?UOL?

2、作工作特性曲线P1、I1、?、S、cos?1?f?P2?。 由负载试验数据计算工作特性，填入下表中。 U1=220V(Δ) If = mA 电动机输入 序 号

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电动机输出 T2 n P2 (W) 计 算 值 S (%) η (%) cosφ1 I1? P1 (W) (A) (N·m) (r/min) 计算公式为：

I0??I0L3?IA?IB?IC33，U1??U1L，U0??U0L

I1??S?I1L3?IA?IB?IC33?10000?n1500P1cos?1?3U1?I1?P2?0.105nT2??P2P1?100%式中 I1?——定子绕组相电流，A；

U1?——定子绕组相电压，V； S——转差率；?——效率。

七、思考题

1、由空载、短路实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、从短路实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？

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实验四 三相同步发电机运行特性

一、实验目的

1、用实验方法测量同步发电机空载特性曲线。 2、由实验数据测量同步发电机短路特性曲线。

二、预习要点

1、同步发电机空载特性曲线； 2、同步发电机短路特性曲线。

三、实验内容

1、空载实验：在n?nN、I?0的条件下，测取空载特性曲线U0?f?If?。

2、三相短路实验：在n?nN、U?0的条件下，测取三相短路特性曲线Ik?f?If?。

四、实验设备

1、实验设备

序 号 型 号 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 DJ23 名 称 校正直流测功机 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 DD03 导轨、测速发电机及转速表 D37-1 交流电流表 D38-1 交流电压表 D34-2 单三相智能功率、功率因数表 D31 D41 D42 D52 DJ18 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 三相可调电阻器 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源 同步电动机 2、屏上挂件排列顺序

D38-1、D37-1、D34-2、D52、D31、D41、D42 五、实验电路图

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S1IAACOSφ*WAIBAIC*VVV同步电机电枢绕组IfA1Rf2+MGRst励磁绕组+V1TGRf1－－220V电枢电源220V励磁电源A2－24VD52励磁电源

ABCGS3~XYZ同步电机励磁绕组+三相同步发电机实验接线图

六、实验步骤

1、空载实验

1) 按上图接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y形接法(UN=220V)。Rf2用D41组件上的90Ω与90Ω串联加上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，Rst用D44 上的180Ω电阻值，Rf1用D44上的1800Ω电阻值，RL选用D42的900Ω与900Ω并联组成星形连接，开关S1，S2选用D51挂箱。

2) 调节D52上的24V励磁电源串接的Rf2至最大位置。调节MG的电枢串联电阻Rst至最大值，MG的励磁调节电阻Rf1至最小值。开关S1、S2均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。

3) 接通控制屏上的电源总开关，按下“开”按钮，接通励磁电源开关，看到电流表A2有励磁电流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关，起动MG。MG起动运行正常后, 把Rst调至最小，调节Rf1使MG转速达到同步发电机的额定转速1500 r/min并保持恒定。 4) 接通GS励磁电源，调节GS励磁电流（必须单方向调节），使If单方向递增至GS输出电压U0≈1.3UN为止。

5) 单方向减小GS励磁电流，使If单方向减至零值为止，读取励磁电流If和相应的空载电压U0。

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6) 共取数据7～9组并记录于下表中

n=nN=1500r/min I=0 序 号 U0（V） If（A） 在用实验方法测定同步发电机的空载特性时，由于转子磁路中剩磁情况的不同，当单方向改 变励磁电流If从零到某一最大值，再反过来由此最大值减小到零时将得到上升和下降的二条不同曲线。二条曲线的出现，反映铁磁材料中的磁滞现象。测定参数时使用下降曲线，其最高点取U0≈1.3UN，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线部分使与横轴相交，则交点的横座标绝对值Δif0应作为校正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上此值，即得通过原点之校正曲线。（见下图）

if00If(A)U0(V)U0(V)if0if0if0If(A)if0注意事项：(1) 转速要保持恒定；(2) 在额定电压附近读数相应多些。

2、三相短路试验

1) 调节ＧＳ的励磁电源串接的Rf2至最大值。调节电机转速为额定转速1500r/min，且保持恒定。

2) 接通GS的24V励磁电源，调节Rf2使GS输出的三相线电压(即三只电压表V的读数)最小，然后把GS输出三端点短接。

3) 调节GS的励磁电流If使其定子电流IK=1.2IN，读取GS的励磁电流值If和相应的定子电流值IK。

4) 减小GS的励磁电流使定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励磁电流If和相应的定子电流IK。

5) 共取数据5～6组并记录于表中。

U=0V； n＝nN=1500r/min

序 号 IK（A） If （A） 七、实验报告

1、根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。

2、根据实验数据绘出同步发电机短路特性。

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6) 共取数据7～9组并记录于下表中

n=nN=1500r/min I=0 序 号 U0（V） If（A） 在用实验方法测定同步发电机的空载特性时，由于转子磁路中剩磁情况的不同，当单方向改 变励磁电流If从零到某一最大值，再反过来由此最大值减小到零时将得到上升和下降的二条不同曲线。二条曲线的出现，反映铁磁材料中的磁滞现象。测定参数时使用下降曲线，其最高点取U0≈1.3UN，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线部分使与横轴相交，则交点的横座标绝对值Δif0应作为校正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上此值，即得通过原点之校正曲线。（见下图）

if00If(A)U0(V)U0(V)if0if0if0If(A)if0注意事项：(1) 转速要保持恒定；(2) 在额定电压附近读数相应多些。

2、三相短路试验

1) 调节ＧＳ的励磁电源串接的Rf2至最大值。调节电机转速为额定转速1500r/min，且保持恒定。

2) 接通GS的24V励磁电源，调节Rf2使GS输出的三相线电压(即三只电压表V的读数)最小，然后把GS输出三端点短接。

3) 调节GS的励磁电流If使其定子电流IK=1.2IN，读取GS的励磁电流值If和相应的定子电流值IK。

4) 减小GS的励磁电流使定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励磁电流If和相应的定子电流IK。

5) 共取数据5～6组并记录于表中。

U=0V； n＝nN=1500r/min

序 号 IK（A） If （A） 七、实验报告

1、根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。

2、根据实验数据绘出同步发电机短路特性。

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