本科电气电机学实验指导书1214DOC.docx
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本科电气电机学实验指导书1214DOC
电
机
学
实
验
指
导
书
电气与电子信息工程学院
实验一直流电动机的运行特性
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、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、实验主要仪器与设备：
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
四、实验原理
工作特性：
电源电压一定，励磁电阻一定时，η、n、Tem=f（P2）的关系曲线。
（一）并励电动机（UNIfN条件下）（并励电动机励磁绕组绝对不能断开）
1．速率特性n=f（P2）
转速调整率
2．转矩特性Tem=f（P2）
3．效率特性η=f（P2）（75~95）%
实验原理图见图1-1
图1－1直流并励电动机接线图
五、实验内容及步骤
1、实验内容：
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、实验步骤：
（1）并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图1-1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。
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，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。
表1－1U＝UN＝220VIf=IfN=100mAIf2=81.4mA
实验数据
Ia（A）
n（r/min）
计算数据
U2
I2
P2
六、实验注意事项
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。
起动完毕，应将R1调到最小。
七、实验数据处理和结论
实验二直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
一、实验目的
了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性
二、预习要点
1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？
2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？
他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？
3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。
三、实验项目
1、电动及回馈制动状态下的机械特性
2、电动及反接制动状态下的机械特性
3、能耗制动状态下的机械特性
四、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件
2
DJ15
直流并励电动机
1件
3
DJ23
校正直流测功机
1件
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
D51、D31、D42、D41、D31、D44
图2-1他励直流电动机机械特性测定的实验接线图
按图2-1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机（接成他励方式），MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。
R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。
3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性
（1）R1、R2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R3选用D42上4只900Ω串联共3600Ω阻值，R4选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。
（2）R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min量程。
开关S1、S2选用D51挂箱上的对应开关，并将S1合向1电源端，S2合向2'短接端（见图2-1）。
（3）开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M起动运转。
调节“电枢电源”电压为220V；调节R2阻值至零位置，调节R3阻值，使电流表A3为100mA。
（4）调节电动机M的磁场调节电阻R1阻值，和电机MG的负载电阻R4阻值（先调节D42上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接）。
使电动机M的n=nN=1600r/min，IN=If+Ia=1.2A。
此时他励直流电动机的励磁电流If为额定励磁电流IfN。
保持U=UN=220V，If=IfN，A3表为100mA。
增大R4阻值，直至空载（拆掉开关S2的2'上的短接线），测取电动机M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取8-9组数据记录于表2-1中。
（5）在确定S2上短接线仍拆掉的情况下，把R4调至零值位置（其中D42上1800Ω阻值调至零值后用导线短接），再减小R3阻值，使MG的空载电压与电枢电源电压值接近相等（在开关S2两端测），并且极性相同，把开关S2合向1'端。
（6）保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，调节R3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A2表的电流值为0A时，此时电动机转速为理想空载转速（此时转速表量程应打向正向3600r/min档），继续增加R3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900r/min，测取M的n、Ia。
共取8～9组数据记录于表2-2中。
（7）停机（先关断“电枢电源”开关，再关断“励磁电源”开关，并将开关S2合向到2'端）。
表2-1UN=220VIfN=mA
Ia（A）
n（r/min）
表2-2UN=220VIfN=mA
Ia（A）
n（r/min）
3、R2=400Ω时的电动运行及反接制动状态下的机械特性
（1）在确保断电条件下，改接图2-1，R1阻值不变，R2用D42的900Ω与900Ω并联并用万用表调定在400Ω，R3用D44的180Ω阻值，R4用D42上1800Ω阻值加上D41上6只90Ω电阻串联共2340Ω阻值。
（2）转速表n置正向1800r/min量程，S1合向1端，S2合向2'端（短接线仍拆掉），把电机MG电枢的二个插头对调，R1、R3置最小值，R2置400Ω阻值，R4置最大值。
（3）先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使电动机M起动运转，在S2两端测量测功机MG的空载电压是否和“电枢电源”的电压极性相反，若极性相反，检查R4阻值确在最大位置时可把S2合向1'端。
（4）保持电动机的“电枢电源”电压U=UN=220V，If=IfN不变，逐渐减小R4阻值（先减小D44上1800Ω阻值，调至零值后用导线短接），使电机减速直至为零。
把转速表的正、反开关打在反向位置，继续减小R4阻值，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于电势反接制动状态运行，直至电动机M的Ia=IaN，测取电动机在1、4象限的n、Ia共取12～13组数据记录于表2-3中。
（5）停机（必须记住先关断“电枢电源”而后关断“励磁电源”的次序，并随手将S2合向到2'端）。
表2-3UN=220VIfN=mAR2=400Ω
Ia（A）
n（r/min）
4、能耗制动状态下的机械特性
（1）图2-1中，R1阻值不变，R2用D44的180Ω固定阻值，R3用D42的1800Ω可调电阻，R4阻值不变。
（2）S1合向2短接端，R1置最大位置，R3置最小值位置，R4调定180Ω阻值，S2合向1'端。
（3）先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使校正直流测功机MG起动运转，调节“电枢电源”电压为220V，调节R1使电动机M的If=IfN，调节R3使电机MG励磁电流为100mA，先减少R4阻值使电机M的能耗制动电流Ia=0.8IaN,然后逐次增加R4阻值，其间测取M的Ia、n共取8-9组数据记录于表2-4中。
（4）把R2调定在90Ω阻值，重复上述实验操作步骤
（2）、（3），测取M的Ia、n共取5-7组数据记录于表2-5中。
当忽略不变损耗时，可近似认为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电
磁转矩T=CMΦIa，他励电动机在磁通Φ不变的情况下，其机械特性可以由曲线n＝f（Ia）来描述。
表2-4R2=180ΩIfN=mA
Ia（A）
n（r/min）
表2-5R2=90ΩIfN=mA
Ia（A）
n（r/min）
五、实验报告
根据实验数据，绘制他励直流电动机运行在第一、第二、第四象限的电动和制动状态及能耗制动状态下的机械特性n=f（Ia）（用同一座标纸绘出）。
六、思考题
1、回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点？
2、直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩的方向是否也不变？
为什么？
3、直流电动机从第一象限运行到第四象限，其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么？
作为负载的MG，从第一象限到第四象限其电磁转矩方向是否改变？
为什么？
实验三变压器参数测定及负载特性
一、实验目的：
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）。
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、实验主要仪器与设备：
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
三相心式变压器
1件
5
D42
三相可调电阻器
1件
6
D51
波形测试及开关板
1件
四、实验内容及步骤
1、测定变比
图3-1三相变压器变比实验接线图
实验线路如图3-1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=220/63.6/55V，IN=0.4/1.38/1.6A，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3-1中。
表3-1
高压绕组线电压（V）
低压绕组线电压（V）
变比（K）
UAB
110
Uab
27.5
KAB
4
UBC
109
Ubc
27
KBC
4
UCA
110
Uca
27.4
KCA
4
计算：
变比K：
平均变比：
2、空载实验
图3-2三相变压器空载实验接线图
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，按图接线。
变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。
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4-5组记录于表3-2中。
表3-2
序
号
实验数据
计算数据
U0L（V）
I0L（A）
P0（W）
U0L
（V）
I0L
（A）
P0
（W）
cosΦ0
Uab
Ubc
Uca
Ia0
Ib0
Ic0
P01
P02
1
2
3
4
5
3、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。
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。
图3-3三相变压器短路实验接线图
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3-3室温24℃
序
号
实验数据
计算数据
UKL（V）
IKL（A）
PK（W）
UKL
（V）
IKL
（A）
PK
（W）
cosΦK
UAB
UBC
UCA
IAK
IBK
ICK
PK1
PK2
1
2
3
4
5
4、纯电阻负载实验
图3-4三相变压器负载实验接线图
1）将电源电压调至零值，按下“关”按钮，按图3-7接线。
变压器低压线圈接电源,高压线圈经开关S接负载电阻RL，RL选用D42的1800Ω变阻器共三只，开关S选用D51挂件。
将负载电阻RL阻值调至最大，打开开关S。
2）按下“开”按钮接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=UN。
3）在保持U1=U1N的条件下，合上开关S，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，
测取三相变压器输出线电压和相电流。
4）测取数据时，其中I2=0和I2=IN两点必测。
共取数据7-8组记录于表3-4中。
表3-4U1=U1N=V；cosφ2=1
序号
U2（V）
I2（A）
UAB
UBC
UCA
U2
IA
IB
IC
I2
五、实验注意事项
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。
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3-7中
（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
，P0——变压器空载相电压，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
（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
式中
PK——短路时的相电压、相电流、三相短路功率。
折算到低压方
换算到基准工作温度下的短路参数ｒK75℃和ZK75℃，（换算方法见3-1内容）计算短路电压百分数
计算IK=IN时的短路损耗
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
（2）根据实验求出的参数，算出I2=IN，cosφ2=1时的电压变化率
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3-5中。
表3-5cosφ2=0.8P0=WPKN=W
I2*
P2（W）
η
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
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=ηmax时的负载系数βm。
实验四变压器联结组别及极性测定
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。
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。
三、实验主要仪器与设备：
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
DJ12
三相心式变压器
1件
6
D51
波形测试及开关板
1件
屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ12、DJ11、D51
四、实验内容及步骤
1、测定极性
（1）测定相间极性
被测变压器选用三相心式变压器DJ12，用其中高压和低压两组绕组，额定容量PN=152/152W，UN=220/55V，IN=0.4/1.6A，Y/Y接法。
测得阻值大的为高压绕组，用A、B、C、X、Y、Z标记。
低压绕组标记用a、b、c、x、y、z。
1）按图4-1接线。
A、X接电源的U、V两端子，Y、Z短接。
2）接通交流电源，在绕组A、X间施加约50%UN的电压。
3）用电压表测出电压UBY、UCZ、UBC，若UBC=│UBY-UCZ│，则首末端标记正确；若UBC=│UBY+UCZ│，则标记不对。
须将B、C两相任一相绕组的首末端标记对调。
4）用同样方法，将B、C两相中的任一相施加电压，另外两相末端相联，定出每相首、末端正确的标记。
图3-1测定相间极性接线图
（2）测定原、副方极性
图4-2测定原、副方极性接线图
1）暂时标出三相低压绕组的标记a、b、c、x、y、z,然后按图4-2接线，原、副方中点用导线相连。
2）高压三相绕组施加约50%的额定电压，用电压表测量电压UAX、UBY、UCZ、Uax、Uby、Ucz、UAa、UBb、UCc，若UAa=UAx-Uax，则A相高、低压绕组同相，并且首端A与a端点为同极性。
若UAa=UAX+Uax，则A与a端点为异极性。
3）用同样的方法判别出B、b、C、c两相原、副方的极性。
2、连接并判定以下联接组
（1）Y/Y-12
图4-3Y/Y-12联接组
（α）接线图（ｂ）电势相量图
按图4-3接线。
A、a两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的额定电压，测出UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表4-1中。
表4-1
实验数据
计算数据
UAB
（V）
Uab
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
UBb
（V）
UCc
（V）
UBc
（V）
根据Y/Y-12联接组的电势相量图可知：
为线电压之比
若用两式计算出的电压UBb，UCc，
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