电机实验指导书.docx
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电机实验指导书
电机及拖动技术实验的基本要求和安全操作规程
1-1电机实验室安全操作守则
（1）对于首次进入实验室参加实验的学生应进行安全和爱护实验室设备的教育。
（2）实验室工作人员应向参加实验的学生介绍本实验室的电压等级和配电概况。
实验室总电源由工作人员负责操作，其他人员不得接触。
（3）为确保人身安全，实验时应注意衣服、发辫及实验用线，防止卷入电动机旋转部件。
（4）学生进行实验时，独立完成的实验线路连接或改接，须经实验室工作人员检查无误并提醒全组同学注意后，方可接通电源。
（5）电源必须经过开关或接触器、熔断器之后才可接入实验线路，严禁带电接线、拆线、接触带电裸露部位及电机的旋转部件。
（6）操作开关动作要迅速，以免产生电弧烧坏开关。
各种仪表、设备不允许过载运行或其他非正常运行。
若仪表、设备发生故障，应报告实验室工作人员或教师，不得自行排除故障。
（7）实验中发生故障时，必须立即切断电源并保护现场，同时报告实验室工作人员或教师。
待查明原因并排除故障后，才可继续进行实验。
（8）实验室内禁止吸烟、打闹、大声喧嚷、随地吐痰以及其他不文明的行为。
（9）实验开始后，学生不得远离实验装置或做与实验无关的事。
（10）实验完毕后应切断电源、检查实验数据，经实验室工作人员或教师同意后再折除实验线路；实验仪表、用线应分类整齐放置，清理实验桌（台）面。
1-2电机及拖动实验的基本要求
电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。
培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。
在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。
现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备
实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。
实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。
认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。
二、实验的进行
1、建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。
2、选择组件和仪表
实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。
3、按图接线
根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。
为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。
4、起动电机，观察仪表
在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常（如指针正、反向是否超满量程等）。
如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
5、测取数据
预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。
正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。
6、认真负责，实验有始有终
实验完毕，须将数据交指导教师审阅。
经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
三、实验报告
实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。
实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
实验报告包括以下内容：
1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。
2）列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据（PN、UN、IN、nN）等。
3）列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。
4）数据的整理和计算
5）按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm×8cm，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。
6）根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。
实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
7）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
实验四直流发电机
一、实验目的
1）掌握并励直流发电机建立稳定电压的操作过程。
2）掌握如何用实验方法测定直流发电机的运行特性。
二、实验内容
1）观察并励直流发电机的自励过程。
2）测定他励直流发电机的空载特性U0=f（If）、外特性U=f（I）和调整特性If=f（I）。
3）测定并励直流发电机的外特性U=f（I）。
三、实验设备与仪表
1）直流发电机1台
2）直流电动机1台
3）可调电阻器（Rf1=500欧Rf2=2K欧）3台
4）直流电压表2块
5）直流电流表（If1、If2=1A挡I、IF=10A挡）3块
6）转速表或测速仪1台
7）可调有源负载1台
或电机及电气技术实验装置1台
四、实验预习
1）复习并励直流发电机的自励条件及达到自励条件应采取的措施。
2）预习直流发电机的空载特性和外特性的定义及测定的条件。
3）了解测取直流发电机空载特性和外特性的实验线路。
五、实验说明
1）注意正确起动直流电动机，使直流电动机的转向与发电机规定的转向一致。
若电动机容量小则可以直接起动。
2）并励直流发电机实验时，应检查发电机是否有剩磁，若无剩磁应对发电机进行充磁。
3）直流发电机的负载使用可调有源负载，所加负载不能超过发电机的额定容量。
4）实验线路图4-1中Q2是双向开关，可以闭合直流发电机励磁回路至他励位置或并励位置。
5）直流发电机空载实验时，励磁电流应单方向调节。
六、实验操作方法
直流发电机的实验线路如图4-1所示，作为驱动电机的并励直流电动机M的转子与直流发电机G的转子机械连接。
图4-1直流发电机的实验线路
1．并励直流发电机的自励过程
1）将并励直流电动机M电枢回路的起动电阻R1，调至最大值、励磁回路电阻Rf1调至最小值，断开直流发电机G的励磁开关Q2和负载开关Q3。
2）闭合电源开关Ql起动直流电动机，调节电动机电枢回路电阻R1和励磁回路电阻Rf1，使电动机转速达到额定值nN并保持不变。
3）检查直流发电机有无剩磁的方法是，断开发电机励磁回路双向开关Q2，在发电机转速n=nN的状态下，用电压表测量发电机电枢两端有无剩磁电压。
若无剩磁电压，则将发电机励磁回路双向开关Q2闭合至他励位置进行充磁即可。
4）将直流发电机励磁回路电阻Rf2调至最大值，双向开关Q2闭合至并励位置。
5）在发电机空载且转速n=nN的状态下，逐步减小励磁回路电阻Rf2值，观察发电机电枢两端的电压UF的变化情况。
若电枢电压UF上升，即发电机励磁绕组与电枢绕组的连接极性正确。
若电枢电压UF减小，则发电机励磁绕组与电枢绕组的连接极性错误。
此时应断开电源开关Q1，待机组停机后，再断开励磁回路双向开关Q2，对调发电机励磁绕组的连接极性或改变发电机的转向。
注意两者只取其一，不可同时改变。
6）并励直流发电机在有剩磁、励磁绕组极性接法正确和励磁回路总电阻小于临界电阻的条件下，才能建立起稳定的电压。
2．测定他励直流发电机的空载特性
1）将双向开关Q2置于中间位置，闭合电源开关Q1，如前述起动直流电动机，并注意观察电机转向是否与规定的转向一致。
2）调节直流电动机的转速，使发电机的转速达到n=nN。
3）断开发电机负载开关Q3，调节发电机励磁回路电阻Rf2至最大值位置，同时将直流发电机励磁回路双向开关Q2闭合至他励位置。
4）逐步减小发电机的励磁回路电阻Rf2值，使发电机空载电压UF≈1.2UFN。
5）在保持发电机空载及转速额定的条件下，从UF≈1.2UFN开始，单方向逐步增加励磁回路电阻Rf2值，使发电机励磁电流If2逐步减小。
6）每次记下发电机空载电压UF和励磁电流If2的数据，应在UF=UFN附近增加数据的测量点，直至If2=0（即断开发电机励磁回路开关Q2此时所测的即为剩磁电压）。
共读取7～9组数据，将所读数据记入表4-1中。
表4-1他励发电机空载实验数据
序号
1
2
3
4
5
6
7
UF0/V
If2/A
3、测定他励直流发电机的外特性
（1）如前述起动直流电动机并保持发电机转速n=nN，调节发电机励磁回路电阻Rf2值，使发电机输出电压为UF=UFN。
（2）将发电机负载电阻RL调至最大值，闭合负载开关Q3。
（3）逐步减小负载电阻RL值，使负载电流逐步增加，同时调节发电机输出电压与转速，使UF=UFN、n=nN和IF=IFN，此时为发电机的额定运行点。
额定运行点对应的励磁电流为额定励磁电流If2=If2N，记录下该组数据。
（4）在保持直流发电机n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐步增加负载电阻RL值，使发电机负载电流逐步减小。
每次记下发电机负载电流IF、输出电压UF直至空载（即断开负载开关Q3）的数据，共读取5-6组，将所读数据记入表4-2中。
表4-2他励发电机外特性实验数据
序号
1
2
3
4
5
6
7
IF/A
UF/V
4、测定他励直流发电机的调整特性
（1）如前述，起动直流电动机并保持发电机转速n=nN，调节发电机励磁回路电阻Rf2值，使发电机输出电压为UF=UFN。
将发电机负载电阻RL调至最大值，然后闭合负载开关Q3。
（2）在保持直流发电机n=nN和UF=UFN不变的条件下，逐步增加负载电阻IF。
当负载电流增加时，为保持发电机输出电压UFN不变，要相应调节发电机励磁电流If2。
在负载电流IF=0至IF=IFN的范围内，每次记下负载电流IF和发电机励磁电流If2的数据，共读取5-6组，将所读数据记入表4-3中。
表4-3他励发电机调整特性实验数据
序号
1
2
3
4
5
6
7
If2/A
IF/A
5、测定并励直流发电机的外特性
（1）并励直流发电机的外特性是在n=nN和Rf2=Rf2N保持不变的条件下测取的，操作步骤参照他励发电机方法进行。
（2）将发电机励磁回路双向开关Q2闭合至并励位置，调节发电机至n=nN、UF=UFN和IF=IFN的额定工作状态，并保持发电机在此额定状态下的励磁回路电阻Rf2=Rf2N不变（并非保持If2=If2N不变）。
（3）在上述状态下，逐步增加负载电阻RL值，以减小发电机的负载电流直至IF=0。
每次记下发电机输出电压UF和输出电流IF的数据，共读取5-6组，将所读取数据记入表4-4中。
表4-4并励发电机外特性实验数据
序号
1
2
3
4
5
6
7
IF/A
UF/V
七、实验报告与要求
（1）列出被试并励发电机的主要额定数据。
（2）绘出直流发电机实验的实际接线图。
（3）根据实验数据作出他励直流发电机的空载特性UF=f（If）、外特性曲线UF=f（IF）、调整特性曲线If2=f（IF）及并励发电机的外特性曲线UF=f（IF）。
将他励和并励发电机的外特性曲线UF=f（IF）绘在同一坐标纸上。
（4）根据实验数据按下式求出他励和并励发电机在额定负载下的电压调整率△U：
（5）对他励和并励情况下发电机电压调整率△U的差异原因进行分析。
八、实验思考
（1）直流发电机空载实验时，其励磁电流为什么必须单方向调节？
（2）直流发电机外特性实验时，当发电机负载电流增加，机组转速发生变化的原因是什么？
（3）为什么并励直流发电机的空载特性要用他励方式测取？
实验五直流电动机
一、实验目的
1）掌握用实验的方法测定并盛直流电动机的工作特性和调速特性。
2）掌握并励直流电动机的调速方法。
二、实验内容
1、测定并励直流电动机的固有（自然）工作特性
在保持电动机端电压UD=UN和励磁电流If1=If1N的条件下，测取电动机的转速特性n=f（Ia）、转矩特性T=f（Ia）和效率特性η=f（Ia）。
2、测定并励直流电动机的调速特性
1）改变电动机电枢电压Ua调速是在保持电动机端电压UD=UN、励磁电流If1=If1N不变以及输出转矩T2为常数的条件下，测取电动机的调速特性n=f（Ua）。
2）改变电动机励磁电流If1调速是在保持电动机端电压UD=UDN、输出转矩T2不变的条件下，测取电动机的调速特性n=f（If1）。
三、实验设备与仪表
1）并励直流电动机—直流发电机机组1台
2）可调电阻器（Rf1=500欧Rf2=2K欧）3台
3）直流电压表2块
4）直流电流表（If1、If2=1A挡I、IF=10A挡）3块
5）转速表或测速仪1台
6）有源负载1台
或电机及电气技术实验装置1台
四、实验预习
1）预习并励直流电动机固有工作特性的定义及测定条件。
2）预习并励直流电动机的调速原理及各种调速方法的特点。
3）了解测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验线路。
4）了解测定并励直流电动机的工作特性和调速特性的方法。
五、实验说明
1）直流电动机应由起动器起动或降低电枢电压起动。
2）检查直流电动转向。
3）若用直流发电机作为直流电动机的负载，工作特性中转速特性n=f（Ia）为实测数据，转矩特性T=f（Ia）和效率特性η=f（Ia）则应根据实验数据计算求得。
4）实验前，了解被试电动机的主要额定数据。
5）实验中，电动机的励磁回路一定接牢固，不能开路，调电动励磁时要慢。
六、实验操作方法
测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验线路如图5-1所示。
图5-1直流电动机实验线路
1、并励直流电动机的工作特性
1）调节并励电动机电枢回路电阻R1为最大值、励磁回路所阻Rf1为最小值，合上电源开关Q1起动并励电动机。
2）调压电阻R1逐步减小至零，使电动机电枢端电压为额定值Ua=UDN，电机起动结束。
3）将直流发电机励磁回路电阻Rf2调至最大值，合上励磁电源开关Q2。
合上负载开关Q3。
4）在保持电动机电枢端电压Ua=UDN、励磁电流If1=If1N和转速n=nN的条件下、调电阻Rf2、RL以增加电动机负载，直到电动机的输入电流达到额定值为止。
此时即为电动机的额定运行状态。
5）读取额定点数据UND、IN、If1N、nN和直流发电输出电流及电压UF、IF。
在仍然保持电动机电枢端电压Ua=UDN及励磁电流If1=If1N不变的条件下，调RL及Rf2、逐步减小电动机负载直至空载（即断开测功机的电源开关Q3）为止。
每次记下电动机的输入电流I、UD转速n和直流发电机输出电压UF、电流IF的数据，共读取5～7组，将所读数据记入表5-1中。
表5-1工作特性实验数据
UDN=V，If1N=A
序号
1
2
3
4
5
6
7
I/A
Ia/A
n/（r/min）
UF
IF
UD
注：
表中Ia=I-If1N。
2、并励直流电动机的调速特性
（1）改变电动机电枢端电压Ua调速
1）按前述步骤起动电动机。
2）将电枢回路电阻R1调至零，此时电枢端电压Ua=UN。
调节励磁回路电阻Rf1，使励磁电流If1=If1N并保持不变。
3）合上电源开关Q2和负载开关Q3，调节直流发电机负载适当增加电动机负载，使电动机输入电流I≈0.5IN并保持此时测功机转矩不变，即发电机电枢电流IF不变。
4）在上述条件下，逐步增加电枢回路电阻R1值，降低电枢端电压Ua，使电动机转速减小。
每次读取电枢电压Ua、转速n和输入电流I的数据，在电枢回路电阻R1可调范围内共读取5～7组数据，将所读取数据记入表5-2中。
表5-2改变电枢电压调速实验数据
If1N=A，T2=N·m
序号
1
2
3
4
5
6
7
Ua/V
n/（r/min）
I/A
Ia/A
注：
表中Ia=I-If1N。
（2）改变电动机励磁电流If1调速（恒功率调速）
1）按前述步骤起动电动机。
2）将电枢回路电阻R1调至零，保持电枢端电压Ua=UDN不变。
调节直流发电机负载适当增加电动机负载，使电动机输入电流I≈0.5IN并保持此时测功机转矩T2不变。
3）在上述条件下，逐步增加励磁回路电阻Rf1以减小励磁电流If1，使电动机转速增加直至n=1.2nN为止。
每次读取励磁电流If1、转速n和输入电流I的数据，共读取5～7组，将所读数据记入表5-3中。
表5-3改变励磁电流调速实验数据
UDN=V，T2=N·m
序号
1
2
3
4
5
6
7
If1/A
n/（r/min）
I/A
Ia/A
注：
表中Ia=I-If1。
七、实验报告与要求
1）列出被试电动机的主要额定数据。
2）绘出测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验接线图。
3）根据表5-1的实验数据作出转速特性曲线n=f（Ia）、转矩特性曲线T=f（Ia）和效率特性曲线η=f（Ia）。
效率特性曲线η=f（Ia）可根据实验数据由下式求出：
并按下列公式计算出电动机的效率和转矩T2。
P1——电动机输入电功率，P1=UD·I
电枢电流：
Ia=（I-If1）
电动机效率：
ηD=ηF≈
（两机效率几乎相等）这是忽略了两机效率和效率曲线的差别。
电动机的输出功率：
P2=P1ηD
发动机的输入出功率：
P2F=UF·IF
电动机的输出转矩T2=0.975·
T2是电动机输出转矩，由此数据所作的曲线是电动机输出转矩特性T2=f（Ia）。
若已测得电动机电枢电阻Ra，则可根据实验数据计算求得电磁转矩特性曲线Tem=f（Ia）。
电磁功率Pem和电磁转矩分别按下式求得：
4）根据工作特性实验数据计算被测电动机的转速变化率
△n%=
式中，n0为电动机空载转速（即断开测功机电源开关Q2时的电机转速）。
5）根据表5-2和表5-3的实验数据分别作出改变电枢电压和励磁电流调速的调速特性曲线性n=f（Ua）、n=f（If）。
6）分析并励直流电动机两种调速方法的优缺点。
八、实验与思考
1）测定并励直流电动机的工作特性时为什么要求保持励磁电流If1=If1N不变？
2）测定并励直流电动机的调速特性时为什么要求电动机的输出转矩T2保持不变？
3）如何理解并励直流电动机在Ua=UN和负载转矩一定时，减小励磁电流If时电枢电流Ia会变大？
（4）并励电动机的速率特性n=f（Ia）为什么是略微下降？
是否出现上翘现象？
为什么？
上翘的速率特性对电动机运行有何影响？
（5）当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减少电枢电压会引起转速的降低，为什么？
（6）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？
（7）并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？
实验六三相绕组与旋转磁场实验
一、实验目的
1．掌握三相绕组磁场产生的原理。
2．掌握三相电机定成绕组的布线规律。
二、实验项目
1．三相木模定子的绕组的下线、连线。
2．用指南针检查旋转磁场的转向。
三、实验设备及仪器
1．三相调压器。
2．电气装置中的三相电网电源。
3．Z=36的木模定子。
4．绕组线圈若干。
5．指南针。
6．交流电流表。
四、预习要点
1．掌握三相旋转磁场产生原理。
2．根据Z=36、2P=6、a=1整步60°相带，绘出三相单层迭绕组展示图。
五、实验说明
1、单层绕组的每个槽中只嵌一个绕圈有效边，绕组的成圈数等于总槽数的一半。
2、一个极距内所有导体的电流方向必须一致，相邻两个极距内所有导体的边流方向必须相反。
3、在选线时，由于有效边是产生电磁作用的主要部分，所以只要保持有效的电流以流向不变，端部连接方式改变，不会改变电磁情况。
4、通电时，电流小于3安。
5、用指南针检查旋转磁场时，指南针平放并且尽量靠近木槽。
六、实验方法及步骤
1、参数计算
极距τ=Z/2P=36/4=6槽
每极每相槽数q=Z/2mp=36/4×3=2槽
槽间电角度α=P360/Z=3×360/36=30°
2、编绘电机的槽号
把36线槽绘出来，线槽之间的距离均匀对称，仍需要多画几个槽，左右两侧都要标出始末槽号，以示展开图园周完整性，同时要预留出确定每极每相槽数位置的空余地方，如图6-1。
图6-1三相6极36槽电机单层全距绕组槽号绘编
3、划定极距：
把已编绘好的电机槽号，按顺序六等分，并标出极距的位置（如图6-1）。
4、确定每极每相槽的位置：
在规划好的极距下，将每一极距三等分，得到每极每相二槽依次在每槽下用U、V、W标出来，以示每极距下，每一相绕组所嵌槽的位置（如图6-1）。
5、标明电流方向：
按绕组嵌线排列原则，即一个相距内所有导体的电流方向都必须一致，相邻两个极距内所有导体电流方向，都必须相反，原则在规划好的极距下，标出每个极距内所有导体的电流方向（如图6-1）。
6、绕组展开图成图：
按照每一极距下每槽中的电流方向以及绕圈节距，把同样号（如都为O的记号）下的线槽适当顺序联接，可构成绕组。
根据槽间电高度和A、B、C相差120°，确定A、B、C，即第1为A、5为B、9为C，然后把A、B、C的尾端接在一起，可成Y接。
7、通电验证
在A、B、C端加三相电源，A相串电流表，电流小于3A，用指南针验证旋转磁场，看针是否转动。
图6-2
七、报告要求
验证完成后，写出体会。
八、实验思考
1、哪些接线错误可能建立不起旋转磁场？
2、采用木模定子，绕组电阻很小，须直接加电网电压吗？
实验八三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、实验内容
1、异步电动机的直接起动。
2、异步电动机星形——三角形（Y-△）换接起动。
3、自耦变压器起动。
4、绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。
5、绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
三、实验设备及仪表
1、三相鼠笼异步电动机1台
2、三相绕线转子异步电动机1台
3、自耦变压器1台
4、可调电阻器3台
5、他励直流发电机组—异步电动机组1套
6．交直流电流表4台
7、交直流电压表2台
8、转速测试表1块
四、实验预习内容
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。
3、理解三相异步电动机起动和调速的实验线路。
4、了解三相绕线转子异步电动机起动和
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