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电机学实验指导书西安工程大学电子信息学院电气工程教研室2007-6-15【内容简介】电机实验是学习研究电机理论的重要环节，其目的在于通过实验验证和研究电机理论，使学生掌握电机实验的方法和基本技能，培养学生严肃认真事实求是的科学作风。
本讲义主要介绍电气自动化和电力系统自动化中常用的直流电机、变压器、异步电机和同步电机的相关实验和实验原理，学生可以掌握实验方法，学会选择仪表，测取实验数据等基本实验研究技能。
通过实验，加深对电机学理论知识的理解。
本书主要以电机教学实验为主，又照顾到工程实验应用，在内容讲述和编排上进行一些改革尝试。
本讲义可作为高等院校有关专业的辅助教材和参考书，也可供从事电机试验等工程技术人员参考ii前言随着教学改革的不断深化，电气工程类各学科的教学内容和教学方式都产生了很大变化。
加强实验教学环节，提高学生的动手能力已经成为人们的共识。
电机实验课是《电机学》和其相近课程的重要组成部分，本实验讲义只侧重于掌握实验方法，并运用课堂上学到的电机理论知识来分析研究实验中的各种问题，得出必要的结论，从而达到培养学生在电机这门学科中具备分析问题和解决问题的初步能力。
本实验讲义是针对电信学院实验中心电机学实验室的“电机综合实验台”编写的，适用于本学校的《电机学》等课程的实验教学。
在内容上详细介绍了实验的方法，同时还增加了实验的原理，使学生更容易了解实验过程。
内容包括：直流电机、变压器、异步电机、同步电机相关实验内容。
参加编写工作的有刘毅力、李彦宾。
刘重轩教授负责统稿和校正，最后，刘重轩教授审订。
由于编者的水平有限，难免有纰漏之处，敬请读者批评指正。
编者2007年7月10日iii目录电机学及拖动基础实验的基本要求和安全操作规程 (1)直流电机实验 (5)实验一认识实验 (5)实验二直流发电机 (8)实验三直流他励电动机实验 (13)实验四他励直流电动机的机械特性实验 (19)三相变压器实验 (25)实验五三相变压器的参数测量实验 (25)实验六三相变压器的联接组和不对称短路 (32)实验七三相变压器的负载运行 (43)实验八三相变压器的并联运行（选作） (48)异步电机实验 (51)实验九三相异步电动机的参数测定实验 (51)实验十三相异步电动机的工作特性 (62)实验十一三相绕线式异步电机在各种运行状态下的机械特性实验 (65)同步电机实验 (75)实验十二三相同步发电机的运行特性 (75)实验十三三相同步电机参数的测定 (84)实验十四三相同步发电机的并联运行特性 (92)附录 (99)iv电机学及拖动基础实验的基本要求和安全操作规程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。
第一章直流电机实验一直流他励电动机机械特性一．实验目的了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性。
二．预习要点改变他励直流电动机械特性有哪些方法？三．实验项目1．直流电动机固有机械特性的测定。
2．直流电动机人为机械特性的测定。
四．实验设备及仪器1．教学实验台主控制屏2．电机导轨及测功机、转矩转速测量3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）5．旋转指示灯及开关板（NMEL-05B）6、直流电压、电流、毫安表（NMEL-06）7．电机起动箱（NMEL-09）五．实验方法及步骤1．固有机械特性接线图如图1-1。
M为直流并励电动机M01（接成他励方式），U N=220V，I N=0.55A，n N=1600r/min，P N=80W；励磁电压U f=220V，励磁电流I f＜0.13A。
G为直流并励电动机M03（接成他励方式），U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min;直流电压表V1为220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V（NMEL-06）；直流电流表mA1、A1分别为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（NMEL-06）R1选用900Ω欧姆电阻（NMEL-03）R2选用180欧姆电阻（NMEL-04中两90欧姆电阻相串联）R3选用3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）R4选用2250Ω电阻（用NMEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）开关S1、S2选用NMEL-05B中的双刀双掷开关。
图1-1 直流他励电动机机械特性测定接线图按图1-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置；（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。
（2）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。
（3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。
实验一直流并励电动机一.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1.什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)观察能耗制动过程四．实验设备及仪器1．MEL系列电机教学实验台的主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。
2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）或电机导轨及编码器、转速表。
3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）4．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。
5．直流并励电动机。
6．波形测试及开关板（MEL-05）。
7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。
五．实验方法1．并励电动机的工作特性和机械特性。
实验线路如图1-6所示U1：可调直流稳压电源R1、Rf：电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。
mA、A、V2：直流毫安、电流、电压表（MEL-06）G：涡流测功机IS：涡流测功机励磁电流调节，位于MEL-13。
a．将R1调至最大，Rf调至最小，毫安表量程为200mA，电流表量程为2A 档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与MEL-13是否相连，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，按实验一方法起动直流电源，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。
b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。
实验一直流电动机一．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、改变电机方向与调速的方法。
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．直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？3．直流电动机起动时，励磁回路连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MEL系列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安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．实验设备及仪器1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）或电机导轨及校正直流发电机3．直流并励电动机M034．220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）5．电机起动箱（MEL-09）。
6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。
五．实验说明及操作步骤1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。
2．在控制屏上按次序悬挂MEL-13、MEL-09组件，并检查MEL-13和涡流测功机的连接。
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 M 和电流I a 。
将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U M 、I a ，填入表1-1。
（3）增大R （逆时针旋转）使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。
电机学实验指导书目录实验一三相变压器联接组别┄┄┄┄┄┄ 1实验二三相笼型异步电动机工作特性┄┄┄┄┄┄ 5实验三三相同步电动机V形特性测定┄┄┄┄┄┄ 11实验四认识直流发电机┄┄┄┄┄┄┄ 14实验五直流并励电动机┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 19电机名牌一览表1．M01复励直流发电机（并励）P N=100W, n N=1600r/min, I N=1.1A, U N=220V。
2. M03直流并励电动机P N=185W, n N=1600r/min, I N=1.1A U N=220V。
3. M04三相笼型异步电动机P N=100W, n N=1420r/min, I N=0.55A U N=220V(Δ)。
4.M08三相同步电动机P N=90W, n N=1500r/min, I N=0.35A, U N=220V(Y)。
U FN=10V I FN=0.8A 5.M09三相绕线电机P N=100W, n N=1420r/min, I N=0.55A U N=220V(Y)。
6.M12直流电动机P N=80W, n N=1500r/min, I N=0.55A, U N=220V。
U FN=220V I FN<0.13A实验一三相变压器的联接组一、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/∆-11 改为Y/∆-5联接组。
三、实验项目1.测定极性2.连接并判定以下联接组(1)Y／Y-12(2)Y／Y-6(3)Y／Δ-11(4)Y／Δ-5四、实验方法1.测定极性(1)测定相间极性被试变压器选用MEL-02三相组式变压器,用其中高压和低压两组绕组,额定容量P N=152／152/152W，U N=220／55V，I N=0.4／1.6A,Y／Y接法。
版本号/更改单1目的规范本公司直流电机的试验过程。
2范围适用于直流电动机,直流发电机(励磁机。
3职责3.1电气细胞组长:在班长领导下,对本作业的安全、技术质量进行全面负责。
3.2电气操作手:服从细胞组长统一指挥,对本作业进行正确操作。
3.3电气助手:对本作业进行辅助配合操作。
4设备概述直流发电机把机械能变为直流电能,直流电动机把直流电能变为机械能。
虽然直流电机的结构比交流电机的结构复杂,但在历史上直流电机的发展却比交流电机为早。
这是因为最早的电源是电池,只能供应直流电能。
后来交流电机发展比较快尤其是在发明三相交流电以后。
交流电机与直流电机相比有许多优点,如易生产、成本低等。
然而直流电机目前仍具有一些优点:调速范围广、且易于平滑调节、过载、启动、制动转矩大。
易于控制、可靠性高。
调速时的能量损耗较小。
所以在调速要求高的场所直流电动机均得到广泛的使用。
直流发电机用来供给诸如直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电、及交流发电机的励磁等所需要的直流电源。
序序上海电力股份有限公司工程分公司作业指导书第 A 版第 0 次修改生效日期2001 年 07 月 01 日第 4 页共 4 页直流电动机试验作业指导书编号：Q/SEPGC ZY 09 01 NS 81 31 6 检修器具及材料 QJ-23 电桥、直流电流表、QJ-44 电桥、2500v 摇表、1000v 摇表、直流电压表、电源拖线板、个人常用工具、1000v 交流耐压试验装置、万用表、极性表、片间电阻测试仪。
7 8 相关文件电气预防性试验规程DL/T-1996。
质量记录本试验过程产生的质量纪录原文件交检修部长期保存。
附录直流电动机试验报告上海电力股份有限公司工程分公司质量记录表式第 A 版第 0 次修改生效日期 2001 年 07 月 01 日第 1 页共 1 页直流电动机试验报告编号：Q/SEPGC ZY 0901 NS 81 31 设备名称试验目的型式容量电压电流转速制造厂出厂编号一、线圈直流电阻：磁极线圈直流电阻测定：（Ω）室温℃主磁极磁极编号换向极辅助磁极 1 2 3 4 总和电阻值与上次比差% 二、电枢整流片相邻二片间的直流电阻测定：整流片共片最大毫欧最小毫欧相差 % 三、线圈绝缘电阻：主磁极线圈对地兆欧，电枢线圈对绑线及铁芯接地兆欧辅助线圈对地兆欧，换向线圈对地兆欧，电刷架对地兆欧四、交流耐压试验：主磁极、换向极、辅助极、电刷架对地千伏，历时分钟千伏，历时分钟电枢线圈对绑线及铁芯接地五、励磁回路试验：全部励磁回路绝缘电阻兆欧使用摇表测得交流耐压伏历时分钟备注与结论：流水号报告号数试验员审核主管。
一、 实验目的1、 研究直流发电机空载特性，并计算磁路饱和系数；2、 研究直流发电机调节特性；3、 对比他励和并励直流发电机的外特性，分别计算电压调整率U ∆。
二、 实验对象小功率直流发电机，有复励绕组。
额定参数：额定功率W P N 100=，额定电压V U N 200=，额定电流A I N 5.0=， 额定转速rpm n N 1600=。
三、 实验项目1、 实验台编号2、 他励直流发电机空载特性-+-图2-1 他励直流发电机实验电路实验电路图如图2-1所示。
图中所选用的仪表和设备列在表2-1中。
表2-1实验电路图中仪表选用发电机励磁电流置0，K 分断，起动原动机，将转速调至额定转速1600rpm 。
注意控制原动机电枢电压在额定电压附近，不宜过小。
单方向逐渐增加励磁电流，直到发电机输出电压达到250V （N U 25.1）。
测取9个点，每个点记录发电机的励磁电流和输出电压。
然后单方向逐渐降低励磁电流，直到励磁电流为0，再测9个点。
整个过程保持发电机转速不变，为额定转速1600rpm 。
注意励磁电流调节时需单方向调节，否则需重新测试。
为了特性曲线更直观，使剩磁电压与励磁电压方向相反。
表2-2直流发电机空载特性实验记录A I 0=,rpm n n N 1600==3、 他励直流发电机调节特性实验电路同上，如图2-1所示。
仪表选择同表2-1。
发电机励磁电流置0，K 分断，起动原动机，将转速调至额定转速1600rpm 。
改变发电机负载电流I ，调节发电机励磁电流f I ，保持输出电压保持为额定值200V 。
发电机负载从空载开始逐渐增大到额定电流A I N 5.0=。
过程中测取5个点，每点需记录发电机励磁电流f I 和负载电流I 。
表2-3直流发电机调节特性实验记录4、 他励直流发电机外特性实验电路同上，如图2-1所示。
仪表选择同表2-1。
发电机励磁电流置0，L R 置阻值最大，合上K ，起动原动机，将转速调至额定转速1600rpm 。
电机学实验一直流电机实验1实验目的: 理解掌握直流机发电、电动工作特性。
2实验电路:图 1 直流电机实验系统结构图3 实验内容与步骤3.1系统基本连接与参数调节--由教师完成:（1）连接电路实线部分。
直流机按正转接线, 交流机按反转接线。
（2）电流调节器调最大Uc为1V。
调电流反馈: Ui/Ia=2V/0.5A。
（3）直流稳压源限流值调到1.5A。
3.2直流机发电实验--交流机作同步恒速运行, 驱动直流机发电, 电流闭环控制整流调压器吸收其电流。
3.2.1实验准备(1) 完成直流机电枢回路、励磁回路连接, 励磁开关Kf断开, RA.RB置最大。
（2）整流器：Uct只接电流调节器输出Uc！Ublf断开, 整流器先关闭。
（3）交流机RC调最大。
直流稳压源断开Kz, 通电调到Uz=15V。
（4）实验台通电。
（5）给定电路置“负”, 并调输出0V。
--注：电流调节器的运放“反相”, 故给定为负, 反馈为正3.2.2 启动交流机（1）接通主电路。
（2）减RC起动交流机反转到~1000rpm, 接通直流稳压源Kz, RC回最大。
使交流机进入同步恒速（1500rpm）运行, 驱动直流机发电。
3.2.3直流发电机空载Uf-E特性（即if -φ磁化特性）实验断Kf使Uf=0, 测量记录对应的直流机剩磁发电电势E(｜Ua｜)。
接通Kf后调RA+RB使Uf= 90, 160, 220V。
测量记录E。
3.2.4 直流发电机负载特性实验--用电流闭环恒定吸收直流机发电电流, 并转为交流功率送电网。
（1）调RA+RB保持励磁Uf=220V。
（2）测Ud应为负！(否则查改直流机电枢接线)。
整流器Ubf接通, 允许其工作。
（3）加负载: 用负给定电位器调-Ui*到Ia=（0）, 0.3, 0.6A, 测量记录Ia、Ua。
*(4) 可用RA+RB降Uf=200V, 测量记录Ia、Ua—观察电流环恒流效果。
(5) 停车：先用-Ui*减Ia到0, 再断开Kz, 电机停车后断主电路。
电机学实验指导书电机实验室华北电力大学2006年 8月目录第一章电机实验的基本要求及注意事项 (1)§1－1 电机实验的重要性和基本要求 (1)§1－2 电机实验安全操作注意事项 (3)第二章电机实验中一些物理量的测量 (4)§2－1 绝缘电阻的测量 (4)§2－2 电机绕组直流电阻的测量 (5)§2－3 电功率的测量 (7)§2－4 电机转速的测量 (11)§2－5 机械转矩和功率的测量 (15)第三章电机实验所用设备、仪器及仪表 (17)§3－1 电机综合实验台 (17)§3－2 实验变压器及旋转电机 (23)§3－3 电机实验所用其它仪器及仪表 (26)第四章电机教学实验 (28)§4－1 认识实验 (28)§4－2 三相变压器空载、短路及负载实验 (32)§4－3 三相变压器空载电势波形和联结组 (41)§4－4 三相同步发电机的运行特性 (46)§4－5 三相同步发电机的并网运行 (53)§4－6 三相异步电动机的工作特性 (58)§4－7 直流发电机 (67)§4－5 三相同步发电机的并网运行一、实验目的１．掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件与操作方法。
２．掌握三相同步发电机并联运行后有功功率与无功功率的调节。
二、预习要点１．同步发电机并联运行的条件有哪些？怎样满足这些条件？２．同步发电机并联运行时如何调节有功功率和无功功率的输出？试说明其物理过程。
三、实验内容１．利用准整步旋灯法将同步发电机投入电网并联运行。
２．研究三相同步发电机与电网并联运行时的有功功率和无功功率的调节，并测取02=P 及N P P 212=时同步发电机的V 形曲线。
四、实验线路及操作步骤１．按图4—11所示接线，注意三相接线严格按黄、绿、红加以区分，并尽量减少线路交叉。
