电机学实验指导书

电机学

实验指导书

（第三次修订）

主编:姜宏伟 李健 陈玉国

目 录

第一章、概述………………………………………………………………………………1

第二章、实验要求及注意事项……………………………………………………………1

第三章、实验项目…………………………………………………………………………6

实验一、单相变压器实验………………………………………………………6

实验二、直流电动机实验………………………………………………………10

实验三、感应电动机实验………………………………………………………14

实验四、感应电机额定转差率计算和Te-s曲线绘制………………………20

实验五、同步发电机实验………………………………………………………26

第四章、实验项目涉及的主要仪器设备简介……………………………………………30

第五章、参考文献…………………………………………………………………………30

中原工学院

电气工程及其自动化教研室

2007年12月24日

第一章 概述

《电机学》是电气工程及其自动化专业一门重要的专业基础课。通过对本课程的学习，使学生了解并掌握变压器、直流电机、异步电动机、同步电机等四类电机的基本结构、工作原理及其起动、调速、运行（特性）等方面的知识，培养学生分析问题与解决问题的能力，为后续专业课的学习打好必要的基础。电机学实验是《电机学》课程的一个重要教学环节，在专业培养计划中占有重要地位。

电机学实验是学习、研究电机理论的重要实践环节，是电机学课程的必要组成部分。但电机实验应侧重于掌握实验方法和运用所学到的理论知识来分析研究实验中的各种问题，得出必要的结论，从而达到培养学生分析问题和解决问题的初步能力。该实验指导书是《电机学》配套教材，依据中原工学院《电机学》课程教学大纲及实验教学大纲要求编写，在编写中充分考虑了运用电机理论、掌握电机性能的要求，更重视实验方法、实验技能方面的培养。通过实验，使学生了解并掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力。

该实验指导书总共包括五个实验项目，变压器、直流电机、同步电机各一个，感应电机两个，通过这些实验，应掌握变压器等效电路参数测定；掌握直流电动机的起动、调速方法及运行特性的测定、交流电动机外特性的测定方法；掌握感应电动机的起动、调速方法及运行特性和等效电路参数的测定，以及利用计算机对感应电机Te-s特性和额定数据进行分析计算；掌握同步发电机的并联运行、功率调节等操作。通过上述实验，学生应能熟练地掌握电机的基本实验方法和操作技能，能对实验结果进行分析和评定，促进对《电机学》课程的学习，达到《电机学》课程教学大纲和实验教学大纲的基本要求。

第二章 实验要求及注意事项

电机学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，安全、认真、及时做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。

一、安全注意事项、切记安全第一

为了按时完成电机及电气技术实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程：

1)每次实验前,应仔细阅读“电机实验装置交流及直流电源操作说明”。实验过程中，对控制台电源操作时，如有拿不准的地方应及时查阅上述说明或询问指导教师。

2)实验时，人体不可接触带电线路。

3)接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。

4)完成接线或改接线路后必须使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生故障，应立即切断电源，查清问题和妥善处理故障后，重新合闸进行实验。

1 5)电机起动时则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。

二、电机实验装置交流及直流电源操作说明

实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。

1．开启总电源开关

开启总电源前，要检查电源控制屏下面直流电机电源的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。控制台左侧端面上安装的交流输出调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。检查无误后开启“电源总开关”。

2．线路电源控制开关

“关”按钮红色指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。

按下“开”按钮，“开”按钮绿色指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电；同时直流电枢电源和励磁电源也已经接电。

3．三相交流电源使用：

三相交流电压（三相四线制）有两种输出，一种为“三相电网电压”（不可调），一种为“三相调压电压”，通过调节控制台左侧端面的旋钮可获得线电压0-450V（相电压0-261V）。

电压大小由控制屏上方的三只交流电压表指示，当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。

注意：如需关注电源电压，也可在适当位置接入电压表；第一次使用交流电源时，电源电压应从一个较小值调节到使用值。

4.直流电机电源的使用：

1）直流电源有三种输出，分别为

a.230V的直流电机励磁电源：电压不可调，输出功率小；

b.40-230V的直流电机电枢电源：电压可调，输出功率大；

c.0-240V的同步电机直流励磁电源：电压可调，同步电机专用。

直流电源开关操作需在线路控制开关开后进行操作。

励磁电源电压及电枢电源电压数值可由电源控制屏下方的1只直流电压表指示。当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向起动停止UVWNN1W1V1U1可调电压电网电压可调压电电压网电电压指示切换电源总开关电压调节电源开关电源开关关开开关报警定时开关电枢压电电压磁励电压指示电枢电压输出励磁电压输出40-230V220V

2 “励磁电压”时，指示励磁电源电压。

注意：如需关注电源电压，也可在适当位置接入电压表；第一次使用“电枢电源”时，电源电压应从一个较小值调节到使用值。

电路上“励磁电源”与“电枢电源”与“交流三相调压电源”等都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。

3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，采用了限流延时的保护电路。电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时。

电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。当输出电压出现过压时，会自动切断输出，并告警指示。此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即能输出电压。当负载电流过大（即负载电阻过小）超过3A时，也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线（空载）开机，待直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载（不可短路）工作。

4）在做直流电动机实验时，要注意起动电动机时必须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在停机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。同时要注意在电枢电路中串联起动电阻以防止电源过流保护。

三、其他设备及仪表使用情况简介绍

控制台上设有直流电压、电流表，交流电压电流表，功率表，电阻，开关等仪器设备。

仪表在选择时应注意选择适当的量程，提高测量精度，如果量程不够（小），将引起仪表保护（自动切断电源）。

电阻有90Ω及900Ω两种规格联控电阻器，通过调节旋钮可调节电阻器上滑动触头位置，通过适当连线，可以得到不同阻值（2R，R，R/2）的可调或固定电阻。然后对几只电阻器进行串联，即可得到试验中所需要不同阻值的电阻。电阻器原理如图0-1，几种常用的连接方法如图0-2、3、4。

增大减小电阻:单个90Ω或900Ω熔丝外接线插孔电阻滑动触头移动方向旋钮增大时

图0-1电阻器调节及内部接线原理图 图0-2 分压器电阻接法

abcac220Vba900Ω900Ω旋钮增大时电阻滑动触头移动方向900Ω减小增大

3 增大减小900Ω电阻滑动触头移动方向旋钮增大时旋钮增大时电阻滑动触头移动方向900Ω减小增大900Ω900Ω1800Ω可调450Ω可调

图0-3 1800Ω可调电阻 图0-4 450Ω可调电阻

四、实验前的准备及预习报告

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。

实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,确定实验名称，了解实验目的、实验项目、电气接线图及操作步骤，明确实验过程中应注意的问题等，并按照实验项目制作记录表等。

实验前按上述要求独立完成预习报告,预习报告内容包括:

1.实验名称及专业班级、学号、姓名；

2.实验目的；

3.实验项目及每个实验项目的电气接线图、操作关键步骤、原始数据记录表

4.实验指导书“实验要求”中对预习报告另外的要求

试验时应提前3-5分钟进入试验室，把预习报告放在控制台上，经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，并能正确回答指导教师提出的问题，然后方可开始做实验。否则重新进行该实验准备工作，并另约时间进行该实验。

实验前认真预习实验内容，可在规定时间内顺利完成试验，如不能在规定实验内完成该试验，与实验室老师另约时间完成该实验内容。

五、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。

注意对同一电机的测量仪表应尽量放置在一起，便于监控观察和读取数据。

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，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，并记下仪表刻度的倍率，然后按一定规范