电机学实验指导书
目录
电机学实验的基本要求 (3)
电机学实验的安全操作规程 (5)
实验一三相双绕组变压器的空载实验和短路实验错误！未定义书签。实验二直流电动机的机械特性 (10)
实验三同步发电机并网实验 (14)
实验四三相异步电动机的空载短路试验 (20)
电机学实验的基本要求
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，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(P N、U N、I N、n N）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。
电机学实验的安全操作规程
为了按时完成电机学实验，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．实验时人体不可接触带电线路。
2．接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
3．学生独立完成接线或改接线路后必须经指导老师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
4．电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
5．总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导教师来控制，其他人员只能在指导教师允许后方可操作，不得自行合闸。
实验一 三相双绕组变压器的空载实验和短路实验
一、实验目的
通过空载和短路实验，确定变压器参数，计算变压器的变比、电压变化率与效率。
二、实验内容
1．空载实验：测量空载电流0I ,空载功率0P 随外电压0U 变化的特性曲线，测变比。
2．短路实验：测量短路电流k I 为额定电流时的短路电压与短路功率k P 。
三、实验说明
然后再进行空载和短路实验。 1．空载实验：
按图1-1接线，三相变压器采用
Y,y
BT 从零逐步增加外施电压至1.2N U ，开始读数，然后逐渐降低电压至0.3N U ，记录空载电压、电流与功率于表
1-1
表1-2，供计算变比用。瓦特表用 cos ＝0.2的低功率因数瓦特表。
表中0U 、0I ,分别为三个电压表读数与三个电流表读数的平均值。 0P 为用二瓦计法测得的三相功率。二瓦计法测三相功率介绍见电路教科书有关章节。
图 1-1 三相变压器空载实验接线图
表1-2
2．短路实验
首先记录室温。按图1－2步增加外施电压，使变压器的短路电流为 1.1I N 。逐次降低电源电压，在
1.1-0.3 I N 的范围内，记录短路电压、电流与功率于表1-3
图 1-2 三相变压器短路实验接线图
表中k U 、k I 分别为三个电压表与三个电流表读数得平均值，k P 为二瓦计法测得的三相功率。
四、实验报告要求
1．计算被试变压器的变比低压侧相电压（平均）
高压侧相电压（平均）
=K ，其中相电压平
均值由表1-2计算得到。
2．绘制)(00U f P =及)(00U f I =特性曲线。
3．计算额定电压下变压器的激磁参数（折合到高压侧）（欧姆值与标么值）与功率因数0cos ?
4．计算变压器的短路参数，并换算为C ?75时的值（欧姆值与标么值）。 5．计算I=N I 负载功率因数等于0.8（落后）时变压器的电压变化率与效率。
五、思考题
1．空载实验中的电流表与短路实验中的电压表应接在何处？为什么？
2．为什么变压器空载实验中要用低功率因数瓦特表？
3．为什么变压器的激磁参数必须在额定电压下求取？
4．变压器空载试验在低压侧加电源，短路实验在高压侧加电源，为什么？
实验二 直流电动机的机械特性
一、实验目的
1、测定他励直流电动机的工作特性。
2、掌握他励直流电动机的调速方法。
3、了解和测定他励直流电动机在各种运转状态之间的机械特性。（扩展实验，在开放实验时间做，不占用本次课堂实验时间。）
二、预习要点
1、直流电动机的启动方法。
2、改变直流电动机的机械特性有哪些方法？
3、直流电动机的调速方法，弱磁调速的注意事项。
4、直流电动机在能耗制动时，能量传递关系、电动势平衡方程式以及机械特性。（扩展实验）
三、实验项目
1、工作特性和机械特性
保持U=U N 和I f =I fN 不变，测取n 、T 2、η=f （I a ）、n=f （T 2）。 2、改变励磁电流调速
保持U=U N ，T 2=常数，测取n=f （I f ）。
四、实验步骤
1、测定他励直流电动机的工作特性与机械特性
（1）按图2-1接线，检查电表的极性（+，-）是否正确，量程是否正确，电动机励磁回路接线是否按牢靠。然后，将电动机电枢所串联的电阻1R 和发电机G 的磁场回路电阻2f R 调到最大位置，电动机M 的磁场调节电阻1f R 调到最小位置，断开开关S ，并断开电枢电源开关，做好启动准备。
（2）开启励磁电源开关，观察M 及G 的励磁电流值，调节2f R 使
20.45f I A =，并保持不变，再按通电枢电源开关，使电动机M 启动。
（3）电动机上外加电压为220V ，当电动机M 启动后，逐渐减小电动机电阻1R 值，即启动时电阻1R 放在最大位置，启动完毕后将1R 短接。
（4）调节电动机的励磁电阻1f R ，使得电动机的励磁电流10.414f I A =。
图2-1 直流他励电动机接线图
（5）合上开关S ，调节负载电阻2R ，使得电动机转速为1500r/min ，电流I ＝12.5A ，至此成功找到电机的稳定运行点:U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N ，其励磁电流均为额定励磁电流。
（6）保持电动机电压为额定电压220V ，励磁电流为额定励磁电流
10.414f I A =，发电机的励磁电流为20.45f I A =不变。调节发电机的负载电阻2R ，测定电动机的电枢电流a I ，转速n 和发电机的负载电流2I ，并从校正曲线查出电动机的对应输出转矩222(0.18 1.025)T T I =+，记录数据7组于表2-1。
表2-1 工作特性和机械特性
励磁电源
I 电枢电源
2、他励直流电动机的弱磁调速
1）直流电动机正常启动后，将磁场调节电阻R f1调至零（或调到励磁电流表满偏为止），将MG 的磁场调节电阻I f2调至额定值，再调节MG 的负载电阻2R ，使电动机M 的U=U N ，I ＝0.5I N 记下此时的I 2值。
2）保持此时MG 的I 2值（T 2值）和M 的U ＝U N 不变，逐次增加磁场电阻阻值1f R ，直至n ＝1.3n N ，每次测取电动机的n 、I f 和I a 。共取 7－8组记录于表2-2中。
3、能耗制动（扩展实验）
励磁电源
I f2
+－
220V
电枢电源S
1
图2-2 能耗制动接线图
1）按图接线, R L =180Ω。2）按照上述实验步骤，启动电机。
3）将开关S1断开电源，连接至负载电阻R L 上，调节R L 大小，观察电机转速、电压表、电流表的数值。
五、注意事项
1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻R f1调至最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R 1调至最大，然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R 1调至零，使电机正常工作。
2、直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时必须将电枢串联的起动电阻R 1调回到最大值，励磁回路串联的电阻R f1调回到最小值。给下次起动作好准备。
3、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。
4、若要测量电动机的转矩T 2 ，必须将校正直流测功机MG 的励磁电流调整到校正值（额定值），以便从校正曲线中查出电动机M 的输出转矩。
六、实验报告
1、由表2-1计算出P 2和η，并给出n 、T
2、η＝f （I a ）及n ＝f （T 2）的特性曲线。
电动机输出功率： P 2＝πnT 2/30
式中输出转矩T 2的单位为N.m （由I f2及I 2值，从校正曲线T 2=f （I 2）查得），转速n 的单位为r/min 。 电动机输入功率： P 1=UI
输入电流： I=I a +I fN
电动机效率： 由工作特性求出转速变化率： 2、绘出他励电动机调速特性曲线n=f （I f ）。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。
3、在电动机轻载及额定负载时，增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？
4、用什么方法可以改变直流电动机的转向？
5、为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？起动时电枢回路必须串联起动变阻器？
6、能耗制动时间与制动电阻R L 的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？
%100n n n %n N
N 0?-=?%
1001
2?=P P η
实验三三相同步发电机的并网运行
一、实验目的
1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；
2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法；
3．熟悉同步发电机准同期并列过程；
4．观察、分析有关波形。
二、原理与说明
将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。
正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。
手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。
自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。
三、实验项目和方法
（一）机组启动与建压
1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；
2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；
3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮；
4．励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关；
5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置；
6．合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；
7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速；
8．当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。
（二）观察与分析
1．操作调速器上的增速或减速按钮调整机组转速，记录微机准同期控制器显示的发电机和系统频率。观察并记录旋转灯光整步表上灯光旋转方向及旋转速度与频差方向及频差大小的对应关系；观察并记录不同频差方向，不同频差大小时的模拟式整步表的指针旋转方向及旋转速度、频率平衡表指针的偏转方向及偏转角度的大小的对应关系；
2．操作励磁调节器上的增磁或减磁按钮调节发电机端电压，观察并记录不同电压差方向、不同电压差大小时的模拟式电压平衡表指针的偏转方向和偏转角度的大小的对应关系；
3．调节转速和电压，观察并记录微机准同期控制器的频差闭锁、压差闭锁、相差闭锁灯亮熄规律；
4．将示波器跨接在“发电机电压”测孔与“系统电压”测孔间，观察正弦整步电压（即脉动电压）波形，观察并记录整步表旋转速度与正弦整步电压的周期的关系；观察并记录电压幅值差大小与正弦整步电压最小幅值间的关系；观察并记录正弦整步电压幅值达到最小值得时刻所对应的整步表指针位置和灯光位置；
5．用示波器跨接到“三角波”测孔与“参考地”测孔之间，观察线性整步电压（即三角波）的波形，观察并记录整步表旋转速度与线性整步电压的周期的关系；观察并记录电压幅值差大小与线性整步电压最小幅值间的关系；观察并记录线性整步电压幅值达到最小值得时刻所对应的整步表指针位置和灯光位置。
（三）手动准同期
1．按准同期并列条件合闸
将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。
观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至“压差闭锁”灯熄灭。
观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至“频差闭锁”灯熄灭。
此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0o位置前某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。
具体实验步骤如下：
（1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；
（2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；
（3）按调速器上的“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮；
（4）缓慢调节“模拟调节”电位器指针，使原动机转速达到起额定；
（5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关；
（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V，并维持原动机转速为
其额定；
（7）合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；
（8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”档；
（9）测同期表，其频差，压差和相差指针在中间平衡位置时合上“发电机开关”按钮。
2．偏离准同期并列条件合闸
本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！！！
实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况：
具体实验步骤如下：
（1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；
（2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭状态；
（3）按调速器上的“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮；
（4）缓慢调节“模拟调节”电位器指针，使原动机转速达到起额定；
（5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关；
（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V，并维持原动机转速为其额定；
（7）合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；
（8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”档；
（9）观测同期表，按下a，b，c三种情况实验并记录数据填入表1-1。
a．电压差、相角差条件满足，频率差不满足，在f F>f X和f F b．频率差、相角差条件满足，电压差不满足，V F>V X和V F c．频率差、电压差条件满足，相角差不满足，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表1-1（注意：相角差不要大于30 o）。 表1-1 注：有功功率P和无功功率Q也可以通过微机励磁调节器的显示观察。（四）半自动准同期 将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，按下准同期控制器上的“同期”按钮即向准同期控制器发出同期并列命令，此时，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快。准同期控制器将给出相应操作指示信息，运行人员可以按这个指示进行相应操作。调速调压方法同手动准同期。 当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近0o位置时，整步表圆盘中心灯亮，表示全部条件满足，准同期控制器会自动发出合闸命令，“合闸出口”灯亮，随后DL灯亮，表示已经合闸。同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁，进入待命状态。 具体实验步骤如下： （1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置； （2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态。各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； （3）按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮按下，即微机手动方式开机，调速器面板上“微机手动”灯亮； （4）按住“增速”按钮，使原动机转速达到起额定（按住“增速”或“减速”按钮5秒钟内微机会自动增，减速； （5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关； （6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V，并维持原动机转速为其额定； （7）合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V； （8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”档； （9）观测同期表，其频差，压差和相差指针在中间平衡位置时合上“发电机开关”按钮。 （五）全自动准同期 将“同期方式”转换开关置“全自动”位置；按下准同期控制器的“同期”按钮，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快，此时，微机准同期控制器将自动进行均压、均频控制并检测合闸条件，一旦合闸条件满足即发出合闸命令。 在全自动过程中，观察当“升速”或“降速”命令指示灯亮时，调速器上有什么反应；当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，微机励磁调节器上有什么反应。当一次合闸过程完毕，控制器会自动解除合闸命令，避免二次合闸；此时同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁。 具体实验步骤如下： （1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置； （2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮； （3）把调速器上的“模拟方式”和“微机方式自动/手动”按钮松开，使“微机自动”灯亮； （4）按下“停机/开机”按钮，此时控制量开始缓慢增加，直至原动机转速达到额定； （5）励磁调节器选择“微机它励”方式，励磁调节器选择恒Uf方式，再合上励磁开关； （6）调节“增磁”/“减磁”按钮使数码显示管上Ug参数为380，松开“灭磁”按钮，使发电机电压达到380V； （7）合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V； （8）选择实验台上“同期方式”为“微机全自动同期”档； （9）调节“同期开关时间”与微机同期装置中参数一的时间整定相同，然后按下“同期命令”按钮，等待微机自动并网。 （六）准同期条件的整定 按“参数设置”按钮使“参数设置”灯亮进入参数设置状态，（再按一下“参数设置”按钮即可使“参数设置”灯熄退出参数设置状态）共显示8个参数，可供修改的参数共有7个，即开关时间、频差允许值、压差允许值、均压脉冲周期、均压脉冲宽度、均频脉冲周期、均频脉冲宽度。另第8个参数是实测上一次开关合闸时间，单位为毫秒。以上7 个参数按“参数选择”按钮可循环出现，按上三角或下三角按钮可改变其大小。改变某些参数来重复做一下全自动同期（参数整定参见《WDT-ⅢC电力系统综合自动化实验台说明书》）。 1．整定频差允许值△f=0.3Hz。压差允许值△U=3V超前时间t yq=0.1s，通过改变实际开关动作时间，即整定“同期开关时间”的时间继电器。重复进行全自动同期实验，观察在不同开关时间t yq下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I m，填入表1-2。 据此，估算出开关操作回路固有时间的大致范围，根据上一次开关的实测合闸时间，整定同期装置的越前时间。在此状态下，观察并列过程时的冲击电流的大小。 2．改变频差允许值△f，重复进行全自动同期实验，观察在不同频差允许值下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I m，填入表1-3。 注：此实验微机调速器工作在微机手动方式。 表1-3 3．改变压差允许值△V，重复进行全自动同期实验，观察在不同压差允许值下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I m，填入表1-4。 （七）停机 当同步发电机与系统解列之后，按调速器的“停机/开机”按钮使“停机”灯亮，即可自动停机，当机组转速降到85%以下时，微机励磁调节器自动逆变灭磁。待机组停稳后断开原动机开关，跳开励磁开关以及线路和无穷大电源开关。 切断操作电源开关。 四、实验报告要求 1．比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程； 2．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关； 3．分析正弦整步电压波形的变化规律； 4．滑差频率f s，开关时间t yq 的整定原则？ 注意事项： 1．手动合闸时，仔细观察整步表上的旋转灯，在旋转灯接近0o位置之前某一时刻合闸。 2．当面板上的指示灯、数码管显示都停滞不动时，此时微机准同期控制器处于“死机”状态，按一下“复位”按钮可使微机准同期控制器恢复正常。 3．微机自动励磁调节器上的增减磁按钮按键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需调节则松开按钮，重新按下。 4．在做三种同期切换方式时，做完一项后，需做另一项时，断开断路器开关，然后选择“同期方式”转换开关。 五、思考题 1．相序不对（如系统侧相序为A、B、C、为发电机侧相序为A、C、B），能否并列？为什么？ 2．电压互感器的极性如果有一侧（系统侧或发电机侧）接反，会有何结果？ 3．准同期并列与自同期并列，在本质上有何差别？如果在这套机组上实验自同期并列，应如何操作？ 4．合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压的变化规律如何？ 5．当两侧频率几乎相等，电压差也在允许范围内，但合闸命令迟迟不能发出，这是一种什么现象？应采取什么措施解决？ 6．在f F> f X或者f F 实验四 三相异步电动机的空载短路试验 一、 实验目的 1． 熟悉三相异步电动机的运行，改变相序的概念，电机的启动，调速以及改变转向的方法； 2． 测定三相异步电动机的参数（用空载实验、短路实验测定1212,,,,,m m x x x r r r ''）。 二、 实验项目 1． 认识实验 (1) 异步电动机通过三相调压器接到电源上，在三线中串入电流表，在三相间各 并联一块电压表。如图4-1所示。 图4-1 三相异步电动机参数测定接线图 （2）利用调压器改变供给异步电动机的电压，异步电动机连接成Y 形。 （3）当施加电压从零逐渐增加，达到某值时，电机开始启动，然后逐渐增加电压到额定电压。测量其空载转速，观察其方向，再降低电压，使电机停下来。 （4）将三相交流供电线任意两相交换，再逐渐增加电压，观察电动机的转向，理解电源相序变化对电机转向的影响。 2． 参数测定 测量定子绕组的冷态直流电组，用数字万用表测量三个定子绕组1r 值，取其平均 数，即得冷态电阻。至于异步电动机的参数12 12,,,,,m m x x x r r r ''，可用空载和短路实验来测定。下面主要作这两个实验。 （1） 空载实验 a. 按照图4-1接线。电机绕组为Y 接，负载与电机脱开，即不加负载。 b. 把交流调压器的电压调至最小位置，接通电源，逐渐升高电压，使电动机旋转，并注意电机的旋转方向。 c. 保持电机在额定电压下，空载运行数分钟，使电机的机械损耗达到稳定后， 电机学试题 课程代码：02271 一、单项选择题（本大题共18小题，每小题1分，共18分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．直流并励电动机起动时，励磁回路的调节电阻阻值应置于（） A．任意位置B．中间位置 C．零位置D．最大位置 2．同步电机中参数 d X'表示为（B） A．同步电抗X c B．直轴暂态电抗 C．直轴漏抗D．直轴次暂态电抗 3．并联于大电网上的同步发电机，当电流落后于电压运行时，若逐渐增大励磁电流，则电枢电流（）A．渐大B．减小 C．先增大后减小D．先减小后增大 4．如果不计定子电阻效应，同步发电机运行在什么条件下有ψ=?（） A．电阻性负载B．电阻、电感性负载 C．纯感性负载D．电阻、电容性负载 5．要增加并联在电网上运行的发电机的有功输出，可以（） A．增加励磁电流使E0增加B．增加原动机的动力因素，使功角增加 C．减小励磁电流使E0减小D．加快原动机转速使n＞n1 6．判断一台同步电机运行于发电机状态的依据是（） A．E0＞U B． ? E0滞后于 ? U C．E0＜U D． ? E0领先于 ? U 7．三相异步电动机负载增加时，会使（） A．转子转速降低B．转子电流频率降低 C．转子电流产生的磁势对转子的转速减小D．转子电流产生的磁势对定子的转速增加8．异步电动机空载电流比同容量变压器大的原因是（） A．异步电动机的损耗大B．异步电动机是旋转的 C．异步电动机有气隙D．异步电动机的漏抗大 9．三相异步电动机转子转速减小时，转子磁势对空间的转速将（） A．增加B．保持不变 C．减小D．为0 10．三相异步电动机的最大转矩大小（） A．与转子电阻无关B．与电源电压无关 C．与电源频率无关D．与极对数无关 11．转差率为s的异步电动机，其sP em将等于（） A．定子铜耗B．总机械功率 C．机械功率D．转子铜耗 12．三相异步电动机定子通入频率为f1的电流，当转子不动时，其转子频率f2为（） 实验一单相变压器 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、通过负载实验测取变压器的运行特性。 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，各种仪表应怎样联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) , cosφ0=f(U0)。 2、短路实验 测取短路特性U K=f(I K)，P K=f(I K), cosφK=f(I K)。 3、负载实验 （1）纯电阻负载 保持U1=U N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 （2）阻感性负载 保持U1=U N，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。 四、实验方法 1、实验设备 图1-1 空载实验接线图 2、空载实验 1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图1-1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 P N =77W ，U 1N /U 2N =220/55V ，I 1N /I 2N =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U 0=1.2U N ，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2U N 的范围内，测取变压器的U 0、I 0、P 0。 4）测取数据时，U=U N 点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。记录于表1-1中。 5）为了计算变压器的变比，在U N 以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表1-1中。 电机学主要知识点复习提纲 一、直流电机 A. 主要概念 1. 换向器、电刷、电枢接触压降2 U b 2. 极数和极对数 3. 主磁极、励磁绕组 4. 电枢、电枢铁心、电枢绕组 5. 额定值 6. 元件 7. 单叠、单波绕组 8. 第1节距、第2节距、合成节距、换向器节距 9. 并联支路对数a 10. 绕组展开图 11. 励磁与励磁方式 12. 空载磁场、主磁通、漏磁通、磁化曲线、每级磁通 13. 电枢磁场 14. （交轴、直轴）电枢反应及其性质、几何中性线、物理中性线、移刷 15. 反电势常数C E、转矩常数C T 16. 电磁功率P em 电枢铜耗p Cua 励磁铜耗 p Cuf 电机铁耗 p Fe 机械损耗 p mec 附加损耗 p ad 输出机械功率 P 2 可变损耗、不变损耗、空载损耗 17. 直流电动机（DM ）的工作特性 18. 串励电动机的“飞速”或“飞车” 19. 电动机的机械特性、自然机械特性、人工机械特性、硬特性、 软特性 20. 稳定性 21. DM 的启动方法：直接启动、电枢回路串电阻启动、降压启动； 启动电流 22. DM 的调速方法：电枢串电阻、调励磁、调端电压 23. DM 的制动方法：能耗制动、反接制动、回馈制动 B. 主要公式： 发电机：P N ＝U N I N (输出电功率) 电动机：P N ＝U N I N ηN (输出机械功率) 反电势： 60E a E E C n pN C a Φ== 电磁转矩： em a 2T a T T C I pN C a Φπ== 直流电动机（DM ）电势平衡方程：a a E a a U E I R C Φn I R =+=+ DM 的输入电功率P 1 ： 12 ()()a f a f a a a f a a a f em Cua Cuf P UI U I I UI UI E I R I UI EI I R UI P p p ==+=+=++=++=++ 12em Cua Cuf em Fe mec ad P P p p P P p p p =++=+++ DM 的转矩方程：20d d em T T T J t Ω --= DM 的效率：2111 2100%100%(1)100%P P p p P P P p η-∑∑= ?=?=-?+∑ 他励DM 的转速调整率： 0N N 100%n n n n -?=? DM 的机械特性：em 2 T j a j a a ) (T ΦC C R R ΦC U ΦC R R I U n E E E +-=+-= . 并联DM 的理想空载转速n 0： 二、变压器 A. 主要概念 1. 单相、三相；变压器组、心式变压器；电力变压器、互感器； 干式、油浸式变压器 2. 铁心柱、轭部 3. 额定容量、一次侧、二次侧 4. 高压绕组、低压绕组 肇庆学院 电子信息与机电工程学院电机学实验报告 13级电气2班姓名：梁智健学号：201324122202指导老师：肖奇军实验地点：后山金工楼2楼电工实验室 实验日期:2015年12月15日 实验三：三相鼠笼异步电动机的工作特性 一、实验目的 1、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。 2、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。 3、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。 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、工作特性和参数的测定方法。 三、实验项目 1、测量定子绕组的冷态电阻。 2、判定定子绕组的首末端. 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D33、D32、D34-3、D31、D42、D51 3、测量定子绕组的冷态直流电阻。 将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。 (1) 伏安法 测量线路图为图3-1。直流电源用主控屏上电枢电源，可先调到50V输出电压。开关S1、S2选用D51挂箱，R用D42挂箱上1800Ω可调电阻。 图3-1 三相交流绕组电阻测定 量程的选择：测量时通过的测量电流应小于额定电流的20%，约小于60毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50Ω，因而当流过的电流为60毫安时二端电压约为3伏，所以直流电压表量程用20V 档。 按图3-1接线。把R调至最大位置，合上开关S1，调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20%，以防因试验电流过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S2读取电压值。读完后，先打开开关S2，再打开开关S1。 调节R使A表分别为50mA，40mA，30mA测取三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻值，记录于表3-2中。 电机学知识点总结 电机学课程是高等学校电气类专业的一门重要技术基础课课程的特点是理论性强、概念抽象、专业性特征明显它涉及的基础理论和知识面较广牵涉电、磁、热、机械等综合知识。下面请看我带来的电机学知识点总结。 电机学知识点总结 直流电动机知识点 1、直流电动机主要结构是定子和转子；定子主要包括定子铁心、励磁绕组、电刷。转子主要包括转子铁心、电枢绕组、换向器。 2、直流电动机通过电刷与换向器与外电路相连接。 3、直流电动机的工作原理：通过电刷与换向器之间的切换，导体内的电流随着导体所处的磁极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终不变。 4、通过电刷和换向器将外部通入的直流电变成线圈内的交变电流的过程叫做“逆变”。 5、励磁方式分为他励式和自励式；自励式包括并励式、串励式和复励式。（只考他励式和并励式，掌握他励式和并励式的图形） 6、直流电机的额定值：①额定功率PN 对于发电机额定功率指线端输出的电功率；对于电动机额定功率指轴上输出的机械功率。②额定电压、额定电流均指额定状态下电机的线电压线电流。 7、磁极数=电刷数=支路数（2p=电刷数=2a，p为极对数，a为支路对数） 8、空载时电极内的磁场由励磁绕组的磁动势单独作用产生，分为主磁通和 漏磁通两部分。 9、电枢反应：负载时电枢磁动势对气隙主磁场的影响。 10、电刷位置是电枢表面电流分布的分界线。 11、交轴电枢反应的影响：①使气隙磁场发生畸变；②物理中线偏离几何中线；③饱和时具有一定的去磁作用。 12、电刷偏离几何中线时，出现直轴。 13、Ea=CeΦn Te=CTΦIa CT=9.55Ce 14、发电机 Ea=U+IaRa 电动机 U=Ea+IaRa 15、他励发电机的特性（主要掌握外特性U=f(I)） 曲线向下倾斜原因①U=Ea‐IaRa；随着负载电流I增大，电枢电阻压降 IaRa 随之增大，所以U减小。②交轴电枢反应产生一定的去磁作用；随着负载的增加，气隙磁通Φ和电枢电动势Ea将减小，再加上IaRa的增大使电压的下降程度增大。 16、并励发电机自励条件：①电机的磁路中要有剩磁；②励磁绕组的接法要正确，使剩磁电动势所产生的电流和磁动势，其方向与剩磁方向相同；③励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。 17、并励发电机的外特性U=f(I)，曲线下降原因①②同上他励发电机；③励磁电流减小，引起气隙磁通量和电枢电动势的进一步下降。 18、为什么励磁绕组不能开断？ 若励磁绕组开断，If=0，主磁通将迅速下降到剩磁磁通，电枢电动势也将下降到剩磁电动势，从而使电枢电流Ia迅速增大，如果负载为轻载，则电动机转 实验中所用电机铭牌数据一览表 DDSZ-1型电机及电气技术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。 ?开启三相交流电源的步骤为： 1）开启电源前。要检查控制屏下面“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。控制屏左侧端面上安装的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。 2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，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。 3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W 及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。输出线电压为0-450V（可调）并可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。 4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关断”位置。 ?开启直流电机电源的操作： 1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。 2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的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“励磁电压”时，指示励磁电源电压。但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”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，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。 4）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 《电机学》实验教学大纲 课程名称：《电机学》课程编码：060132008 课程类别：专业基础课课程性质：选修 适用专业：自动化 适用教学计划版本：2017 课程总学时：32 实验（上机）计划学时： 8 开课单位：自动化与电气工程学院 一、大纲编写依据 1．自动化专业2017版教学计划； 2．自动化专业《电机学》理论教学大纲对实验环节的要求； 3．近年来《电机学》实验教学经验。 二、实验课程地位及相关课程的联系 1．《电机学》是自动化专业的专业基础课程； 2．本实验项目是《电机学》课程综合知识的运用； 3．本实验项目是理解直流电机，交流电机及变压器的基础； 4．本实验以《电路》、《大学物理》为先修课； 5．本实验为后续的《运动控制基础》、《直流运动控制系统》、《交流调速系统》及《工厂供电及节能技术》课程学习有指导意义。 三、实验目的、任务和要求 1．本课程是自动化专业的一门专业基础课。课程主要讲解直流电机、变压器、交流电机。它一方面研究电机的基本理论问题、另一方面又研究与其相联系的科学实验和生产实际中的问题。本课程的实验目的是使学生掌握直流电机、交流电机、变压器的基本理论，为学习“直流运动控制系统”、“交流调速系统”和“工厂供电及节能技术”等课程打下坚实基础； 2．通过实验培养学生观察问题、分析问题和独立解决问题的能力； 3．通过综合性、设计性实验训练，使学生初步掌握电机的应用； 4．培养正确记录实验数据和现象，正确处理实验数据和分析实验结果的能力以及正确书写实验报告的能力。 5．实验项目的选定依据教学计划对学生工程实践能力培养的要求； 6．巩固和加深学生对电机学理论的理解，提高学生综合运用所学知识的能力； 7．通过实验，要求学生做到： （1）预习实验，自行设计实验方案并撰写实验报告； （2）正确连接实验线路； （3）用电机学理论知识独立分析实验数据。 四、教学方法、教学形式、教学手段的特色 重视学生的实际动手能力 五、实验内容和学时分配 1、变压器的铁心损耗包括：磁滞损耗 、涡流损耗。 2、感应电机经两次折算后得到等效电路，这两次折算为：频率折算、绕组折算。 3、直流电机按励磁方式可分类为：他励式、并励式 、串励式 、复励式。 4、变压器开路试验可以获得哪些等效电路参数：激磁电阻、激磁电抗。 4、同步电动机的起动方法有：变频起动、辅助起动、异步起动。 5、变压器等效绕组折算的一般原则是：归算前、后二次侧绕组磁动势保持不变。 6、并励直流发电机希望改变他电枢两端的正负极性，采用的方法是改变励磁绕组的接法。 7、直流发电机的电磁转矩与转速方向相反，转子电枢导体中的电流是交流电。 8、变压器制造时，硅钢片接缝变大，那么此台变压器的励磁电流将增大。 9、一台感应电机，其转差率s>1，转速n<0，则电机运行状态是电磁制动。 10、一台三相感应电机接在50Hz 三相交流电源上运行，额定转速为1480r/min ，定子上A 、B 两导体空间相隔20°机械角度，则A 、B 两导体的空间电角度为：40°。 11、简述改变他励直流电动机、三相鼠笼异步电动机转子转向的方法。 答：他励直流电动机：将电枢绕组的两个接线端对调；三相鼠笼异步电动机：将三相电源线的任意两根线换接。 12、简述并励直流发电机的自励条件。 答：1.磁路中必须有剩磁；2.励磁磁动势与剩磁两者的方向必须相同；3.励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。 13、已知直流他励电机的额定电流I N 、额定电压U N 、额定效率ηN ，简述直流电动机和直流发电机额定功率的定义，并写出表达式。 答：对于发电机，额定功率是指线端输出的电功率，I U P ;对于电动机，额定功率是指轴上输出的机械功率，N N N N =。 14、简述单相变压器的工作原理。 15、为什么同步电动机不能自启动？说明原因。 16、一台三相绕线型感应电动机，若将定子三相短路，转子绕组通入频率为f1的三相交流电，试问：空载时电机转子能否转动，分析其工作原理。 17、简述直流电机、鼠笼异步电机、绕线异步电机和同步电机的原理和结构异同？ 18、在导出变压器的等效电路时，为什么要进行归算？归算是在什么条件下进行的，要遵循哪些原则？ 答：因为变压器原、副边只有磁的联系，没有电的联系，两边电压21E E ≠，电流不匹配，必须通过归算，才能得到两边直接连接的等效电路。 归算原则：归算前、后二次侧绕组磁动势保持不变。 19、一台并励直流发电机不能正常输出电压，试分析其可能原因。 答：1.磁路中没有剩磁；2.励磁回路与电枢回路之间接线错误；3.励磁回路的总电阻大于临界电阻。 20、一台他励直流电动机拖动一台他励直流发电机在额定转速下运行，当发电机电枢电流增加时，电动机的电枢电流有何变化？并说明其原因。 答：直流电动机的电枢电流也增加。因为直流发电机电流增加时，则制动转矩即电磁转矩增大，要使电动机在额定转速下运行，则必须增大输入转矩即电动机的输出转矩，那么，电动机的电磁转矩增大，因此电枢电流也增大。 电机学实验报告 学院：核技术及其自动化工程专业：电气工程及其自动化 教师：黄洪全 姓名：许新 学号：200706050209 实验一异步电机的M-S曲线测绘 一．实验目的 用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩~转差曲线，并加以比较。 二．预习要点 1．复习电机M-S特性曲线。 2．M-S特性的测试方法。 三．实验项目 1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。 2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。 ＞T m， （n=0） 当负载功率转矩 当S≥S m 过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。 四．实验设备 1．MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏。 2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 3．电机起动箱（MEL-09）。 4．三相鼠笼式异步电动机M04。 5．三相绕线式异步电动机M09。 五．实验方法 1 被试电动机M04法。 G 功机，与按图线，实验步骤： （1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V ，起动交流电机。观察电机的旋转方向，是之符合要求。 （2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。） （3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表5-9。 （4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩T，转速n，填入表5-10。 2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘 电机学知识点讲义汇总 第一章 基本电磁定律和磁路 电机的基本工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律、磁路定律和电磁力定律等定律的基础上的，掌握这些基本定律，是研究电机基本理论的基础。 ▲ 全电流定律 全电流定律 ∑? = I Hdl l 式中，当电流方向与积分路径方向符合右手螺旋关系时，电流取正号。 在电机和变压器的磁路计算中，上式可简化为 ∑∑=Ni Hl ▲电磁感应定律 ①电磁感应定律 e=- dt d N dt d Φ -=ψ 式中，感应电动势方向与磁通方向应符合右手螺旋关系。 ②变压器电动势 磁场与导体间无相对运动，由于磁通的变化而感应的电势称为变压器电动势。电机中的磁通Φ通常是随时间按正弦规律变化的，线圈中感应电动势的有效值为 m fN E φ44.4= ③运动电动势 e=Blv ④自感电动势 dt di L e L -= ⑤互感电动势 e M1=-dt di 2 e M2 =-dt di 1 ▲电磁力定律 f=Bli ▲磁路基本定律 ① 磁路欧姆定律 Φ= A l Ni μ=m R F =Λm F 式中，F=Ni ——磁动势，单位为A ； R m = A l μ——磁阻，单位为H -1； Λm = l A R m μ=1——磁导，单位为H 。 ② 磁路的基尔霍夫第一定律 0=?s Bds 上式表明，穿入（或穿出）任一封闭面的磁通等于零。 ③ 磁路的基尔霍夫第二定律 ∑∑∑==m R Hl F φ 上式表明，在磁路中，沿任何闭合磁路，磁动势的代数和等于次压降的代数和。 磁路和电路的比较 第二章 直流电动机 一、直流电机的磁路、电枢绕组和电枢反应 ▲磁场是电机中机电能量转换的媒介。穿过气隙而同时与定、转子绕组交链的磁通为主磁通；仅交链一侧绕组的磁通为漏磁通。直流电机空载时的气隙磁场是由励磁磁动势建立的。空载时，主磁通Φ0与励磁磁动势F 0的关系曲线Φ0=f （F 0）为电机的磁化曲线。从磁化曲线可以看出电机的饱和程度，饱和程度对电机的性能有很大的影响。 ▲ 电机的磁化曲线仅和电机的几何尺寸及所用的材料有关，而与电机的励磁方式无关。电 机的运行特性与磁化曲线密切相关。设计电机时，一般使额定工作点位于磁化曲线开始弯曲的部分，这样既可保证一定的可调节度，又不至于浪费材料。 ▲ 直流电机电枢绕组各元件间通过换向器连接，构成一个闭合回路，回路内各元件的电动 势互相抵消，从而不产生环流。元件内的电动势和电流均为交变量，通过换向器和电刷间的相对运动实现交直流转换。电刷的放置原则是：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。因此，电刷应放在换向器的几何中性线上。对端接对称的元件，换向器的几何中性线应与主极轴线重合。 ▲ 不同型式的电枢绕组均有①S=K=Z ；②y 1=Z i /2p ε=整数；③y=y 1+y 2。其中，S 为元 件数，K 为换向片数，Z i 为虚槽数，p 为极对数，y 1为第一节距，y 2为第二节距，y 为合成节距，ε为小于1的分数，用来把y 1凑成整数。对单叠绕组，y=±1，y 2小于0，并联支路对数a=p ，即每极下元件串联构成一条支路。对单波绕组，y 2大于零，a=1，即所有同极性下元件串联构成一条支路。 实验四单相变压器 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、通过负载实验测取变压器的运行特性。 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，各种仪表应怎样联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) , cosφ0=f(U0)。 2、短路实验 测取短路特性U K=f(I K)，P K=f(I K), cosφK=f(I K)。 3、负载实验：纯电阻负载 保持U1=U N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 四、实验方法 1 2、屏上排列顺序 D33、DJ11、D32、D34-3、D51、D42、D43 图4-1 空载实验接线图 3、空载实验 （1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图4-1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P N=77V·A，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）选好所有测量仪表量程。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“启动”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=1.2U N，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.3U N的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。 （4）测取数据时，U=U N点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。记录于表4-1中。 （5）为了计算变压器的变比，在U N以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表4-1中。 4、短路实验 （1）按下控制屏上的“停止”按钮，切断三相调压交流电源，按图4-2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。 图4-2 短路实验接线图 （2）选好所有测量仪表量程，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1.1I N为止，在(0.2～1.1)I N范围内测取变压器的U K、I K、P K。 课程名称：电机学实验指导老师：章玮成绩：__________________ 实验名称：异步电机实验实验类型：______________同组学生：旭东 一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1、测定三相感应电动机的参数 2、测定三相感应电动机的工作特性 二、实验项目 1、空载试验 2、短路试验 3、负载试验 三、实验线路及操作步骤 电动机编号为D21，其额定数据：P N=100W，U N=220V，I N=0.48A，n N=1420r/min，R=40Ω，定子绕组△接法。 1、空载试验 （1）所用的仪器设备：电机导轨，功率表（DT01B），交流电流表（DT01B），交流电压表（DT01B）。 （2）测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。 （3）仪表量程选择：交流电压表250V，交流电流表0.5A，功率表250V、0.5A。（4）试验步骤： 安装电机时，将电机和测功机脱离，旋紧固定螺丝。 试验前先将三相交流可调电源电压调至零位，接通电源，合上起动开S1，缓缓升高电源电压使电机起动旋转，注意观察电机转向应符合测功机加载的要求（右视机组，电机旋转方向为顺时针方向），否则调整电源相序。注意：调整相序时应将电源电压调至零位并切断 电源。 接通电源，合上起动开关S1，从零开始缓缓升高电源电压，起动电机，保持电动机在额定电压时空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。 调节电源电压由1.2倍（264V~66V）额定电压开始逐渐降低，直至电机电流或功率显著增大为止，在此围读取空载电压、空载电流、空载功率，共读取7~9组数据，记录于表4-3中。注意：在额定电压附近应多测几点。 试验完毕，将三相电源电压退回零位，按下电源停止按钮，停止电机。 表4-3 2、短路试验 （1）所用的仪器设备：同空载试验 （2）测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。 （3）仪表量程选择：交流电压表250V，交流电流表1A，功率表250V、2A。 电机学实验指导书 电气信息工程学院 2017年07月 前言 1、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。所设置的实验项目均为验证性实验。 2、本实验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。 3、本实验指导书可作为电气工程及其自动化和自动化等强电方向专业的辅助教材和参考书。 4、本次修订工作主要针对电机学教学大纲并结合教仪设备进行了必要的调整。 目录 本实验课程的说明 (2) 实验一他励直流电机的工作特性与调速性能测定(Ⅰ) (3) 实验二他励直流电机的工作特性与调速性能测定(Ⅱ) (9) 实验三单相变压器空载、短路和负载实验 (17) 实验四三相异步电动机工作特性 (24) 本实验课程的说明 1、电机学实验是将课堂上所讲电机理论进一步深化的必备环节，通过实验验证和电机理论相结合，能使学生掌握电机实验的分析方法和基本技能，培养学生解决问题能力。 2、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。 3、所设置的实验项目类型均为验证性实验。 实验一他励直流电机的工作特性与调速性能测定(Ⅰ) 一、实验类型 验证性实验 二、实验目的与要求 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、变阻器等部件及使用方法。 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。 三、实验内容与任务 1．了解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、实验条件 1．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1） 2．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2） 3．可调电阻箱（NMEL-03/4） 4．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13） 电机学上册复习重点——第2篇变压器 第二篇 变压器 一、填空： 1. 一台单相变压器额定电压为380V/220V ，额定频率为50HZ ，如果误将低压侧接 到380V 上，则此时m Φ ,0I ,m Z ,Fe p 。（增加，减少或不变） 答：m Φ增大，0I 增大，m Z 减小，Fe p 增大。 2. 一台额定频率为50Hz 的电力变压器接于60Hz ，电压为此变压器的6/5倍额定 电压的电网上运行，此时变压器磁路饱和程度 ，励磁电 流 ，励磁电抗 ，漏电抗 。 答：饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗增大，漏电抗增大。 3. 三相变压器理想并联运行的条件是（1） ， （2） ，（3） 。 答：（1）空载时并联的变压器之间无环流；（2）负载时能按照各台变压器的容量合理地分担负载；（3）负载时各变压器分担的电流应为同相。 4. 变压器空载运行时功率因数很低，其原因为 。 答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。 5. 一台变压器，原设计的频率为50Hz ，现将它接到60Hz 的电网上运行，额定电 压不变，励磁电流将 ，铁耗将 。 答：减小，减小。 6. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。 答：负载电流的变化。 7.如将额定电压为220/110V的变压器的低压边误接到220V电压，则激磁电流 将，变压器将。 答：增大很多倍，烧毁。 8.联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为。 答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。9.变压器副边的额定电压指。 答：原边为额定电压时副边的空载电压。 10.通过和实验可求取变压器的参数。 答：空载和短路。 11.变压器的结构参数包括，，，，。 答：激磁电阻，激磁电抗，绕组电阻，漏电抗，变比。 12.既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为，仅和一侧绕组交链的磁 通为。 答：主磁通，漏磁通。 13.变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是。 答：自耦变压器。 14.并联运行的变压器应满足（1），（2）， （3）的要求。 答：（1）各变压器的额定电压与电压比应相等；（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。 15.变压器运行时基本铜耗可视为，基本铁耗可视为。 答：可变损耗，不变损耗。 实验一直流他励发电机 一．实验目的 1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该电机的有关性能。 2．通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。 二．预习要点 1．什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。 2．做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？ 3．并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？ 三．实验项目 1．他励发电机 （1）空载特性：保持n=n N，使I=0，测取Uo=f(I f)。 （2）外特性：保持n=n N，使I f =I fN，测取U=f(I)。 （3）调节特性：保持n=n N，使U=U N，测取I f =f(I)。 2．并励发电机 （1）观察自励过程 四．实验设备 1．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1） 2．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2） 3．同步发电机励磁电源/直流发电机励磁电源（NMEL-18/3） 4．可调电阻箱（NMEL-03/4） 5．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13） 6．开关板（NMEL-05） 7．直流电压、毫安、安培表 8．直流发电机M01 9．直流并励电动机M03 五．实验说明及操作步骤 1．他励发电机。 按图1-3接线 S 1：双刀双掷开关（NMEL-05） R 1：发电机负载电阻（NMEL-03/4中R 1）。 V 、A ：分别为直流电压表（量程为300V 档），直流安倍表（量程为2A 档）。 （1）空载特性 a ．打开发电机负载开关 S 1，将 NMEL-18/3中纽子开关拨向直流发电机励磁，直流发电机励磁 电流调至最小，接通直流发电机励磁电源，注意选择各仪表的量程。 b ．调节直流电动机电枢电源至最小，直流电动机励磁电流最大，接通直流电动机励磁电源，接通直流电动机电枢电源，使电机旋转。 b ．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将直流电动机电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。 d ．调节电动机电枢电源至220V ，再调节电动机励磁电流，使电动机（发电机）转速达到1600r/min （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。 e ．调节发电机励磁电流，使发电机空载电压达U O =1.2U N （240V ）为止。 f ．在保持电机额定转速（1600r/min ）条件下，从U O =1.2U N 开始，单方向调节直流发电机励磁电流，使发电机励磁电流逐次减小，直至I f =o 。 I f =o 时对应的电压就是剩磁电压。 每次测取发电机的空载电压U O 和励磁电流I f ，只取7-8组数据，填入表1-2中，其中U O =U N 和I f =0两点必测，并在U O =U N 附近测点应较密。 U O （V ） I f （mA ） （2）外特性 图1-3 直流他励发电机接线图直流发电机 G V A 直流电动机 M 直流电动机励磁电源 mA 直流 发电 机励 磁电源 mA 直流电动机电枢电源 V R 1 S 1 E E E U I I f F 1 F 2 A 1 A 2 F 1F 2 A 1 A 2 第二章直流电机实验 2-3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=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。 （2）改变励磁电流调速 保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。 （3）观察能耗制动过程 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-6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。R f1 选用D44的1800Ω阻值。 R f2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1 用D44的180Ω阻值。R 2 选用 D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 图2－6 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻R f1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I f2为校正值（50mA或100 mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U＝U N，I＝I N，n＝n N。此时M的励磁电流I f即为额定励磁电流I fN。 4）保持U＝U N，I f=I fN，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流I a，转速n和校正电机的负载电流I F（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录于表2-7中。 电机学知识点总结 直流电动机知识点 1、直流电动机主要结构是定子和转子；定子主要包括定子铁心、励磁绕组、电刷。转子主要包括转子铁心、电枢绕组、换向器。 2、直流电动机通过电刷与换向器与外电路相连接。 3、直流电动机的工作原理：通过电刷与换向器之间的切换，导体内的电流随着导体所处的磁极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终不变。 4、通过电刷和换向器将外部通入的直流电变成线圈内的交变电流的过程叫做“逆变”。 5、励磁方式分为他励式和自励式；自励式包括并励式、串励式和复励式。（只考他励式和并励式，掌握他励式和并励式的图形） 6、直流电机的额定值：①额定功率PN 对于发电机额定功率指线端输出的电功率；对于电动机额定功率指轴上输出的机械功率。②额定电压、额定电流均指额定状态下电机的线电压线电流。 7、磁极数=电刷数=支路数（2p=电刷数=2a，p为极对数，a为支路对数） 8、空载时电极内的磁场由励磁绕组的磁动势单独作用产生，分为主磁通和漏磁通两部分。 9、电枢反应：负载时电枢磁动势对气隙主磁场的影响。 10、电刷位置是电枢表面电流分布的分界线。 11、交轴电枢反应的影响：①使气隙磁场发生畸变；②物理中线偏离几何中线；③饱和时具有一定的去磁作用。 12、电刷偏离几何中线时，出现直轴。 13、Ea=CeΦn Te=CTΦIa CT=9.55Ce 14、发电机 Ea=U+IaRa 电动机 U=Ea+IaRa 15、他励发电机的特性（主要掌握外特性U=f(I)） 曲线向下倾斜原因①U=Ea‐IaRa；随着负载电流I增大，电枢电阻压降 IaRa 随之增大，所以U减小。②交轴电枢反应产生一定的去磁作用；随着负载的增加，气隙磁通Φ和电枢电动势Ea将减小，再加上IaRa的增大使电压的下降程度增大。 磁路 铁磁材料的磁阻 磁路欧姆定律 磁路的基尔霍夫第一、二定律 剩磁，矫顽力 软磁材料，硬磁材料 铁耗包括哪两种，各是什么，是什么原因导致的，产生它的前提条件是什么？磁滞回线，基本磁化曲线 直流发电机工作原理 磁通量，磁通密度，电感，磁场强度各自单位 1.磁通恒定的磁路称为直流磁路，磁通随时间变化的磁路称为交流磁路。 2.电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。 3.铁磁材料的磁导率远大于非铁磁材料的磁导率。 4.在磁路中与电路中的电势源作用相同的物理量是磁动势。 5.若硅钢片的叠片接缝增大，则其磁阻。 A增加B减小C基本不变 6.在电机和变压器铁心材料周围的气隙中磁场。 A存在B不存在C不好确定 7.磁路计算时如果存在多个磁动势，则对磁路可应用叠加原理。 A线形B非线性C所有的 8.铁心叠片越厚，其损耗。 A越大B越小C不变 变压器 基本方程、等效电路 空载实验、短路实验的原理与方法 标幺值 最大效率 三相变压器的连接组别 三相变压器的磁路结构及其对运行的影响 变压器工作原理、并联运行的条件、波形问题 T形等效电路，各变量意义 空载试验和短路实验目的 绕组的折算方式 折算后的关系，阻抗，电压，电流等 “4.44”公式 空载时的电势方程、空载等效电路 负载时的电势平衡方程 1.如将变压器误接到等电压的直流电源上时，由于E=近似等于U ，U=IR ，空载电流将很大，空载损耗将很大。 2.如将额定电压为220/110V 的变压器的低压边误接到220V 电压，则激磁电流将增大。 3.通过空载 和短路实验可求取变压器的参数。 4.在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为1。 5.既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为主磁通，仅和一侧绕组交链的磁通为漏磁通。 6.并联运行的变压器应满足（1）各变压器的额定电压与电压比应相等，（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同。 7.变压器运行时基本铜耗可视为可变损耗，基本铁耗可视为不变损耗。 8.一台双绕组单相变压器，其主磁通在一、二次侧线圈中产生的每匝电动势分别为e c 1和e c 2，则应有（ ） (A)e c 1> e c 2 (B)e c 1< e c 2 (C)e c 1= e c 2 (D)无法确定 9.一台额定电压为220/110V 的单相变压器，若将高压侧接到250V 电源上，其激磁电抗将（ ） (A) 增大 (B) 减小 (C) 不变 (D)无法确 10.一台单相变压器，空载与额定运行时一、二次侧端电压之比分别为29:5和145:24，则电压变化率为（ ） (A) 4% (B) 4.17% (C) -4% (D) -4.17% 11.变压器负载运行时副边电压变化率随着负载电流增加而增加 。 对 12.变压器空载运行时，电源输入的功率只是无功功率 。 错 13.变压器空载运行时原边加额定电压，由于绕组电阻r1很小，因此电流很大。 错 14.变压器空载和负载时的损耗是一样的。 错 15.只要使变压器的一、二次绕组匝数不同，就可达到变压的目的。 对 16.变压器的R k 、X k 、R m 、X m 各代表什么物理意义？磁路饱和是否对R m 、X m 有什么影响？ 2-2 一台60Hz 的变压器接到50Hz 的电源上运行时，若额定电压不变，问激磁电流、铁耗、漏抗会怎样变化？ 分析思路：列出与激磁电流、铁耗、漏抗相关的式子，分析当频率变化时，各个式子中相应量的变化，从而得出所求量的变化趋势。 对于铁耗 '21R R R R k k +=：变压器的短路电阻，' 21σσX X X X k k +=变压器的短路电抗，：的折算值。 和漏电抗 分别为二次绕组的电阻和和漏电抗， 分别为一次绕组的电阻和其中'2' 211σ σX R X R 增加而减小。 都随着磁路饱和程度的 和m m X R 用伏安法测量。 的等效电阻，不能直接是反映变压器铁耗大小变压器的励磁电阻，它：m R 磁效应。 映了主磁通对电路的电变压器的励磁电抗，反 ：m X电机学基础试题
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