2014 电机及拖动实验指导书要点

实验一 直流发电机的工作特性 一 实验目的 1 观察并励直流发电机的自励过程及自励条件。 2 测定并励及他励直流发电机运行的负载外特性曲线。 3 观察直流发电机的剩磁（无励磁）发电。

二 预习要点 1 什么是发电机的运行外特性？如何测定？ 2 并励直流发电机不能自励发电时该如何处理？ 3 如何保持直流发电机的转速不变？ 4 直流发电机的他励运行与并励运行差异何在？为什么？ 5 认真阅读附录部分关于实验台的使用说明。

三 实验设备 1 原动机为直流电动机M03一台： UN 220V， IN 1.1A, PN 185W， nN 1600rpm 2 直流发电机为M01一台： UN 200V， IN 0.5A, PN 100W， nN 1600rpm 3 直流电流表2台（2A） 4 直流电压表一台 5 NMEL－03可变电阻箱及转速表（MEL－09）各一台 6 直流励磁电源、可调直流电源各一台 四 实验项目 1 并励发电机 A 实验线路

图1-1 并励发电机 （1）可调直流源经电枢电流测量表A1向直流电动机M03的电枢供电（V0内接）。 （2）直流励磁电源经励磁电流测量表A2向直流电机的励磁线圈F1，F2供电。 （3）直流发电机M01输出端接300V档电压表，负载回路串直流电流表2A档。 （4）直流发电机的励磁线圈F1，F2并联到发电机的电枢端。 （5）RL总阻值0～1350Ω可调。 接线要求：必须保证在操作过程中带电导线的金属部分不裸露在外。 完成接线后，检查各旋钮的初始位置： 可调直流电源输出最小（调节旋钮逆时针旋到底），而RL在最大位置（3个调节旋钮都逆时针旋到底）；直流励磁电源开关置“0N”，可调直流电源开关置“0N”； 必须经指导教师检查认可，才能通电。

B 实验系统的启动及调试 （1）接通总电源后，先检查直流电动机的励磁电流测量表A2，必须要有100mA左右的电流指示，才能按复位键启动电机，否则禁止启动电动机，直到励磁电流正常。 （2）调节“可调直流稳压电源”输出电压，渐升电动机转速，发电机端的电压表和电流表应有逐渐增大的读数，则表明发电成功，可将电动机升速到1600rpm。 （3）如果渐升电动机转速，发电机端的电压表和电流表的读数不变化，则表明发电机不能发电，则将可调直流电源恢复到最低后关断，待改接发电机励磁接线后再开。 （4）若励磁端对换后发电机仍不能发电，则要先充磁。方法如下： a)先将可调直流电源降到最小，然后关断。 b)再将直流励磁电源关断。 c)将发电机与电动机的励磁线圈F1，F2并联（见图1-2，不管如何并联法）。 d)开启直流电源总开关，开启励磁电源，励磁电流测量表A2应有200mA左右的电流指示，片刻后关断两个开关。 e)将发电机的励磁线圈F1，F2重新并联到发电机G的电枢F1，F2端。 f)按以上步骤重新启动电动机。

图1-2 发电机充磁 C 并励直流发电机的运行外特性U=f（I）测定（n=1600rpm保持恒定） U：并励发电机输出电压I：并励发电机负载电流 表1-1 数据记录：（n=1600rpm保持恒定，通过调节RL来改变I值。 U(V)

I(A) Imin= （RL最大) 0.25 0.30 0.35 0.40 0.50 注意：随发电机输出功率增大，必然造成电动机的转速跌落，要不断微调“可调直流稳压电源”，将转速调整到n=1600rpm（增大电动机的电枢端电压）。 2 他励直流发电机外特性U=f（I）测定（n=1600rpm保持恒定） 把发电机的励磁绕组（见右侧的F1、F2）也接到直流励磁电源，其余不变。 图1-3 他励发电机 所有旋钮重新置初始位置后启动电动机，操作方法同上。 表1-2 数据记录：（n=1600rpm保持恒定） U(V)

I(A) Imin(RL最大) 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

3 观察直流发电机的剩磁（无励磁）发电 关闭所有直流电源后，将直流发电机的励磁线圈F1、F2从励磁直流电源处断开 （无励磁），并使发电机空载（且断开RL回路）。

图1-4 剩磁发电 所有旋钮重新置初始位置后启动电动机。 观察发电机输出端的电压表是否有电压指示值：若有则剩磁发电成功，否则不成功。 表1-3 数据记录： n(rpm) 1600

U(V) 五 实验报告 1 画出实验时电气线路图。 2 写出实验操作步骤（上电前的准备工作和上电后的操作步骤及注意事项）。 3 实验原始数据记录。 4 在同座标上画出直流发电机并励和他励运行时的外特性。 5 回答问题 （1） 并励发电机不能发电的原因有哪些？实验中如何解决？ （2） 在电动机—发电机组成的机组中，当发电机负载增加时，机组的转速会发生什么变化？如何处理？为什么？ （3） 简述发电机并励运行与他励运行时外特性曲线的异同。 （4） 直流发电机的剩磁发电是否一定能实现，为什么？ （5） 发电机是否可能发生电枢端有电压，但额定转速下离额定电压甚远？为何？ 实验二 单相变压器的参数测定 一 实验目的 1 通过变压器的空载和短路试验测定变压器的变比和参数 2 通过负载试验测定变压器的运行特性、电压调整率、变压器的效率η等 二 预习要点 1 变压器的空载和短路试验有什么特点? 电源电压一般加在哪一方较合适？ 2 在空载和短路试验中，各仪表如何排序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、铜损和电压调整率？ 三 实验设备 1 单相变压器一台（U1N 220V， I1N 0.4A ； U2N 110V， I2N 0.8A） 2 可调交流电源一台 3 交流电压表、交流电流表、功率表各一台、可变电阻箱一台（NMEL－04）。 四 实验项目 1 空载试验 测取空载特性U0=f（I0） ，P0=f（U0） 电源加在变压器低压侧，额定电压55V。电压表V应可随时改变测量点。表两端线头固定不动，只移动被测端线头。

图2-1 空载试验 通电前必须使三相调压器输出为零。且数字表的显示会滞后，所以操作要慢一些。 A表接在W表及V表之后，是因为变压器空载电流较小，避免将电压表线圈的电流或功率表电压表线圈的电流计入电流表，造成较大测量误差。 表2-1 记录数据（电压不必精确地为某一值，接近即可）：

序 号 实 验 数 据 计 算 数 据

U0（V） I0（A） P0（W） U1U1、1U2 COSφ0 1 1.2UN≈ 66。0

2 1.1UN≈ 60。5

3 UN≈ 55。0

4 0.9 UN≈ 49。5 5 0.8UN≈ 44。0

6 0.7UN≈ 38。5 7 0.5UN≈ 27。5 其中：COSφ0 =P0 /S = P0 / I0U0 2 短路试验(操作要尽快完成) 测取短路特性UK=f（IK） ，PK=f（IK） 实验线路如下： 注意，通电前必须使三相调压器输出为零！电源加在高压侧。 由于副绕组短路，所以实验时要严密监视电流表的读数，小心地慢慢增大三相调压器的输出！

图2-2 短路试验 注意到电流表A的位置被移到了功率表W及电压表V之前，因为短路试验时的电流较大，电压表线圈的电流或功率表电压表线圈的电流很小，对短路试验的计算不会产生什么影响。另一方面，电流表A由于电流增大，其两端电压会增大，而此时V测量到的电压较小，当然不希望计入电流表A的端电压。

表2-2 记录数据：（电流不必精确地为某一值，接近即可） 室温θ= C0 序 号 实 验 数 据 计 算 数 据

U K（V） I K（A） PK（W） COSφK≈PK / I K U K 1 1.1 IN ≈ 0。44

2 1.0 IN ≈ 0。40 3 0.9 IN ≈ 0。36

4 0.8 IN ≈ 0。32

5 0.7 IN ≈ 0。28 6 0.5 IN ≈ 0。20

在计算出短路阻抗后，要按国家标准换算到75 C0 时的值（参见实验报告部分）。

3 负载试验 测取负载特性U2=f（I2） 实验线路如图2-3所示。 上电前RL置最大值。 先空载（开路），调节交流调节器使U20 = U2N =110V，之后调节器不再变动。通过调节RL使I2 增大直至 I2 =I2N = 0.8A（接近）。 ************* 图2-3 负载试验 表2-3 记录数据（电流不必精确地为某一值，接近即可）：

序号 U2 (V) I2 (A) P1=I1U1cosφ（W） P2 = I2U2（W） 1 U2N = I2N ≈ 0.8

2 0.9 I2N ≈ 0.72 3 0.8I2N ≈ 0.64

4 0.6I2N ≈ 0.48 5 0.4I2N ≈ 0.32

6 0.2I2N ≈ 0.16

7 I2 = 0.00（开路）

其中I2 = 0及 I2 = I2N 两点必须测量。

4 电压调整率的计算 变压器在额定负载电流下的电压与空载时的电压是不同的，所谓变压器的电压调整率就是指该电压的相对变化量（归算到原边）：

%100''%100%2022022U

UUU

U

其中： KUU22' KUU2020' 220222N

UUUII





而U20则是二次侧空载电压，变比取 K=U1N/U2N ，因此可直接利用负载试验数据进行电压调整率的计算。 应该指出：当功率因素cosФ不同时变压器的电压调整率也不同。

5 变压器的效率曲线η=f（I 2）测定（电阻性负载） 用间接法测定阻性负载下变压器的效率：

COSUIUIPP11221

2

由于二次侧是阻性负载，所以cosФ≈ 1 ，而一次侧的功率由功率表测得。