电机与拖动实验指导书闫章修编电工电子实验中心1
1 电机与拖动实验指导书 闫章修编 电工电子实验中心
电机与拖动实验实验守则1、对来实验室做实验的人员必须进行安全教育及爱护国家财产的教育。2、学生做实验时，在接好线路及改接线路之后，都必须经指导教师检查同意后方能接通电源。3、严禁带电拆线、接线或接触带电线路的裸露部分。实验时注意衣服、围巾、发辫及实验用的导线等物，以免卷入电机的旋转部分。4、实验室内禁止吸烟、打闹、大声喧哗、随地吐痰或吃东西。5、要正确使用仪器设备。未经许可，各种仪器设备不许过载运行或做其他非正常运行。非本实验所用的仪器设备，一律不得动用。6、禁止、坐在各种仪器设备及实验桌上。7、若发生事故，不要惊慌，必须立即切断电源，要保持现场并报告老师，以便查明情况，酌情处理。8、因违章操作造成各种损失时，事故责任者负责赔偿。9、实验完毕应将所用仪器放回原处，各种导线分类放好，经教师验收后方能离去。2
2 电机与拖动实验实验守则 １、对来实验室做实验的人员必须进行安全教育及爱护国家财产的教育。 ２、学生做实验时，在接好线路及改接线路之后，都必须经指导教师检查同意后方能接通电源。 ３、严禁带电拆线、接线或接触带电线路的裸露部分。实验时注意衣服、围巾、发辫及实验用 的导线等物，以免卷入电机的旋转部分。 ４、实验室内禁止吸烟、打闹、大声喧哗、随地吐痰或吃东西。 ５、要正确使用仪器设备。未经许可，各种仪器设备不许过载运行或做其他非正常运行。非本 实验所用的仪器设备，一律不得动用。 ６、禁止蹬、坐在各种仪器设备及实验桌上。 ７、若发生事故，不要惊慌，必须立即切断电源，要保持现场并报告老师，以便查明情况，酌 情处理。 ８、因违章操作造成各种损失时，事故责任者负责赔偿。 ９、实验完毕应将所用仪器放回原处，各种导线分类放好，经教师验收后方能离去
目录实验一直流发电机实验二并励直流电动机的工作特性与调速性能的测定实验三并励直流电动机机械特性的测定实验四单相变压器实验五三相变压器的极性和联接组的测定实验六异步电动机的参数测定实验七三相异步电动机的工作特性与机械特性的测定实验八三相同步发电机的并联运行3
3 目 录 实验一 直流发电机 实验二 并励直流电动机的工作特性与调速性能的测定 实验三 并励直流电动机机械特性的测定 实验四 单相变压器 实验五 三相变压器的极性和联接组的测定 实验六 异步电动机的参数测定 实验七 三相异步电动机的工作特性与机械特性的测定 实验八 三相同步发电机的并联运行
实验一直流发电机一、实验目的（一）掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定被测电机的有关性能。（二）掌握直流发电机的自励条件并观察自励过程。二、预习要点（一）在求取直流发电机各种运行特性曲线时，应搞清楚必须保持哪些参数不变，读取哪些数据。（二）做空载特性时励磁电流为何不能忽大忽小，并须单方向调节？（三）并励直流发电机的自励条件有哪些？ABC他威三、实验内容（一）他励发电机A并励1、空载特性：保持n=nN,I=0，U。=f(Ir)。2、外特性：保持n=nNI=IN测取U=f(I)。Ryz3、调节特性：保持手n=nNU=UN,测取图1-1直流发电机接线图I-f(I)。（二）并励发电机1、自励过程2、外特性：保持n=nN,R=常数，测取U=f(I)四、实验线路及操作步骤（一）他励发电机1、空载特性按图1-1接线，经检查无误后（K，断开，R最大），合上电动机电源开关K，观察ZF的转向是否与标致方向一致，若不一致，可改变交流电动机任两相的接线。然后闭合励磁回路的电源开关K4
4 实验一 直流发电机 一、实验目的 （一）掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定被测电 机的有关性能。 （二）掌握直流发电机的自励条件并观察自励过程。 二、预习要点 （一）在求取直流发电机各种运行特性曲线时，应搞清楚必须保持哪些参数不变，读取哪些数 据。 （二）做空载特性时励磁电流为何不能忽大忽小，并须单方向调节？ （三）并励直流发电机的自励条件有哪些？ 三、实验内容 （一）他励发电机 1、空载特性：保持 n=n N , I=0, Uo=f(If)。 2、外特性：保持 n=nN If= IfN 测取 U=f(I)。 3 、 调 节 特 性 ： 保 持 n=nN U= UN, 测 取 If=f(I)。 （二）并励发电机 1、自励过程 2、外特性：保持 n=n N ,Rf=常数，测取 U=f(I) 四、实验线路及操作步骤 （一）他励发电机 1、空载特性 按图 1-1 接线，经检查无误后（K3 断开，Rf最大），合上电动机电源开关 K1，观察 ZF 的转向是 否与标致方向一致，若不一致，可改变交流电动机任两相的接线。然后闭合励磁回路的电源开关 K2 图1-1直流发电机接线图
（他励）。再减小Rr,使发动机空载电压Uo=1.2UN左右，在保持发电机转速为额定值的条件下，从Uo=1.2UN开始，将发电机的励磁电流逐渐减小，每次记下发电机空载电压Uo及励磁电流I,直到I-0,共读取5～7组数值，记录于表1-1中，当I=0时测得的电压即为发电机的剩磁电压。注意，减小Ir时只能单方向调节。表 1-1转/分n=nw=Uo（伏）L(安)2．外特性将开关K2倒向他励位置，调节发电机的励磁电流，使发电机的输出电压在额定电压左右，将发电机负载电阻Rz调到最大位置（即灯泡全不亮），合上K3，逐步减小负载电阻（增加灯泡数量），使发电机负载电流增加，同时调节电压及转速，使三者均达到额定值，即I-IN，U=UN，n-nN,该点为发电机的额定运行点，此时的励磁电流I-IN为额定励磁电流，记下该组数据。然后保持I=IN及n=nN不变，逐次增加负载电阻（逐次关掉灯泡），即减小发电机的负载电流I，每次记下发电机输出电流I和输出电压U，直到空载（灯泡全关掉）。共读取5～7组数据，记录于表1-2中。安表 1-2转/分n=nw=I=IN=U (伏) (安)3、调节特性：调节发电机励磁电流If，使发电机空载时达到额定电压，在保持n=nN的条件下，逐渐增加发电机的输出电流I（即增加灯泡数）。当电流I增加后，相应调节励磁电流I，使端电压U仍保持额定值U=UN，直到I=IN为止。每次读下负载电流I及励磁电流Ir,共读取5～7组数据，记录于表1-3中。伏表1-3转/分U=UN=n=nx=1（安）Ir（安）n
5 （他励）。再减小 Rf,使发动机空载电压 UO=1.2UN 左右，在保持发电机转速为额定值的条件下，从 U0 =1.2UN 开始，将发电机的励磁电流逐渐减小，每次记下发电机空载电压 UO 及励磁电流 If,直到 If=0, 共读取 5～7 组数值，记录于表 1-1 中，当 If=0 时测得的电压即为发电机的剩磁电压。注意，减小 If 时只能单方向调节。 表 1-1 n=nN= 转/分 U0（伏） If（安） 2．外特性 将开关 K2 倒向他励位置，调节发电机的励磁电流，使发电机的输出电压在额定电压左右，将发 电机负载电阻 Rfz 调到最大位置（即灯泡全不亮），合上 K3，逐步减小负载电阻（增加灯泡数量）， 使发电机负载电流增加，同时调节电压及转速，使三者均达到额定值，即 I=IN，U=UN，n=nN,该点 为发电机的额定运行点，此时的励磁电流 If=IfN 为额定励磁电流，记下该组数据。然后保持 If=IfN 及 n=nN 不变，逐次增加负载电阻（逐次关掉灯泡），即减小发电机的负载电流 I，每次记下发电机输出 电流 I 和输出电压 U，直到空载（灯泡全关掉）。共读取 5～7 组数据，记录于表 1-2 中。 表 1-2 n=nN= 转/分 If=IfN= 安 U（伏） I（安） 3、调节特性： 调节发电机励磁电流 If，使发电机空载时达到额定电压，在保持 n=nN 的条件下，逐渐增加发电 机的输出电流 I（即增加灯泡数）。当电流 I 增加后，相应调节励磁电流 If，使端电压 U 仍保持额定 值 U=UN，直到 I=IN 为止。每次读下负载电流 I 及励磁电流 If,共读取 5～7 组数据，记录于表 1- 3 中。 表 1-3 n=nN= 转/分 U=UfN= 伏 I（安） If（安）
（二）并励发电机1、观察自励过程（1）检查剩磁：并励发电机是依靠电机内部剩磁自励而建立电压的，有无剩磁是能否自励的必要条件。步骤是先打开K2、K3合上Kl，用电压表测量发电机是否有剩磁电压，如无剩磁电压，则将K2倒向“他励”位置对电机充磁。（2）绕组连接：调节发电机励磁绕组串联电阻Rr到最大值，将K2倒向“并励”位置，逐步减小R，观察电枢两端电压，如电压上升则说明发电机励磁绕组产生的磁通与剩磁方向相同。反之，如电压下降，则说明发电机励磁绕组产生的磁通与剩磁方向相反，应将开关K2打开，调换发电机励磁绕组极性（注意，不可在K2未打开就带电操作），或改变发电机旋转方向，但两者不能同时改变，如果满足上述两个条件，当励磁回路总电阻小于临界电阻，并且电刷接触情况良好，就能够建立起稳定电压，对应着一定的励磁电阻，逐步降低转速，发电机电压随之下降，直至电压不能建立，此时转速即为临界转速。2、外特性将开关K3打开，按照“他励”发电机类似的操作方法将发电机电压调到额定值左右，合上K逐步增大发电机负载（增加灯泡），使n=nN,U=UN,I-In保持此时的Re及n=nN不变。逐次减小负载（减少灯泡数量），直到=0，每次记下负载电压U与电流I，共读取57组数据（包括空载时U），记录于表1-4中。转/分R=常数表 1-4n=nv=U（伏）［(安)五、实验报告1、根据空载实验数据，做出空载特性曲线。2、在同一坐标上绘制出他励、并励发电机的外特性曲线，分别计算两种励磁方式时的电压变化Uo-U×100%，并讨论差异的原因。率Au=UN3、绘出他励发电机的调节特性曲线，分析负载增加时，要保持端电压不变必须增加励磁的原因。6
6 （二）并励发电机 1、观察自励过程 （1）检查剩磁：并励发电机是依靠电机内部剩磁自励而建立电压的，有无剩磁是能否自励的必 要条件。步骤是先打开 K2、K3 合上 K1，用电压表测量发电机是否有剩磁电压，如无剩磁电压，则 将 K2 倒向“他励”位置对电机充磁。 （2）绕组连接：调节发电机励磁绕组串联电阻 Rf到最大值，将 K2 倒向“并励”位置，逐步减 小 Rf，观察电枢两端电压，如电压上升则说明发电机励磁绕组产生的磁通与剩磁方向相同。反之， 如电压下降，则说明发电机励磁绕组产生的磁通与剩磁方向相反，应将开关 K2 打开，调换发电机励 磁绕组极性（注意，不可在 K2 未打开就带电操作），或改变发电机旋转方向，但两者不能同时改变。 如果满足上述两个条件，当励磁回路总电阻小于临界电阻，并且电刷接触情况良好，就能够建 立起稳定电压，对应着一定的励磁电阻，逐步降低转速，发电机电压随之下降，直至电压不能建立， 此时转速即为临界转速。 2、外特性 将开关 K3 打开，按照“他励”发电机类似的操作方法将发电机电压调到额定值左右，合上 K3 逐步增大发电机负载（增加灯泡），使 n=nN,U=UN,I=IN,保持此时的 Rf及 n=nN 不变。逐次减小负载（减 少灯泡数量），直到 I=0，每次记下负载电压 U 与电流 I，共读取 5～7 组数据（包括空载时 U0），记 录于表 1-4 中。 表 1-4 n=nN= 转/分 Rf=常数 U（伏） I（安） 五、实验报告 1、根据空载实验数据，做出空载特性曲线。 2、在同一坐标上绘制出他励、并励发电机的外特性曲线，分别计算两种励磁方式时的电压变化 率 0 100% − = N N U U U u ，并讨论差异的原因。 3、绘出他励发电机的调节特性曲线，分析负载增加时，要保持端电压不变必须增加励磁的原因
实验二并励直流电动机的工作特性与调速性能的测定一、实验目的学习用实验方法求直流电动机的工作特性，并了解直流电动机的调速方法。二、实验内容1、在额定电压与额定励磁电流的条件下，测定直流电动机的工作特性*2、在负载基本不变的情况下，分别改变电枢回路电阻R和电枢电压U与励磁电流I的大小测量直流电动机的转速。三、实验线路及操作步骤1、做电机的负载实验（1）按图2-1接好线后，Rn调到最小位置、Rz调到最大位置、Ri=0，合上电源开关Ki，空载起动直流电动机ZD。调节Rn，使n=nN，调节Rz使发电机建立正常电压，在保持电动机端电压U=UN及n=nN的条件下，逐步增加发电机负载电流，使电动机的负载增加，直到电动机输入电流达到额定电流为止，该点即为电动机的额定运行点（即U=UN、I-IN、n=nN），而此时的励磁电流即为电动机的额定励磁电流In=lN（2）做直流电动机的负载实验，在U=UN、In=In及Iz不变的条件下，逐步减小发电机输出电流（减小灯泡数量），直到Ir=0为止，每次记下电动机的电枢电流Ia与转速n，共读取5～7组数据（包括额定点），记录于表2-1中伏U=Uk=安表 2-1In=Irn =I(安）n（转/分）7
7 实验二 并励直流电动机的工作特性与调速性能的测定 一、实验目的 学习用实验方法求直流电动机的工作特性，并了解直流电动机的调速方法。 二、实验内容 1、在额定电压与额定励磁电流的条件下，测定直流电动机的工作特性。 *2、在负载基本不变的情况下，分别改变电枢回路电阻 R2 和电枢电压 U 与励磁电流 If的大小， 测量直流电动机的转速。 三、实验线路及操作步骤 1、做电机的负载实验 （1）按图 2-1 接好线后，Rf1 调到最小位置、Rf2 调到最大位置、R1=0，合上电源开关 K1，空载 起动直流电动机 ZD。调节 Rf1,使 n=nN，调节 Rf2 使发电机建立正常电压，在保持电动机端电压 U=UN 及 n=nN 的条件下，逐步增加发电机负载电流，使电动机的负载增加，直到电动机输入电流达到额定 电流为止，该点即为电动机的额定运行点（即 U=UN、I=IN、n=nN），而此时的励磁电流即为电动机 的额定励磁电流 If1=IfN. （2）做直流电动机的负载实验，在 U=UN、If1=Ifn 及 If2 不变的条件下，逐步减小发电机输出电 流（减小灯泡数量），直到 IF=0 为止，每次记下电动机的电枢电流 Ia与转速 n，共读取 5～7 组数据 （包括额定点），记录于表 2-1 中 表 2-1 U=UN= 伏 If1=IfN = 安 Ia（安） n（转/分）
图21并励电动机接线图*2.改变电动机电枢回路电阻Ri的调速方法实验线路如图2-1所示。（1）起动直流电动机。实验条件为U=UN，In=IN,在调速过程中电动机带一个恒转矩的负载。将电源电压和电动机的励磁电流均调到额定值。为使发电机能等效于一个恒转矩负载，设法在整个调速过程中保持发电机的励磁电流与电枢电流均不变，具体操作如下：合上K2调节R使发电机励
8 *2.改变电动机电枢回路电阻 R1 的调速方法 实验线路如图 2-1 所示。 （1）起动直流电动机。实验条件为 U=UN，If1=IfN,在调速过程中电动机带一个恒转矩的负载。 将电源电压和电动机的励磁电流均调到额定值。为使发电机能等效于一个恒转矩负载，设法在整个 调速过程中保持发电机的励磁电流与电枢电流均不变，具体操作如下：合上 K2 调节 Rf2 使发电机励
磁电流等于额定值，再合上K3，并调节发电机的负载电阻R2（灯泡数量），选择发电机的负载电流为一恒定值（0.5IN）。（2）将电机电枢回路电阻Ri从零开始逐渐增大，当Ri变化时，转速会发生变化，使发电机的感应电势发生变化，所以这时必须调节一下R2，才能使IF仍维持为原先的数值（0.5IN）。测量转速n，将所串电阻Ri与对应的转速n分别记录于表2-2中，测5组数据即可。表2-2R(欧）n（转/分）（由于转速变化时发电机的空载转矩不可能为一常数，所以电动机的负载严格说来还不是一个恒转矩负载）*3电动机改变电压的调速方法实验电路参照图2-1（1）空载起动直流电动机，实验条件保持为：Ini=IN;电枢回路不串电阻，即Ri=0：电动机带一个恒转矩负载，办法如上面所述。（2）调节电源电压。电压从额定值往下调节，测量电枢电压U及转速n并将测量结果记录于表2-3中，测5组数据即可。表 2-3U（伏）n（转/分）*4电动机改变励磁电流的调速方法实验线路参照图2-1（1）空载起动直流电动机，实验条件保持为：U=UN：Ri=O：带恒定转矩负载，办法如前所述。（2）调节直流电动机的励磁电流In(调节Ra)。当Rn由小变大时，In有大变小，测量励磁电流与对应的转速，将测量结果记录于表2-4中，测5组数据即可。注意电机最高转速不要超过1.2nN表2-4In (安)n（转/分）9
9 磁电流等于额定值，再合上 K3，并调节发电机的负载电阻 R2（灯泡数量），选择发电机的负载电流 为一恒定值（0.5IN）。 （2）将电机电枢回路电阻 R1 从零开始逐渐增大，当 R1 变化时，转速会发生变化，使发电机的感 应电势发生变化，所以这时必须调节一下 R2，才能使 IF仍维持为原先的数值（0.5IN）。测量转速 n， 将所串电阻 R1 与对应的转速 n 分别记录于表 2-2 中，测 5 组数据即可。 表 2-2 R1（欧） n（转/分） （由于转速变化时发电机的空载转矩不可能为一常数，所以电动机的负载严格说来还不是一个 恒转矩负载） *3 电动机改变电压的调速方法 实验电路参照图 2-1 （1）空载起动直流电动机，实验条件保持为：If1=IfN;电枢回路不串电阻，即 R1=0；电动机带一 个恒转矩负载，办法如上面所述。 （2）调节电源电压。电压从额定值往下调节，测量电枢电压 U 及转速 n,并将测量结果记录于表 2-3 中，测 5 组数据即可。 表 2-3 U（伏） n（转/分） *4 电动机改变励磁电流的调速方法 实验线路参照图 2-1 （1）空载起动直流电动机，实验条件保持为：U=UN；R1=0；带恒定转矩负载，办法如前所述。 （2）调节直流电动机的励磁电流 If1(调节 Rf1)。当 Rf1 由小变大时，If1 有大变小，测量励磁电流 与对应的转速，将测量结果记录于表 2-4 中，测 5 组数据即可。注意电机最高转速不要超过 1.2nN。 表 2-4 If1（安） n（转/分）
四实验报告1、根据实验数据绘出并励直流电动机的工作特性曲线：n=f(la);M=f(la);n=f(I)。2、说明：本实验中直流电动机的负载可以是直流发电机，也可以是涡流闸、测功器等。如果利用后两种设备测量，则电动机的输出转矩M可以直接读到，如果用直流发电机测电动机的工作特性时，需要进行一定的计算，下面以图2-1实验线路为例，对如何求取工作特性作一些说明。（1）电动机的电枢回路电阻R。由实验室给出，如果没有给出，则需要测量，并折合为75℃时的值。234.5+75Ra75c=Raot234.5+0其中为环境温度。（2）如果不知道电动机的空载损耗曲线P。=f(n)，则需求出Po，由于电动机从空载到满载速度变化不是很大，所以可以近似地认为空载损耗P。不变。P。可这样求得：直流电动机起动后，电动机加额定电压U与额定励磁电流Irs，发电机也加额定励磁电流，但空载，由于同轴的两台电机容量、体积差不多，所以，可以近似地认为他们的空载损耗相等，且是常数。电动机的输入功率近似于两台电机的空载损耗之和。（因这时电动机的铜耗很小，可以不计）。即pi=Pop+por=2P（其中pan、Por分别为电动机和发电机的空载损耗，P.为平均损耗)。所以,LUNIP=2（3）电动机的输出功率P2可以根据输入功率P.减去电动机的全部损耗求得，其中P=UI.（这里已不考虑励磁铜耗），全部损耗：Zp=Pona +Po= Rarsc I+Po（4）电动机的电磁转矩为M= Pn- P_Pam ×60Q2m工作特性的各点可表列计算如下10
10 四 实验报告 1、根据实验数据绘出并励直流电动机的工作特性曲线：n=f(Ia);M=f(Ia);η= f(Ia)。 2、说明：本实验中直流电动机的负载可以是直流发电机，也可以是涡流闸、测功器等。如果利 用后两种设备测量，则电动机的输出转矩 M2 可以直接读到，如果用直流发电机测电动机的工作特性 时，需要进行一定的计算，下面以图 2-1 实验线路为例，对如何求取工作特性作一些说明。 （1）电动机的电枢回路电阻 Ra由实验室给出，如果没有给出，则需要测量，并折合为 75℃时 的值。 Ra75℃= + + 234.5 234.5 75 Raθ℃ 其中θ为环境温度。 （2）如果不知道电动机的空载损耗曲线 P0=f(n)，则需求出 P0，由于电动机从空载到满载速度 变化不是很大，所以可以近似地认为空载损耗 P0 不变。 P0 可这样求得：直流电动机起动后，电动机加额定电压 U 与额定励磁电流 IfN，发电机也加额定 励磁电流，但空载，由于同轴的两台电机容量、体积差不多，所以，可以近似地认为他们的空载损 耗相等，且是常数。电动机的输入功率近似于两台电机的空载损耗之和。（因这时电动机的铜耗很小， 可以不计）。即 p1=poD+ pOF=2PO(其中 poD、 pOF 分别为电动机和发电机的空载损耗，P0 为平均损耗)。所 以， N a P U I 2 1 0 = （3）电动机的输出功率 P2 可以根据输入功率 P1 减去电动机的全部损耗求得，其中 P1=UNIa(这里 已不考虑励磁铜耗)，全部损耗： p = pcna + p0 = Ra75℃ 0 2 I a + p （4）电动机的电磁转矩为 60 2 1 − = = n p P P M m cna 工作特性的各点可表列计算如下：