1、電機電力電子實驗指導書實驗三 直流并勵電動機一實驗目的1掌握用實驗方法測取直流并勵電動機的工作特性和機械特性。2掌握直流并勵電動機的調速方法。二預習要點1什么是直流電動機的工作特性和機械特性？2直流電動機調速原理是什么？三實驗項目1工作特性和機械特性保持U=UN 和If =IfN 不變，測取n、T2 、n=f(Ia)及n=f(T2)。2調速特性（1）改變電樞電壓調速保持U=UN 、If=IfN =常數，T2 =常數，測取n=f(Ua)。（2）改變勵磁電流調速保持U=UN，T2 =常數，R1 =0，測取n=f(If)。（3）觀察能耗制動過程四實驗設備及儀器1教學實驗臺的主控制屏2電機導軌及渦流測

2、功機、轉矩轉速測量（NMEL-13A）3可調電阻箱（NMEL-03/4）4直流電動機電樞電源（NMEL-18/1） 5直流電動機勵磁電源（NMEL-18/2）6同步發電機勵磁電源/直流發電機勵磁電源（NMEL-18/3）7直流電壓、毫安、安培表8旋轉指示燈及開關板（NMEL-05B）9直流并勵電動機M03 五實驗方法1并勵電動機的工作特性和機械特性。實驗線路如圖1-6a所示。U1、U2、：分別為直流電動機電樞電源、直流電動機勵磁電源。mA、A、V2：直流毫安、電流、電壓表G：渦流測功機，測功機加載控制位于NMEL-13A。a將直流電動機勵磁電源調至最大，直流電動機電樞電源調至最小。毫安表量程為

3、200mA，電流表量程為2A檔，電壓表量程為300V檔，檢查渦流測功機與NMEL-13A是否相連，將NMEL-13A“轉速控制”和“轉矩控制”選擇開關撥向“轉矩控制”，”轉速/轉矩設定”電位器逆時針旋到底，打開船形開關，按實驗一方法起動直流電源，使電機旋轉，并調整電機的旋轉方向，使電機正轉。b直流電機正常起動后，調節直流電動機電樞電源的輸出至220V，再分別調節直流電動機勵磁電源和“轉速/轉矩設定”電位器，使電動機達到額定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此時直流電機的勵磁電流If=IfN（額定勵磁電流）。c保持U=UN，If=IfN不變的條件下，逐次減小電動機

4、的負載，即逆時針調節”轉速/轉矩設定”電位器，測取電動機電樞電流Ia、轉速n和轉矩T2，共取數據7-8組填入表1-8中。表1-8 U=UN=220V If=IfN= A Ka= 實驗數據Ia（A）n（r/min）T2（N.m）計算數據P2（w）P1（w）（%）n（%）2調速特性（1）改變電樞端電壓的調速實驗線路如圖1-6b所示。G：直流發電機M01，PN=100W，UN=200V，IN=0.5A，NN=1600r/minM：直流電動機M03，按他勵接法S：雙刀雙擲開關，位于NMEL-05BR1：采用NMEL-03/4中R3的兩只電阻相并聯，并調至最大。mA：毫安表，位于直流電動機勵磁電源上。U

5、1、U2、U3：分別為直流電動機電樞電源、直流電動機勵磁電源和直流發電機勵磁電源。V2、A：分別為直流電壓表（量程為300V檔），直流安培表（量程為2A檔）a合上開關S，按上述方法起動直流電機后，將電阻R1調至零，并同時調節”轉速/轉矩設定”電位器，電樞電壓和直流電動機勵磁電源，使電動機的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，記錄此時的T2= N.m。b保持T2不變，If=IfN不變，并打開開關S，逐次增加R1的阻值，即降低電樞兩端的電壓Ua，R1從零調至最大值，每次測取電動機的端電壓Ua，轉速n和電樞電流Ia，共取7-8組數據填入表1-9中。表1-9 If=IfN= A,T2= N.mU

6、a（V）n（r/min）Ia（A）（2）改變勵磁電流的調速a開關S閉合，直流電動機起動后，將直流電動機勵磁電流調至最大，調節直流電動機電樞電源為220V，調節”轉速/轉矩設定”電位器，使電動機的U=UN，Ia=0.5IN，記錄此時的T2= N.mb保持T2和U=UN不變，逐次減小直流電動機勵磁電流，直至n=1.3nN，每次測取電動機的n、If和Ia，共取7-8組數據填寫入表1-10中。表1-10 U=UN=220V，T2= N.mn（r/min）If（A）Ia（A）（3）能耗制動按圖1-7接線。U1：直流電動機電樞電源U2：直流電動機勵磁電源RL：采用NMEL-03/4中電阻并聯。S：雙刀雙擲

7、開關（NMEL-05B）a將開關S合向“1”端，電樞電源調至最小，磁場電源調至最大，起動直流電機。b運行正常后，從電機電樞的一端撥出一根導線，使電樞開路，電機處于自由停機，記錄停機時間。c重復起動電動機，待運轉正常后，把S合向“2”端記錄停機時間。d選擇不同RL阻值，觀察對停機時間的影響。六實驗報告1由表1-8計算出 P2和，并繪出n、T2、=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲線。電動機輸出功率P2=0.105nT2式中輸出轉矩T2 的單位為N·m，轉速n的單位為rmin。電動機輸入功率P1=UI電動機效率=×100電動機輸入電流I =Ia +IfN由工作特性求出轉速變化率

8、：n= ×1002繪出并勵電動機調速特性曲線n=f(Ua)和n=f(If)。分析在恒轉矩負載時兩種調速的電樞電流變化規律以及兩種調速方法的優缺點。3能耗制動時間與制動電阻RL的阻值有什么關系？為什么？該制動方法有什么缺點？第二章 變壓器實驗一 單相變壓器一實驗目的1通過空載和短路實驗測定變壓器的變比和參數。2通過負載實驗測取變壓器的運行特性。二預習要點1變壓器的空載和短路實驗有什么特點？實驗中電源電壓一般加在哪一方較合適？2在空載和短路實驗中，各種儀表應怎樣聯接才能使測量誤差最?。?如何用實驗方法測定變壓器的鐵耗及銅耗？ 三實驗項目1空載實驗 測取空載特性UO=f(IO)，PO=f(

9、UO)。2短路實驗 測取短路特性UK=f(IK)，PK=f(I)。3負載實驗 保持U1=U1N，=1的條件下，測取U2=f(I2)。 四實驗設備及儀器1交流電壓表、電流表、功率、功率因數表2可調電阻箱（NMEL-03/4）3旋轉指示燈及開關板（NMEL-05B）4單相變壓器五實驗方法1空載實驗實驗線路如圖2-1。實驗時，變壓器低壓線圈2U1、2U2接電源，高壓線圈1U1、1U2開路。A、V1、V2分別為交流電流表、交流電壓表。其中用一只電壓表，交替觀察變壓器的原、副邊電壓讀數。W為功率表，需注意電壓線圈和電流線圈的同名端，避免接錯線。a未上主電源前，將調壓器旋鈕逆時針方向旋轉到底。并合理選擇各

10、儀表量程。變壓器T U1N/U2N=220V/110V，I1N/I2N=0.4A/0.8A。b合上交流電源總開關，即按下綠色“閉合”開關，順時針調節調壓器旋鈕，使變壓器空載電壓U0=1.2UN。c然后，逐次降低電源電壓，在1.20.5UN的范圍內；測取變壓器的U0、I0、P0，共取67組數據，記錄于表2-1中。其中U=UN的點必須測，并在該點附近測的點應密些。為了計算變壓器的變化，在UN以下測取原方電壓的同時測取副方電壓，填入表2-1中。e測量數據以后，斷開三相電源，以便為下次實驗作好準備。表2-1序 號實 驗 數 據計算數據U0（V）I0（A）PO（W）U1U1。1U212345672短路實

11、驗實驗線路如圖2-2。（每次改接線路時，都要關斷電源）實驗時，變壓器T的高壓線圈接電源，低壓線圈直接短路。A、V、W分別為交流電流表、電壓表、功率表，選擇方法同空載實驗。a未上主電源前，將調壓器調節旋鈕逆時針調到底。b合上交流電源綠色“閉合”開關，接通交流電源，逐次增加輸入電壓，直到短路電流等于1.1IN為止。在0.51.1IN范圍內測取變壓器的UK、IK、PK，共取67組數據記錄于表2-2中，其中IK=IN的點必測。并記錄實驗時周圍環境溫度（）。表2-2 室溫= OC序 號實 驗 數 據計算數據U（V）I（A）P（W）1234563負載實驗實驗線路如圖2-3所示。變壓器T低壓線圈接電源，高壓

12、線圈經過開關S1接到負載電阻RL上。RL選用NMEL-03/4的R1電阻。開關S1、采用NMEL-05B的雙刀雙擲開關，電壓表、電流表、功率表（含功率因數表）的選擇同空載實驗。a未上主電源前，將調壓器調節旋鈕逆時針調到底，S1斷開，負載電阻值調節到最大。b合上交流電源，逐漸升高電源電壓，使變壓器輸入電壓U1=UN=110V。c在保持U1=UN的條件下，合下開關S1，逐漸增加負載電流，即減小負載電阻RL的值，從空載到額定負載范圍內，測取變壓器的輸出電壓U2和電流I2。d測取數據時，I2=0和I2=I2N=0.8A必測，共取數據67組，記錄于表3-3中。表3-3 =1 U1=UN=110V序 號1

13、234567U2（V）I2（A）六注意事項1在變壓器實驗中，應注意電壓表、電流表、功率表的合理布置。2短路實驗操作要快，否則線圈發熱會引起電阻變化。七實驗報告1計算變比由空載實驗測取變壓器的原、副方電壓的三組數據，分別計算出變比，然后取其平均值作為變壓器的變比K。K=U1u1.1U2U2u1.2u22繪出空載特性曲線和計算激磁參數（1）繪出空載特性曲線UO=f(IO)，PO=f(UO)，=f(UO)。式中：（2）計算激磁參數從空載特性曲線上查出對應于Uo=UN時的IO和PO值，并由下式算出激磁參數 3繪出短路特性曲線和計算短路參數（1）繪出短路特性曲線UK=f(IK)、PK=f(IK)、=f(

14、IK)。（2）計算短路參數。從短路特性曲線上查出對應于短路電流IK=IN時的UK和PK 值，由下式算出實驗環境溫度為（OC）短路參數。折算到低壓方 , , 由于短路電阻rK隨溫度而變化，因此，算出的短路電阻應按國家標準換算到基準工作溫度75OC時的阻值。 式中：234.5為銅導線的常數，若用鋁導線常數應改為228。阻抗電壓IK = IN時的短路損耗4利用空載和短路實驗測定的參數，畫出被試變壓器折算到低壓方的“”型等效電路。 5變壓器的電壓變化率U (1)繪出=1和外特性曲線U2=f(I2)，由特性曲線計算出I2=I2N時的電壓變化率U 第三章 異步電機實驗一 三相鼠籠異步電動機的工作特性一實驗

15、目的1掌握三相異步電機的空載、堵轉和負載試驗的方法。2用直接負載法測取三相鼠籠異步電動機的工作特性。3測定三相籠型異步電動機的參數。二預習要點1異步電動機的工作特性指哪些特性？2異步電動機的等效電路有哪些參數？它們的物理意義是什么？3工作特性和參數的測定方法。三實驗項目1測量定子繞組的冷態電阻。2判定定子繞組的首未端。3空載試驗。4短路試驗。5負載試驗。四實驗設備及儀器1實驗臺主控制屏2電機導軌及測功機、矩矩轉速測量組件（NMEL-13A、NMEL-14）3交流電壓表、電流表、功率、功率因數表4直流電壓、毫安、安培表5直流電機儀表、電源6可調電阻箱（NMEL-03/4）7旋轉指示燈及開關板（N

16、MEL-05B）8三相鼠籠式異步電動機M04五實驗方法及步驟1測量定子繞組的冷態直流電阻。準備：將電機在室內放置一段時間，用溫度計測量電機繞組端部或鐵芯的溫度。當所測溫度與冷動介質溫度之差不超過2K時，即為實際冷態。記錄此時的溫度和測量定子繞組的直流電阻，此阻值即為冷態直流電阻。（1）伏安法測量線路如圖3-1。S1，S2：雙刀雙擲和單刀雙擲開關，位于NMEL-05B。R：采用NMEL-03/4中R1電阻。A、V：直流毫安表和直流電壓表。量程的選擇：測量時，通過的測量電流約為電機額定電流的10%，即為50mA，因而直流毫安表的量程用200mA檔。三相籠型異步電動機定子一相繞組的電阻約為50歐姆，

17、因而當流過的電流為50mA時電壓約為2.5伏，所以直流電壓表量程用20V檔，實驗開始前，合上開關S1，斷開開關S2，調節電阻R至最大。分別合上綠色“閉合”按鈕開關和直流電動機電樞電源的船形開關，調節直流直流電樞電源及可調電阻R，使試驗電機電流不超過電機額定電流的10%，以防止因試驗電流過大而引起繞組的溫度上升，讀取電流值，再接通開關S2讀取電壓值。讀完后，先打開開關S2，再打開開關S1。調節R使A表分別為50mA，40mA，30mA測取三次，取其平均值，測量定子三相繞組的電阻值，記錄于表3-1中。表3-1 室溫 繞組I繞組繞組I（mA）U（V）R（）注意事項：（1）在測量時，電動機的轉子須靜止

18、不動。（2）測量通電時間不應超過1分鐘。（2）電橋法（選做）用單臂電橋測量電阻時，應先將刻度盤旋到電橋能大致平衡的位置，然后按下電池按鈕，接通電源，等電橋中的電源達到穩定后，方可按下檢流計按鈕接入檢流計。測量完畢后，應先斷開檢流計，再斷開電源，以免檢流計受到沖擊。記錄數據于表3-2中。電橋法測定繞組直流電阻準確度以靈敏度高，并有直接讀數的優點。表3-2繞組I繞組II繞組IIIR（）2判定定子繞組的首未端先用萬用表測出各相繞組的兩個線端，將其中的任意二相繞組串聯，如圖3-2所示。將調壓器調壓旋鈕退至零位，合上綠色“閉合”按鈕開關，接通交流電源，調節交流電源，在繞組端施以單相低電壓U=80100V

19、，注意電流不應超過額定值，測出第三相繞組的電壓，如測得的電壓有一定讀數，表示兩相繞組的未端與首端相聯，如圖3-2（a）所示；反之，如測得電壓近似為零，則二相繞組的未端與未端（或首端與首端）相連，如圖3-2（b）所示。用同樣方法測出第三相繞組的首未端。3空載試驗測量電路如圖3-3所示。電機繞組為接法（UN=220V），且電機不與測功機同軸聯接，不帶測功機。a起動電壓前，把交流電壓調節旋鈕退至零位，然后接通電源，逐漸升高電壓，使電機起動旋轉，觀察電機旋轉方向。并使電機旋轉方向符合要求。（如電動機轉向不符合要求，則對調任意兩相電源。）b保持電動機在額定電壓下空載運行數分鐘，使機械損耗達到穩定后再進行

20、試驗。c調節電壓由1.2倍額定電壓開始逐漸降低電壓，直至電流或功率顯著增大為止。在這范圍內讀取空載電壓、空載電流、空載功率。d在測取空載實驗數據時，在額定電壓附近多測幾點，共取數據7-9組記錄于表3-3中。表3-3序號UOC（V）IOL（A）PO（W）cosjUABUBCUCAUOLIAIBICIOLPIPIIPO12345674短路實驗測量線路如圖3-3。將測功機和三相異步電機同軸聯接。a將起子插入測功機堵轉孔中，使測功機定轉子堵住。將三相調壓器退至零位。b合上交流電源，調節調壓器使之逐漸升壓至短路電流到1.2倍額定電流，再逐漸降壓至0.3倍額定電流為止。a在這范圍內讀取短路電壓、短路電流、

21、短路功率，共取4-5組數據，填入表3-4中。做完實驗后，注意取出測功機堵轉孔中的起子。表3-4序號UOC（V）IOL（A）PO（W）cosjKUABUBCUCAUKIAIBICIKPIPIIPK12345675負載實驗選用設備和測量接線同空載試驗。實驗開始前，NMEL-13A中的“轉速控制”和“轉矩控制”選擇開關撥向“轉矩控制”， ”轉速/轉矩設定”旋鈕逆時針到底。a合上交流電源，調節調壓器使之逐漸升壓至額定電壓，并在試驗中保持此額定電壓不變。b調節測功機”轉速/轉矩設定”旋鈕使之加載，使異步電動機的定子電流逐漸上升，直至電流上升到1.25倍額定電流。c從這負載開始，逐漸減小負載直至空載，在這

22、范圍內讀取異步電動機的定子電流、輸入功率，轉速、轉矩等數據，共讀取5-6組數據，記錄于表3-5中。表3-5 UN=220V（）序號IOL（A）PO（W）T2（N.m）n（r/min）P2（W）IAIBICI1PIPIIP1123456六實驗報告1計算基準工作溫度時的相電阻由實驗直接測得每相電阻值，此值為實際冷態電阻值。冷態溫度為室溫。按下式換算到基準工作溫度時的定子繞組相電阻： 式中 rlef 換算到基準工作溫度時定子繞組的相電阻，；r1c定子繞組的實際冷態相電阻，；ref基準工作溫度，對于E級絕緣為75OC；c實際冷態時定子繞組的溫度，OC。2作空載特性曲線：I0、P0、cosj0=f(U0

23、)3作短路特性曲線：IK、PK=f(UK)4由空載、短路試驗的數據求異步電機等效電路的參數。(1)由短路試驗數據求短路參數短路阻抗 短路電阻 短路電抗 式中 UK、IK、PK由短路特性曲線上查得，相應于IK為額定電流時的相電壓、相電流、三相短路功率。轉子電阻的折合值 定、轉子漏抗 (2)由空載試驗數據求激磁回路參數空載阻抗 空載電阻 空載電抗 式中 U0、I0、P0相應于U0為額定電壓時的相電壓、相電流、三相空載功率。激磁電抗 激磁電阻 式中 PFe為額定電壓時的鐵耗，由圖3-4確定。5作工作特性曲線P1、I1、n、S、cosj1=f(P2)由負載試驗數據計算工作特性，填入表3-6中。 表3-

24、6 U1 = 220V（） If = A序號電動機輸入電 動 機 輸 出計 算 值I1(A)P1(W)T2(N·m)n(rmin)P2（W）S()()cosj1123456 計算公式為： 式中 I1定子繞組相電流，A； U1定子繞組相電壓，V； S轉差率； 效率。 6由損耗分析法求額定負載時的效率 電動機的損耗有： 鐵耗 PFe 機械損耗 Pmec 定子銅耗 轉子銅耗 雜散損耗Pad取為額定負載時輸入功率的0.5。 式中 Pem電磁功率，W； Pem = P1 -Pcul - PFe 鐵耗和機械損耗之和為： P0= PFe + Pmec = PO- 3Ir1 為了分離鐵耗和機械損耗，

25、作曲線，如圖3-4。 延長曲線的直線部分與縱軸相交于P點，P點的縱座標即為電動機的機械損耗Pmec，過P點作平行于橫軸的直線,可得不同電壓的鐵耗PFe。電機的總損耗P = PFe + Pcul + Pcu2 + Pad 于是求得額定負載時的效率為：式中 P1、S、I1由工作特性曲線上對應于P2為額定功率PN時查得。 第五章 電機機械特性的測定實驗一 直流他勵電動機機械特性一實驗目的了解直流電動機的各種運轉狀態時的機械特性。二預習要點1改變他勵直流電動機械特性有哪些方法？2他勵直流電動機在什么情況下，從電動機運行狀態進入回饋制動狀態？他勵直流電動機回饋制動時，能量傳遞關系，電動勢平衡方程式及機械

26、特性又是什么情況？3他勵直流電動機反接制動時，能量傳遞關系，電動勢平衡方程式及機械特性。三實驗項目1電動及回饋制動特性。2電動及反接制動特性。3能耗制動特性。四實驗設備及儀器1實驗臺主控制屏2電機導軌及轉速表3可調電阻（NMEL-03/4）4開關板（NMEL-05B）5直流電壓、電流、毫安表6直流電動機電樞電源（NMEL-18/1）7直流電動機勵磁電源（NMEL-18/2） 8直流發電機勵磁電源（NMEL-18/3）五實驗方法及步驟1電動及回饋制動特性接線圖如圖5-1a。M為直流發電機M01作電動機使用（接成他勵方式）。G為直流并勵電動機M03（接成他勵方式），UN=220V，IN=1.1A，

27、nN=1600r/min;直流電壓表V1為NMEL-18/1中直流電動機電樞電源自帶，V2的量程為300V；直流電流表mA1分別為NMEL-18/2中直流勵磁電源自帶毫安表；mA2、A1分別選用量程為200mA、5A的毫安表、安培表。R2用NMEL-03/4中R2的兩組電阻并聯再與R3的兩組電阻并聯相串聯。開關S1、S2選用NMEL-05B中的雙刀雙擲開關。按圖5-1接線，在開啟電源前，檢查開關、電阻等的設置；（1）開關S1合向“1”端，S2合向“2”端。（2）R2阻值至最大位置，直流發電機勵磁電源、直流電動機勵磁電源調至最大，直流電動機電樞電源調至最小。（3）直流電動機勵磁電源船形開關、直流

28、發電機勵磁電源船形開關和直流電動機電樞電源船形開關須在斷開位置。實驗步驟。a按次序先按下綠色“閉合”電源開關、再合直流電動機勵磁電源、直流發電機勵磁電源船型開關和直流電動機電樞電源船形開關，使直流電動機M起動運轉，調節直流電機電樞電源，使V1讀數為UN=220伏。b分別調節直流電動機M的勵磁電源，發電機G勵磁電源、負載電阻R2，使直流電動機M的轉速nN=1600r/min，If+Ia=IN=0.55A，此時If=IfN，記錄此值。c保持電動機的U=UN=220V，If=IfN不變，改變R2及直流發電機勵磁電源，測取M在額定負載至空載范圍的n、Ia，共取5-6組數據填入表中。表5-1 UN=22

29、0伏 IfN= AIa（A）n（r/min）d折掉開關S2的短接線，調節直流發電機勵磁電源，使發電機G的空載電壓達到最大（不超過220伏），并且極性與電動機電樞電壓相同。e保持電樞電源電壓U=UN=220V，If=IfN，把開關S2合向“1”端，把R2值減小，直至為零（短接電阻）。再調節直流發電機勵磁電源使勵磁電流逐漸減小，電動機M的轉速升高，當A1表的電流值為0時，此時電動機轉速為理想空載轉速，繼續減小直流發電機勵磁電流，則電動機進入第二象限回饋制動狀態運行直至電流接近0.8倍額定值（實驗中應注意電動機轉速不超過2100轉/分）。測取電動機M的n、Ia，共取5-6組數據填入表5-2中。表5-2 UN=220伏 IfN= AIa（A）n（r/min）因為T1=CMI1，而CM中為常數，則TI1，為簡便起見，只要求n=f（Ia）特性，見圖5-2。2電動及反接制動特性。接線圖如圖5-1b。（1）R1為NMEL-03/4中900電阻，R2為NMEL-03/4中的R2的兩組電阻并聯加上R3的兩組電阻并聯然后再與R1串聯