电机与拖动实验指导书(2010版)

1、DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交直流电源操作说明

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（即负载

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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。若在空载时开机仍发生过流告警，这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关）予热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。所有这些操作到直流电压输出都有3～4秒钟的延时。

5）在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在关机时，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。具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。

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2、电机与拖动实验的基本要求和安全操作规程

一、实验的基本要求：

电机与拖动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：

①、实验前的准备

实验前应复习教材有关章节，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装置预习，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相关记录表格等。

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，方可开始做实验。

认真作好实验前的准备工作，对于培养同学工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。

②、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，以保证实验操作过程协调，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、是否超量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5）、测取数据

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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。 ③、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(PN、UN、IN、nN）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) 每次实验每人完成一份报告，按时送交指导教师批阅。

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二、实验安全操作规程：

为了按时完成电机及拖动实验，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） 学生完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如出现意外，发生电路事故，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电流量程是否符合要求，有没有短路回路存在，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人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。

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二 实验内容

实验1 单相变压器实验

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UK=f(IK)，PK=f(IK), cosφK=f(IK)。 3、负载实验 （1）纯电阻负载

保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 （2）阻感性负载

保持U1=UN，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。

四、实验方法

1、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 型 号 D33 D32 D34-3 DJ11 D42 D51 名 称 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 三相组式变压器 三相可调电阻器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 - 6 -

2、屏上排列顺序

D33、D32、D34-3、DJ11、D42

DD01三相调压交流电源*U*WAI0A

VV1U055VV2UAXWxX图1-1 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 PN=77W，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U0=1.2UN ，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2UN 的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。

4）测取数据时，U=UN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UN以下测取原边电压的同时测出副边电压数据也记录

于表1-1中。 表1-1 序号 U0(V) 实 验 数 据 I0(A) P0(W) UAX(V) 计算数据 cosφ0 - 7 -

4、短路实验

1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图1-2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1-2 短路实验接线图

2）选好所有电表量程，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1.1IN 为止，在

(0.2～1.1)IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。

4）测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据6-7组记录于表1-2中。实验时记下周

围环境温度(℃)。

表1-2 室温 ℃ 序号

实 验 数 据 UK（V） IK（A） PK（W） 计 算 数 据 cosφK - 8 -

5、负载实验

实验线路如图1-3所示。变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。RL选用D42上900Ω加上900Ω共1800Ω阻值，XL选用D43，功率因数表选用D34-3，开关S1和S2选用D51挂箱。

DD01三相可调交流电源A1UaA**COSФWA2A

VWV155VV2S1RLS2aL1 x

图1-3 负载实验接线图

（1）纯电阻负载

Xx 1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S1、S2打开，负载电阻值调到最大。 2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=UN。

3）保持U1=UN，合上S1，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的值，从空载到额

定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。

4）测取数据时，I2=0和I2=I2N=0.35A必测，共取数据6-7组，记录于表1-3中。

表1-3 cosφ2=1 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A） （2）阻感性负载（cosφ2=0.8）

1）用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗值调至最大。 2）接通交流电源，升高电源电压至U1=U1N。

3）合上S1、S2，在保持U1=UN及cosφ2=0.件下，逐渐增加负载电流，从空载到

额定负载的范围内，测取变压器U2和I2。

4）测取数据时，其I2=0及I2=I2N两点必测，共测取数据6-7组记录于表1-4中。

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表1-4 cosφ2=0.8 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A）

五、注意事项

1、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。 2、短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。

六、实验报告

1、计算变比

由空载实验所测变压器原副边电压的数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变

压器的变比K。K=UAX/Uax

2、绘出空载特性曲线和计算激磁参数

（1）绘出空载特性曲线U0=f(I0)，P0=f(U0)，cosφ0=f(U0)。式中：cos 0P0U0I0 （2）计算激磁参数

从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下列各式算出激磁参数：

Prm0 2I0 UZm0I0

22XmZmrm

3、绘出短路特性曲线和计算短路参数

（1）绘出短路特性曲线UK=f(IK) 、PK=f(IK)、cosφK=f(IK)。 （2）计算短路参数

从短路特性曲线上查出对应于短路电流IK=IN时的UK和PK值，由下式算出实验环境温

U度为θ(℃)时的短路参数。 Z K '  K 折算到低压边：

IK PKr'K 2IK

'2'2XK'ZKrK

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ZK'K2r'rKK2KX'XKKK2ZK由于短路电阻rK随温度变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75℃时的阻值。

rK75CrK

22ZK75CrK 75CXK234.575234.5式中：234.5为铜导线的常数,若用铝导线常数应改为228。

计算短路电压(阻抗电压)百分数：

IK=IN时短路损耗PKN= IN2rK75℃。

uKuKruKXINZK75C100%UNINrK75C100%UNINXK100%UN 4、利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压边的“T”型等效电

路。

5、变压器的电压变化率U

（1）绘出cosφ2=1和 cosφ2=0.8两条外特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出I2=I2N 时的电压变化率：

UU20U2100%U20 （2）根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cosφ2=1和I2=I2N、cosφ2=0.8时的电压变化

率ΔU。

UUKrcos2UKXsin2 将两种计算结果进行比较,并分析不同性质的负载对变压器输出电压U2的影响。 6、绘出被试变压器的效率特性曲线

(1)用间接法算出cosφ2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表1-5中。

2P0I2PKN

(1)100%2I2PNcos2P2(W) , I2PNcos2P0I2PKN式中：

PKN为变压器IK=IN时的短路损耗(W)； P0为变压器U0=UN 时的空载损耗(W) ；

* I 2  I 2 I 2 N 为副边电流标么值。

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表1-5 cosφ2=0.8 P0= W PKN= W I*2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 P2(W) P0PKNη (2)由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f(I*2)。 (3)计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm。 m

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实验2 单相变压器并联运行实验

一、实验目的

1、学习变压器投入并联运行的方法。

2、研究并联运行时阻抗电压对负载分配的影响。

二、预习要点

1、单相变压器并联运行的条件。

2、如何验证两台变压器具有相同的极性。若极性不同，并联会产生什么后果。 3、阻抗电压对负载分配的影响。

三、实验项目

1、将两台单相变压器投入并联运行。

2、阻抗电压相等的两台单相变压器并联运行，研究其负载分配情况。 3、阻抗电压不相等的两台单相变压器并联运行，研究其负载分配情况。

四、实验线路和操作步骤

1、实验设备

序号 1 2 3 4 5 型 号 D33 D32 DJ11 D41 D51 名 称 交流电压表 交流电流表 三相组式变压器 三相可调电阻器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 2、屏上排列顺序

D33、D32、DJ11、D41、D51

U1A1aAI1AI V

1X2A1x2aAI2S3VRLW2X2xRS2图2-1 单相变压器并联运行接线图

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实验线路如图2-1所示。图中单相变压器1、2选用三相组式变压器DJ11中任意两台，变压器的高压绕组并联接电源，低压绕组经开关S1并联后，再由开关S3接负载电阻RL。由于负载电流较大，RL可采用并串联接法(选用D41的90Ω与90Ω并联再与180Ω串联，共225Ω阻值)的变阻器。为了人为地改变变压器2的阻抗电压，在其副方串入电阻R(选用D41的90Ω与90Ω并联的变阻器)。 3、两台单相变压器空载投入并联运行步骤。 (1) 检查变压器的变比和极性。 1) 将开关S1、S3打开，合上开关S2。

2) 接通电源，调节变压器输入电压至额定值,测出两台变压器副方电压

U1a1x和U2a2x若U1a1x=U2a2x，则两台变压器的变比相等，即K1=K2。

3) 测出两台变压器副方的1a与2a端点之间的电压U1a2a，若U1a2a=U1a1x-U2a2x，则首端1a

与2a为同极性端，反之为异极性端。 (2) 投入并联

检查两台变压器的变比相等和极性相同后，合上开关S1，即投入并联。若K1与K2不是

严格相等，将会产生环流。

4、阻抗电压相等的两台单相变压器并联运行。 1) 投入并联后，合上负载开关S3。

2) 在保持原方额定电压不变的情况下，逐次增加负载电流，直至其中一台变压器的输

出电流达到额定电流为止。

3) 测取I、I1、I2，共取数据4～5组记录于表2-1中。

表2-1

I1(A) I2(A) I(A) 5、阻抗电压不相等的两台单相变压器并联运行。

打开短路开关S2，变压器2的副方串入电阻R，R数值可根据需要调节（一般取5-10

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Ω之间），重复前面实验测出I、I1、I2，共取数据5～6组记录于表2-2中。

表 2-2

I1(A) I2(A) I(A) 五、实验报告

1、根据实验(2)的数据，画出负载分配曲线I1=f(I)及I2=f(I)。 2、根据实验(3)的数据，画出负载分配曲线I1=f(I)及I2=f(I)。 3、分析实验中阻抗电压对负载分配的影响。

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实验3 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、空载实验。 2、短路实验。 3、负载实验。

四、实验方法

1、实验设备

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 型 号 DD03 DJ23 DJ16 D33 D32 D34-3 D31 D42 D51 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正过的直流电机 三相鼠笼异步电动机 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 2、屏上挂件排列顺序

D33、D32、D34-3、D31、D42、D51 三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。

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3、空载实验

1) 按图3-1接线。电机绕组为Δ接法(UN=220V)，直接与测速发电机同轴联接，负载

电机DJ23不接。

2) 把交流调压器调至电压最小位置，接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观

察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求( 如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源)。

3) 保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。 VW*W*AVVVA*U*WAAIFRf+ 220V励磁电源MGIfMAVRL-

图3-1 三相鼠笼式异步电动机试验接线图

4) 调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。在

这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。

5) 在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7～9 组记录于表3-1

中。

表3-1 序 号 UAB U0L（V） UBC UCA U0L IA I0L（A） IB IC I0L PⅠ P0（W） P P0 cosφ0 - 17 -

4、短路实验

1) 测量接线图同图3-1。用制动工具把三相电机堵住。制动工具可用DD05上的圆盘

固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上。

2) 调压器退至零，合上交流电源， 调节调压器使之逐渐升压至短路电

流到1.2倍额定电流，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。

3) 在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。

表 3-2

序 UKL（V） IA IKL（A） IB IC IKL PⅠ PK（W） PⅡ PK cosφK 号 UAB UBC UCA UKL 4) 共取数据5～6组记录于表3-2中。 5、负载实验

1) 测量接线图同图3-1。同轴联接负载电机。图中Rf用D42上1800Ω阻值，RL用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。

2) 合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。

3) 合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值( 50mA 或100mA)并保

持不变。

4) 调节负载电阻RL（注：先调节1800Ω电阻，调至零值后用导线短接再调节450Ω

电阻），使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。 5) 从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、

输入功率、转速、直流电机的负载电流IF等数据。 6) 共取数据8～9组记录于表3-3中。

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表3-3 U1φ=U1N=220V（Δ） If= mA 序 号 IA I1L（A） IB IC I1L PⅠ P1（W） PⅡ P1 IF T2 n (A) (N·m) (r/min) 五、实验报告

1、计算基准工作温度时的相电阻

由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室 温。按下式换

算到基准工作温度时的定子绕组相电阻：

r1refr1C235ref235C 式中 ｒ1ref —— 换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Ω； ｒ1c ——定子绕组的实际冷态相电阻，Ω； θref ——基准工作温度 ，对于E级绝缘为75℃； θc ——实际冷态时定子绕组的温度，℃； 2、作空载特性曲线：I0L、P0、cosφ0=f(U0L) 3、作短路特性曲线：IKL、PK=f(UKL)

4、由空载、短路实验数据求异步电机的等效电路参数。 (1) 由短路实验数据求短路参数

ZKUKIK3UKLIKL 短路阻抗：

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PKPKr2 短路电阻： K3I2IKLK

22 短路电抗： X K  Z KrK

IKLUU , I式中 K  KL K  3 ，PK——电动机堵转时的相电压，相电流，三相短路功率（Δ

接法）。

转子电阻的折合值：

'rKr1C r 2≈

式中r1C是没有折合到75℃时实际值。 定、转子漏抗：

XK'XX≈ 1 ≈ 2 2 (2) 由空载试验数据求激磁回路参数

空载阻抗 Z 0 

空载电阻

2r02 空载电抗 X0Z0U0I03U0LI0Lr0P0P0223I0I0L

I ，P0——电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率（Δ式中 U 0  U 0L , I0   0L3接法）。

激磁电抗 X mX0X1

PFePFer 激磁电阻 m 2 I23 I00L

式中PFe为额定电压时的铁耗，由图3-2确定。

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P0'2P0'f(U0)PFeKPmecOU2NU02

图3-2 电机中铁耗和机械耗

5、作工作特性曲线P1、I1、η、S、cosφ1=f(P2)。 由负载试验数据计算工作特性，填入表3-4中。

表3-4 U1=220V(Δ) If = mA 电动机输入 序 号

计算公式为：

I1 电动机输出 T2 n P2 (W) 计 算 值 S (%) P1 (W) η (%) (A) (N·m) (r/min) cosφ1 - 21 -

3331500nS100%1500P1cos13U1I1P20.105nT2I1I1LIAIBICP2100%P1 式中 I 1 ——定子绕组相电流，A；

U 1 ——定子绕组相电压，V； S——转差率； η——效率。

6、由损耗分析法求额定负载时的效率

电动机的损耗有：

铁 耗： PFe

机械损耗： Pmec

2 定子铜耗： P 1 3I1r1CUPemPSCU2 转子铜耗： 100 杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的0.5%。

式中 Pem——电磁功率，W；

铁耗和机械损耗之和为：

2P0'PFePmecP0I0r1‘2(U 为了分离铁耗和机械损耗，作曲线 P 0  f 0 ) ，如图4-4。

PemP1Pcu1PFe

延长曲线的直线部分与纵轴相交于K点，K点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过K点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗PFe。 电机的总损耗

PPFePcu1Pcu2PadPmec - 22 -

于是求得额定负载时的效率为：

PP1P1100%式中P1、S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。

六、思考题

1、由空载、短路实验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？ 2、从短路实验数据我们可以得出哪些结论？

3、由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引

起误差？

- 23 -

实验4 三相异步电动机的起动与调速

一、实验目的

通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。

二、预习要点

1、复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。 2、复习异步电动机的调速方法。

三、实验项目

1、直接起动

2、星形——三角形(Y-Δ)换接起动。 3、自耦变压器起动。

4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。

四、实验方法

1、实验设备

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2、屏上挂件排列顺序

D33、D32、D51、D31、D33

型 号 DD03 DJ16 DJ17 DJ23 D31 D32 D33 D51 DJ17-1 名 称 导轨、测速发电机及转速表 三相鼠笼异步电动机 三相线绕式异步电动机 校正过的直流电机 直流电压、毫安、安培表 交流电流表 交流电压表 波形测试及开关板 起动与调速电阻箱 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 - 24 -

3、三相鼠笼式异步电机直接起动试验

VVWUA 图4-1 异步电动机直接起动

1) 按图4-1接线。电机绕组为Δ接法。异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接负载电机DJ23。

2) 把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。 3) 调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转，(如电机旋转

方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电源)。 4)再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下

“开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)。

4、星形——三角形(Y-Δ)起动

VWCZBUAAXCVYASY

图4-2 三相鼠笼式异步电机星形——三角形起动

1) 按图4-2接线。线接好后把调压器退到零位。

2) 三刀双掷开关合向右边(Y接法)。合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额

定电压220伏，打开电源开关，待电机停转。

- 25 -

3) 合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机(Δ)正常运行，整个起动过程结束。观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。 5、自耦变压器起动。

1) 按图4-3接线。电机绕组为Δ接法。 2) 三相调压器退到零位，开关S合向左边。

3) 合上电源开关，调节调压器使输出电压达电机额定电压220伏，断开电源开关，待

电机停转。

4) 开关S合向右边，合上电源开关，使电机降压起动( 自耦变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%、60%和80%，因没有自耦变压器，可通过调节电源电压获得需要的电压大小)并经一定时间再把S合向左边，使电机按额定电压正常运行，整个起动过程结束。 观察起动瞬间电流以作定性的比较。

图4-3 三相鼠笼式异步电动机自耦变压器法起动

6、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动

电机定子绕组Y形接法

UA15Ω5Ω2ΩVVWSUAV 15Ω5Ω2ΩVVW 图4-4 线绕式异步电机转子绕组串电阻起动

15Ω5Ω2Ω - 26 -

1) 按图4-4接线。

2) 转子每相串入的电阻可用DJ17-1起动与调速电阻箱。 3) 调压器退到零位。

4) 接通交流电源，调节输出电压(观察电机转向应符合要求)，在定子电压为180伏，

转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流和转矩。

5) 试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。数据记入表4-1中。

表4-1

Rst(Ω) F(N) Ist(A) Tst(N·m) 0 2 5 15 7、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速

1) 实验线路图同图4-4。同轴联接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机M的负载，

MG的实验电路参考图7-1左接线。电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。 2) 合上电源开关，电机空载起动， 保持调压器的输出电压为电机额定电压220伏，

转子附加电阻调至零。

3) 调节校正电机的励磁电流If为校正值(100mA或50mA)，再调节直流测功机负载电

流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变，改变转子附加电阻(每相附加电阻分别为0Ω、2Ω、5Ω、15Ω)， 测相应的转速记录于表4-2中。 表 4-2 U=220V If= mA T2= N·m

rst(Ω) n(r/min) 0 2 5 15 五、实验报告

1、比较异步电动机不同起动方法的优缺点。

2、由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩： (1) 外施额定电压UN。(直接法起动) (2) 外施电压为 U 。(Y-Δ起动) N 3 (3) 外施电压为UK/KA,式中KA为起动用自耦变压器的变比。(自耦变压器起动)。 3、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。 4、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。

- 27 -

六、思考题

1、起动电流和外施电压成正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才

能成立？

2、起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？

- 28 -

实验5 三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性

一、实验目的

了解三相线绕式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。

二、预习要点

1、如何利用现有设备测定三相线绕式异步电动机的机械特性。 2、测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。

3、如何根据所测出的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。

三、实验项目

1、测定三相线绕式转子异步电动机在RS=0时，电动运行状态和再生发电制动状态下

的机械特性。

2、测定三相线绕转子异步电动机在RS=36Ω时，测定电动状态与反接制动状态下的机

械特性。

3、RS=36Ω，定子绕组加直流励磁电流I1=0.6IN及I2=IN时，分别测定能耗制动状态下

的机械特性。

四、实验方法

1、实验设备

序 号 型 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

名 称 数 量 1件 1件 1件 2件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 DD03 导轨、测速发电机及转速表 DJ23 DJ17 D31 D32 D33 校正直流测功机 三相线绕式异步电动机 直流电压、毫安、安培表 交流电流表 交流电压表 D34-3 单三相智能功率、功率因数表 D41 D42 D44 D51 三相可调电阻器 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 - 29 -

2、屏上挂件排列顺序

D33、D32、D34-3、D51、D31、D44、D42、D41、D31 3、RS=0时的电动及再生发电制动状态下的机械特性。

图5-1 三相线绕转子异步电动机机械特性的接线图

（1）按图5-1接线，图中M用编号为DJ17的三相线绕式异步电动机，额定电压：220V,Y

接法。MG用编号为DJ23的校正直流测功机。S1、S2、、S3选用D51挂箱上的对应开关，并将S1合向左边1端，S2合在左边短接端（即线绕式电机转子短路），S3合在2'位置。R1选用D44的180Ω阻值加上D42上四只900Ω串联再加两只900Ω并联共4230Ω阻值，R2选用D44上1800Ω阻值，RS选用D41上三组45Ω可调电阻(每组为90Ω与90Ω并联)，并用万用表调定在36Ω阻值，R3暂不接。直流电表A2、A4的量程为5A，A3量程为200mA，V2的量程为1000V，交流电表V1的量程为150V，A1量程为2.5A。转速表n置正向1800r/min量程。

(2) 确定S1合在左边1端，S2合在左边短接端，S3合在2'位置，M的定子绕组接成星

形的情况下。把R1、R2阻值置最大位置，将控制屏左侧三相调压器旋钮向逆时针方向旋到底，即把输出电压调到零。

(3) 检查控制屏下方“直流电机电源”的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开位置。接通三相调压“电源总开关”，按下“开”按钮，旋转调压器旋钮使三相交流电压慢慢升高，观察电机转向是否符合要求。若符合要求则升高到

If 220V励磁电源直流电机励磁绕组1S12IA4R3UV1V**W1S2RsRsWI1A1*W2*RsA2IaMGUaV2R12'1' 220V电枢电源＋R2＋－－ - 30 -

U=110V，并在以后实验中保持不变。接通“励磁电源” ，调节R2阻值，使A3表为100mA并保持不变。

（4）接通控制屏右下方的“电枢电源”开关，在开关S3的2'端测量电机MG的输出电

压的极性，先使其极性与S3开关1'端的电枢电源相反。在R1阻值为最大的条件下将S3合向1'位置。

（5）调节“电枢电源”输出电压或R1阻值，使电动机从接近于堵转到接近于空载状态，

其间测取电机MG的Ua、Ia、n及电动机M的交流电流表A1的I1值，共取8-9组数据录于表5-1中。

表5-1 U=110V RS=0Ω If= mA

Ua(V) Ia(A) n(r/min) I1(A) （6）当电动机接近空载而转速不能调高时，将S3合向2' 位置，调换MG电枢极性（在

开关S3 的两端换）使其与“电枢电源”同极性。调节“电枢电源”电压值使其与MG电压值接近相等，将S3合至1'端。保持M端三相交流电压U=110V，减小R1阻值直至短路位置（注：D42上6只900Ω阻值调至短路后应用导线短接）。升高“电枢电源”电压或增大R2阻值（减小电机MG的励磁电流）使电动机M的转速超过同步转速n0而进入回馈制动状态，在1700r/min～n0范围内测取电机MG的Ua、Ia、n及电动机M的定子电流I1值，共取6-7组数据记录于表5-2中。

表5- 2 U=110V RS=0Ω

Ua(V) Ia(A) n(r/min) I1(A) 4、RS=36Ω时的电动及反转性状态下的机械特性

（1）开关S2合向右端36Ω端。开关S3拨向2'端，把MG电枢接到S3上的两个接线端对

调，以便使MG输出极性和“电枢电源”输出极性相反。把电阻R1、R调至最大。

2

（2）保持电压U=110V不变，调节R2阻值，使A3表为100mA。调节“电枢电源”的

输出电压为最小位置。在开关S3的2' 端检查MG电压极性须与1' 的“电枢电源”极性相反。可先记录此时MG的Ua、Ia值，将S3合向1'端与“电枢电源”接通。

- 31 -

测量此时电机MG的Ua，Ia，n及A1表的I1值，减小R1阻值（先调D42上四个900Ω串联的电阻）或调高“电枢电源”输出电压使电动机M的n下降，直至n为零。把转速表置反向位置，并把R1的D42上四个900Ω串联电阻调至零值位置后应用导线短接，继续减小R1阻值或调高电枢电压使电机反向运转。直至n为-1300r/min为止，在该范围内测取电机MG的Ua，Ia，n及A1表的I1值。共取11-12组记录于表5-3中。

（3）停机（先将S2合至2' 端，关断“电枢电源”再关断“励磁电源”，调压器调至零

位，按下“关”按钮）。

表5-3 U=110V RS=36Ω If = mA

Ua(V) Ia(A) n(r/min) I1(A) 5、能耗制动状态下的机械特性

（1）确认在“停机”状态下。把开关S1合向右边2 端，S2合向右端（RS仍保持36Ω不

变），S3合向左边2'端， R1用D44上180Ω阻值并调至最大，R2用D42上1800Ω阻值并调至最大，R3用D42上900Ω与900Ω并联再加上900Ω与900Ω并联共900Ω阻值并调至最大。。

（2）开启“励磁电源”，调节R2阻值，使A3表If=100mA，开启“电枢电源”，调节电

枢电源的输出电压U=220V，再调节R3使电动机M的定子绕组流过I= 0.6IN=0.36A并保持不变。

（3）在R1阻值为最大的条件下，把开关S3合向右边1'端，减小R1阻值，使电机MG

起动运转后转速约为1600r/min，增大R1阻值或减小电枢电源电压（但要保持A4表的电流I不变）使电机转速下降，直至转速n约为50r/min，其间测取电机MG的Ua，Ia及n值，共取10-11组数据记录于表5-4中。

（4）停机。

（5）调节R3阻值，使电机M的定子绕组流过的励磁电流I=IN=0.6A。重复上述操作步

骤，测取电机MG的Ua，Ia及n值，共取10-11组数据记录于表5-5中。

- 32 -

表5-4 RS=36Ω I=0.36A If = mA Ua（V） Ia（A） n（r/min）

表5-5 RS=36Ω I=0.6A If = mA Ua（V） Ia（A） n（r/min） 6、绘制电机M-MG机组的空载损耗曲线P0=f(n)。

（1）拆掉三相线绕式异步电动机M定子和转子绕组接线端的所有插头，R1用 D44上

180Ω阻值并调至最大，R2用 D44上1800Ω阻值并调至最大。直流电流表A3的量程为200mA，A2的量程为5A，V2的量程为1000V，开关S3合向右边1'端。

（2）开启“励磁电源”，调节R2阻值，使A3表If=100mA，检查R1阻值在最大位置时

开启“电枢电源”，使电机MG起动运转，调高“电枢电源”输出电压及减小R1阻值，使电机转速约为1700r/min，逐次减小“电枢电源”输出电压或增大R1阻值，使电机转速下降直至n=100r/min，在其间测量电机MG的Ua0、Ia0及n值，共取10-12组数据记录于表5-6中。

表5-6

Ua0（V） Ia0（A） n（r/min） 五、实验注意事项

调节串联的可调电阻时，要根据电流值的大小而相应选择调节不同电流值的电阻，防

止个别电阻器过流而引起烧坏。

六、实验报告

1、根据实验数据绘制各种运行状态下的机械特性。

9.552T[P0(UaIaIaRa)] 计算公式：

n 式中 T——受试异步电动机M的输出转矩（N·m）；

- 33 -

Ua——测功机MG的电枢端电压（V）； Ia——测功机MG的电枢电流（A）；

Ra——测功机MG的电枢电阻（Ω），可由实验室提供； P0——对应某转速n时的某空载损耗（W）。

注：上式计算的T值为电机在U=110V时的T值，实际的转矩值应折算为额定电压时

的异步电机转矩。

2、绘制电机M—MG机组的空载损耗曲线P0=f（n）。

- 34 -

实验6 直流他励电动机实验

一、实验目的

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、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速

的方法。

二、预习要点

1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。

2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什

么严重后果?

3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励

磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?

4、直流电动机调速及改变转向的方法。 三、实验项目

1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多

量程直流电压表、电流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、实验设备及控制屏上挂件排列顺序

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D42 D44 D51 D41 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流数字电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 三相可调电阻器 数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 1 件

- 35 -

2、控制屏上挂件排列顺序

D31、D42、D41、D51、D31、D44 五、实验说明及操作步骤

1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，

讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2、用伏安法测电枢的直流电阻

+ 220V电枢电源-SARVM 图6-1 测电枢绕组直流电阻接线图

（1）按图6-1接线，电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。

A表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A档。开关S选用D51挂箱。 （2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。调节R使电枢电流达到0.2A（如果

电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表6-1中。 （3）增大R使电流分别达到0.15A和0.1A，用同样方法测取六组数据列于表6-1中。

取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值：

1Ra(Ra1Ra2Ra3)3表6-1 室温 ℃ 序号 U（V） I（A） 1 2 3

R（ 平均）（Ω） Ra11= Ra12= Ra13= Ra21= Ra22= Ra23= Ra31= Ra32= Ra33= Ra3= Ra2= Ra1= Ra（Ω） Raref（Ω） - 36 -

表中：

11Ra1(Ra11Ra12Ra13)Ra2(Ra21Ra22Ra23) 33（4）计算基准工作温度时的电枢电阻

1Ra3(Ra31RA32Ra33)3 由实验直接测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室温。按下

式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值：

RarefRa235ref235a 式中Raref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）。 Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）。 θref ——基准工作温度，对于E级绝缘为75 ℃。 θa——实际冷态时电枢绕组的温度。（℃） 3、直流仪表、转速表和变阻器的选择

直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变

阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。 （1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。 （2）电流量程的选择

因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表

的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。 （3）电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。 （4）变阻器的选择

变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回

路R1可选用D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。 4、直流他励电动机的起动准备

按图6-2接线。图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，

额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用D31。Rf1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用D42的1800Ω阻值的变阻器。作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R2选用D41的90Ω电阻6只串联和D42的900Ω与900Ω并联电阻相串联作为MG的负载电阻。 接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。

- 37 -

5、他励直流电动机起动步骤

（1）检查按图6-2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回

IFA4SV2R1IA3V1220V+电枢电源－If2A2Rf2并励绕组+励磁电源－220VIfA1Rf1图6－2 直流他励电动机接线图

路接线是否牢靠。然后，将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，作好起动准备。 （2）开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电

源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2 等于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M起动。

（3）M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正向偏转 ，若不正确，可拨动转速表

上正、反向开关来纠正。调节控制屏上电枢电源‘电压调节’旋钮，使电动机端电压为220伏。减小起动电阻 R1阻值，直至短接。

（4）合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2 阻值，使MG的负载电流IF 改

变，即直流电动机M的输出转矩T2 改变（按不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f(IF)，可得到M不同的输出转矩T2值）。

（5）调节他励电动机的转速

分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf1，观察转

速变化情况。

（6）改变电动机的转向

将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，

然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢

- 38 -

并磁绕阻

（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向。

六、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Rf1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R1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R1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R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1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T2 ，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值：100mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。

七、实验报告

1、画出直流他励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，起动电阻R1和磁场调节电阻Rf1应调到什么位置?为什么?

2、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？ 3、用什么方法可以改变直流电动机的转向？

4、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？

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实验7 直流并励电动机实验

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=UN和If=IfN不变，测取n、T2、η=f（Ia）、n=f（T2）。 2、调速特性

（1）改变电枢电压调速

保持U=UN、If=IfN=常数，T2=常数，测取n=f（Ua）。 （2）改变励磁电流调速

保持U=UN，T2=常数，测取n=f（If）。 （3）观察能耗制动过程 四、实验方法 1、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D42 D44 D51 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流电压、毫安、电流表 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 数 量 1台 1台 1台 2件 1件 1件 1件 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7-1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

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负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用D44的1800Ω阻值。Rf2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1用D44的180Ω阻值。R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。

2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1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。

R2IFA4A3IaSI220V电枢电源V2R1Rf1A1IfIf2A2Rf2励磁绕组V1并励绕组－+励磁电源220V－ +图7－1 直流并励电动机接线图

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If2为校正值（100 mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：U＝UN，I＝IN，n＝nN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。

4）保持U＝UN，If=IfN，If2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Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（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7-1中。

表7－1 U＝UN＝ V If=IfN= mA If2= mA Ia（A） 实验 n（r/min） 数据 IF（A） P2（W） T2（N·m） 计算 P（W） 1数据 η（％） Δn（％） - 41 -

4、调速特性

（1）改变电枢端电压调速

1）直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值（100mA），再调节负载

电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，If＝IfN记下此时MG的IF值。

2）保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的

电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia。

3）共取数据8-9组，记录于表7-2中。

表7－2 If＝IfN＝ mA T2＝ N·m Ua（V） n（r/min） Ia（A） （2）改变励磁电流的调速

1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG

的磁场调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，I＝0.5IN记下此时的IF值。

2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至

n＝1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia。共取 7－8组记录于表7－3中。

表7－3 U＝UN＝ V T2＝ N·m n（r/min） If（mA） Ia（A） （3）能耗制动

1）实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D41 D42 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 三相可调电阻器 数 量 1台 1台 1台 2件 1件 1件 - 42 -

7 8 D44 D51 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 1件 1件 2）屏上挂件排列顺序

D31、D42、D51、D41、D31、D44

3）按图7-2接线，先把S1合向2端，合上控制屏下方右边的电枢电源开关，把M的

Rf1调至零，使电动机的励磁电流最大。

4）把M的电枢串联起动电阻R1调至最大，把S1合至电枢电源，使电动机起动，能

耗制动电阻RL选用D41上180Ω阻值。

5）运转正常后，从S1任一端拔出一根导线插头，使电枢开路。由于电枢开路，电机

处于自由停机，记录停机时间。

并励绕组RLR121SR2+IS1－220V电枢电源励磁电源220V－

IFA4+If2A2Rf2励磁绕组Rf1A3IfV2图7－2 并励电动机能耗制动接线图

6）重复起动电动机，待运转正常后，把S1合向RL端，记录停机时间。 7）选择RL不同的阻值，观察对停机时间的影响。

五、实验报告

1、由表7-1计算出P2和η，并给出n、T2、η＝f（Ia）及n＝f（T2）的特性曲线。 电动机输出功率： P2＝0.105nT2

式中输出转矩T2的单位为N·m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n

的单位为r/min。

电动机输入功率： P1=UI 输入电流： I=Ia+IfN

P 电动机效率： 2100%P1

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由工作特性求出转速变化率：

n0nN n%100%nN

2、绘出并励电动机调速特性曲线n＝f（Ua）和n=f（If）。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、能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺

点？

七、思考题

1、并励电动机的速率特性n＝f（Ia）为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为

什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？

2、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动机

转速降低？

3、当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为

什么？

4、并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？为什么？

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实验8 直流发电机实验

一、实验目的

1、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

该被试电机的有关性能。

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？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持

不变，哪些物理量应测取。

2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？ 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、他励发电机实验

（1）测空载特性 保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。 （2）测外特性 保持n=nN使If=IfN ，测取U=f（IL）。 （3）测调节特性 保持n=nN使U=UN，测取If=f（IL）。 2、并励发电机实验 （1）观察自励过程

（2）测外特性 保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。 四、实验设备及挂件排列顺序

1、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 名 称 数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 DD03 导轨、测速发电机及转速表 DJ23 DJ13 D31 D44 D51 D42 校正直流测功机 直流复励发电机 直流电压、毫安、安培表 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 三相可调电阻器 2、屏上挂件排列顺序 D31、D44、D31、D42、D51

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五、实验方法 1、他励直流发电机

A2R1励磁电源+220V－励磁绕阻Rf2A3If并励绕组If1A1Rf1V2ILA4V1220V+电枢电源－R2S

图8－1 直流他励发电机接线图

按图8-1接线。图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。校正直流测功机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。MG、G及TG由联轴器直接连接。开关S选用D51组件。Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。R1选用D44的180Ω变阻器。R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。直流电流表、电压表选用D31、并选择合适的量程。 （1）测空载特性

1）把发电机G的负载开关S打开，接通控制屏上的励磁电源开关，将Rf2调至使G

励磁电流最小的位置。

2）使MG电枢串联起动电阻R1阻值最大，Rf1阻值最小。仍先接通控制屏下方左边的

励磁电源开关，在观察到MG的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，起动直流电动机MG，其旋转方向应符合正向旋转的要求。

3）电动机MG起动正常运转后，将MG电枢串联电阻R1调至最小值 ，将MG的电

枢电源电压调为220V，调节电动机磁场调节电阻Rf1，使发电机转速达额定值，并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。

4）调节发电机励磁分压电阻Rf2，使发电机空载电压达U0＝1.2UN为止。

5）在保持n=nN＝1600r/min条件下，从U0＝1.2UN 开始，单方向调节分压器电阻Rf2

使发电机励磁电流逐次减小，每次测取发电机的空载电压U0和励磁电流If，直至

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If＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。

6）测取数据时U0＝UN和If＝0两点必测，并在U0＝UN 附近测点应较密。 7）共测取7～8组数据，记录于表8-1中

表8-1 n=nN＝1600r/min IL=0 U0（V） If（mA） （2）测外特性

1）把发电机负载电阻R2调到最大值，合上负载开关S。

2）同时调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的分压电阻Rf2 和负载电阻R2使发电

机的IL＝IN，U＝UN，n=nN，该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流IfN，记录该组数据。

3）在保持n=nN和If＝IfN 不变的条件下，逐次增加负载电阻R2，即减小发电机负载电

流IL，从额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流IL，直到空载（断开开关S，此时IL=0），共取6-7组数据，记录于表8-2中。

表8-2 n＝nN＝ r/min If＝IfN＝ mA U（V） IL（A） （3）测调整特性

1）调节发电机的分压电阻Rf2，保持n=nN，使发电机空载达额定电压。

2）在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S，调节负载电阻R2，逐次增加发电机

输出电流IL，同时相应调节发电机励磁电流If，使发电机端电压保持额定值U＝UN。

3）从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流IL和励磁电流If，共

取5-6组数据记录于表8-3中。

表8-3 n=nN＝ r/min U＝UN＝ V IL（A） If（mA） 2、并励发电机实验 （1）观察自励过程

1）按实验6：六中注意事项2使电机MG停机，在断电的条件下将发电机G的励磁

方式从他励改为并励，接线如图8-2所示。Rf2选用D42的900Ω电阻两只相串联并调至最大阻值，打开开关S。

2）按实验6：六中注意事项1起动电动机，调节电动机的转速，使发电机的转速n=nN，

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用直流电压表量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接成他励方式进行充磁。

3）合上开关S逐渐减小Rf2，观察发电机电枢两端的电压，若电压逐渐上升，说明满

足自励条件。如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。 4）对应着一定的励磁电阻，逐步降低发电机转速，使发电机电压随之下降，直至电压不能建立，此时的转速即为临界转速。 （2）测外特性

A2 V1+220V－电枢电源ILA4R1V2If1A1Rf1励磁绕组+励磁电源220V－IfA3Rf2

图8－2直流并励发电机接线图

R2S

1）按图8-2接线。调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S。

2）调节电动机的磁场调节电阻Rf1、发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发

电机的转速、输出电压和电流三者均达额定值，即n=nN，U=UN，IL=IN。

3）保持此时Rf2的值和n=nN不变，逐次减小负载，直至IL=0，从额定到空载运行范围

内每次测取发电机的电压U和电流IL。

4）共取6-7组数据,记录于表8-4中。

表8-4 n＝nN＝ r/min Rf2＝常值 U（V） IL（A） - 48 -

六、注意事项

1、直流电动机MG起动时，要注意须将R1调到最大，Rf1调到最小，先接通励磁电源，

观察到励磁电流If1为最大后，接通电枢电源，MG起动运转。起动完毕，应将R1调到最小。

2、做外特性时，当电流超过0.4A时,R2中串联的电阻调至零并用导线短接,以免电流

过大引起变阻器损坏。

七、实验报告

1、根据空载实验数据,作出空载特性曲线,由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系

数和剩磁电压的百分数。

2、在同一坐标纸上绘出他励、并励发电机的外特性曲线。分别计算不同励磁方式的

UUN电压变化率： U%0100%，并分析差异原因。

UN 3、绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增

加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。

八、思考题

1、并励发电机不能建立电压有哪些原因？

2、在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变

低？为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？

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