电机实验材料

实验三 直流他励电动机一、实验目的1.掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。

2.掌握直流他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、实验原理1．他励直流电机的机械特性直流电动机机械特性的一般形式为：T C C R R C U n M e a e ∙Φ+-Φ=Ω22 对于他励电动机，当T 变化时，只要保持I f 不变且不计电枢反应的去磁作用，其主磁通Φ是不变的。

所谓他励直流电动机的固有机械特性，是指当U=U N ; Φ=ΦN 且R Ω＝0时的n ＝f(T)关系，即T C C R C U n NM e aN e N ∙Φ-Φ=2。

由上式可知他励直流电动机的固有机械特性是一条下降的直线，其额定负载时的转速降为：N N N T n n n ∙=-=∆β0由于电枢回路电阻R a 很小，所以斜率N β很小，即额定负载时转速降落n ∆很小。

因此，他励直流电动机固有机械特性是一条下降不多的“硬”特性，即负载变化时转速变化很小。

2．降低电枢端电压调速保持电动机的Φ=ΦN 不变且R Ω＝0，仅降低施加于电动机电枢两端电压U 来达到调速的目的，称为降压调速。

由图1－5所示的降低端电压321U U U U N >>>时的人为特性可知，对于同一个负载T 2，端电压越低，则稳定后的速度也越低，而且也是使转速向低于额定转速的方向调节的。

图1－53．减弱电动机主磁通调速保持U ＝U N 且R Ω＝0，仅减少电动机的励磁电流I f 使主磁通Φ减少来达到调 速的目的，称为减弱磁通调速。

由图1所示的减弱磁通N φφφ<<12时的人为特性可知，对于同一个负载T ，主磁通Φ越弱，则稳定后的转速越高，而且是使转速向高于额定转速的方向调节。

4．如图1－6，图1－6保持励磁电流I f 的大小及方向不变，将电源开关导向R Z 端，使电枢从电网脱离而经制动电阻R Z 闭合。

因此，其参数特点是：Φ=ΦN ，U ＝0且电枢回路总电阻R ＝R a ＋R Z ，在制动过程中，电机实际上成为一台与电网脱离的他励直流发电机。

他把从轴上输入的机械能转换成电能，全部消耗在电枢回路R ＝R a ＋R Z 上，所以称为能耗制动。

四、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 、n=f(I a )及n=f(T 2)。

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，T 2 =常数，测取n=f(Ua)。

(2)改变励磁电流调速保持U=U N ，T 2 =常数，R 1 =0，测取n=f(I f )。

(3)观察能耗制动过程 五、实验方法1.他励电动机的工作特性和机械特性实验线路如图1-7所示。

图1－7直流他励电动机接线图R 1选用MEL-09挂箱上电阻值为100Ω、电流为1.22A 的变阻器，作为直流并励电动机的起动电阻。

R f 选用MEL-09挂箱上阻值为3000Ω、电流为200mA 的变阻器，作为直流并励电动机励磁回路串接的电阻。

电机启动前，将R1调到最大，Rf 调到最小。

然后接通电源，按可调直流稳压电源复位开关，电机启动后，将电动机电枢调节电阻R 1调至零，调节可调直流稳压电压调压旋钮 使U=U N ，、MEL-13挂箱上的转矩设定旋钮(将开关置“转矩控制”) 使I=I N ，调节电动机的磁场调节电阻R f ，调到其电机的额定值n =n N ，其励磁电流即为额定励磁电流I fN ，在保持U=U N ，I f =I fN 不变的条件下，逐次减小电动机的负载。

测取电动机电枢电流 Ia ，转速n 和转矩T 2，共取6-7组数据，记录于表1-6中。

表1-6 U=U N= V I f =I fN = A Ra= Ω表中Ra 对应于环境温度为0C 时电动机电枢回路的总电阻，可由实验室给出。

2.调速特性(1)改变电枢端电压的调速直流电动机起动后，将电阻R 1 调至零，同时调节负载、电枢电压及电阻R f ，使U=U N ，I=0.5I N ，I f =I fN ，保持此时的T 2值和I f =I fN ，逐次增加R 1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua ，R 1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 ，共取5-6组数据，记录于表1-7中。

表1-7 I f =I fN = A T 2= N ·m(2)改变励磁电流的调速 直流电动机起动后,将电阻R 1和电阻R f 调至零，同时调节电枢电压调压旋钮和转矩设定旋钮使之加载，使电动机U=U N ，I=0.5I N ，I f =I fN 保持此时的T 2值和U=U N 的值，逐次增加磁场电阻R f 阻值，直图1-8并励电动机能耗制动接线图 至n =1.3n N ，每次测取电 动机的n 、I f 和Ia ，共取5-6组数据，记录于表1-8中。

表1-8 U=U N = V T 2= N ·m(3)按图1-8接线，把S 放至空位，先合励磁电源，并把R f 调至零，使电机磁场电流最大，再把S 合向电枢电压端电机开始起动，起动后，把S 拨向空位。

由于电枢开路，电机处于自由停机。

重复实验，但开关S 合向R L 端，并选择不同R L 的阻值，观察对停机时间的影响。

六、实验报告1.由表1-6计算出 P 2和η，并绘出n 、T 2、η=f(Ia )及n=f(T 2)的特性曲线。

电动机输出功率P 2 = T 2×Ω＝0.105nT 2式中输出转矩T 2 的单位为N ·m ，转速n 的单位为r ／min 。

电动机输入功率 P 1=UI 电动机效率 η=12P P ×100％ 电动机输入电流 I =Ia + I fN由工作特性求出转速变化率： Δn=NNO n n n ×100％ 2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(Ua)和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.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？ 六、思考题1.他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.他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“飞速”？为什么？并励呢？实验一 三相笼型异步电动机的工作特性一、实验目的1.用直接负载法测取三相笼型异步电动机的工作特性。

2.测定三相笼型异步电动机的参数。

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、实验原理1．空载试验三相异步电动机参数测定线路原理图如下图，空载试验的目的是测出感应电动机的励磁阻抗m m m jx r Z +=，铁耗Fe p 及机械损耗Ωp 。

其方法是电动机轴上不带任何机械负载。

定子施以额定频率的对称三相额定电压。

让它空载运行一段时间，待机械损耗稳定后调节U 1使之从(1.1—1.3)U 1N 开始逐次降低电压直到0.2 U N 左右为止(或者发现转速明显下降或者发现定子电流开始回升为止)。

每次记取定子相电压U 1，空载相电流I 0及空载输入功率P 0，从而绘出电动机的空载特性)(10U f I =及)(10U f P =，如下图所示。

二、短路试验短路试验的目的是测出短路阻抗k k k jx r Z +=及额定电流时的定转子铜耗21cu cu p p +。

其方法是将转子堵住，定子外施对称三相低电压(约0.4 U 1左右)，使定子电流(称之为短路电流，用I k 表示)从1.2I N 开始逐渐减小直到0.3I N 左右为止。

每次记取定子相电压U k ，相电流I k 及短路试验输入功率P k ，从而画出电动机的短路特性I k ＝f(U k )及P k ＝f(U k )如下图所示。

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。

3.空载试验。

4.短路试验。

5.负载试验。

四、实验方法三相笼型异步电机在本装置的编号是M04。

1.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。

量程的选择：测量时通过的测量电流约为电机额定电流的10％，即约为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。

三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为50 欧姆，因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档。

按图3-1接线。

将励磁电流源调至25mA。

接通开关S1，调节励磁电流源使试验电流不超过电机额定电流的10％(为了防止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。

每一电阻测量三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻，记录于表3-1中。

表3-1注意事项①在测量时，电动机的转子须静止不动。

②测量通电时间不应超过1分钟。

(2)电桥法用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥能大致平衡的位置，然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮接入检流计。

测量完毕，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。

记录数据于表3-2中。

电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。

表3-22.判定定子绕组的首末端先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联，施以单相低电压U=80～100V，注意电流不应超过额定值，如图3-2所示，测出第三相绕组的电压，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联。

反之，如测得的电压近似为零，则表示两相绕组的末端与末端（或首端与首端）相联，用同样方法测出第三相绕组的首末端。

图3-2 三相交流绕组末端测定3.空载试验已知实验室提供电压为220V ，根据前面所述的实验原理，请设计空载试验的电路图，并指明电机的接法。

说明：1）试验之前，请在电路图设计好后，给指导教师检查是否可行，若指导教师认为可行的设计图，学生才可按自己设计的电路图接线。

注意，接通电源之前，请首先把交流调压器退到零位，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。