北航电机学实验报告(全)

成绩

电机学实验报告

院（系）名称自动化科学与电气工程

学院

专业名称电气工程及其自动化学生学号

学生姓名

指导教师

201*年7月

目录

实验一等效电路参数的测定 (3)

实验二串励直流电动机负载特性实验 (7)

实验三并励直流发电机自励建压实验 (11)

实验四三相同步发电机参数的测定 (14)

实验五三相同步发电机并网实验 (17)

实验六三相异步电动机参数测量实验 (19)

2

实验一等效电路参数的测定

同组同学

一、开路试验

1、试验目的

确定变比k、激磁阻抗Z m等参数

2、试验方法

低压侧加电压，高压侧开路

3、接线图＆计算原理

测量：U10、U20、I20、P0

4

计算：

开路试验注意事项：

开路电流和开路功率必须是额定电压时的值，并以此求取激磁参数； 开路试验的特点：电压高、电流小；铁耗大、铜耗小； 若要得到高压侧参数，须归算。

4、实验数据

2

2

2

20

0020

202010/，/,/m m m m Fe m R Z X I P R P p I U Z U U k -=≈≈≈=

二、短路试验

1、试验目的

确定短路阻抗Z k 等参数。

2、试验方法

高压侧加电压，低压侧短路。

3、接线图＆计算原理

测量： U 1k 、I 1k 、P k 计算：

短路试验注意事项：

缓慢增加短路电压，使短路电流不超过一次测的额定电流； 短路试验的特点：电压低、电流大；铁耗小、铜耗大；

θ

++=-==≈≈?5.23475

5.234,/,,/)75(2

2

2111k

k k k

k k

k k Cu k k k k

R R R Z X I P R p P I U Z

短路电阻需要进行温度换算。

4、实验数据

6

实验二串励直流电动机负载特性实验

同组同学

一、实验目的

1.了解串励电动机起动，调速及改变转向的方法。

2.掌握测试串励电动机调速特性和机械特性的方法。

二、实验仪器

直流串励电动机电磁式测功器可调变阻器滑动电阻直流电流表直流电压表开关导线

三、实验内容

1.直流串励电动机的调速特性

2.直流串励电动机的机械特性

3.直流串励电动机的转向实验

四、实验步骤

1.直流串励电动机的调速特性

直流串励电动机不能空载起动，因为它的机械特性是软特性，即电机转矩增加时，转速将以幂指数显著下降。故轻载时转速很高，而空载时会引起“飞转”而使电机损坏。因此实验时要注意以下几点：

1）将R调至最小处，在合开关K1，接通电源。调节R使If≥0.6A。

2）将K2断开，RQ调至最大处，然后再闭合开关K2进行起动，接着慢慢调小RQ，同时测量直流电动机的转速和电压。

2.直流串励电动机的机械特性

1）将RQ调至电阻最小（此时，直流电动机的转速应<1500转/分，电压<200伏。

2）调节R使If增大，保证电压不变，读取电动机的电枢电流、转速、测功机的电流和转矩。

3.直流串励电动机的转向实验

1）将RQ电阻调大，使电动机的转速缓慢旋转，记录此时电动机的旋转方向。

2）将开关K1和K2断开，依次调换L1和L2、A1和A2、F1和F2的连接方向。每调换一次，将开关K1和K2接通一次，观察电动机的转向变化规律。

五、实验数据记录

1.直流串励电动机的调速特性

2.直流串励电动机的机械特性

8

3.直流串励电动机的转向实验

原始状态下：顺时针

L1和L2转向：顺时针A1和A2转向：逆时针F1和F2转向：逆时针

六、结果分析与实验结论

1.直流串励电动机的调速特性

根据实验数据绘出电动机转速与电压的关系，有图中可以得出，调速特性：电动机转速与电压成正比，即串励电动机的转速随着负载的增加而迅速下降。

2.直流串励电动机的机械特性

根据下图中转速与转矩的关系图可得，直流串励电动机的机械特性：随着转矩的增加，串励电动机的转速将迅速下降，这种特性称为软特性。

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实验三并励直流发电机自励建压实验

同组同学

一、实验背景

1. 学会用实验方法测定直流并励发电机的空载特性。

2. 掌握直流并励发电机的自励建压条件。

二、实验原理

1. 并励发电机空载特性：

当n=常数，I = 0 ，时U０= f (I f ) 。

并励直流发电机的自励条件：a.电机中要有剩磁b.励磁绕组与电枢绕组并接正确c.励磁回路电阻小于建压临界电阻

经过一定比例转换后，空载特性U０= (I f )与电机的磁化曲线Φ= f (F f ) 形状完全相同。一般电机的工作点位于开路特性上曲线开始弯曲的膝点附近。据此可以判断电机的饱和程度。并励发电机的励磁电流很小，只占额定电流的（1-3）%。微小的电流在电枢绕组中引起的电压降很小，可以忽略不计。所以并励发电机的开路电压也就是电枢中的感应电势。并励发电机的开路特性与他励相同。

三、实验过程与结果

1. 如图接线

依据接线图，当原动机拖动直流发电机转子旋转时，励磁绕阻并接于电枢绕组两端，

由发电机本身的端电压提供励磁电流，而发电机的电枢端电压，又必须在有了励磁电流产生的主磁场下才能产生，所以并励发电机由初始的U=0到正常运行时U0达到一定值，有一个自己建立电枢端电压的过程(自励建压过程)。

2. 检查直流并励发电机自励建压条件：

1）实验前将Rf调至最大。

2）通电前，开关K2打到电阻R1方，使激磁绕组F1F2与电阻成一回路以免感应较高的交流电压而出现事故。

3）接通交流电源，等待同步电机转速平稳后，将K2向下，接入直流励磁电压（如同步电机无法接入直流励磁电源，可以不扳动K2，保持励磁绕组连接R1状态）；使发电机的转速保持在1500rpm。

4）合上开关K4，用电压表测量直流电动机电枢两端的电压。

5）减小Rf，电枢两端的电压U0开始没有电压，随着Rf的减小而逐渐升高。如电枢两端电压U0随着Rf的减小反而减小，则对调B1B2将看到电枢两端电压U0升高。此时自励建压成功

3. 空载特性：保持n=1500rpm, I=0, 测U0=f(If)：

1）调节Rf至最大，开始准备测量电枢两端的电压U0和励磁电流If。

2）调节减小Rf，测量电枢两端的电压U0和励磁电流If。

3）上述重复步骤，测量4—7组数据，直至电枢端电压U0达到额定电压的1.1倍

四、结果分析与实验结论

1. 得直流并励发电机空载特性数据表：

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由图可知，空载时励磁回路的电压与电流近似成正比关系，即发电机的空载特性

E

a0≈I

f0

R

f

实验四三相同步发电机参数的测定

同组同学

一、实验目的

1. 学习三相同步发电机各种参数的测量方法。

二、实验仪器

直流并励电动机三相交流发电机三相调压器可调变阻器滑动电阻交流电流表交流电压表功率表开关导线

三、实验内容

三相同步发电机各种参数的测量方法

1.用小转差法测量同步电抗Xd和Xq；

2.用反向旋转法测逆序电抗。

四、实验步骤

1.用小转差法测量同步电抗Xd和Xq

A.用转差法测同步电抗Xd和Xq，不接功率表，开关K3断开，即F1，F2开路。

只合上K1，观察转子的转向，打开K1；再合上K2，观察转子的转向。若两次转子转向相同说明电机定子旋转磁场与转子转向一致；否则可对调F1，F2。

B.调压器调到50V左右，此电压值不能过高，以免因磁阻转矩将电机牵入同步；此电压值也不能过低，以免剩磁电压引起过大的误差。

C.调节RD和Rj以调节直流电动机转速接近同步转速，使得电流表摆动很慢，在同一瞬间读取电枢电流周期性摆动的最小值与相应电压的最大值，以及电流最大值和电压最小值。

2.用反向旋转法测逆序电抗

条件：在实验1的基础上，对换三相交流电的任意两相，使n与n1的转向相反，并使交流发电机的励磁绕组K3闭路，以免在激磁绕组中产生高压电压。

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注意：①测试中电源电压要小些，否则会使电流I过大，转子发热而损耗功率。

②转子励磁绕组要短路，否则会产生二倍频率的交流感应电势，从而引起危

险高压。

测量交流电机的电压、电流和功率。

五、实验记录

1.测同步电抗：

测同步电抗数据表

2. 测量交流电机的电压、电流和功率。

Z N=220V/12.35A=17.8Ω

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实验五三相同步发电机并网实验

同组同学一、实验目的

1．掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件和操作方法。

2．掌握三相同步发电机并联运行时，无功功率的调节。

二、实验仪器

直流并励电动机三相交流发电机旋转灯组可调变阻器滑动电阻交流电流表交流电压表功率表直流电流表开关导线双闸开关

三、实验内容

三相同步发电机各种参数的测量方法

1.同步发电机并网；

2. 同步发电机无功功率的调节。

四、实验步骤

1.同步发电机并网合闸的条件：

电压相等，频率相等，相序相等，相位相等。

实验前将RH调至最大，RB，Rf分别调至最小，合上励磁开关K2，在合上开关K，K3，这时灯亮。若三相相序分别对应则三相灯同暗同亮；若三相相序有两相互换则三相灯旋转的亮。调节Rf，保证发电机端电压与电网电压相近，再调节RH ，RB使灯的亮暗变换缓慢。另外，根据相灯法可判断相序。若按暗灯法接线，则灯同亮同暗时说明相序一致；若按旋灯法接线，则灯光不旋转说明相序一致，否则相序为反。

暗灯法：相灯按三相一一对应相接，由于三组相灯上的电压相等，则相灯同亮同暗，亮暗的频率反映了惦记的频率差，调节电机转速，使相灯亮暗频率变慢，当三相灯全暗时可以投入并联。

此种方法虽然可以作为调节频率差的依据，但是无法判断两频率的大小。

旋灯法：将任意两相互换，比如A，C相，则三相灯将轮流亮。调节转速使灯光旋转缓慢，当B相灯全暗时可以投入并联。

此种方法可以判断频率的大小关系。令f1对应A，B，C，f2对应a,b,c,则当f1>f2时，灯光顺时旋转；f1

五、实验记录

观察现象：

暗灯法：相灯按三相一一对应相接，由于三组相灯上的电压相等，则相灯同亮同暗，亮暗的频率反映了惦记的频率差，调节电机转速，使相灯亮暗频率变慢，当三相灯全暗时可以投入并联。当三相灯全暗时闭合开关K1，并联成功。

旋灯法：将任意两相互换，则三相灯将轮流亮。调节转速使灯光旋转缓慢，当未参与换相的相灯全暗时可以投入并联。此时闭合开关K1，并联成功。

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实验六 三相异步电动机参数测量实验

同组同学

一、 实验背景

1.了解三相异步电机的结构，学习三相异步电机的起动和反转。

2.做三相异步电动机的空载和短路实验。

二、 实验原理

1. 三相异步电动机 的堵转实验

由于异步电动机转子是堵转，为了不至过流，定子侧所加电压UK 一般较低，电动机铁耗pFe 很小，和铜耗相比可忽略，这样可得到堵转时的等效电路如下图所示：

2. 三相异步电动机 的空载实验

由于异步电动机是空载，当定子所加电压U1等于额定电压值UN 左右时，转子转速很接近于同步速n1，转子电流很小，可忽略，这样认为空载电流就是激磁电流，分析可得空载时的等效电路，如下图所示：

2/121

22

221K K K K K

K

K K K K K x x x r r r r z x I m P r I U z ≈≈'-='-==

=σσ

20

空载时定子输入的功率包括定子铜耗m1I02r1、铁耗pFe 、机械损耗pm 和空载附加损耗p Δ，即为：

从输入功率中减去定子铜耗后用表示，得： 上述剩余的损耗中机械损耗认为它是不变的（空载实验过程中转速基本不变），而铁耗pFe 和附加损耗p Δ可认为与磁密的平方成正比，近似认为与电动机的电压平方U1成正比，这样可画出P0’=f(U02) 的曲线。

对曲线作延长线和纵轴相交于0’点，再过0’点作横轴的平行线，在定子额定电压值UN2处把损耗分成两部分，一部分不变的就是机械损耗，另外一部分和电压平方成正比的是额定电压下的铁耗和附加损耗之和。 说明：

1.功率因数低—— 低功率因数瓦特表

2.磁路饱和对磁阻影响很大——在额定电压下求取空载阻抗。

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++=-='+++=p p p r mI P P p p p r mI P m Fe m Fe 1200012

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