电机及拖动实验指导书

目录

概述 (2)

实验一变压器实验 (6)

（一）单相变压器的特性 (6)

（二）学习校核变压器联接组号的方法 (10)

实验二三相异步电动机实验 (14)

实验三异步电动机拖动实验 (18)

实验四直流电动机实验 (21)

实验五直流电动机拖动实验 (25)

附录一LDSP转矩转速测试仪使用说明 (29)

附录二MDB630/120多功能表使用说明 (32)

附录三实验电源使用说明 (35)

附录四实验负荷箱使用说明 (38)

附录五直流电机使用说明书 (40)

附录六三相交流同步发电机使用维护说明 (42)

附录七三相异步电动机使用说明 (44)

概述

一、HDDJ-Ⅱ型电机教学实验台简介

HDDJ-Ⅱ型电机教学实验台是用于学习研究电机理论的重要实践环节，其目的在于通过实验验证和研究电机理论，使学生掌握电机实验的基本方法和基本技能，培养学生严肃认真和实事求是的科学作风。

电机实验课是电机学课程的重要组成部分，电机实验台是完成电机实验课的重要工具。通过《电机实验指导书》中阐述的实验方法可掌握电机实验的一些基本内容，再结合《电机学》中阐述的电机理论和知识来分析、研究实验中的各种问题，得出必要的结论，从而达到培养学生在电机这门学科中具备分析问题和解决问题的初步能力。

《电机实验指导书》中阐述的电机实验方法与工厂、科研单位所采用的方法基本是一致的，但又具有教学上的要求和特点。

HDDJ-Ⅱ型电机教学实验台可以开展与电机学课程有关的实验，可进行异步电动机、同步电动机、直流电动机的启动、调速、带负荷实验；直流发电机实验；三相同步发电机调压、并网、解列及有功、无功负荷实验。可以做电动机和发电机的特性实验以及组式变压器的接法和特性实验等。实验者通过电机组合和实验台接插线方式变化，就可以方便地进行上述实验。

电机教学实验台可供高等学校电机、工业自动化、发电及其他电类专业学生作电机实验教学内容，也可以供从事电机实验工作的人员和工程技术人员进行电机相关类的实验活动，还可以作为以电机为控制目标的科研工作提供相关的研究平台。

二、HDDJ-II 型电机教学实验台基本组成

HDDJ-Ⅱ型电机教学实验台由以下几个基本单元组成：

1．操作台：包含实验操作所需要的控制开关、可调节电源、测量仪表、变压器、操作接口等设备，提供实验操作平台。

2．组合电机台：底座上安装三台电机，分别是：① 2.2KW 三相鼠笼异步电动机；② 2.2KW 直流电机；③ 2.5KV A 三相交流同步电机。将各种电机分别组合，可以完成不同的实验内容。底座上有丝杠导轨，摇动手柄可移动直流机。

3．实验负荷箱：由7组，每组3个100W 灯泡组成发电机的负荷，每组灯泡由开关控制，可通过开关分、合闸调节负荷大小。更换不同瓦数的灯泡可改变负荷箱的功率。

4．调压器：15KV A 调压器提供电机和变压器实验的电源。

操作台 图1 HDDJ-Ⅱ型电机教学实验台 实验负荷箱

组合电机台 调压器

5．附件：①全套实验导线；②导线架；③电阻盒（300欧姆/400W）；

④ 3A交流电流表。

实验台的操作面板附后，标明了各相关器件及接口的位置。

三、注意事项及实验要求

1．考虑到在进行发电机输出过载20%实验，以及异步电动机堵转实验时电流特别大，同时要留有一定的安全余度，要求HDDJ-Ⅱ型电机教学实验台的输入电源的电流不低于15A。

2．总电源输入应有隔离开关，为三相四线，有明显的相位标记，并配有安全地线。

3．注意：实验台内部有漏电保护开关。实验前，先合上漏电保护开关后，才能操作面板上的总电源开关和操作电源开关，然后进行实验。实验结束，应将所有电源开关断开。

4．实验前学生必须熟悉与本次实验内容相关的所有仪器设备的操作使用方法，并写出相关的预习报告。

5．实验接线前，针对具体的实验内容了解熟悉实验操作台的结构特点和测量仪表及设备的分布配置情况。

6．结合实验说明书中给出的实验原理接线图进行电机实验的线路连接，在没有通电的状态下结合电机实验指导书中阐述的实验方法和步骤了解操作过程及需要注意的问题。

7．由实验指导老师检查线路并同意后才能合上实验电源进行电机实验。

8．实验过程中需要改动接线时必须先将电机停止，并断开所有电源后才能够进行线路的变动改接。

9．实验过程中必须监视相关的测量仪表，并注意听取电机旋转时的噪音变化，一旦发现有异常情况应迅速切断总电源，分析产生异常现象的原因。若实验人员无法自行解决就要报告指导老师，由老师来处理。

10．实验完成后应清理实验操作台，将所有工具放置整洁。

四、电机实验安全规则

为了保证试验者的生命安全、试验设备不受损坏，每一个要进行试验

的人员都必须事先学习本规则，并在工作过程中严格遵守：

1．试验时必须严肃认真，振作精神，不得开玩笑。进行试验时，与试验无关的人员不得进入实验室。

2．在下列情况下，不得进行试验：

（1）神经不正常、酒后、精神萎缩、情绪恍惚者。 （2）对将要使用的设备性能与安全技术尚未掌握者。

3．电源及线路周围必须保持整洁、干燥。实验场地留有安全空间。 4．电机运转前须用手盘车，若电机卡死请不要试验。电机运转过程中，若出现异常，立即按“急停”按钮切除电机电源。

电机运转时，不要将长发或衣袖靠近电机，以免发生意外。 5．使用调压器试验时，合闸前请先将调压器恢复到初始位置。 6．试验中发生异常现象，应立即停止试验，切断电源，检查线路，找出原因，妥善处理后，再继续进行试验。

7．试验结束后，将所有电源全部切断，包括电源箱的电源开关。并将调压器处于初始状态。

8．当不幸发生人身事故时，必须立即断开全部电源，一方面用人工呼吸的方法进行急救，一方面派人请医生。人工呼吸要持续到受电者恢复知觉为止，不得中途停止。 附：符号说明

由于直流机在实验中既可以用做直流电动机，又可以用做直流发电机；同步机在实验中既可以用做电动机或同步电动机，又可以用做同步发电机，本实验指导书实验接线原理图中用M 表示作为电动机使用；用G 表示作为发电机使用。交流一般为三相，符号省略。

—— 表示直流发电机

—— 表示直流电动机

—— 表示交流发电机

—— 表示交流电动机M ～ M ▔

G ～

G ▔

实验一变压器实验

（一）单相变压器的特性

一、实验目的

通过变压器的空载实验和短路实验，确定变压器的参数、运行特性和技术性能。

二、实验内容

1．空载实验

（1）测取空载特性I0、P0、cos?0=f(U0)

（2）测定变比

2．测取短路特性：U K=f(I K)，P K=f(I K)

三、实验说明

1．实验之前请仔细阅读附录中交流功率表（ZDL-565）的使用说明。

2．实验所用单相变压器的额定数据为：S N=1KV A，

U1N/U2N=380/127V。

3．调压器的n端和电网的n端短接。

单相变压器空载实验

测空载特性

图1-1为单相变压器空载实验原理图，高压侧线圈开路，低压侧线圈经调压器接电源。本实验采用交流功率表测量电路中的电压、电流和功率。接线时，功率表A相电流测量线圈串接在主回路中，功率表U a 接到三相调压器输出端a端上，功率表U b、U c和U n

调压器

图1-1 单相变压器

短接后接到三相调压器输出端n 端上。

实验步骤：

① 请参照图1-1正确接线

② 合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。

③ 检查三相调压器在输出电压为零的位置，然后合上实验台上调压器开关，逐渐升高调压器的输出电压，使U 0（低压侧空载电压）由0.7U 2N （U 2N =127V ）变到1.1U 2N ，分数次（至少7次）读取空载电压U 0，空载电流I 0及空载损耗P 0，在额定电压附近多做几点，测量数据记入表1-1。

* 注意实验时空载电压只能单方向调节。 ④ 实验完毕后，调压器归零，断开调压器开关。 （2）测定变比

变压器副线圈开路，原线圈（此时一般用低压线圈作为原线圈）接至电源，经调压器调到额定电压，用电压表测出原、副边的端电压，从而可确定变比。

ax

AX

U U K =

单相变压器短路实验

实验接线原理如图1-2所示，低压线圈短路，高压线圈经调压器接至电

源。交流功率表接线与空载实验类似，只是将功率表U a 的接线从调压器a 端改接到变压器A 端即可。

实验步骤：

① 请参照实验接线图1-2正确接线 ② 合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。

调压器

置，然后合上实验台上调压器开关，调节电压，使短路电流由 1.2I1N （I1N=2.63A）变到0.5I1N，分数次（至少5次）读取短路电压U K，短路电流I K，短路损耗P K，及功率因数cos?，测量数据记入表1-2中。

④实验完毕后，调压器归零，断开调压器开关。

* 实验时，为减少因线圈发热引起线圈电阻值的变化而产生误差，短路实验应尽快进行，记下室温θ℃。

表1-1

表1-2 室温θ℃=

四、思考题

1．在空载实验及短路实验的接线原理图中，为什么将电压表、电流表及功率表的前后位置作这样的布置，试说明其原因。在空载和短路实验中

选择仪表量程时应注意什么问题。

2．为什么空载实验要用低功率因数瓦特表？

3．为什么做空载实验时电压常常加在低压边？而短路实验时电压加在高压边？

五、实验报告要求

1．作出单相变压器空载特性曲线。

I 0、P 0、cos ?0=f (U 0)，曲线中各量最好用标么值（以下同）。 2．作出单相变压器线圈温度为室温θ℃时的短路特性曲线。 3．计算线圈温度为75℃时的参数。

根据短路试验数据，计算线圈温度为θ℃时的参数（对应I K =I N ，在短路特性曲线上取U K 、P K ）。

N

k

k I U Z =

θ （2-1） 2N

k

k I P r =

θ （2-2） 22θθk k k r Z X -= （2-3）

将参数值折算到75℃：

C

235C

75235C 75?+?+=?θθ

k k r r （2-4）

22C 75C 75k k k X r Z +=?? （2-5）

C 752

?=k N k r I P

对铝线线圈，（2-4）式中的铜线线圈对应常数235应换成228。相应有

%10075?=

?N

C

k N k U Z I U （2-6）

%10075?=

?N C

k N kr U r I U （2-7） %100?=

N

k

N kx U X I U （2-8） C 752

?=k N k r I P （2-9）

C

k C

k k Z r ??=

7575cos ? （2-10） 4．根据短路数据，算出额定负载（满载）及cos ?2=1时的电压变比率?U %。（选做）

%100)sin cos (%22?+=???kx kr U U U （2-11）

5．根据空载数据及对应75℃时的P K ，算出cos ?2=1时的变压器效率曲线。（选做）

K

o N k

o P P S P P 222cos 1β?ββη+++-

= (2-12) 取N

I I 22

=

β=0.2，0.4，0.8，1.0，1.2，算出各效率，作出效率曲线。 6．计算额定电压对应的励磁参数（有关数据从空载特性上取得）

（二）学习校核变压器联接组号的方法

一、实验内容

1．校核单相变压器线圈的极性

2．将三相变压器联成Y/Y-12（Y ，yo ）、Y/Y-6（Y ，y6）、Y/?-11（Y ，

d11），分别用实验方法校核其联接组号是否正确。

二、实验说明

1．单相变压器线圈的极性，就是要确定其同名端（同极性端）。 检验的方法：

如图1-3所示，以较低交流电压加在变压器的高压线圈A 、X 上，并将端点X 、x 联接起来。用电压表测量出U AX 、U ax 及U Aa 的大小，若U Aa =U AX -U ax ，则为减极性（I/I-12），表明A,a 是同名端。

三相变压器联接组号的校核：

待校核的三种联接组号的线圈联接图及相量图如图1-4。实验时将高、低压线圈的A 、a 两端点相联，相当于将高、低压线圈电压相量的A 、a 两点重合。

电压U Cc 及U Bb 的大小，决定于高、低压线

圈各电压相量的相对位置（各线圈电压大小一定时），联接组号不同，各电压相量的相对位置则不同，从而可根据U Cc 及U Bb 之值确定其联接组号，由相量图所示相互关系，可得下列计算公式：

Y/Y-12（Y ，yo ） )1(-==K U U U ab Cc Bb

21K K U U U ab Bc Cb +-==

Y/Y-6（Y ，y6）

)1(+==K U U U ab Cc Bb

21K K U U U ab Bc Cb ++==

Y/?-11（Y ，d11）

231K K U U U U ab Bc Cc Bb +-===

21K U U ab Cb +=

调压器

图1-3交流电压表法校极性

A

图1-4 测定三相变压器连接组号的接线图（交流电压表法）

其中ab

AB

U U K =

，此处的K 不是变比，而是高、低压线圈对应线电压之比。显然，线圈接法不同，其K 值是不同的。

校核联接组号时，先在高压线圈加一定大小的交流电压，测出U AB 和U ab ，算出K 值，再计算U Bb 和U Cc ，与测量值相比较，如相等，即证明线圈联接正确。为核实判断的正确与否，还可再将U Cb 和U Bc 的计算值与测量值比较。

测量和计算所得数据，记入表1-3。 表1-3

三、思考题

1．用交流电压表法测定单相变压器线圈的极性时，如何判断是加极性或减极性？为什么？

2．如果已将一台三相变压器联接Y/?-5，怎样校核其联组号？

3．如何将一台端头标记不明的变压器联成所需的组号？

四、实验报告要求

列出用交流电压表法校核变压器联接组号的计算值与测量值的比较表。

实验二三相异步电动机实验

一、实验目的

学习异步电动机参数测定方法。

二、实验内容

1．做空载实验，测取空载特性I0、P0=f(U0)；

2．做短路实验，测量取短路特性I K、P K=f(U K)；

三、实验线路

图2-1 异步电动机实验线路原理

四、实验说明

实验之前先仔细阅读附录中直流电源，转矩/转速测量表和三相多功能表（特别注意三相多功能表的3相3线制和3相4线制接法和设置的不同）的有关内容。

空载实验

实验步骤：

请参照实验图2-1正确接线。

（2）盘车检查，确认电机没有卡住或异常响声。

（3）合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。

（4）调压器输出电压置零，按下实验台调压器合闸按钮以接通调压器，并升高其输出电压，直至380V（如果调压器有输出电压而电机不转或电流过大，如大于5A，则应立即将调压器回零检查），注意电动机的转向应与标定方向一致。

（5）使U1从1.2U1N（U1N=380V）逐步下降至100V左右，中间测取5~7点，读取I0、U0、P0记录于表2-1中。

注意：实验过程中电压U1应单方向调节。

实验后，把调压器电压调到零，断开电源停机。

表2-1

短路试验

试验前，将异步电动机的转子堵住，检查调压器输出电压为零，合上调压器开关，逐步升高电压U1，使I1≈2I1N（≤10A），然后减小电流I1（减小调压器输出电压），中间测取4~5点，读取U K、I K、P K记、录于表2-2中。

注意：由于电机不旋转，过电流造成发热量大，该实验应该尽快进行。

1*2

P '0

图4-2 分离铁耗与机械损耗

表2-2

* 注意记下异步电动机的定子相电阻及室温θ℃。

五、实验报告要求

1．计算、分析空载实验数据，作出特性曲线，并从特性曲线上求出U 1=U N

时的I 0、P 0、P Fe 及P mec 。

（1）各量的计算

02003R I P Cu =——Y 接法。 0200R I P Cu =——?接法。

式中R 0为空载后立即测得的定子绕组相电阻，I 0为空载时线电流。 （2）在U 1=U N 时，I 0、P 0、P Fe 的确定由实验求得的数据，在坐标纸上逐点描绘出I 0、P 0=f (U 1)及210(*=-='U f P P P cuo o )曲线上将P Fe 和P mec 分开，如图4-2所示。

在各曲线中，对应于U 1=U N 的I 0、P 0、P Fe 为被试电动机在额定电压时空载电流、空载损耗和铁耗，对应于U 1=0的损耗为机械损耗。

2．计算、分析短路实验数据，作短路特性

K K K I U Z 3/=

K K K Z r ?cos = K K K Z X ?sin =

3．利用空载、短路实验数据，计算参数，绘出异步电动机简化“Г”形等

效电路，并标上各参数的值。

六、预习要求及思考题

1．什么是异步电动机的空载运行状态？在空载实验时转子绕组应该开路还短路？什么是异步电动机的短路状态？短路实验时为什么要将转子堵住？

2．为什么做空载试验时，当电压降得太低，而使转速发生明显下降时所测得的数据没意义？

3．若实验时电源的频率低于额定频率的允许偏差（即低于额定频率1%），这将对电机的空载电流、空载损耗有何影响？

实验三 异步电动机拖动实验

八、 实验目的

学习异步电动机运行特性的测定方法。

九、 实验内容

做负载实验求取工作特性P 1、I 1、S 、η、T 2、cos ?1=f (p 2)。

三、实验线路

直流机励磁电源

流接

图3-1 异步电动机拖动实验线路

四、实验说明

测取工作特性

实验步骤：

（1）请参照实验图3-1正确接线。

（2）盘车检查，确认电机没有卡住或异常响声。

（3）合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。

（4）调压器输出电压置零，按下实验台调压器合闸按钮以接通调压器，并升高其输出电压，直至380V （如果调压器有输出电压而电机不转或电流过大，如大于5A ，则应立即将调压器回零检查），注意电动机的转向应与标定方向一致。

（5）按下实验台上负载合闸按钮，投入负荷箱上一组负载，按下直流电机励磁电源（220V/2A ）合闸按钮，合直流机励磁电源箱（220V/2A ）电源的开关，此处直流电动机作直流发电机使用。调节直流发电机励磁电压，使其机端电压上升，从而使直流发电机输出功率增加，同时逐步增大负载，感应电动机的定子电流I 1上升。在保证U 1=U 1N =380V 不变的情况下，使I 1从I 1=I 1N （I 1N =5A ）下降到1/2I 1N ，其间测取5~7点，读取感应电动机的P 1，I 1，T 2，n 记录于表3-1中。

表3-1

五、实验报告要求

做出工作特性I 1、P 1、cos ?、T 2、S 、η=f (P 2)。 转差率：1

1n n

n S -=

功率因素：1

1113cos I U P =

?

效率：%1001

2

?=

P P η P 1、P 2已测知。

六、预习要求及思考题

复习电机学有关内容，明确实验步骤及注意事项。