实验一 直流电机认识实验

实验一 直流电机认识实验

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DQ01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

2、控制屏上挂件排列顺序

DQ22A、DQ27、DQ26、DQ31、DQ22B、DQ29 五、实验内容与步骤

1、由实验指导人员介绍TKDQ-2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

图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图

（1）按图1-1接线，电阻R用DQ29上3750Ω和185Ω相串联（将3750Ω电阻手柄置中间位置185Ω调至最大值。A表选用DQ22直流毫安表，量程选用2000mA档。(V表可选用万用表测量)。开关S选用DQ31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1-1中（为减少测量误差，测取电枢电压要用20V小量程电压档，可用万用表测量）。

（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1-1中。 取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值

1

Ra=(Ra1+Ra2+Ra3

3表中： Ra1=

1

(Ra11+Ra12+Ra13)3

1

Ra2=(Ra21+Ra22+Ra23)

3

Ra3=

1

(Ra31+RA32+Ra33) 3

（4）计算基准工作温度时的电枢电阻

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：

235+θref

Raref=Ra

235+θa

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）。 θ

ref ——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300V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1.25A，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1500r/min，转速表选择为正向偏转。 （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DQ26挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻，磁场回路Rf1可选用DQ27

挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。

I励磁电源

电枢电源

图1－2 直流他励电动机接线图

注： 本实验若需选择测取直流电动机输出转矩T2，应在测功机MG电枢回路中串入DQ34挂件，连接时应将测试箱上的电枢电流Ia的两根出线端红色插头接入上图中A4表出线端，黑色插头接开关板S端。 4、直流他励电动机的起动准备

按图1-2接线。图中直流他励电动机M用DQ09的直流并励电动机（按他励方式接线）其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.25A，额定转速nN=1500r/min，额定励磁电流

IfFN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为数显转速表。直流电流表选用DQ22A.B

两只挂件。Rf1用DQ29的3750Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用DQ27的1800Ω阻值的变阻器作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用DQ29的185Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R2选用DQ26的90Ω电阻6只串联和DQ27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。

5、他励直流电动机起动步骤

（1）检查按图1-2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，观察电动机M及测功机MG的励磁电流值，调节Rfa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起动后观察转速表的显示符号，应为正向偏转 (若转速表显示为“—”号，应关断电枢电源和励磁电源，通过对调电动机的励磁绕组的两端头接线来纠正)，同时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。逐步减小起动电阻 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（可从智能转矩、转速、功率测试箱上直接测出电动机M不同的输出转矩T 2值）。

（5）调节他励电动机的转速。

电动机的调速可通过三种方法来实现：改变电动机M在电枢回路中所串电阻R1的

阻值；改变电动机励磁电流；改变电源端电压，在保持负载转矩不变（即负载电流IF不变）的情况下实现转速变化。

1）、改变电枢回路串联电阻的调速方法：

电动机起动后，在电动机端电压U=220伏，起动电阻R1 调至零位，磁场电阻Rf1 处于零位，测功机励磁电流If2为校正值100毫安的状态下，调节负载电阻R2，使负载电流IF为某个数值（可取其为额定电流的1/2，），并须在整个实验过程中保持此值不变。然后逐次改变R1电阻值，观察在不同阻值下（各段电阻值可用万用表的欧姆档来确定）所对应的转速变化并记录到表1－2中，从中可发现，随着电动机电枢回路电阻的增加，电动机转速逐渐降低，且转速是在基速之下变化。这就是改变电动机电枢串联电阻调速的性能特征。

2）、改变励磁回路串联电阻的调速方法：（弱磁调速）

在机组不停机的情况下，将起动电阻R1调回零位，保持其他实验条件不变。逐步增大电动机励磁电阻Rf1的阻值（即减小励磁电流），电动机转速逐渐上升直至n＝1.2nN为止。观察在不同励磁电流下所对应的转速变化并记录在表1－3中，从中可发现，随着电动机励磁电流的减小（即电动机磁通减弱），电动机的转速逐渐上升，且电动机转速是在基速之上变化。这就是改变电动机励磁电阻调速的性能特征。

3）、改变电动机端电压的调速方法

在机组不停机的情况下，将励磁电阻Rf1调回至电阻最大的位置，保持其他实验条件不变，调节电源端电压，使电源电压从220伏分段往下降，其间注意观察在不同电压下的转速变化并记录到表1－4中，从中可发现：随着电压的下降，电动机的转速也随之下降。这就是电动机改变电压调速的性能特征。

（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，将电枢绕组（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显示符号的变化。 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，然后可从智能转矩、转速、功率测试箱上直接测出电动机M的输出转矩。

5．实验中若使用DQ34智能转矩、转速、功率测试箱，要注意必须将测试箱上的红色插头串接在测功机电枢回路中电流表的出线端，黑色插头接DQ31开关板的S端。

6．实验中若须改接线路，必须先切断励磁电源后才能进行改接，否则易损坏仪表。 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？

实验六 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、测量定子绕组的冷态电阻。 2、判定定子绕组的首末端. 3、空载实验。 4、短路实验。 5、负载实验。 四、实验方法

1、实验设备

2、屏上挂件排列顺序

DQ24、DQ23、DQ25、DQ22、DQ27、DQ31、DQ34 三相鼠笼式异步电机的组件编号为DQ10。

3、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6-1。直流电源用主控屏上电枢电源先调到50V。开关S1、S2选用DQ31挂箱，R用DQ27挂箱上1800Ω可调电阻。

图6-1 三相交流绕组电阻测定

量程的选择：测量时通过的测量电流应小于额定电流的20%，约为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50Ω， 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6-1接线。把R调至最大位置，合上开关S1，调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20%，以防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，先断开开关S2，再断开开关S1。

调节R使电流表A分别为50mA，40mA，30mA测取三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻值，记入表6-1中。

表6-1 室温℃

注意事项

在测量时，电动机的转子须静止不动。 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。数据记入表6-2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6-2

5、判定定子绕组的首末端

A

A

(a) (b)

图6-2 三相交流绕组首末端测定

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，如图6-2所示。将控制屏左侧调压器旋钮调至零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通交流电源。调节调压旋钮，并在绕组端施以单相低电压U=80～100V，注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压， 如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图6-2(a)所示。反之，如测得电压近似为零，则两相绕组的末端与末端(或首端与首端)相联，如图6-2(b)所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。 6、空载实验

1) 按图6-3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DQ19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。 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 组记入表6-3中。

图6-3 三相鼠笼式异步电动机的空载实验接线图

表6-3

7、短路实验

1) 测量接线图同图6-4。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。

图6-4 三相鼠笼式异步电动机的短路实验接线图

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 6-4

4) 共取数据5～6组记入表6-4中。 8、负载实验

1) 测量接线图同图6-5。同轴联接负载电机。图中Rf用DQ27上1800Ω阻值，RL用DQ27上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。

图6-5 三相鼠笼式异步电动机负载实验接线图

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(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，直至电流上升到额定电流。然后，逐渐减小负载直至空载，在满载到空载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。

5) 共取数据8～9组记入表6-5中。

表6-5 U1φ=U1N=220V（Δ） IfmA

五、注意事项

做堵转实验时，要注意将堵转工具完全卡住电动机转轴，力求安全。

六、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=r1C

235+θref235+θC

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； θ θ

ref ——基准工作温度

，对于E级绝缘为75℃；

c ——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 短路阻抗： ZK=

UKϕIKϕ

=

UKL

IKL

短路电阻： rK=

PKPK

=22

3IKIϕKL

22

ZK-rK

短路电抗：

XK=

IKL3

式中UKϕ=UKL , IKϕ=功率（Δ接法）。

，PK——电动机堵转时的相电压，相电流，三相短路

'≈rK-ric 转子电阻的折合值：r2

式中r1C是没有折合到75℃时实际值。 定、转子漏抗： X1σ≈X2σ≈

'

XK

2

(2) 由空载试验数据求激磁回路参数 空载阻抗 Z=U0ϕ=

I0ϕ

3U0LI0L

空载电阻r0=

P0P0

=22

3I0ϕI0L

Z02-r02

空载电抗 X0=

式中 UOϕ=UOL，IOϕ=功率（Δ接法）。

IOL

，P0——电动机空载时的相电压、相电流、三相空载3

激磁电抗 UOϕ=UOL，IOϕ= 激磁电阻 rm=

IOL

PFePFe

=22

3I0ϕI0L

式中PFe为额定电压时的铁耗，由图6-6确定。

P0'

2

0)

N

U02

图6-6 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6-6中。

表6-6 U1=220V(Δ) If

计算公式为：

331500-nS=⨯100%

1500

P1

cosϕ1=

3U1ϕI1ϕP2=0.105nT2P2

η=⨯100%

P1

式中 I1ϕ——定子绕组相电流，A；

I1ϕ=

I1L

=

IA+IB+IC

U1ϕ——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 定子铜耗： PCU1=3I1ϕr1

2

Pem

P=S 转子铜耗： CU2

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：

2

P0'=PFe+Pmec=P0-I0ϕr1

Pem=P1-Pcu1-PFe

2

为了分离铁耗和机械损耗，作曲线 PO=f(U)，如图6-6。

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=P

于是求得额定负载时的效率为：

Fe

+Pcu1+Pcu2+Pad+Pmec

η=

P-P1

P1

⨯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？