电机学实验指导书电气信息工程学院2017年07月前言1、电机实验是学习研究电机理论的重要环节，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方法和基本技能，培养学生严肃认真事实求是的科学作风。

所设置的实验项目均为验证性实验。

2、本实验主要介绍电气自动化和电力系统自动化中常用的直流电机、变压器、异步电机的相关实验和实验原理，学生可以掌握实验方法，学会选择仪表，测取实验数据等基本实验研究技能。

通过实验，加深对电机学理论知识的理解。

3、本实验指导书可作为电气工程及其自动化和自动化等强电方向专业的辅助教材和参考书。

4、本次修订工作主要针对电机学教学大纲并结合教仪设备进行了必要的调整。

目录本实验课程的说明 (2)实验一他励直流电机的工作特性与调速性能测定(Ⅰ) (3)实验二他励直流电机的工作特性与调速性能测定(Ⅱ) (9)实验三单相变压器空载、短路和负载实验 (17)实验四三相异步电动机工作特性 (24)本实验课程的说明1、电机学实验是将课堂上所讲电机理论进一步深化的必备环节，通过实验验证和电机理论相结合，能使学生掌握电机实验的分析方法和基本技能，培养学生解决问题能力。

2、电机实验课是《电机学》和其相近课程的重要组成部分，本实验讲义只侧重于掌握实验方法，并运用课堂上学到的电机理论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。

3、所设置的实验项目类型均为验证性实验。

实验一他励直流电机的工作特性与调速性能测定(Ⅰ)一、实验类型验证性实验二、实验目的与要求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、变阻器等部件及使用方法。

3．熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。

三、实验内容与任务1．了解电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安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、实验条件1．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1）2．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2）3．可调电阻箱（NMEL-03/4）4．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13）5．直流电压、电流表 6．直流并励电动机M03五、实验原理、方法和手段电机拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。

直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系由电机的电路原理可得机械特性的表达式：em emT e e T n T C C RC U n β-=Φ-Φ=02n 0称为理想空载转速。

六、实验步骤1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。

2．在控制屏上按次序悬挂NMEL-13、NMEL-03/4组件，并检查NMEL-13和涡流测功机的连接。

3．用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1。

R ：可调电阻箱（NMEL-03/4）中的单相可调电阻R 1。

V ：直流电压表)(em T f n =A ：直流安培表 （1）经检查接线无误后，直流电动机电枢电源调至最小，R 1调至最大，直流电压表量程选为300V 档，直流电流表量程选为2A 档。

（2）依次按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，使直流电动机电枢电源的船形开关处于“ON”，建立直流电源，并调节直流电源至110V 输出。

调节R 1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），改变电压表量程为20V ，迅速测取电机电枢两端电压U M 和电流I a 。

将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U M 、I a ，填入表1-1。

（3）增大R （逆时针旋转）使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。

取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值R a =2233a a a R R R ++。

（4）计算基准工作温度时的电枢电阻由实验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：图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图R aref =R a aref θθ++235235式中R aref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。

（Ω） R a ——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750C 。

θa ——实际冷态时电枢绕组的温度。

（0C ） 4．直流电动机的起动实验开始时，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定” 旋钮逆时针旋到底。

（1）按图1-2接线，检查电机导轨和NMEL-13的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠。

（2）将直流电动机电枢电源调至最小，直流电动机励磁电源调至最大。

（3）合上控制屏的漏电保护器，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，分别使直流电动机励磁电源船形开关和直流电动机电枢电源船形开关处于“ON”位置，此时，电动机电枢电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，调节旋钮，使电动机电枢电源输出220V 电压。

5．调节他励电动机的转速（1）分别改变电动机电枢电源和励磁电流，观察转速变化情况。

图1-2 直流他励电动机接线图直流电动机电枢电源（2）调节”转速/转矩设定” 旋钮，改变转矩，注意转矩不要超过1.1N.m，以上两种情况可分别观察转速变化情况。

6．改变电动机的转向将直流电动机电枢电源调至最小，”转速/转矩设定”旋钮逆时针调到底，先断开电动机电枢电源，再断开励磁电源，使电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。

七、实验结果记录与实验数据分析表1-1 室温0C表中R a1=（R a11+R a12+R a13）/3R a2=（R a21+R a22+R a23）/3R a3=（R a31+R a32+R a33）/3八、实验过程中的注意事项1．直流他励电动机起动时，须将励磁电源调到最大，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢电源调至最小，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将电枢电源调至220V，使电机正常工作。

2．直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。

同时，必须将电枢电源调回最小值，励磁电源调到最大值，给下次起动作好准备。

3．测量前注意仪表的量程及极性，接法。

九、实验预习与思考题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，励磁电源和电枢电源应如何调节？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？3．直流电动机调速及改变转向的方法。

十、实验报告要求1．画出直流并励电动机电枢串电阻起动的接线图。

2．曲线图应用记录仪器描记出的曲线图，这些指标的变化趋势形象生动、直观明了。

实验二他励直流电机的工作特性与调速性能测定(Ⅱ)一、实验类型验证性实验二、实验目的与要求了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性。

三、实验内容与任务1．电动及回馈制动特性。

2．电动及反接制动特性。

3．能耗制动特性。

四、实验条件1．电机导轨及转速表2．可调电阻（NMEL-03/4）3．开关板（NMEL-05）4．直流电压、电流、毫安表5．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1）6．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2）7．直流发电机励磁电源（NMEL-18/3）五、实验原理、方法和手段电机拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。

直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系由电机的电路原理可得机械特性的表达式：ememT e e T n T C C RC U n β-=Φ-Φ=02n 0称为理想空载转速。

六、实验步骤1．电动及回馈制动特性 接线图如图2-1a 。

M 为直流发电机M01作电动机使用（接成他励方式）。

G 为直流并励电动机M03（接成他励方式），U N =220V ，I N =1.1A ，n N =1600r/min;直流电压表V 的量程为300V ； 直流电流表A 的量程为5A ；R 1用（NMEL-03/4中R 2的两组电阻并联再与R 3的两组电阻并联相串联）。

开关S 1、S 2选用NMEL-05B 中的双刀双掷开关。

按图2-1a 接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置； （1）开关S 1合向“2”端，S 2合向“3”端。

)(em T f n =（2）R2阻值至最大位置，直流发电机励磁电源、直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢电源调至最小。

（3）直流电动机励磁电源船形开关、直流发电机励磁电源船形开关和直流电动机电枢电源船形开关须在断开位置。

图2-1a 直流他励电动机机械特性接线图实验步骤。

a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合直流电动机励磁电源、直流发电机励磁电源船型开关和直流电动机电枢电源船形开关，使直流电动机M 起动运转，调节直流电机电枢电源，使U N=220伏。

b．分别调节直流电动机M的励磁电源，发电机G励磁电源、负载电阻R1，使直流电动机M的转速n N=1600r/min，I f+I a=I N=0.55A，此时I f=I fN，记录此值。

c．保持电动机的U=U N=220V，I f=I fN不变，改变R1及直流发电机励磁电源，测取M在额定负载至空载范围的n、I a，共取5-6组数据填入表2-1中。

d．折掉开关S2的短接线，调节直流发电机励磁电源，使发电机G的空载电压达到最大（不超过220伏），并且极性与电动机电枢电压相同。

e．保持电枢电源电压U=U N=220V，I f=I fN，把开关S2合向“4”端，把R1值减小，直至为零。

再调节直流发电机励磁电源使励磁电流逐渐减小，电动机M的转速升高，当A1表的电流值为0时，此时电动机转速为理想空载转速，继续减小直流发电机励磁电流，则电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至电流接近0.8倍额定值（实验中应注意电动机转速不超过2100转/分）。

测取电动机M的n、I a，共取5-6组数据填入表2-2中。

因为T2=CMφI2，而CMφ中为常数，则T∝I2，为简便起见，只要求n=f （I a）特性，见图5-2。