电机学实验大纲

1、电机学实验教学大纲课程名称：电机学课程编码：060132008课程类别：专业基础课课程性质：选修适用专业：自动化适用教学计划版本：2017课程总学时：32实验(上机)计划学时：8开课单位：自动化与电气工程学院一、大纲编写依据自动化专业2017版教学计划；自动化专业电机学理论教学大纲对实验环节的要求；近年来电机学实验教学经验。二、实验课程地位及相关课程的联系电机学是自动化专业的专业基础课程；本实验项目是电机学课程综合知识的运用；本实验项目是理解直流电机，交流电机及变压器的基础；本实验以电路、大学物理为先修课；本实验为后续的运动控制基础、直流运动控制系统、交流调速系统及工厂供 电及节能技术课程学习

2、有指导意义。三、实验目的、任务和要求本课程是自动化专业的一门专业基础课。课程主要讲解直流电机、变压器、交流电机。 它一方面研究电机的基本理论问题、另一方面又研究与其相联系的科学实验和生产实际中的问 题。本课程的实验目的是使学生掌握直流电机、交流电机、变压器的基本理论，为学习“直流运 动控制系统”、“交流调速系统”和“工厂供电及节能技术”等课程打下坚实基础；通过实验培养学生观察问题、分析问题和独立解决问题的能力；通过综合性、设计性实验训练，使学生初步掌握电机的应用；培养正确记录实验数据和现象，正确处理实验数据和分析实验结果的能力以及正确书写 实验报告的能力。实验项目的选定依据教学计划对学生工程实

3、践能力培养的要求；巩固和加深学生对电机学理论的理解，提高学生综合运用所学知识的能力；通过实验，要求学生做到：预习实验，自行设计实验方案并撰写实验报告；正确连接实验线路；用电机学理论知识独立分析实验数据。四、教学方法、教学形式、教学手段的特色重视学生的实际动手能力五、实验内容和学时分配序号实验名称实验要求实验类型学时分配 每组人数 备注必做 选做序号实验名称实验内容实验要求实验类型学时分配必做选做演示验证综合设计1直流发电机空载 特性及外特性测试直流发电机空载特 性及外特性VV22直流电动机工作 特性直流电动机工作特性 (转速、转矩、效率及 机械特性)研究VV23三相变压器极性 及联结组别确定三

4、相变压器极性判断及联结组别号确定VV24三相异步电动机 工作特性研究三相异步电动机工作特 性(转速、转矩、定子 电流、效率及机械特性) 研究VV2实验一直流发电机空载特性及外特性1、实验目的：掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机 的有关性能。通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。2、实验要求：根据空载实验数据，作出空载特性曲线，由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩 磁电压的百分数。在同一张座标上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。分别算出三种励磁方式 的电压变化率： U U AU= o n x100%UN并分析差异的原因。绘出他励发电

5、机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增加时，要 保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。3、实验内容：他励发电机空载特性：保持n=nN，使1=0，测取Uo=f(If)。外特性：保持n=nN，使If =IfN，测取U=f(I)。(3)调节特性：保持n=nN，使U=Un，测取If =f(I)。并励发电机观察自励过程测外特性：保持n=nN，使Rf2 =常数，测取U=f(I)。复励发电机积复励发电机外特性：保持n=nN,使Rf=常数，测取U=f(I)。4、主要仪器设备及试剂：(据实选填)名称规格型号数量设备编号电机系统教学实验台 5 台 0602170S 0602171S 0602

6、172S 0602173S 0602169S名称规格数量耗材性质MEL系列电机教学实验台主控制屏(MEL-I、MEL-IIA、B)。电机导轨及测功机，转矩转速测量组件(MEL-13)或电机导轨及转速表。直流并励电动机M03。直流复励发电机M01。直流稳压电源(位于主控制屏下部)。直流电压、毫安、安培表(MEL-06)。波形测试及开关板(MEL-05)。三相可调电阻900Q(MEL-03)。三相可调电阻90Q(MEL-04)。电机起动箱(MEL-09)。连接线若干万用表5实验二直流电动机工作特性1、实验目的：掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。掌握直流并励电动机的调速方法。2、

7、实验要求：由表1 -8计算出P2和n，并绘出n、T2、n=f(I)及n=f(T )的特性曲线。 a2电动机输出功率P2=0.105nT2式中输出转矩T2的单位为Nm,转速n的单位为r / min。电动机输入功率P=UI1电动机效率n= p X100% P电动机输入电流I =Ia +IfN由工作特性求出转速变化率：An= no nN X100%n N绘出并励电动机调速特性曲线n=f(Ua)和n=f(If)。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。能耗制动时间与制动电阻Rl的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？3、实验内容:工作特性和机械特性保持 U=UN

8、 和 If =IfN 不变，测取 n、T2、n=f(Ia )及 n=f(T2)。调速特性改变电枢电压调速保持 U=UN、If=IfN =常数，T2 =常数，测取 n=f(Ua)。改变励磁电流调速保持 U=UN，T2 =常数，R1 =0，测取 n=f(If)。观察能耗制动过程4、主要仪器设备及试剂：(据实选填)名称规格型号数量设备编号电机系统教学实验台 5 台 0602170S 0602171S 0602172S 0602173S 0602169S名称规格数量耗材性质连接线若干万用表5实验三三相变压器极性及联结组别确定1、实验目的：掌握用实验方法测定三相变压器的极性。掌握用实验方法判别变压器的联

9、接组。研究三相变压器不对称短路。观察三相变压器不同绕组连接法和不同铁心结构对空载电流和电动势波形的影响。2、实验要求：计算出不同联接组时的u1v1如、u1w13w1、u1v13w1的数值与实测值进行比较，判别绕组连接是否 正确。计算零序阻抗Y /Y0三相心式变压器的零序参数由下式求得： TOC o 1-5 h z Z = L ,r =乌,X = ，:Z 2 - r 2 O 3/0 312O O Oo0分别算出I =0.25I和I =0.51时的Z、R、X，取其平均值作为零序阻抗，零序电阻和零序 0N 0N00 0电抗，并按下式算出标么值：Z = -NZo,r = -, X=细& 0 U 0 U

10、 0 U N。N。N。式中y和U睥为变压器低压绕组的额定相电流和额定相电压。计算短路情况下的原方电流(1)Y/Y0单相短路.田方电流 I3U1 = I2K,I3V1 =【2W1 = rt原万电流，设略去激磁电流不计，则Lui=-%,1叫=I =垃 iui 3K ivi iw i 3K式中K为变压器的变比。将I1U1、I1V1、I1W1计算值与实测值进行比较，分析产生误差的原因，并讨论Y/Y0三相组式 变压器带单相负载的能力以及中点移动的原因。(2)Y/ Y两相短路.副方电流 / 3U1 = - 1 3V1 = 1 2K，/ 3W1 = 0原方电流 Lb =- I1V1 =-或,I1W1 = 0

11、1U11V1jk 1W1将I1U1、I1V1、I1W1计算值与实测值进行比较，分析产生误差的原因，并讨论Y/A带单相负载 是否有中点移动的现象？为什么？分析不同连接法和不同铁心结构对三相变压器空载电流和电动势波形的影响。由实验数据算出Y/Y和Y/ 接法时的原方Uiuiivi / Uiui比值，分析产生差别的原因。根据实验观察，说明三相组式变压器不宜采用Y/Y0和Y/Y连接方法的原因。3、实验内容：测定极性连接并判定以下联接组Y/Y-12Y/Y-6Y/A-11Y/A-5不对称短路Y/Y0-12单相短路Y/Y-12两相短路测定Y/Y。连接的变压器的零序阻抗。观察不同连接法和不同铁心结构对空载电流和

12、电动势波形的影响。4、主要仪器设备及试剂：(据实选填)名称规格型号数量设备编号电机系统教学实验台 5 台 0602170S 0602171S 0602172S 0602173S 0602169S名称规格数量耗材性质MEL系列电机教学实验台主控制屏(含交流电压表、交流电流表)功率及功率因数表(MEL-20或含在主控制屏内)三相组式变压器(MEL-01)三相心式变压器(MEL-02)波形测试及开关板(MEL-05)连接线若干万用表5实验四三相鼠笼异步电动机的工作特性1、实验目的：掌握三相异步电机的空载、堵转和负载试验的方法。用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。测定三相笼型异步电动机的参数

13、。2、实验要求：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：235 +9 /鬲=ric 235 + 3C式中 lef式中 lefr 1c0ref0c一定子绕组的实际冷态相电阻，Q；-基准工作温度，对于E级绝缘为75oC；实际冷态时定子绕组的温度，oC。作空载特性曲线:I。、P0、cos%=f(U0)作短路特性曲线：Ik、PK=f(UK)由空载、短路试验的数据求异步电机等效电路的参数。(1)由短路试验数据求短路参数短路阻抗Z = K短路阻抗K I短路电阻K短路电阻rK312短路电抗K短路电抗X =.Z 2

14、 K K式中UK、IK、PK由短路特性曲线上查得，相应于IK为额定电流时的相电压、相电流、 三相短路功率。转子电阻的折合值r2 * rK - r1图3-4转子电阻的折合值r2 * rK - r1图3-4电机中的铁耗和机械耗定、转子漏抗X *X *苴旧1o2o2(2)由空载试验数据求激磁回路参数Uo Z = -OO I Or 0 312 oX0 =Z0 - r2一相应于U0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。-X 1C空载阻抗空载电阻空载电抗式中U0、 激磁电抗P0Xm = X0r =生m 312o式中PFe为额定电压时的铁耗5.作工作特性曲线PL、激磁电阻10、由图3-4确定。n、n、

15、S、cos91=f(P2)序号电动】共输入电动机输出计算值I1(A)P1 (W)T2 (N m)n(r/ min)P2 (W)S(%)n (%)COSQIf = A由负载试验数据计算工作特性，填入表3-6中。表 3-6U1 = 220V ()S1500 nS1500 n1500 x100%P cos 中=113U111P2 = 0.105nT2 n = P x100% P1式中I式中I1定子绕组相电流，A；定子绕组相电压，V； 转差率;n效率。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P = 3/ 2 rCU11 1转子铜耗CU 转子铜耗CU 2=PJS

16、100杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的0.5%。式中Pem一：一电磁功率，W；Pem = P1 -Pcul - PFe铁耗和机械损耗之和为：P0, = PFe + Pmec = PO- 3IO ri为了分离铁耗和机械损耗，作曲线Po = f (UO)，如图3-4。延长曲线的直线部分与纵轴相交于P点，P点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过P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NP = PFe + % + Pcu2 + Padp _ y.P于是求得额定负载时的效率为：n = pPx100%P1式中pS、I由工作特性曲线上对应于P2为额定功率pn时查得。3、实验

17、内容; 12N测量定子绕组的冷态电阻。判定定子绕组的首未端。空载试验。短路试验。负载试验。4、主要仪器设备及试剂：（据实选填）（1）名称规格型号数量设备编号电机系统教学实验台 5 台 0602170S 0602171S 0602172S 0602173S 0602169S（2）名称规格数量耗材性质MEL系列电机教学实验台主控制屏。电机导轨及测功机、矩矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。交流功率、功率因数表（MEL-20或MEL-24或含在实验台主控制屏上）。直流电压、毫安、安培表（MEL-06或含在实验台主控制屏上）。三相可调电阻器900Q（MEL-03）。波形测试及开关板（MEL-05）。三相鼠笼式异步电动机M04。连接线若干万用表5六、教材（讲义、指导书）1.电机学实验指导书，管建华编，校内，2014年七、考核方法和评分标准按照实验指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习准备，实验过程的考查，实验操作情 况及实验报告的质量，综合给出实验成绩。实验评分应包括三个方面：（1）实验预习回答提问占20%；（2