电机学实验大纲

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1．自动化专业2017版教学计划；2．自动化专业《电机学》理论教学大纲对实验环节的要求；3．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1．《电机学》是自动化专业的专业基础课程；2．本实验项目是《电机学》课程综合知识的运用；3．本实验项目是理解直流电机，交流电机及变压器的基础；4．本实验以《电路》、《大学物理》为先修课；5．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》课程学习有指导意义。三、实验目的、任务和要求1．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；2．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；3．通过综合性、设计性实验训练，使学生初步掌握电机的应用；4．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。5．实验项目的选定依据教学计划对学生工程实践能力培养的要求；6．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；7．通过实验，要求学生做到：（1）预习实验，自行设计实验方案并撰写实验报告；（2）正确连接实验线路；（3）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：1．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。2．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—UAU二onx100%UN并分析差异的原因。绘出他励发电机调整特性曲线，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=n使If=I，测取U=f(I)。N fN调节特性：保持n=n,使卩司，测取I=f(I)。N N f并励发电机观察自励过程(2)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=n”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0602170S0602171S0602172S0602173S0602169S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、 实验要求：1•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P=0.105nT22式中输出转矩爲的单位为N・m,转速n的单位为r/min。电动机输入功率P=UI1电动机效率n=PX100%Pi电动机输入电流I=I+IafN由工作特性求出转速变化率An=nnAn=nn-O——nX100%绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U)和n=f(I)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电af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和f=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0602170S0602171S0602172S0602173S0602169S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：1•计算出不同联接组时的U讪、U、U 的数值与实测值进行比较，判别绕组连接是否1V1.3V1 1W1.3W1 1V1.3W1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：UrP i1rZ=O, =4,X=TZ2—2O3/ 0312o\ooOO分别算出I=0.251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TOC\o"1-5"\h\z0 N0 N 0 0 0IZ Ir IX电抗，并按下式算出标么值：Z'=N^^,r'=N^^,X'=叫OoU oU oU式中I和U为变压器低压绕组的额定相电流和额定相电压。N① N①计算短路情况下的原方电流(1)Y/Yo单相短路副方电流I3U1=I2K,I3V1=【2W1=0原方电流，设略去激磁电流不计，则ixU1=—¥，I1V1=I1Wi=|2K式中K为变压器的变比。

将I、I、I计算值与实测值进行比较，分析产生误差的原因，并讨论Y/YO三相组式1U11V11W1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13U1=-13V1=12K'13W1=0原方电流I1U1=-I1V1原方电流I1U1=-I1V1【2K，【1W1=0将I、I、I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UVW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。5•由实验数据算出Y/Y和Y/A接法时的原方卩卯冲/从口比值，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0602170S0602171S0602172S0602173S0602169S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。

2、实验要求：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：235+9*r=r ref-呵ic235+eC式中rif――换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Q；lefri 定子绕组的实际冷态相电阻，Q；1c9f——基准工作温度，对于E级绝缘为75oC；ref9——实际冷态时定子绕组的温度，oC。c2•作空载特性曲线：I。、P。、cos%=f(U0)3•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短路电阻短路电阻3I2短路电抗XKfZK-式中UK、IK、PK——由短路特性曲线上查得，相应于IK短路电抗XKfZK-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 rar-r2K1定、转子漏抗(2)由空载试验数据求激磁回路参数空载阻抗空载电阻or=hO312o图3-4电机中的铁耗和机械耗空载电抗式中U0、激磁电抗I、0激磁电阻P——0X

m

r=Pe

m 3I2o相应于U0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。式中P为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。Fe5•作工作特性曲线P］、Ifn、n、S、cos9i=f(P2)由负载试验数据计算工作特性，填入表3-6中。表3-6 U1=220V(△)If=A序号电动;机输入电动机输出计算值I1(A)P(W)T(N・m)2n(r/min)P(W)2S(%)n(%)cos也

3、：3S15003、：3S1500—n1500x100%Pcos申= 1—1 3UI11P=0.105nT22耳=Px100%P1式中I]——定子绕组相电流，A；ui――定子绕组相电压，V；S――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PFeFe机械损耗Pmecmec定子铜耗PCU1=3I12r1转子铜耗CU2转子铜耗CU2=—em—100杂散损耗Pd取为额定负载时输入功率的0.5%。ad式中P一一电磁功率，W；emP=P-P-Pem1culFe铁耗和机械损耗之和为：P0'=P+P=P-312rFemecOO1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P，过P点mec作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗P。Fe电机的总损耗1+Pl+P2+PdFe cul cu2 adP—yp于是求得额定负载时的效率为：n=p-x100%P1式中p、s、i由工作特性曲线上对应于P为额定功率P时查得。112N3、实验内容：1．测量定子绕组的冷态电阻。2．判定定子绕组的首未端。3．空载试验。4．短路试验。5．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0602170S0602171S0602172S0602173S0602169S（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1.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）