电机学实验指导书最终版

电机学实验指导书

西安工程大学电子信息学院电气工程教研室

2007-6-15

【内容简介】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。

本讲义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、异步电机和同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。本书主要以电机教学实验为主，又照顾到工程实验应用，在内容讲述和编排上进行一些改革尝试。

本讲义可作为高等院校有关专业的辅助教材和参考书，也可供从事电机试验等工程技术人员参考

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前言

随着教学改革的不断深化，电气工程类各学科的教学内容和教学方式都产生了很大变化。加强实验教学环节，提高学生的动手能力已经成为人们的共识。

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。

本实验讲义是针对电信学院实验中心电机学实验室的“电机综合实验台”编写的，适用于本学校的《电机学》等课程的实验教学。在内容上详细介绍了实验的方法，同时还增加了实验的原理，使学生更容易了解实验过程。内容包括：直流电机、变压器、异步电机、同步电机相关实验内容。

参加编写工作的有刘毅力、李彦宾。

刘重轩教授负责统稿和校正，最后，刘重轩教授审订。

由于编者的水平有限，难免有纰漏之处，敬请读者批评指正。

编者

2007年7月10日

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目录

电机学及拖动基础实验的基本要求和安全操作规程 (1)

直流电机实验 (5)

实验一认识实验 (5)

实验二直流发电机 (8)

实验三直流他励电动机实验 (13)

实验四他励直流电动机的机械特性实验 (19)

三相变压器实验 (25)

实验五三相变压器的参数测量实验 (25)

实验六三相变压器的联接组和不对称短路 (32)

实验七三相变压器的负载运行 (43)

实验八三相变压器的并联运行（选作） (48)

异步电机实验 (51)

实验九三相异步电动机的参数测定实验 (51)

实验十三相异步电动机的工作特性 (62)

实验十一三相绕线式异步电机在各种运行状态下的机械特性实验 (65)

同步电机实验 (75)

实验十二三相同步发电机的运行特性 (75)

实验十三三相同步电机参数的测定 (84)

实验十四三相同步发电机的并联运行特性 (92)

附录 (99)

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电机学及拖动基础实验的基本要求和安全操作规程

实验的基本要求

电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。

一.实验前的准备

1.实验前应复习教科书中有关章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。

2. 实验前应写好预习报告，经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。

3.认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。

二、实验进行

1.实验的进行建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行，每组由 4 ～5人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。

2.选择组件和仪表

实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。

3.按图接线

根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。

4.起动电机，观察仪表

在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常（如指针正、反向是否超满量程等）。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。

5.测取数据

预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时，根据实验步骤逐次测取数据。

6.认真负责，实验有始有终

1

2

实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。

三、实验报告

1.实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。

2.实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。

3.实验报告包括以下内容：实验名称、专业班级、姓名、实验日期、室温℃；列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据(N P 、N U 、N I N n )等；列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等；数据的整理和计算；按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm ×8cm ，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线，不在曲线上的点仍按实际数据标出。

4.根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。

实验安全操作规程

为了按时完成电机及电气技术实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程：

1.学生应按时到达实验室．在辅导教师宣布开始实验后，按预习中的分工及仪表清单领取仪表及电压、电流插头，并布置设备、接线。凡在某一项实验中暂时不用的设备、仪表应整理好放在一边，以免用错发生意外。书包、衣服等不能放在实验台或仪器设备上。

2.接线须整齐、清楚，力求简单、避免交叉．导线的长短、粗细选择应合适。一个接线柱上最多接两根线，以免导线松脱．线路布置(仪器摆放，接线等)应文明，安全、便于检查和操作。仪表位置应正确、便于准确读数。

3.接线完毕，组内应互相认真检查，且每个成员对全部线路都应掌握。实验中不用的导线应整理好放回原处。然后请辅导教师检查，未经教师检查和同意不得进行实验。

4.合闸前，要检查有关的各调节量(调压器、变阻器等)是否在适当的位置。在调节负载或改变电阻、电压、转速等量时，必须考虑到其他量的变化关系，随时注意其他量是否超过额定值、全组同学应明确分工、统一指挥，以免发生因配合不当而使设备过载乃至损坏的事故。

5.原始记录中应包括实验日期、小组成员、主要铭牌数据及实验数据(包括实验保

持条件等)。记录数据要清晰，尽量避免涂改。对所作记录应随时检查，以免事后返工。实验内容完成后，组内应先检查所记录的数据，确信合理后再将原始记录送交教师审查，教师认可后方能拆线。实验数据不符合要求的应返工重做。学生将拆下的导线及电压，电流插头整理好并放归原处后，再请教师签字。签字后的原始记录不得再随意涂改。

6.在操作过程中，如果发生故障，学生应在教师的帮助下，学习判断分析故障原因和排除方法。如果发生事故，当事人要按时交出事故报告，以便实验室查明情况，酌情处理。

7.实验中应注意安全：

(1) 实验时不得穿大衣、戴围巾，女同学(长发的)须戴好安全帽，禁止身体接触有电线路的裸露部分和设备的转动部分，以免发生人身伤害事故。

(2) 接线时，后接电源线；拆线时，须先切断电源。严禁带电改接线。合闸前须通知全组成员。调节时不应过猛。

8.机器运转后，小组成员不得远离机器。一旦发生事故，应立即切断电源，保持除电源刀闸外的一切现场，并报告辅导教师处理。

实验前须知

由实验指导人员介绍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。

1.仪表选择：

教学实验所用仪表，多数采用准确度为 1.0级，量程略大于被测电机铭牌标明的额定值。如电压为110V则应选择0150V电压表，220V的应选0300V；额定电流为17.4A，则应选020A（或030A）的电流表，励磁电流约为额定电流的25%，可选2A或3A的电流表。

2.导线的选择

根据电流的大小来选取导线的粗细，一般来说导线截面应适当选择大些，且以多股短线为宜。导线的参考载流量见表。接线可按“先串联后并联”或“先接粗线后接细线”的原则进行。通常一个同学接线，另一同学查线，或分工接线，互相检查。电压表和直流电机的磁场回路一律用带颜色的塑料细线联接。橡皮绝缘铜芯导线的容许电流

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3.励磁回路调节电阻的接法和选择

一般直流电动机调节电阻采用串接法，发电机的励磁回路采用分压器接法。调节电阻的电流规格根据回路通过的最大电流选取，电阻值的规格约接近励磁绕组本身的阻值。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。

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直流电机实验

实验一认识实验

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。

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、由教师讲解实验室的有关规章制度,电源布置及取用方法,电机的名牌数据及接线板、负载电阻及转速表的使用方法，导线及熔丝的选择。

2、了解试验台中的电枢电源、励磁电源及直流电机的使用方法。

3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。

四、使用实验设备和仪表

直流电动机和发电机实验台相关参数直流电动机Z2-32 容量2.2kw 220V 额定电流12.35A 等级定子E 电枢 A 转数 1500转/分直流发电机 Z2-32 容量1.7kw 电压 230V 电流12.35A

调节变阻器 ZB60-035 范围：0～87Ω电流4/12.3A

ZB60 范围：0～115Ω电流2/14A

滑线式变阻器 BX8-13 1.8A 375Ω

BX7-16 1A 390Ω

五、实验说明及操作步骤

1.直流他励电动机的起动准备

图1-1中，M为直流电动机，G为直流发电机，两机同轴相联（虚线所示），两BB分别为两者的励磁绕组。接好线后必须经过教师检查，同意后才能接通电源。个'

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图1-1 直流电动机接线原理图下图是实验时所用的实验台。

(a) 直流电机实验台控制面板

（b）背部接线端子

图1-2 直流电机实验台

电动机起动前应注意：

a. 实验台控制面板上“原动机电枢调节”接起动电阻箱

1

R调到最大值，以限制

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起动电流。“原动机励磁调节”接滑线电阻1f R ，调到最小阻值，以产生较大的磁通，获得较大的起动转矩。控制面板上有相应的电压表和电流表。

b. 实验台背部接线端子的“直流电源”接入直流电源。“原动电机励磁”、“原动电机电枢”端子接至电动机引出线的相应端子上。

c. 发电机先不加励磁电源。

（1）起动 线路检查无误后，接通直流电源，按下“正转启动”按钮,电动机M 逐渐升速。电动机起动过程中，请同学们注意观察电表的极性、电机的旋转方向，若不正确，应立即断电，停机纠正。

（2）调速 增大电枢回路所串电阻或减小电枢电压可以降低转速；减小励磁电流（增大励磁回路所串电阻）即减小磁通可以增加转速。实验中可利用上述几种方法操作，观察转速变化情况。操作过程中注意转速不要超过额定转速的1.2倍（转速表采用离心式转速表）。

（3）改变转向 按下“正转停止”按钮，起动电阻1R 和磁场调节电阻1f R 退到起动前的位置。按下“反转启动”按钮，再起动电机M ，观察电机转向。按下“反转停止”按钮，切断电源。

（4）停机，切断电源！

2．发电机电压建立、求出励磁绕组的电阻值

（1）他励发电机的电压建立

将试验台背部“发电机励磁”、“发电机电枢”端子接至发电机引出线的相应端子；控制面板上，“发电机励磁调节”接入滑线电阻器2f R 。

电动机起动后，将其转速调至发电机的额定值且保持不变；调节磁场电流使发电机G 发出的电压为额定值，记录此时发电机的励磁电压和励磁电流，求出励磁绕组电阻值。

（2）并励发电机的电压建立

图1-3 直流发电机并励接线图

将发电机励磁回路改接成并励接法，发电机电枢连线保留，将其励磁连线串接电流表与滑线变阻器2f R 后与电枢端子并接，发电机接线原理如图所示。起动电动机并将其转速调至额定值，调节发电机磁场调节电阻2f R ，观察发电机电枢两端电压表电压变化情况。若电压上升，说明励磁电流产生的磁通与剩磁方向相同，励磁绕组

8 接法正确。如电压减小不能建压，说明励磁绕组接法不正确，应调换励磁绕组两端接线，重新再试。

六、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st R 和磁场调节电阻1f R 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？

七、思考题

1、如何选择导线规格？接线按怎样的步骤为好？

2、直流并励电动机磁场回路的接线为什么要牢靠？

实验二 直流发电机

原 理

直流发电机是应用电磁感应原理将原动机的机械能转换为直流电能输出。本实验中输入机械能的原动机是采用了直流电动机。直流电动机拖动直流发电机的电枢旋转，直流发电机的励磁绕组通入电流产生磁场，旋转的电枢导体切割磁场感应电势a e E C n =Φ，可以看出，感应电势正比于转速及每极磁通。在发电机带负载时，因为电枢电流与感应电势同方向，即向外输出功率。直流发电机的电势平衡方程式2a a a s E U I R U =++∆，可用来分析直流发电机的运行特性。

衡量直流发电机的性能，通常用其特性曲线来判定。最常用的特性曲线是空载特性、外特性和调节特性。

原动机拖动直流发电机保持N n n =的速度旋转，负载电流0I =时，改变励磁电流f I 的大小，端电压0U 将跟着变化。这个变化关系0()f U f I =曲线被称为直流发电机的空载特性曲线，该曲线可以看出电机运行点的磁路饱和程度。

若保持直流发电机的转速N n n =，保持励磁回路电阻f R 不变，调节直流发电机的负载电流，端电压U 随负载电流I 变化的关系被称为直流发电机的外特性()U f I =。直流发电机的主要运行性能指标之一——电压调整率U ∆可由()U f I =曲线查得。采用不同的励磁方式，其外特性是不同的，他励直流发电机的

，并励发电机的

。并励发电机的外特性曲线比他励式下降程度大，是

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因为无论是他励式或并励式直流发电机都有电枢电阻压降的存在和电枢反应去磁的影响，使得端电压下降，但并励直流发电机的励磁绕组是并联在电枢两端，那么由于前述原因使电枢端电压下将而使得励磁电流将进一步下降，其结果就必然造成并励式直流发电机的端电压又进一步下降。所以并励式比他励式直流发电机的外特性曲线下降程度大。具体的各系列中小型直流电机技术条件中均有具体标准规定，其容量即试验实测值与标准中保证值的容许偏差在国家标准GB755—81中有具体规定。

积复励发电机运行时，也存在电枢反应，但由于串励绕组起着增加励磁磁势的作用，使得端电压U 有升高的趋势。如果随着负载电流的增加，端电压上升，额定负载时N U U >，称为过复励；如果随着负载电流的增加端电压下降，额定负载时N U U <，称为欠复励；如果额定负载时N U U =，称为平复励。由于积复励发电机随负载电流的变化端电压变化较小，故用在要求电源电压基本不变的场合。

调节特性是指转速N n n =，端电压N U U =，负载电流变化时，励磁电流的调节规律()f I f I =。

并励和复励发电机由于其励磁电流由自身的感应电势产生，因此其电压的初始建立需满足一定的条件，即铁心中要有剩磁、励磁绕组和电枢绕组的接法正确及励磁回路中的电阻要小于临界电阻，这也是本实验中需要完成的环节。

实验内容

一、实验目的

1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，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。

二、预习要点

1、什么是发电机的运行特性？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。

2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？

3、并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？

4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？

三、实验项目

1．求取他励发电机的空载特性0()f U f I =

当N n n =，0I =时，测取0U 随f I 变化的关系曲线。

2．求取他励发电机的外特性()U f I =

当N n n =，f fN I I =时，测取U 随I 变化的关系曲线。

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3*.求取他励发电机的调节特性()f I f I =

当N n n =，N U U =时，测取f I 随I 变化的关系曲线。

4．求取并励发电机的外特性()U f I =

当N n n =，励磁回路所串电阻2f R =常数时，测取U 随I 变化的关系曲线。

5*．求取积复励发电机外特性()U f I =

当N n n =，励磁回路所串电阻2f R =常数时，测取U 随I 变化的关系曲线。

四、使用实验设备和仪表

直流电动机和发电机实验台 相关参数 直流电动机Z2-32 容量 2.2kw 220V 额定电流12.35A 等级 定子E 电枢 A 转数 1500转/分 直流发电机 Z2-32 容量1.7kw 电压 230V 电流12.35A

调节变阻器 ZB60-035 范围：0～87Ω电流4/12.3A

ZB60 范围：0～115Ω电流2/14A

滑线式变阻器 BX8-13 1.8A 375Ω

BX7-16 1A 390Ω

五、实验方法

1．他励发电机

他励发电机的接线，按图接线。图中M 为直流电动机，G 为直流发电机，M 与G 由联轴器直接联接（虚线所示）。

电阻1R 选用调节电阻器，作为直流他励电动机的起动电阻。电阻1f R 选用滑线变阻器，作为直流他励电动机励磁回路串接电阻。电阻2R 选用调节电阻箱，作为发电机的负载电阻。电阻2f R 选用滑线变阻器，作为发电机的励磁回路电阻。

图2-1 直流他励发电机接线图

（1）空载特性

① 接线完成后，电动机励磁回路电阻1f R 调至阻值最小，电枢回路起动电阻1R 调至阻值最大，发电机励磁回路电阻2f R 调至输出电压最小（即电阻值最大）的位置。

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② 合上电源开关，主电源面板红色指示灯亮，电源接通。

③ 观察励磁电流表读数大小（若无读数，切不可起动电动机）；按下“正转启动”按钮，直流电动机启动。

④ 调节电阻1R ，使电动机输入电压为220V （控制面板上“原动机电枢电压”），调节电动机磁场调节电阻1f R (切记不可过小)，使发电机转速达额定值，并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。

⑤ 调节发电机磁场电阻2f R ，观察发电机励磁电流范围，最大不超过1.2N U 。在保持发电机的N n n =条件下，从励磁电流最大值开始，单方向调节分压器电阻2f R ，使发电机励磁电流逐次减小。每次测取发电机的空载电压0U 和励磁电流f I ，共取组数据，记录于表中。其中0N U U =和0f I =两点必须测取，并在0N U U = 附近多测几点。

表2-1 空载实验数据 _____min N n n r ==

0()U V

()f I A

（2）外特性

操作步骤如下：

① 空载实验完成后，把发电机负载电阻2R 调到最大值，合上负载开关，即按下“负载接入”按钮。

② 调出发电机的额定运行点，确定发电机的额定励磁电流fN I 。

方法为：调节电动机的电枢调节电阻1R 、磁场调节电阻1f R (慎重)，使发电机的N n n =；调节发电机的磁场调节电阻2f R ，使发电机的N U U =；调节发电机负载电阻2R ，使发电机的N I I =。注意：以上三个电阻的调节过程是互有影响的，必须互相配合反复调节才可调出。当发电机运行满足N n n =、N U U =、N I I =时，该点即为发电机的额定运行点，此时对应的励磁电流称为额定励磁电流fN I 。

③ 在保持N n n =(调节1f R )和f fN I I =不变(2f R 不变)的条件下，逐次增加负载电阻2R ，即减小发电机负载电流。从额定负载到空载运行点范围内，测取发电机的电压U 和电流I ，共取

组数据，记录于表。空载点为断开负载，其中额定点和空

载点必测。

表N f fN A ()U V

()I A

（3）调节特性

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操作步骤如下：

① 外特性实验完成后，调节发电机的磁场调节电阻2f R ，使发电机空载电压为额定电压，调节电动机磁场电阻1f R ，使发电机N n n =，接入负载。

② 减小负载电阻2R (减小方法同上)，逐次增加发电机输出电流I ，同时相应地调节发电机励磁电流f I ，使发电机端电压保持额定值N U U =，调节电动机磁场电阻1f R ，使发电机N n n =，从发电机的空载至额定电流范围内，测取发电机的输出电流I 和励磁电流f I ，共取组数据，记录于表中。

表N n n r ==_____N U U V == ()I A

()f I A

2.并励发电机 他励发电机实验完成后，需要关掉直流电源开关停机，重新改接发电机部分接线。

操作步骤如下：

① 将发电机结成并励式，并使其能建立额定电压。在并励发电机建压后，调节负载电阻2R 到最大，接入负载。

② 调节电动机的磁场调节电阻1f R ，发电机的磁场调节电阻2f R 和负载电阻2R ，使发电机的N n n =、N U U =、N I I =（即发电机的额定运行点，调节方法同上）。 ③ 保持此时2f R 的值和N n n =不变的条件下，逐步减小负载电流（即增大2R ），直至0I =（断开负载），从额定到空载运行范围内，测取发电机的电压U 和电流I ，共取组数据，记录于表中，其中额定点和空载点必测。

N ()U V

()I A

3．复励发电机 积复励发电机的外特性

实验方法与测取并励发电机的外特性相同。先将发电机调到额定运行点N n n =，N U U =，N I I =，在保持此时的2f R 和N n n =不变的条件下，逐次减小发电机负载电流，直至0I =。从额定负载到空载范围内，测取发电机的电压U 和电流I ，共取67组数据，记录于表中，其中额定点和空载点必测。

2f ()U V

()I A

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六、实验报告

1、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T F 和剩磁电压的百分

数。

求T F 的方法如图2-2，延长空载特性的直线部分，与对应于额定电压的N U 的直线AB 交于C 点。因AB 长度相

当于励磁电流产生的空载总磁势，AC 的长度相当于气隙

中的磁势，CB 相当于气隙中的磁势，故饱和系数为 T AB F AC

= 2、在同一张坐标纸上绘出他励、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：0%100%N N

U U U U -∆=⨯，并分析差异原因。 3、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。

七、思考题

1、在发电机—电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？为了保持发电机的转速N n n =，应如何调节？

2．为什么直流电动机起动时，要把电枢回路所串电阻放在最大位置？而磁场回路所串电阻放在最小位置？

3．改变并励直流电动机电源极性，电机转向能否改变？

4．在发电机—电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？为了保持发电机的转速N n n =，应如何调节？

实验三 直流他励电动机实验

原理

标志直流电动机运行特性的主要指标有工作特性和机械特性，它反映了当负载变化时电动机的主要输出量和效率的变化情况。分析表明，不同的励磁方式其运行性能有很大的不同，本次实验主要针对他励直流电动机。

工作特性是指电动机的电枢电压N U U =，f fN I I =时，效率η、转速n 、转

图2-2 直流发电机空载特性

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矩T 随输出功率2P 变化的关系，即n 、T 、η2()f P =。上述条件中，fN I 为额定励磁电流，即输出功率达到额定功率N P ，转速达到额定转速N n 时的励磁电流。保持fN I 不变，对并励电动机，即保持励磁回路电阻f R 不变。

机械特性()n f T =曲线是电源电压U =常数，励磁回路电阻f R =常数时，转速n 随电磁转矩T 变化的关系曲线。当N U U =，f fN I I =，电枢回路不外串电阻时的机械特性称为固有机械特性。

调速性能是衡量电动机性能的另一个重要指标。直流电动机具有良好的调速性能。由直流电动机的转速公式()

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e n U I R C =-Φ可知，电动机调速的控制方法有两种：（1）电枢控制，其又可分为改变电枢电压和电枢回路串入调速电阻两种方法；

（2）磁场控制，即调节励磁电流。但是一般书上均将第一种分为两种，直接说成直流电动机有三种调速方法。按三种方法中的任一方法调节电动机的转速，实际上其机械特性也相应改变，从而与负载的机械特性交于新的点，在新的转速下运行。如果使三个可调节量中的两个不变，单独调节另一个，从其机械特性变化的情况，可以看出这种调速方法的特点。如改变电枢电压调速，电动机的机械特性的理想空载转速点改变，而机械特性的斜率不变，改变后机械特性的曲线为一簇平行线，电压越低则转速越低，如图3-（1）所示。这种方法具有较好的调速性能，但需专门的调压电源。对于电枢回路串电阻调速的方法，当增大电枢回路电阻后，电动机的机械特性的理想空载转速点不变，但机械特性斜率增大，改变后机械特性的曲线为一簇射线，电阻越大则转速越低，如图3-（2）所示。此法的特点是设备简单，但转速只能向低调，流过串联电阻的电流大，不易做成连续可调，且串联电阻要消耗大量电能。而改变励磁电流调速的方法，也就是改变磁通Φ调速，由于Φ只能比额定磁通减小，所以机械特性的理想空载转速点增大，机械特性斜率增大，如图3-（3）所示。这种调速方法能量损失小，且电阻可做成连续可调，便于控制，但转速只能向高调，最高转速受电机本身机械强度及换向的限制。

（1）改变电枢电压调速 （2）改变电枢回路串电阻调速 （3）改变励

磁电流调速

本次实验所做的调速特性为改变电枢电压和改变励磁电流两种。因为实验时

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需要调节电动机所带机械负载的大小，本次实验中使用的是直流发电机作为机械负载。电动机与发电机通过联轴器相连，调节发电机电枢电流的大小就可调节负载转矩的大小，可间接计算出转矩数据。

实验内容

一、实验目的

1．掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。

2．掌握直流他励电动机的调速方法。

二.预习要点

1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？

2.直流电动机调速原理是什么？

三、实验内容

1．工作特性和固有机械特性

保持N U U =和f fN I I =不变时，测取工作特性n 、2T 、2()f P η=及固有机械特性2()n f T =。

2．调速特性

（1）改变电枢电压调速

保持电动机f fN I I =不变，2T =常数，测取()n f U =。

（2）改变励磁电流调速

保持N U U =，2T =常数，10R =时，测取()f n f I =。

3．观察能耗制动过程

四、使用实验设备和仪表

直流电动机和发电机实验台 相关参数 直流电动机Z2-32 容量 2.2kw 220V 额定电流12.35A 等级 定子E 电枢 A 转数 1500转/分 直流发电机 Z2-32 容量1.7kw 电压 230V 电流12.35A

调节变阻器 ZB60-035 范围：0～87Ω电流4/12.3A

ZB60 范围：0～115Ω电流2/14A

滑线式变阻器 BX8-13 1.8A 375Ω

BX7-16 1A 390Ω

五、实验说明及操作步骤

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图3-1 他励直流电动机接线图

1．他励直流电动机的工作特性和固有机械特性 图中是为直流电动机。电阻1R 选用调节电阻箱，作为直流他励电动机的起动电阻，电阻1f R 、2f R 选用滑线变阻器，分别作为电动机、发电机励磁回路串接电阻；电阻2R 选用调节电阻箱，作为直流发电机的负载。

操作步骤如下：

（1）将电动机励磁调节电阻1f R 调至阻值最小，电枢回路起动电阻1R 调至阻值最大。

（2）合上电源开关，主电源面板红色指示灯亮。

（3）观察励磁电流表读数大小（若无读数或偏小，切不可起动电动机），按下“正转启动”按钮，直流电动机起动。

（4）调节1R 使电动机输入电压为额定电压，缓慢调节电动机磁场调节电阻1f R ，使电动机转速达额定值。按下“负载接入”按钮，负载应处于最小（2R 阻值最大）。

（5）调出电动机的额定运行点，确定电动机的额定励磁电流fN I 。

其方法为：调节负载电阻2R 和2f R ，使电动机电枢电流a N I I =，调节1R 使电动机的N U U =，调节电动机的磁场调节电阻1f R ，使电动机的N n n =。注意：以上三个额定值的调节过程是互有影响的，必须互相配合反复调节才可调出。当电动机的额定值N U U =，a N I I =，N n n =同时满足时，其励磁电流即为额定励磁电流fN I 。

（6）在保持N U U =，f fN I I =不变的条件下，逐次减小电动机的负载，从额定负载到空载范围内，测取电动机电枢电流a I 、转速n ，共取

组数据，记录于表中。 N f fN 实验 数据 ()a I A

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