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《电机学》实验教学大纲
2019-06-30 17:02  

《电机学》实验教学大纲

编写:陈国振                      审核:何国锋 

课程编码

091701301

承担单位

电气与控制工程学院

适用专业

电气工程及其自动化(0914

考核形式

考查

学时

10

学分

0

一、课程简介

本课程为电气工程及其自动化专业的一门重要专业基础课。该课程主要介绍磁路、变压器、直流电机、交流电机和同步电机等各种电机的工作原理、基本结构、基本的电磁关系以及运行特性等内容,为学习专业课做好准备和铺垫。

二、课程实验教学目的与要求

1、实验教学目的

电机学课程是本科电类专业的一门重要的以理论应用性与技术实践性为鲜明特点的专业基础课,其中实验是理论教学的深化和补充,是整个教学过程中的重要组成部分。

2、实验教学要求

1)提高学生的动手能力、分析问题和解决问题能力。

2)通过该课程的实验,使学生进一步巩固和加深对所学电机学理论知识的理解,为进一步提高学生多方面的综合能力奠定基础。

3)培养学生的创新能力,锻炼学生的实际操作能力以及常规电机的正确使用方法,使学生学会利用理论对测得的实验数据进行合理分析,做出正确结论。

三、实验项目

实验一单相变压器

    1、实验目的和要求

1)、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。

2)、通过负载实验测取变压器的运行特性。

2、实验教学内容

1空载实验

1)在三相调压交流电源断电的条件下,按图接线。被测变压器选用三相组式变压器DJ11中的一只作为单相变压器,其额定容量 PN=77WU1N/U2N=220/55VI1N/I2N=0.35/1.4A。变压器的低压线圈ax接电源,高压线圈AX开路。

2)选好所有电表量程。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底,即将其调到输出电压为零的位置。

3)合上交流电源总开关,按下“开”按钮,便接通了三相交流电源。调节三相调压器旋钮,使变压器空载电压U0=1.2UN ,然后逐次降低电源电压,在1.20.2UN 的范围内,测取变压器的U0I0P0

4)测取数据时,U=UN点必须测,并在该点附近测的点较密,共测取数据5-6组。记录于表中。

5)为了计算变压器的变比,在UN以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表中。

2短路实验

1)按下控制屏上的“关”按钮,切断三相调压交流电源,按图接线(以后每次改接线路,都要关断电源)。将变压器的高压线圈接电源,低压线圈直接短路。

2)选好所有电表量程,将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。

3)接通交流电源,逐次缓慢增加输入电压,直到短路电流等于1.1IN 为止,在(0.21.1)IN范围内测取变压器的UKIKPK

4)测取数据时,IK=IN点必须测,共测取数据6-7组记录于表中。实验时记下周围环境温度()

3、主要实验设备与材料

序号

型号

名称

数量

1

D33

交流电压表

1

2

D32

交流电流表

1

3

D34-3

单三相智能功率、功率因数表

1

4

DJ11

三相组式变压器

1

5

D42

三相可调电阻器

1

6

D43

三相可调电抗器

1

7

D51

波形测试及开关板

1

实验二三相变压器的联接组别

 1、实验目的和要求

1)、掌握用实验方法测定三相变压器的极性。

2)、掌握用实验方法判别变压器的联接组。

2、实验教学内容

        1)、测定极性

(a) 测定相间极性

 被测变压器选用三相心式变压器DJ12,用其中高压和低压两组绕组,额定容量PN=152/152WUN=220/55VIN=0.4/1.6AY/Y接法。测得阻值大的为高压绕组,用ABCXYZ标记。低压绕组标记用abcxyz

 1) 按图接线。AX接电源的UV两端子,YZ短接。

 2) 接通交流电源,在绕组AX间施加约50%UN的电压。

 3) 用电压表测出电压UBYUCZUBC,若UBC=UBY-UCZ│,则首末端标记正确;若UBC=UBY+UCZ│,则标记不对。须将BC两相任一相绕组的首末端标记对调。

4) 用同样方法,将BC两相中的任一相施加电压,另外两相末端相联,定出每相首、末端正确的标记。

(b) 测定原、副方极性

1) 暂时标出三相低压绕组的标记abcxyz,然后按图接线,原、副方中点用导线相连。

2) 高压三相绕组施加约50%的额定电压,用电压表测量电压UAXUBYUCZUaxUbyUczUAaUBbUCc,若UAa=UAx-Uax,则A相高、低压绕组同相,并且首端Aa端点为同极性。若UAa=UAX+Uax,则Aa 端点为异极性。

3) 用同样的方法判别出BbCc两相原、副方的极性。

4) 高低压三相绕组的极性确定后,根据要求连接出不同的联接组。

2)、检验联接组

(a) Y/Y-12

按图接线。Aa两端点用导线联接,在高压方施加三相对称的额定电压,测出UABUabUBbUCcUBc,将数据记录于表中。

 (b) Y/Y-6

Y/Y-12联接组的副方绕组首、末端标记对调,Aa两点用导线相联。

按前面方法测出电压UABUabUBbUCcUBc,将数据记录于表中。

 (c)Y/-11

按图接线。Aa两端点用导线相连,高压方施加对称额定电压,测取UABUabUBbUCcUBc,将数据记录于表中

(d) Y/Δ-5

Y/Δ-11联接组的副方绕组首、末端的标记对调。实验方法同前,测取UABUabUBbUCcUBc,将数据记录于表中。

e)、其它类同上面,方法和表格自行拟定。

3、主要实验设备与材料

序号

型号

名称

数量

1

D33

交流电压表

1

2

D32

交流电流表

1

3

D34-3

单三相智能功率、功率因数表

1

4

DJ11

三相组式变压器

1

5

DJ12

三相心式变压器

1

实验三直流并励电动机

1、实验目的和要求

1)、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。

2)、掌握直流并励电动机的调速方法。

2、实验教学内容

1)并励电动机的工作特性和机械特性

1)按图接线。校正直流测功机 MG按他励发电机连接,在此作为直流电动机M的负载,用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用D441800Ω阻值。Rf2 选用D42900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1D44180Ω阻值。R2选用D42900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。

2)将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值,电枢串联起动电阻R1调至最大值,接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动,其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。

3M起动正常后,将其电枢串联电阻R1调至零,调节电枢电源的电压为220V,调节校正直流测功机的励磁电流If2为校正值(50mA100 mA),再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1,使电动机达到额定值:

UUNIINnnN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN

4)保持UUNIf=IfNIf2为校正值不变的条件下,逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流Ia,转速n

校正电机的负载电流IF(由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2)。共取数据9-10组,记录于表中。

2)、调速特性

a)改变电枢端电压的调速

1)直流电动机M运行后,将电阻R1调至零,If2调至校正值,再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1,使MU=UNI=0.5INIfIfN记下此时MGIF值。

  2)保持此时的IF值(即T2值)和IfIfN不变,逐次增加R1的阻值,降低电枢两端的电压Ua,使R1从零调至最大值,每次测取电动机的端电压Ua,转速n和电枢电流Ia

  3)共取数据8-9组,记录于表中

b)改变励磁电流的调速

 1)直流电动机运行后,将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零,将MG的磁场调节电阻If2调至校正值,再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载,使电动机MU=UNI0.5IN记下此时的IF值。

  2)保持此时MGIF值(T2值)和MUUN不变,逐次增加磁场电阻阻值:直至n1.3nN,每次测取电动机的nIfIa。共取 78组记录于表中。

c)能耗制动

1)按图接线,先把S1合向2端,合上控制屏下方右边的电枢电源开关,把MRf1调至零,使电动机的励磁电流最大。

2)把M的电枢串联起动电阻R1调至最大,把S1合至电枢电源,使电动机起动,能耗制动电阻RL选用D41180Ω阻值。

3)运转正常后,从S1任一端拔出一根导线插头,使电枢开路。由于电枢开路,电机处于自由停机,记录停机时间。

4)重复起动电动机,待运转正常后,把S1合向RL端,记录停机时间。

5)选择RL不同的阻值,观察对停机时间的影响。

3、主要实验设备与材料

序号

型号

名称

数量

1

DD03

导轨、测速发电机及转速表

1

2

DJ23

校正直流测功机

1

3

DJ15

直流并励电动机

1

4

D31

直流电压、毫安、电流表

2

5

D42

三相可调电阻器

1

6

D44

可调电阻器、电容器

1

7

D51

波形测试及开关板

1

实验四三相鼠笼异步电动机的工作特性

1、实验目的和要求

1)、掌握用日光灯法测转差率的方法。

2)、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。

3)、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。

4)、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。

2、实验教学内容

1)空载实验

1) 按图接线。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DJ23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79 组记录于表4-1中。

2)短路实验

1) 测量接线图。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。

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。

4) 共取数据56组记录于表中。

3)、负载实验

1) 测量接线图。同轴联接负载电机。图中RfD421800Ω阻值,RLD421800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。

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( 50mA 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1.25倍额定电流。

5) 从这负载开始,逐渐减小负载直至空载,在这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。

6) 共取数据89组记录于表中。

3、主要实验设备与材料

序 号

 

            

数 量

1

DD03

导轨、测速发电机及转速表

1

2

DJ23

校正过的直流电机

1

3

DJ16

三相鼠笼异步电动机

1

4

D33

交流电压表

1

5

D32

交流电流表

1

6

D34-3

单三相智能功率、功率因数表

1

7

D31

直流电压、毫安、安培表

1

8

D42

三相可调电阻器

1

9

D51

波形测试及开关板

1

实验五三相异步电动机的起动与调速

1、实验目的和要求

通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。

2、实验教学内容

1)三相鼠笼式异步电机直接起动试验

1) 按图接线。电机绕组为Δ接法。异步电动机直接与测速发电机同轴联接,不联接负载电机DJ23

2) 把交流调压器退到零位,开启电源总开关,按下“开”按钮,接通三相交流电源。

3) 调节调压器,使输出电压达电机额定电压220伏,使电机起动旋转,(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时,必须按下“关”按钮,切断三相交流电源)

4)再按下“关”按钮,断开三相交流电源,待电动机停止旋转后,按下

“开”按钮,接通三相交流电源,使电机全压起动,观察电机起动瞬间电流值(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)

5) 断开电源开关,将调压器退到零位,电机轴伸端装上圆盘(注:圆盘直径为10cm)和弹簧秤。

6) 合上开关,调节调压器,使电机电流为23倍额定电流,读取电压值UK、电流值IK,转矩值TK(圆盘半径乘以弹簧秤力), 试验时通电时间不应超过10秒,以免绕组过热。对应于额定电压时的起动电流ISt和起动转矩TSt计算。

4、星形——三角形(Y-Δ)起动

1) 按图接线。线接好后把调压器退到零位。

2) 三刀双掷开关合向右边(Y接法)。合上电源开关,逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏,打开电源开关,待电机停转。

3) 合上电源开关,观察起动瞬间电流,然后把S合向左边,使电机(Δ)正常运行,整个起动过程结束。观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。

2)、自耦变压器起动。

1) 按图接线。电机绕组为Δ接法。

2) 三相调压器退到零位,开关S合向左边。自耦变压器选用D43挂箱。

3) 合上电源开关,调节调压器使输出电压达电机额定电压220伏,断开电源开关,待电机停转。

4) 开关S合向右边,合上电源开关,使电机由自耦变压器降压起动( 自耦变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%60%80%)并经一定时间再把S合向左边,使电机按额定电压正常运行,整个起动过程结束。 观察起动瞬间电流以作定性的比较。

3)、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动

电机定子绕组Y形接法

1) 按图接线。

2) 转子每相串入的电阻可用DJ17-1起动与调速电阻箱。

3) 调压器退到零位,轴伸端装上圆盘和弹簧秤。

4) 接通交流电源,调节输出电压(观察电机转向应符合要求),在定子电压为180伏,转子绕组分别串入不同电阻值时,测取定子电流和转矩。

5) 试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。数据记入表中。

4)、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速

1) 实验线路图。同轴联接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机M的负载。电路接好后,将M的转子附加电阻调至最大。

2) 合上电源开关,电机空载起动, 保持调压器的输出电压为电机额定电压220伏,转子附加电阻调至零。

3) 调节校正电机的励磁电流If为校正值(100mA50mA),再调节直流发电机负载电流,使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变,改变转子附加电阻(每相附加电阻分别为0Ω、2Ω、5Ω、15Ω), 测相应的转速记录于表中。

3主要实验设备与材料

序 号

 

            

数 量

1

DD03

导轨、测速发电机及转速表

1

2

DJ16

三相鼠笼异步电动机

1

3

DJ17

三相线绕式异步电动机

1

4

DJ23

校正过的直流电机

1

5

D31

直流电压、毫安、安培表

1

6

D32

交流电流表

1

7

D33

交流电压表

1

8

D43

三相可调电抗器

1

9

D51

波形测试及开关板

1

10

DJ17-1

起动与调速电阻箱

1

11

DD05

测功支架、测功盘及弹簧秤

1

四、实验项目学时分配表及所支撑的毕业要求指标点

序 号

实 验 项 目

实验类别

支撑毕业要求指标点

学 时

1

单相变压器

综合性

 

2

2

三相变压器的联接组别

验证性

 

2

3

直流并励电动机

综合性

 

2

4

三相鼠笼异步电动机的工作特性

综合性

 

2

5

三相异步电动机的起动与调速

综合性

 

2

合 计

 

 

 

10

五、成绩评定方法与标准

1.依据实验中的表现和实验结果(占50%);

2.依据实验报告的质量(占50%)。

3.评分标准

优秀:能正确进行实验操作,完成全部实验内容,实验结果正确;

良好:能正确进行实验操作,基本完成全部实验内容,实验结果基本正确;

中等:能基本正确地进行实验操作,基本完成大部分实验内容,实验结果基本正确;

及格:基本能进行实验操作,不能完成大部实验内容,实验结果基本正确;

不及格:不能正确进行实验操作,不能完成实验内容,实验结果不正确。

六、教材及参考书

推荐教材:

《电机学》(第5版),汤蕴璆,机械工业出版社,2015.3

参考书目:

[1] 《电机学》(第2版),胡虔生、胡敏强编著,中国电力出版社,2009.07

[2] 《电机学》,林荣文,中国电力出版社,2012.02

 

 

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