电 机 学 实 验 报 告
姓 名：
学 号：
专 业：电气工程及其自动化
指导老师:黄洪全
2013.7.2
实验一 异步电机的M-S曲线测绘
一．实验目的
用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩~转差曲线，并加以比较。
二．预习要点
1．复习电机M-S特性曲线。 2．M-S特性的测试方法。
三．实验项目
1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。 2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。
Tm转差率。Tm了而停转。性。
的曲线部分，在本实验系统中，通过对电机的转速进行检测，动态调节施加于电机的转矩，产生随着电机转速的下降，转矩随之下降的负载，使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。通过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。
四．实验设备
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 3．电机起动箱（MEL-09）。
4．三相鼠笼式异步电动机M04。 5．三相绕线式异步电动机M09。
五．实验方法
1
被试为三相鼠异步电M04，YG为测功机，按图线，量程档。
和“转速控制”选择开关扳向“转速控制”，并将“转速设定”调节旋钮顺时针调到底。
实验步骤：
（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，起动交流电机。观察电机的旋转方向，是之符合要求。
（2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。）
（3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表5-9。
（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩T，转速n，填入表5-10。
表5-10 UN=220V Y接法
2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘
被试电机采用三相绕线式异步电动机M09，Y接法。
（2）绕线电机的转子调节电阻调到2Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。
（3）绕线电机的转子调节电阻调到5Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。
3．换上不同的单相异步电机，按相同方法测出它们的转矩T、转速n。
实 验 总 结
通过这次实验可以看到，表5-9中可知在空载转速至200转/分范围内转矩，
转速都没怎么变化：由表5-10可知当转速开始上升到空载转速时，转速升高转矩降低；由表5-11，5-10对比可知，当外接电阻不变时，电压变小，对应的转矩和转速都要变小；由表5-12 、5-13对比可知当电压不变时，外接电阻增大对应的转矩和转速均减小。
由M-S曲线可知，最后一组实验使电机运行在机械特性稳定的部分
八．思考题
电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因何在？
答：由于电机的转动是转子和定子间的磁耦合来完成的，而磁有磁滞效应，在外磁场变化时，有一部分磁场被铁磁材料吸收了，那么磁场的变化上升轨迹和下降轨迹并不重合，所以电机的升降速曲线也是不重合的
实验二 三相异步电动机的起动与调速
一．实验目的
通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。
二．预习要点
1．复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。 2．复习异步电动机的调速方法。
三．实验项目
1．异步电动机的直接起动。
2．异步电动机星形——三角形（Y-△）换接起动。 3．自耦变压器起动。
4．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 5．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
四．实验设备及仪器
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。 2．指针式交流电流表。
3．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 4．电机起动箱（MEL-09）。 5．鼠笼式异步电动机（M04）。 6．绕线式异步电动机（M09）。
五．实验方法
1．三相笼型异步电动机直接起动试验。 按图3-5接线，电机绕组为△接法。
起动前，把转矩转速测量实验箱（MEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-13的连接是否良好。
仪表的选择：交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。 a
后，观察须切断电源，起动电机。）
b注：的比较。
c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。
d．合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达2~3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表中，注意试验时，通电
时间不应超过10秒，以免绕组过热。
对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算：
TST=(
IST2
)TK IK
式中Ik：起动试验时的电流值，A； TK：起动试验时的转矩值，N.m；
IST=(
UN
)IKUK
式中UK：起动试验时的电压值，V； UN：电机额定电压，V；
压UN=220伏，整个起动过程结束。
4．绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动。
MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关扳向“转速控制”，“转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。
a．起动电源前，把调压器退至零位，起动电阻调节为零。
b．合上交流电源，调节交流电源使电机起动。注意电机转向是否符合要求。 c．在定子电压为180伏时，逆时针调节“转速设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢（只有几十转），读取此时的转矩值Ist和Ist。
d．用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为2Ω、5Ω、15Ω的起动转矩Tst和起动电流Ist，填入表3-9中。
注意：试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。
5．绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速。
实验线路同前。MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针到底，“转速设定”电位器顺时针到底。MEL-09“绕线电机起动电阻”调节到零。
a．合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=220伏，使电机空载起动。 b．调节“转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩T2不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速，记录于表3-10中。
六．实 验 总 结
根据这次实验我学到了笼型异步电动机的启动。它可以分为直接启动，
降压启动（自耦变压器的降压起动，星形--三角形（Y-△)起动，绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速）两种。
直接起动最简单，当电网有足够的容量采用这种方法，在实验中可以看到转矩大，产生的电流也大，但一般要求要有晓得起动电流，这种办法不是很好。 对于降压起动的方法，自耦变压器降压起动将让起动电流减到1（K*K）倍，Y-△起动电流可减小到三分之一，绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器可将起动电流减到原来的k倍。其中R越大，起动电流就越小。 1
七．思考题
1.起动电流和外施电压正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？
答：起动电流和外施电压要求电机参数不变，如定转子电阻电抗值不发生变化。起动转矩和外施电压的平方成正比要求频率一定跟电机参数不变。
实验三 直流发电机
一．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。
二．预习要点
1.什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。
2.做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？
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.他励发电机
(1)空载特性：保持n=nN，使I=0，测取Uo=f(If)。 (2)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)。 2.并励发电机 (1)观察自励过程
(2)测外特性：保持n=nN，使Rf2 =常数,测取U=f(I)。 3.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)。
四．实验设备及仪器
1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。 2．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。 3．直流并励电动机M03。 4．直流复励发电机M01。
5．直流稳压电源（位于主控制屏下部）。 6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。 7．波形测试及开关板（MEL-05）。 8．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 9．三相可调电阻90Ω（MEL-04）。 10．电机起动箱（MEL-09）。
五．实验说明及操作步骤
1．他励发电机。 按图1-3接线
M：直流电动机M03，按他励接法
S1、S2：双刀双掷开关，位于MEL-05
R1：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于MEL-09。 Rf1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于MEL-09。
Rf2：磁场调节变阻器，采用MEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。 R2：发电机负载电阻，采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联）。调节时先调节串联部分，当负载电流大于0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免烧毁熔断器。
mA1、A1：分别为毫安表和电流表，位于直流电源上。 U1、U2：分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源。 V2、mA2、A2：分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA档），直流安倍表（量程为2A档） （1）空载特性
a．打开发电机负载开关S2，合上励磁电源开关S1，接通直流电机励磁电源，调节Rf2，使直流发电机励磁电压最小，mA2读数最小。此时，注意选择各仪表的量程。
b．调节电动机电枢调节电阻R1至最大，磁场调节电阻Rf1至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直流电压已正常建立），使电机旋转。
b．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。
d．调节电动机电枢电阻R1至最小值，可调直流稳压电源调至220V，再调节电动机磁场电阻Rf1，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（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。
e．调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达V0=1.2UN（240V）为止。 f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从UO=1.2UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2，使发电机励磁电流逐次减小，直至If2=o。
每次测取发电机的空载电压UO和励磁电流If2,只取7-8组数据，填入表1-2中，其中UO=UN和If2=O两点必测，并在UO=UN附近测点应较密。
（2）外特性
a．在空载实验后，把发电机负载电阻R2调到最大值（把MEL-03中间和下端的变阻器逆时针旋转到底），合上负载开关S2。
b．同时调节电动机磁场调节电阻Rf1，发电机磁场调节电阻Rf2和负载电阻
R2，使发电机的n=nN,U=UN（200V），I=IN（0.5A），该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流If2N= 0.45A.
c．在保持n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐渐增加负载电阻，即减少发电机负载电流，在额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，直到空载（断开开关S2），共取6-7组数据，填入表1-3中。其中额定和空载两点必测。
表1-3 n=n
（3）调整特性
a．断开发电机负载开关S2，调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达额定值（UN=200V）
b．在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S2，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If2，使发电机端电压保持额定值U=UN，从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流I和励磁电流If2，共取5-6组数据填入表1-4中。
表1-4
n=n
（1）观察自励过程
a．断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮，钥匙开关拨向“关”。 按图1-4接线
R1、Rf1：电动机电枢调节电阻 和磁场调节电阻，位于MEL-09。 A1、mA1：直流电流表、毫安表，位于可调直流电源和励磁电源上。 mA2、A2：直流毫安表、电流表位于MEL-06。
Rf2：MEL-03中二只900Ω电阻相串联，并调至最大。
R2：采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω。 S1、S2：位于MEL-05
V1、V2：直流电压表，其中V1位于直流可调电源上，V2位于MEL-06。 b．断开S1、S2，按前述方法（他励发电机空载特性实验b）起动电动机，调节电动机转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。
c．合上开关S1，逐渐减少Rf2，观察电动机电枢两端电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件，如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。
（2）外特性
a．在并励发电机电压建立后，调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S2，调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机n=nN,U=UN，I=IN。
b．保证此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载，直至I=0，从额定到负载运行范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，填入表1-5中，其中额定和空载两点必测。
3．复励发电机
（1）积复励和差复励的判别 a．接线如图1-5所示
R1、Rf1：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。 A1、mA1：直流电流、毫安表
V2、A2、mA2：直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06组件。 Rf2：采用MEL-03中两只900Ω电阻串联。
R2：采用MEL-03中四只900Ω电阻串并联接法，最大值为2250Ω。 S1、S2：单刀双掷和双刀双掷开关，位于MEL-05开关板上。
按图接线，先合上开关S，将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述并励发电机外特性试验方法，调节发电机输出电流I=0.5IN，n=nN，U=UN。
b．打开短路开关S1，在保持发电机n，Rf2和R2不变的条件下，观察发电
机端电压的变化，若此电压升高即为积复励，若电压降低为差复励，如要把差复
共取6-7组数据，记录于表1-6中，其中额定和空载两点必测。
1.起动直流电动机时，先把R1调到最大，Rf2 调到最小，起动完毕后，再把R1调到最小。
2.做外特性时，当电流超过0.4安时，R2中串联的电阻必须调至零，以免损坏。
六．注意事项
七．实 验 总 结 他励发电机：
（1）空载时：当转速等于常数，一般为额定转速，负载电流等于0，即完全开路时，电枢端电压随励磁电流的变化的关系即为直流发电机的开路特性，对
应的曲线称之为开路特性曲线。（2）外特性：从图表1-2知，电压随电流增加而减小，原因有两个，一是电枢电阻的压降和电枢反映的去磁作用使得负载电流增大时，端电压有减小的趋势。这种端电压的变化的多少用电压调整率来表示。
并励发电机：
（1）空载时，并励直流发电机的励磁绕组和电枢绕组并联，开路时电枢电流等
于励磁电流，而励磁电流只占额定电流的百分之一到三。（2）外特性：由表1-3可知，端电压随负载电流的增大而下降，原因是A电枢的电阻压降的存在；B电枢反应的去磁作用；C励磁电流的进一步减小。
复励发电机：
开路时，负载电流为零，串励绕组不起作用，故其特性和并励直流发电机一
样。它的励磁绕组分为两部分，一部分是并励绕组，另一部分是串励绕组。
八．思考题
1.并励发电机不能建立电压有哪些原因？ 答：
(1)有剩磁，如果剩磁消失，则须将励磁绕组接到其他直流电源上去充磁。 (2)励磁电流所产生的磁场与剩余磁场方向一致。若相反，可将励磁绕组两端的接线对调一下，或将电机的旋转方向改变亦可。
(3)励磁回路的电阻过大。这只要减少励磁调节电阻就行了。
2.在发电机一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？
答： 在正常状态下，发电机的转子轴上承受着由原动机（汽轮机，水轮机，柴油机灯）提供的主力矩和由负载提供的阻力矩，二者方向相反的，当阻力矩和主力矩相等时，发电机就将按照额定转速旋转，当负载增加时，阻力矩增大，这时平衡被破坏发电机转速就将下降。
此时为保持发电机转速不变就要增加主力矩也就是增加原动机的处力，一般是开大气门油门等等来达到调节转速的目的
实验四 直流他励电动机机械特性
一．实验目的
了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性
二．预习要点
1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？
2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？
3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。
三．实验项目
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．实验设备及仪器
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。 2．电机导轨及转速表（MEL-13、MEL-14） 3．三相可调电阻900Ω（MEL-03） 4．三相可调电阻90Ω（MEL-04） 5．波形测试及开关板（MEL-05） 6、直流电压、电流、毫安表（MEL-06） 7．电机起动箱（MEL-09）
五．实验方法及步骤
1．电动及回馈制动特性 接线图如图5-1
（MEL-06）；
直流电流表mA1、A1分别为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表； mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（MEL-06） R1选用900Ω欧姆电阻（MEL-03）
R2选用180欧姆电阻（MEL-04中两90欧姆电阻相串联） R3选用3000Ω磁场调节电阻（MEL-09）
R4选用2250Ω电阻（用MEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）
开关S1、S2选用MEL-05中的双刀双掷开关。
按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置； （1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。
（2）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。 （3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。
实验步骤。
a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。
b．分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机G磁场调节电阻R3、负载电阻R4（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900Ω电阻相并联的旋钮），使直流电动机M的转速nN=1600r/min，If+Ia=IN=0.55A，此时If=IfN，记录此值。
c．保持电动机的U=UN=220V，If=IfN不变，改变R4及R3阻值，测取M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取5-6组数据填入表中。
d机Ge（Ia）2掉）a
R4置最大值。
b．按前述方法起动电动机，测量发电机G的空载电压是否和直流稳压电源极性相反，若极性相反可把S2含向“1”端。
c．调节R2为900Ω，调节直流电源电压U=UN=220V，调节R1使If=IfN，保持以上值不变，逐渐减小R4阻值，电机减速直至为零，继续减小R4阻值，此时电动机工作于反接制动状态运行（第四象限）；
d．再减小R4阻值，直至电动机M的电流接近0.8倍IN，测取电动机在第1、第4象限的n、I2，共取5-6组数据记录于表5-3中。
调节R2的180Ω，重复上述实验步骤，测取Ia、n，共取6-7组数据，记录于表5-5中。
当忽略不变损耗时，可近似为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转矩T=CMΦIa，他励电动机在磁通Φ不变的情况下，其机械特性可以由曲线n=f（Ia）来描述。画出以上二条能耗制动特此曲线n=f（Ia），见图5-4。
六．实验注意事项
调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻过流烧毁熔断丝。
七．实 验 总 结
（1）电动及回馈制动：发电机工作时的电磁转矩为制动转矩，这样不但限制了转速的继续升高，而且又把机车下坡时的位能转换为电能回馈给了电网，节省了能量。在变频调速系统中，电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的，在变频器频率减小的瞬间，电动机的回馈制动原理框图步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电动机的转自转速未变，或者说是它的转速变化有一定的时间滞后，这时会出现实际转速大于给定的转速，从而产生电动机反电动势高于变频器的直流端电压的情况，这时电动机就变成了发电机，非但不能消耗电网的电能，反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电，这样既有良好的制动效果，又能将动能转换为电能，向电网送电而达到回收能量的效果。
（2）电动及反接制动：反接制动的关键仍然是采用了双向开关Q，注意开关上下接触点为交叉线，当双向双刀开关关合在图中 为止时，电动机正常运行，电磁转矩属于性质的转矩。
当双向双刀开关合向图中下方位置时，电动机处于反接状态。因为开关Q刚刚合向下边的瞬间由于惯量的存在，转速不会突变，励磁也并没有改变，电势也暂时不改变，只是电枢电源反接使电枢电流反向，从而使转矩反向成为反接制动转矩。因而使转矩迅速下降，若在转速下降到零的瞬间断开电源，则将电机立即停转，如果转速没有断开电源则电机将反向转动。
能耗制动：能耗制动的关键是采用双向双刀开关Q。
当开关Q合在图中上边位置时电机做电动机运行，即电磁转矩与转速同方向，属于拖动转矩。而当开关Q合向图中下边位置时，电机做发电机运行。
因为开关刚刚合向下边的瞬间，由于惯量的 存在，转速不会突变；励磁接线并没有改变磁场也没有改变，故电势也暂时不会改变，故电机作发电机运行，发电机运行时，电磁转矩为制动转矩，因此将使转速尽快降下来，同时电势也将随之减小，制动作用减弱。最后转子达到停转。适当减少先留电阻r，可以增强制动作用，减少制动时间。
八．思考题
直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变,试问电磁转矩的
方向是否也不变? 为什么?
答：不变，第一象限是电动机运行，第二象限是发电机运行。第二象限时，转速为正，电磁转矩为负，表示电机转子从轴上吸收机械功率，电机变为发电机。当然此时电流也为负（相对于电动运行时），这也正是发电机的特点了。
电 机 学 实 验 报 告
姓 名：
学 号：
专 业：电气工程及其自动化
指导老师:黄洪全
2013.7.2
实验一 异步电机的M-S曲线测绘
一．实验目的
用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩~转差曲线，并加以比较。
二．预习要点
1．复习电机M-S特性曲线。 2．M-S特性的测试方法。
三．实验项目
1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。 2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。
Tm转差率。Tm了而停转。性。
的曲线部分，在本实验系统中，通过对电机的转速进行检测，动态调节施加于电机的转矩，产生随着电机转速的下降，转矩随之下降的负载，使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。通过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。
四．实验设备
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 3．电机起动箱（MEL-09）。
4．三相鼠笼式异步电动机M04。 5．三相绕线式异步电动机M09。
五．实验方法
1
被试为三相鼠异步电M04，YG为测功机，按图线，量程档。
和“转速控制”选择开关扳向“转速控制”，并将“转速设定”调节旋钮顺时针调到底。
实验步骤：
（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，起动交流电机。观察电机的旋转方向，是之符合要求。
（2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。）
（3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表5-9。
（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩T，转速n，填入表5-10。
表5-10 UN=220V Y接法
2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘
被试电机采用三相绕线式异步电动机M09，Y接法。
（2）绕线电机的转子调节电阻调到2Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。
（3）绕线电机的转子调节电阻调到5Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。
3．换上不同的单相异步电机，按相同方法测出它们的转矩T、转速n。
实 验 总 结
通过这次实验可以看到，表5-9中可知在空载转速至200转/分范围内转矩，
转速都没怎么变化：由表5-10可知当转速开始上升到空载转速时，转速升高转矩降低；由表5-11，5-10对比可知，当外接电阻不变时，电压变小，对应的转矩和转速都要变小；由表5-12 、5-13对比可知当电压不变时，外接电阻增大对应的转矩和转速均减小。
由M-S曲线可知，最后一组实验使电机运行在机械特性稳定的部分
八．思考题
电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因何在？
答：由于电机的转动是转子和定子间的磁耦合来完成的，而磁有磁滞效应，在外磁场变化时，有一部分磁场被铁磁材料吸收了，那么磁场的变化上升轨迹和下降轨迹并不重合，所以电机的升降速曲线也是不重合的
实验二 三相异步电动机的起动与调速
一．实验目的
通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。
二．预习要点
1．复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。 2．复习异步电动机的调速方法。
三．实验项目
1．异步电动机的直接起动。
2．异步电动机星形——三角形（Y-△）换接起动。 3．自耦变压器起动。
4．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 5．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
四．实验设备及仪器
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。 2．指针式交流电流表。
3．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 4．电机起动箱（MEL-09）。 5．鼠笼式异步电动机（M04）。 6．绕线式异步电动机（M09）。
五．实验方法
1．三相笼型异步电动机直接起动试验。 按图3-5接线，电机绕组为△接法。
起动前，把转矩转速测量实验箱（MEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-13的连接是否良好。
仪表的选择：交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。 a
后，观察须切断电源，起动电机。）
b注：的比较。
c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。
d．合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达2~3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表中，注意试验时，通电
时间不应超过10秒，以免绕组过热。
对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算：
TST=(
IST2
)TK IK
式中Ik：起动试验时的电流值，A； TK：起动试验时的转矩值，N.m；
IST=(
UN
)IKUK
式中UK：起动试验时的电压值，V； UN：电机额定电压，V；
压UN=220伏，整个起动过程结束。
4．绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动。
MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关扳向“转速控制”，“转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。
a．起动电源前，把调压器退至零位，起动电阻调节为零。
b．合上交流电源，调节交流电源使电机起动。注意电机转向是否符合要求。 c．在定子电压为180伏时，逆时针调节“转速设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢（只有几十转），读取此时的转矩值Ist和Ist。
d．用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为2Ω、5Ω、15Ω的起动转矩Tst和起动电流Ist，填入表3-9中。
注意：试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。
5．绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速。
实验线路同前。MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针到底，“转速设定”电位器顺时针到底。MEL-09“绕线电机起动电阻”调节到零。
a．合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=220伏，使电机空载起动。 b．调节“转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩T2不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速，记录于表3-10中。
六．实 验 总 结
根据这次实验我学到了笼型异步电动机的启动。它可以分为直接启动，
降压启动（自耦变压器的降压起动，星形--三角形（Y-△)起动，绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速）两种。
直接起动最简单，当电网有足够的容量采用这种方法，在实验中可以看到转矩大，产生的电流也大，但一般要求要有晓得起动电流，这种办法不是很好。 对于降压起动的方法，自耦变压器降压起动将让起动电流减到1（K*K）倍，Y-△起动电流可减小到三分之一，绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器可将起动电流减到原来的k倍。其中R越大，起动电流就越小。 1
七．思考题
1.起动电流和外施电压正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？
答：起动电流和外施电压要求电机参数不变，如定转子电阻电抗值不发生变化。起动转矩和外施电压的平方成正比要求频率一定跟电机参数不变。
实验三 直流发电机
一．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。
二．预习要点
1.什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。
2.做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？
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.他励发电机
(1)空载特性：保持n=nN，使I=0，测取Uo=f(If)。 (2)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)。 2.并励发电机 (1)观察自励过程
(2)测外特性：保持n=nN，使Rf2 =常数,测取U=f(I)。 3.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)。
四．实验设备及仪器
1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。 2．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。 3．直流并励电动机M03。 4．直流复励发电机M01。
5．直流稳压电源（位于主控制屏下部）。 6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。 7．波形测试及开关板（MEL-05）。 8．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 9．三相可调电阻90Ω（MEL-04）。 10．电机起动箱（MEL-09）。
五．实验说明及操作步骤
1．他励发电机。 按图1-3接线
M：直流电动机M03，按他励接法
S1、S2：双刀双掷开关，位于MEL-05
R1：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于MEL-09。 Rf1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于MEL-09。
Rf2：磁场调节变阻器，采用MEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。 R2：发电机负载电阻，采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联）。调节时先调节串联部分，当负载电流大于0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免烧毁熔断器。
mA1、A1：分别为毫安表和电流表，位于直流电源上。 U1、U2：分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源。 V2、mA2、A2：分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA档），直流安倍表（量程为2A档） （1）空载特性
a．打开发电机负载开关S2，合上励磁电源开关S1，接通直流电机励磁电源，调节Rf2，使直流发电机励磁电压最小，mA2读数最小。此时，注意选择各仪表的量程。
b．调节电动机电枢调节电阻R1至最大，磁场调节电阻Rf1至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直流电压已正常建立），使电机旋转。
b．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。
d．调节电动机电枢电阻R1至最小值，可调直流稳压电源调至220V，再调节电动机磁场电阻Rf1，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（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。
e．调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达V0=1.2UN（240V）为止。 f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从UO=1.2UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2，使发电机励磁电流逐次减小，直至If2=o。
每次测取发电机的空载电压UO和励磁电流If2,只取7-8组数据，填入表1-2中，其中UO=UN和If2=O两点必测，并在UO=UN附近测点应较密。
（2）外特性
a．在空载实验后，把发电机负载电阻R2调到最大值（把MEL-03中间和下端的变阻器逆时针旋转到底），合上负载开关S2。
b．同时调节电动机磁场调节电阻Rf1，发电机磁场调节电阻Rf2和负载电阻
R2，使发电机的n=nN,U=UN（200V），I=IN（0.5A），该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流If2N= 0.45A.
c．在保持n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐渐增加负载电阻，即减少发电机负载电流，在额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，直到空载（断开开关S2），共取6-7组数据，填入表1-3中。其中额定和空载两点必测。
表1-3 n=n
（3）调整特性
a．断开发电机负载开关S2，调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达额定值（UN=200V）
b．在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S2，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If2，使发电机端电压保持额定值U=UN，从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流I和励磁电流If2，共取5-6组数据填入表1-4中。
表1-4
n=n
（1）观察自励过程
a．断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮，钥匙开关拨向“关”。 按图1-4接线
R1、Rf1：电动机电枢调节电阻 和磁场调节电阻，位于MEL-09。 A1、mA1：直流电流表、毫安表，位于可调直流电源和励磁电源上。 mA2、A2：直流毫安表、电流表位于MEL-06。
Rf2：MEL-03中二只900Ω电阻相串联，并调至最大。
R2：采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω。 S1、S2：位于MEL-05
V1、V2：直流电压表，其中V1位于直流可调电源上，V2位于MEL-06。 b．断开S1、S2，按前述方法（他励发电机空载特性实验b）起动电动机，调节电动机转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。
c．合上开关S1，逐渐减少Rf2，观察电动机电枢两端电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件，如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。
（2）外特性
a．在并励发电机电压建立后，调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S2，调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机n=nN,U=UN，I=IN。
b．保证此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载，直至I=0，从额定到负载运行范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，填入表1-5中，其中额定和空载两点必测。
3．复励发电机
（1）积复励和差复励的判别 a．接线如图1-5所示
R1、Rf1：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。 A1、mA1：直流电流、毫安表
V2、A2、mA2：直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06组件。 Rf2：采用MEL-03中两只900Ω电阻串联。
R2：采用MEL-03中四只900Ω电阻串并联接法，最大值为2250Ω。 S1、S2：单刀双掷和双刀双掷开关，位于MEL-05开关板上。
按图接线，先合上开关S，将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述并励发电机外特性试验方法，调节发电机输出电流I=0.5IN，n=nN，U=UN。
b．打开短路开关S1，在保持发电机n，Rf2和R2不变的条件下，观察发电
机端电压的变化，若此电压升高即为积复励，若电压降低为差复励，如要把差复
共取6-7组数据，记录于表1-6中，其中额定和空载两点必测。
1.起动直流电动机时，先把R1调到最大，Rf2 调到最小，起动完毕后，再把R1调到最小。
2.做外特性时，当电流超过0.4安时，R2中串联的电阻必须调至零，以免损坏。
六．注意事项
七．实 验 总 结 他励发电机：
（1）空载时：当转速等于常数，一般为额定转速，负载电流等于0，即完全开路时，电枢端电压随励磁电流的变化的关系即为直流发电机的开路特性，对
应的曲线称之为开路特性曲线。（2）外特性：从图表1-2知，电压随电流增加而减小，原因有两个，一是电枢电阻的压降和电枢反映的去磁作用使得负载电流增大时，端电压有减小的趋势。这种端电压的变化的多少用电压调整率来表示。
并励发电机：
（1）空载时，并励直流发电机的励磁绕组和电枢绕组并联，开路时电枢电流等
于励磁电流，而励磁电流只占额定电流的百分之一到三。（2）外特性：由表1-3可知，端电压随负载电流的增大而下降，原因是A电枢的电阻压降的存在；B电枢反应的去磁作用；C励磁电流的进一步减小。
复励发电机：
开路时，负载电流为零，串励绕组不起作用，故其特性和并励直流发电机一
样。它的励磁绕组分为两部分，一部分是并励绕组，另一部分是串励绕组。
八．思考题
1.并励发电机不能建立电压有哪些原因？ 答：
(1)有剩磁，如果剩磁消失，则须将励磁绕组接到其他直流电源上去充磁。 (2)励磁电流所产生的磁场与剩余磁场方向一致。若相反，可将励磁绕组两端的接线对调一下，或将电机的旋转方向改变亦可。
(3)励磁回路的电阻过大。这只要减少励磁调节电阻就行了。
2.在发电机一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？
答： 在正常状态下，发电机的转子轴上承受着由原动机（汽轮机，水轮机，柴油机灯）提供的主力矩和由负载提供的阻力矩，二者方向相反的，当阻力矩和主力矩相等时，发电机就将按照额定转速旋转，当负载增加时，阻力矩增大，这时平衡被破坏发电机转速就将下降。
此时为保持发电机转速不变就要增加主力矩也就是增加原动机的处力，一般是开大气门油门等等来达到调节转速的目的
实验四 直流他励电动机机械特性
一．实验目的
了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性
二．预习要点
1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？
2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？
3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。
三．实验项目
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．实验设备及仪器
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。 2．电机导轨及转速表（MEL-13、MEL-14） 3．三相可调电阻900Ω（MEL-03） 4．三相可调电阻90Ω（MEL-04） 5．波形测试及开关板（MEL-05） 6、直流电压、电流、毫安表（MEL-06） 7．电机起动箱（MEL-09）
五．实验方法及步骤
1．电动及回馈制动特性 接线图如图5-1
（MEL-06）；
直流电流表mA1、A1分别为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表； mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（MEL-06） R1选用900Ω欧姆电阻（MEL-03）
R2选用180欧姆电阻（MEL-04中两90欧姆电阻相串联） R3选用3000Ω磁场调节电阻（MEL-09）
R4选用2250Ω电阻（用MEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）
开关S1、S2选用MEL-05中的双刀双掷开关。
按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置； （1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。
（2）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。 （3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。
实验步骤。
a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。
b．分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机G磁场调节电阻R3、负载电阻R4（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900Ω电阻相并联的旋钮），使直流电动机M的转速nN=1600r/min，If+Ia=IN=0.55A，此时If=IfN，记录此值。
c．保持电动机的U=UN=220V，If=IfN不变，改变R4及R3阻值，测取M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取5-6组数据填入表中。
d机Ge（Ia）2掉）a
R4置最大值。
b．按前述方法起动电动机，测量发电机G的空载电压是否和直流稳压电源极性相反，若极性相反可把S2含向“1”端。
c．调节R2为900Ω，调节直流电源电压U=UN=220V，调节R1使If=IfN，保持以上值不变，逐渐减小R4阻值，电机减速直至为零，继续减小R4阻值，此时电动机工作于反接制动状态运行（第四象限）；
d．再减小R4阻值，直至电动机M的电流接近0.8倍IN，测取电动机在第1、第4象限的n、I2，共取5-6组数据记录于表5-3中。
调节R2的180Ω，重复上述实验步骤，测取Ia、n，共取6-7组数据，记录于表5-5中。
当忽略不变损耗时，可近似为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转矩T=CMΦIa，他励电动机在磁通Φ不变的情况下，其机械特性可以由曲线n=f（Ia）来描述。画出以上二条能耗制动特此曲线n=f（Ia），见图5-4。
六．实验注意事项
调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻过流烧毁熔断丝。
七．实 验 总 结
（1）电动及回馈制动：发电机工作时的电磁转矩为制动转矩，这样不但限制了转速的继续升高，而且又把机车下坡时的位能转换为电能回馈给了电网，节省了能量。在变频调速系统中，电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的，在变频器频率减小的瞬间，电动机的回馈制动原理框图步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电动机的转自转速未变，或者说是它的转速变化有一定的时间滞后，这时会出现实际转速大于给定的转速，从而产生电动机反电动势高于变频器的直流端电压的情况，这时电动机就变成了发电机，非但不能消耗电网的电能，反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电，这样既有良好的制动效果，又能将动能转换为电能，向电网送电而达到回收能量的效果。
（2）电动及反接制动：反接制动的关键仍然是采用了双向开关Q，注意开关上下接触点为交叉线，当双向双刀开关关合在图中 为止时，电动机正常运行，电磁转矩属于性质的转矩。
当双向双刀开关合向图中下方位置时，电动机处于反接状态。因为开关Q刚刚合向下边的瞬间由于惯量的存在，转速不会突变，励磁也并没有改变，电势也暂时不改变，只是电枢电源反接使电枢电流反向，从而使转矩反向成为反接制动转矩。因而使转矩迅速下降，若在转速下降到零的瞬间断开电源，则将电机立即停转，如果转速没有断开电源则电机将反向转动。
能耗制动：能耗制动的关键是采用双向双刀开关Q。
当开关Q合在图中上边位置时电机做电动机运行，即电磁转矩与转速同方向，属于拖动转矩。而当开关Q合向图中下边位置时，电机做发电机运行。
因为开关刚刚合向下边的瞬间，由于惯量的 存在，转速不会突变；励磁接线并没有改变磁场也没有改变，故电势也暂时不会改变，故电机作发电机运行，发电机运行时，电磁转矩为制动转矩，因此将使转速尽快降下来，同时电势也将随之减小，制动作用减弱。最后转子达到停转。适当减少先留电阻r，可以增强制动作用，减少制动时间。
八．思考题
直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变,试问电磁转矩的
方向是否也不变? 为什么?
答：不变，第一象限是电动机运行，第二象限是发电机运行。第二象限时，转速为正，电磁转矩为负，表示电机转子从轴上吸收机械功率，电机变为发电机。当然此时电流也为负（相对于电动运行时），这也正是发电机的特点了。