-

1. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН
Методические указания для выполнения
лабораторных работ
НОВОСИБИРСК 2009
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
621.3
Р339

2. УДК 621.313
Р339
Режимы работы электрических машин: Метод. указ. для
выполнения лабораторных работ / Сост. К.В. Власов, В.А. Слай-
ковская. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. – 23 с.
Методические указания к лабораторным работам, осуществляемым на стен-
дах с электронным управлением, содержат задания и инструкции. Работы
выполняются при изучении тем «Двигатели постоянного тока», «Синхронные
генераторы», «Асинхронные двигатели».
Предназначены для студентов специальностей «Сервис транспортных и
технологических машин и оборудования», «Автомобили и автомобильное хо-
зяйство».
Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафедры
«Электротехника, диагностика и сертификация».
Отв етств ен н ы й р еда ктор
канд. техн. наук, доц. Е.В. Лесных
Р е ц е н з е н т
доц. кафедры «Физика» Сибирского государственного уни-
верситета путей сообщения, канд. техн. наук Е.М. Сухарев
 Власов К.В., Слайковская В.А., сост., 2009
 Сибирский государственный
университет путей сообщения, 2009

3. 3
ПРЕДИСЛОВИЕ
В лабораторных работах используется учебный лаборатор-
ный комплекс «Электрические машины» ООО «Учебная техни-
ка».
Для выполнения лабораторных работ используются следую-
щие блоки, входящие в комплект учебного комплекса:
а) блок электрических машин;
б) трехфазный источник питания;
в) источник питания машины постоянного тока;
г) возбудитель машины переменного тока;
д) активная нагрузка;
е) реостат возбуждения машины постоянного тока;
ж) реостат цепи ротора машины переменного тока;
и) трехфазная трансформаторная группа;
к) трехполюсный выключатель.
Для измерения электрических величин используются следую-
щиеприборы:
а) блок мультиметров;
б) измеритель мощностей;
в) измеритель частот и напряжений.
Предусмотрено использование указателя частоты вращения.

4. 4
Лабораторная работа № 1
Исследование двигателя постоянного тока
Цель работы. Изучение принципа действия, процесса пуска
и регулирования скорости вращения двигателя. Исследование
свойств двигателя путем снятия механических и регулировоч-
ных характеристик.
1. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
2. По паспортным данным двигателя рассчитать и построить
механическую характеристику двигателя постоянного тока па-
раллельного возбуждения n = f(M).
3. Собрать электрическую схему, соответствующую типу
возбуждения двигателя, заданного преподавателем.
4. Снять регулировочнуюхарактеристикуn = f(Uя)или n = f(Iв)
по заданию преподавателя опытным путем.
5. Снять естественную механическую характеристику двига-
теля и искусственную механическую характеристику при Uя 
Uян или Iв  Iвн по заданию преподавателя. Нагрузкой для двига-
теля является синхронный генератор, расположенный с ним на
одном валу.
6. По экспериментальным данным построить графики регули-
ровочной и механических характеристик.
7. Проанализировать полученные результаты, сделать выводы.
2. Пояснения к выполнению работы
2.1. В работе при монтаже схемы используются следу-
ющие блоки учебного стенда:
а) блок электрических машин;
б) трехфазный источник питания;
в) источник питания машины постоянного тока;
г) возбудитель машины переменного тока;
д) активная нагрузка;
е) реостат возбуждения машины постоянного тока;
ж) блок мультиметров.
2.2. Паспортные данные двигателя постоянного тока:
Pн = 90 Вт – номинальная механическая мощность двигателя
на валу;
Uян = 220 В – номинальное напряжение якоря;

5. 5
nн = 1500 об/мин – номинальная частота вращения;
н = 0,572 – коэффициент полезного действия;
Iвн = 0,15 А – номинальный ток возбуждения;
rв = 1,47 кОм – сопротивление обмотки возбуждения;
Iян = 0,56 А – номинальный ток якоря;
rя = 65 Ом – сопротивление обмотки якоря.
2.3. Механическая характеристика двигателя постоянного
тока параллельного возбуждения представляет собой прямую,
проведенную через точку холостого тока (М = 0; n = nхх) и точку
номинального режима работы двигателя (M = Mн; n = nн).
Номинальный момент двигателя определяется по формуле
.
55,9
н
н
н
n
Р
М 
Частота вращения в режиме холостого хода определяется по
формуле
.
1
ян
яян
н
хх
U
rI
n
n


2.4. Для выполнения экспериментальной части лабораторной
работы необходимо собрать электрическую цепь, схема которой
представлена в прил. А, рис. А1. Внимание! В обязательном
порядке подключить контакт теплового реле к блоку трехфазно-
го источника питания.
2.5. Включение лабораторного стенда осуществляется в сле-
дующем порядке:
1) Возбудитель машины переменного тока и источник питания
двигателя постоянного тока переводятся в ручной режим управ-
ления при помощи соответствующих тумблеров.
2) Включается трехфазный источник питания.
3) Включается тумблер «Сеть» указателя частоты вращения.
4) Включается тумблер «Сеть» возбудителя машины пере-
менного тока.
5) Включается тумблер «Сеть» источника питания двигателя
постоянного тока.
6) Включаются мультиметры.

6. 6
7) Нажимается кнопка «Вкл» источника питания двигателя
постоянного тока.
8) Осуществляется пуск двигателя постоянного тока путем
плавного повышения напряжения якоря с помощью вращения
регулятора источника питания двигателя постоянного тока.
2.6. Регулировочную характеристику снимают в режиме хо-
лостого хода (нагрузка на валу двигателя отсутствует, т.е.
машина переменного тока не возбуждена). Ток возбуждения
двигателя изменяют при помощи реостата возбуждения, на-
пряжение якоря изменяют при помощи блока регулируемого
напряжения источника питания машины постоянного тока. Ре-
зультаты измерений заносятся в табл. 1.1 и табл. 1.2.
Таблица 1.1
Регулировочная характеристика двигателя при изменении
тока возбуждения
Таблица 1.2
Регулировочная характеристика двигателя при изменении
напряжения якоря
2.7. Механические характеристики снимают путем нагруже-
ния двигателя синхронным генератором. Реостаты блока актив-
ной нагрузки устанавливаются на максимум. Нажимается кноп-
ка «Вкл» возбудителя машины переменного тока. Изменение
нагрузки двигателя производится путем изменения тока возбуж-
дения генератора с помощью вращения регулятора блока возбу-
дителя машины переменного тока. При этом снимаются показа-
ния тока якоря по прибору, расположенному на блоке источника
питания двигателя постоянного тока. Внимание! Ток якоря не
должен превышать 2 А. Результаты измерений заносятся в
табл. 1.3, 1.4, 1.5.
rдоб, Ом 0 200 400 600
Iв, А, при Uя = Uян
n, об/мин
Uя, В 0 50 100 150 Un 240
n, об/мин

7. 7
Таблица 1.3
Естественная механическая характеристика двигателя
постоянного токa
Таблица 1.4
Искусственная механическая характеристика двигателя
постоянного тока при пониженном значении тока возбуждения
Таблица 1.5
Искусственная механическая характеристика двигателя
постоянного тока при пониженном значении напряжения на якоре
Снимается естественная механическая характеристика и одна
изискусственныхприUя Uян илиIв Iвн позаданиюпреподавателя.
2.8. После выполнения экспериментальной части стенд от-
ключается в следующем порядке: 1) реостат возбуждения ма-
шины постоянного тока устанавливается на нуль; 2) ток возбуж-
дения генератора снижается до нуля; 3) напряжение якоря двига-
теля снижается до нуля; 4) отключаются возбудитель машины
переменного тока и источник питания машины постоянного
тока; 5) отключается трехфазный источник питания; 6) отклю-
чаются мультиметры.
2.9. Графики механических характеристик, полученных экс-
периментально, строятся в одних координатах с графиком, полу-
ченным расчетным путем. Момент определяется по формуле
.)(
2
60
яяяя IIrU
n
М 


3. Отчет по лабораторной работе должен содержать:
а) электрическую принципиальную схему;
Iя, А
естественная
Iв – max, Uя = Uян
0,18 0,4 0,8 1 1,2
n, об/мин
Iя, А
искусственная
(Uя = 180 В)
0,18 0,4 0,8 1 1,2
n, об/мин
Iя, А
искусственная
при Iв = 0,1 А
0,18 0,4 0,6 0,8 1 1,2
n, об/мин

8. 8
б) необходимые вычисления;
в) таблицы с экспериментально полученными данными;
г) графики характеристик, построенных по расчетным и экс-
периментальным данным;
д) выводы по результатам работы.
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип действия двигателя постоянного тока.
2. Какие способы возбуждения двигателя постоянного тока получили
распространение на практике? В чем особенности работы двигателей
постоянного тока с различными типами возбуждения?
3. Какие способы пуска двигателейпостоянного тока применяются на
практике? Какой способ пуска использовался в лабораторной работе?
4. Что такое противоЭДС двигателя постоянного тока и от чего она
зависит?
5. Какие способы используются для регулирования частоты враще-
ния двигателя постоянного тока? В чем их особенности?
6. В чемзаключается свойство саморегулирования двигателей?Пояс-
ните суть этого явления на примере двигателя постоянного тока.
7. Конструкция двигателя постоянного тока. Назначение статора,
ротора, щеточно-коллекторного устройства.
Лабораторная работа № 2
Исследование синхронного генератора
Цель работы. Изучение принципа действия генератора. Ис-
следование свойств генератора путем снятия характеристики
холостого хода, внешней и регулировочной характеристик.
1. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
2. Собрать электрическую схему, запустить генератор.
3. Снять характеристику холостого хода U = f(Iв).
4. Снять внешнюю характеристику генератора U = f(Iн).
5. Снять регулировочную характеристику генератора Iв= f(Iн).
6. Поэкспериментальным данным построить графики характе-
ристики холостогохода, внешнейирегулировочнойхарактеристик.
Проанализировать полученные результаты, сделать выводы.
2. Пояснения к выполнению работы
2.1. В работе при монтаже схемы используются следующие
блоки учебного стенда:
а) блок электрических машин;

9. 9
б) трехфазный источник питания;
в) источник питания машины постоянного тока;
г) возбудитель машины переменного тока;
д) активная нагрузка;
е) блок мультиметров.
2.2. Паспортные данные синхронного генератора:
Pн = 100 Вт – номинальная механическая мощность двигателя
на валу;
Uн = 220 В – номинальное напряжение;
Iн = 0,26 А – номинальный ток;
fн = 50 Гц – номинальная частота тока генератора;
nн = 1500 об/мин – номинальная частота вращения;
Uвн = 22 В – номинальное напряжение возбуждения;
Uz – номинальное напряжение якоря;
Iвн = 1,85 А – номинальный ток возбуждения;
cosн = 0,73.
2.3. Для выполнения экспериментальной части лабораторной
работы необходимо собрать электрическую цепь, схема которой
представлена на рис. А1. Внимание! В обязательном порядке
подключить контакт теплового реле к блоку трехфазного источ-
ника питания.
Включение лабораторного стенда осуществляется в следую-
щем порядке: 1) возбудитель машины переменного тока и источ-
ник питания двигателя постоянного тока переводятся в ручной
режим управления при помощи соответствующих тумблеров;
2) включается трехфазный источник питания; 3) включается
тумблер «Сеть» указателя частоты вращения; 4) включается
тумблер «Сеть» возбудителя машины переменного тока; 5) вклю-
чается тумблер «Сеть» источника питания двигателя постоянно-
го тока; 6) включаются мультиметры; 7) нажимается кнопка
«Вкл» источника питания двигателя постоянного тока; 8) осуще-
ствляется пуск двигателя постоянного тока путем плавного
повышения напряжения якоря с помощью вращения регулятора
источника питания двигателя постоянного тока.
Внимание! Двигатель постоянного тока является приводным
двигателем исследуемого генератора. Скорость вращения вала
генератора устанавливается равной номинальной, при этом час-
тота переменного напряжения также равна номинальной.

10. 10
2.4. Характеристику холостого хода снимают при токенагруз-
ки генератора, равном нулю, т.е. реостаты активной нагрузки
отключены. Ток возбуждения генератора увеличивают при по-
мощи вращения регулятора блока возбудителя машины пере-
менного тока. Результаты измерений заносятся в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Характеристика холостого хода
2.5. Внешнюю характеристику снимают, увеличивая ток гене-
ратора путем симметричного изменения сопротивлений актив-
ной нагрузки в фазах статора, предварительно возбудив машину
дономинального напряжения и установив номинальнуючастоту.
Регистрируются значения тока нагрузки, напряжения и частоты
генератора. Результаты измерений заносятся в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Внешняя характеристика
2.6. Регулировочная характеристика снимается при условии
f = fн = const. Стабилизация частоты тока генератора осуществ-
ляется путем регулирования скорости вращения при изменении
напряжения якоря приводного двигателя на источнике питания
машины постоянного тока.
Изменяя ток возбуждения генератора, устанавливают значе-
ние напряжения генератора, заданное преподавателем.
При увеличении тока нагрузки наблюдают за напряжением
генератора и компенсируют его уменьшение увеличением тока
возбуждения. Нагружают генератор до 80 % от максимально
возможной нагрузки. Результаты заносят в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Регулировочная характеристика
Iв, А 0 0,2 0,4 0,6 1,0 1,4 1,85
U, В
*
Задается преподавателем.
Rн, % 0 30 40 60 80 100
I, А
U, В
f, Гц
Rн, % 0 30 40 60 80
I, А
при U = В*
Iв, А

11. 11
2.7. После выполнения экспериментальной части стенд от-
ключается в следующем порядке: 1) ток нагрузки уменьшает-
ся до нуля; 2) ток возбуждения генератора снижается до нуля;
3) напряжение якоря приводного двигателя снижается до нуля;
4) отключаются возбудитель машины переменного тока и источ-
ник питания машины постоянного тока; 5) отключается трехфаз-
ный источник питания; 6) отключаются мультиметры.
3. Отчет по лабораторной работе должен содержать:
а) электрическую принципиальную схему;
б) таблицы с экспериментально полученными данными;
в) графики характеристики холостого хода, внешней и регули-
ровочной характеристик;
г) выводы по результатам работы.
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип действия синхронного генератора.
2. Поясните назначение цепи возбуждения генератора.
3. Поясните способ самовозбуждения генератора.
4. Чем объясняется вид полученной внешней характеристики?
5. Каким образом осуществляется регулирование напряжения гене-
ратора?
6. Каким образом осуществляется регулирование частоты генератора?
7. Конструкция синхронного генератора. Назначение статора, рото-
ра. Особенности цепи статора, цепи ротора.
Лабораторная работа № 3
Исследование асинхронного двигателя
Цель работы. Изучение принципа действия, процесса пуска
и регулирования скорости вращения двигателя. Исследование
свойств двигателя путем снятия механических характеристик.
Типовой вид основных характеристик электрических машин
представлен в прил. Б.
1. Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
2. По паспортным данным двигателя рассчитать и построить
механическую характеристику асинхронного двигателя n = f(M).
3. Собрать электрическую схему.
4. Снять естественную механическую характеристику двига-
теля и искусственную механическую характеристику при вве-
денном в цепь ротора реостате с номиналом, заданным препода-

12. 12
вателем. Нагрузкой для двигателя является генератор постоян-
ного тока, расположенный с ним на одном валу.
5. По экспериментальным данным построить графики меха-
нических характеристик.
6. Проанализировать полученные результаты, сделать выводы.
2. Пояснения к выполнению работы
2.1. В работе при монтаже схемы используются следующие
блоки учебного стенда:
а) блок электрических машин;
б) трехфазный источник питания;
в) источник питания машины постоянного тока;
г) возбудитель машины переменного тока;
д) активная нагрузка;
е) реостат возбуждения машины постоянного тока;
ж) блок мультиметров.
2.2. Паспортные данные асинхронного двигателя:
f = 50 Гц – частота тока;
Pн = 30 Вт – номинальная механическая мощность двигателя
на валу;
Uян = 127 В – номинальное напряжение статора;
nн = 1250 об/мин – номинальная частота вращения;
н = 0,36 – коэффициент полезного действия;
Iн = 0,35 А – номинальный ток статора;
cos = 0,73 – коэффициент мощности;
 = 1,3 – коэффициент перегрузки;
U1 = 240 В – первичное напряжение на обмотках;
U2 = 127 В – вторичное напряжение на обмотках;
Iян – номинальный ток якоря генератора;
Rя – сопротивления якоря генератора.
2.3. При расчете механической характеристики определяются:
Синхронная частота вращения nо и число пар полюсов p.
Синхронная частота вращения выбирается из стандартного
ряда частот ближайшая к номинальной частоте вращения вала
двигателя. Число пар полюсов определяется из соотношения
.
60
0
p
f
n 

13. 13
Номинальное скольжение
.
0
н0
н
n
nn
s


Критическое скольжение
.12
нк 



  ss
Номинальный момент двигателя
.
55,9
н
н
н
n
P
M 
Для построения механической характеристики используется
упрощенная формула
,
2
к
к
к
s
s
s
s
M
M


где s – текущее значение скольжения.
Задаваясь различными значениями скольжения (см. табл. 3.1),
определяют соответствующие значения момента и оборотов
вала двигателя.
Таблица 3.1
Результаты расчета
По полученным данным построить график механической ха-
рактеристики.
2.4. Для выполнения экспериментальной части лабораторной
работы необходимо собрать электрическую цепь, схема которой
представлена на рис. А3. Внимание! В обязательном порядке
подключить контакт теплового реле к блоку трехфазного источ-
ника питания.
Включение лабораторного стенда осуществляется в следую-
щем порядке: 1) источник питания двигателя постоянного тока
переводят в ручной режим управления при помощи соответству-
ющего тумблера; 2) включается трехфазный источник питания;
3) включается тумблер «Сеть» указателя частоты вращения;
s 0 0,1 sн 0,3 sк 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
М, Нм
n, об/мин

14. 14
4) включается тумблер «Сеть» возбудителя машины постояного
тока; 5) включаются мультиметры; 6) нажимается кнопка «Вкл»
источника питания машины постоянного тока; 7) осуществляет-
ся пуск асинхронного двигателя включением трехполюсного
выключателя.
2.5. Механические характеристики снимают путем нагруже-
ния асинхронного двигателя генератором постоянного тока. Ре-
остаты блока активной нагрузки устанавливаются на максимум.
Изменение нагрузки двигателя производится путем изменения
тока возбуждения генератора с помощью вращения регулятора
блока возбудителя машины постоянного тока. При этом снима-
ются показания тока статора. Внимание! Ток якоря не должен
превышать 2 А. Результаты измерений заносятся в табл. 3.2.
Искусственная механическая характеристика снимается в том
же порядке при введении в цепь ротора асинхронного двигателя
добавочного реостата с номиналом, заданным преподавателем.
2.6. После выполнения экспериментальной части стенд от-
ключается в следующем порядке: 1) ток возбуждения генерато-
ра снижается до нуля; 2) добавочный реостат в цепи ротора
асинхронного двигателя устанавливается на нуль; 3) выключа-
ется трехполюсный выключатель; 4) отключается возбудитель
машины постоянного тока; 5) отключается указатель частоты
вращения; 6) отключается трехфазный источник питания; 7) от-
ключаются мультиметры.
Таблица 3.2
Результаты эксперимента
2.7. Вычисляется момент асинхронного двигателя для каждо-
го значения тока из табл. 3.2, результаты расчета заносятся в
табл. 3.3.
  м.Н,/55,9; 2я
2
яня
2
яяя2  nPMRIRIIUP
Iяг, А 0 0,15 0,2 0,25 0,3
Uяг, B
Р, Вт
n, об/мин
Iст.дв, А
Uст.дв, В

15. 15
Таблица 3.3
Расчетные данные к определению механической характеристики
Графики механических характеристик, полученных экспери-
ментально, строятся в одних координатах с графиком, получен-
ным расчетным путем.
3. Отчет по лабораторной работе должен содержать:
а) электрическую принципиальную схему;
б) необходимые вычисления;
в) таблицы с экспериментально полученными данными;
г) графики характеристик, построенные по расчетным и экс-
периментальным данным;
д) выводы по результатам работы.
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип действия асинхронного двигателя.
2. Какие способы пуска асинхронных двигателей применяются на
практике? Какой способ пуска использовался в лабораторной работе?
3. Какие способы используются для регулированиячастоты вращения
асинхронного двигателя постоянного тока? В чем их особенности?
4. Поясните свойство саморегулирования на примере асинхронного
двигателя.
5. Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фаз-
ным ротором.
Рекомендуемая литература
1. Электротехника: Учеб. пособие для неэлектротехн. специальностей ву-
зов / М.Ю. Анвельт, В.Г. Герасимов, В.Б. Данильченко и др.; Под ред. проф.
В.С. Пантюшина. М.: Высш. шк., 1976.
2. Электротехника: Учеб. пособие для неэлектротехн. специальностей ву-
зов / Х.Э. Зайцев, В.В. Кым-Далин, В.В. Крымов и др.; Под ред. В.Г. Герасимова.
3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1985.
М, Нм
Р2, Вт

16. 16
ПриложениеА
Электрическиесхемы
а)

17. 17
Продолжениеприл.А
Рис.А1.Схемаучебнойлабораторнойустановкидляисследованиядвигателяпостоянноготока:
а–независимоговозбуждения;б–параллельноговозбуждения
б)

18. 18
Продолжениеприл.А
Рис.А2.Схемаучебнойлабораторнойустановкидляисследованиясинхронногогенератора

19. 19
Окончаниеприл.А
Рис.А3.Схемаучебнойлабораторнойустановкидляисследованияасинхронногодвигателя

20. 20
Приложение Б
Типовой вид основных характеристик электрических машин
Рис. Б1. Механические характеристики двигателя постоянного тока
независимого возбуждения при регулировании напряжением якоря (а),
током возбуждения (б):
1 – естественная характеристика; 2 – искусственная характеристика (при
Uя < Uян); 3 – искусственная характеристика (при Iя < Iян)
n, об/мин
M, Н·м M, Н·м
n, об/мин
1
12
3
Mн Mн
Рис. Б2. Внешняя характеристика генератора
а) б)
U, В
Iн, А

21. Окончание прил. Б
n, об/мин
M, Н·мMн
1
2
Рис. Б3. Механические характеристики асинхронного двигателя при
регулировании путем введения дополнительного сопротивления в цепь
ротора:
1 – естественная; 2 – с добавочным сопротивлением

22. Содержание
Предисловие .....................................................................................................................3
Лабораторная работа № 1. Исследование двигателя постоянного
тока..............................................................................................................................4
Лабораторная работа № 2. Исследование синхронного генератора.........................8
Лабораторная работа № 3. Исследование асинхронного двигателя .......................11
Рекомендуемая литература ..........................................................................................15
Приложение А. Электрические схемы ........................................................................16
Приложение Б. Типовой вид основных характеристик электрических машин .....20

23. Редактор М.А. Турбина
Компьютерная верстка Т.А. Соловьева, Ю.В. Борцова
Учебное издание
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Методические указания для выполнения лабораторных работ
Составители Власов Константин Владимирович
Слайковская Валентина Алексеевна
Изд. лиц. ЛР № 021277 от 06.04.98
Подписано в печать 11.09.09
1,5 печ. л. 1,2 уч.-изд. л. Тираж 70 экз. Заказ № 2073
Издательство Сибирского государственного университета путей сообщения
630049, Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191
Тел. (383) 328-03-81 E-mail: press@stu.ru