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电机实验报告
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西南交大 电气 电机学实验报告
电机学实验报告班级： 学号： 姓名：目录实验一 单相变压器 ................................................................................................................3 实验二 三相变压器实验 ......................................................................................................10 实验三 三相变压器的联接组实验 ......................................................................................17 实验四 直流发电机 ..............................................................................................................25 实验五 直流电动机 ..............................................................................................................29 实验六 三相绕组与旋转磁场实验 .....................................................................................37 实验七 三相鼠笼异步电动机的工作特性 .........................................................................40 实验八 三相异步电动机的起动与调速 ..............................................................................45 实验九 三相感应电动机的变频调速实验 .........................................................................50 实验十 三相同步发电机的并联运行 ..................................................................................53 实验十一 三相同步发电机的并联运行 .............................................................................57 实验十二 三相同步电动机 ..................................................................................................61实验一一、实验目的单相变压器1、通过空载（也称开路实验、也称负载实验）和短路实验测定变压器的变化和参数。 2、通过不同性质的负载实验测取变压器的运行特性。二、预习要点1、变压器的空载和短路实验有什么特点？实验中电源电压一般加在哪一方较合适？ 2、在空载和短路实验中，各种仪表应怎样联接才能使测量误差最小？ 3、如何用实验方法测定变压器的铁耗及铜耗。三、实验设备及仪表1）单相变压器 2）三项调压器 3）交流电压表 4）交流电流表 5）低功率因数功率表 6）高功率因数功率表 7）负载灯箱 8）功率因数表 9）单相可调电抗器 或电机及电气技术实验装置 1台 1台 2块 2块 1块 1块 1台 1块 1台 1台四、实验内容1、空载实验：测取空载特性 U0=f(I0)，P0=f(U0)。 2、短路实验：测取短路特性 Uk=f(Ik)，Pk=f(Ik)。 3、负载实验： （1）纯电阻负载：保持 U1=U1N，cosφ2=1 的条件下，测取 U2=f(I2)。 （2）阻感性负载：保持 U1=U1N，cosφ2=0.8 的条件下，测取 U2=f(I2)。五、实验说明1） 中小型电力变压器的空载电流约为 I0=(3～10)%IN， 短路电压约为 Uk= （5～10） %UN， 以此选择电流表和功率表的量程。 2）空载实验应选择低功率因数功率表测量功率，短路实验选择高功率因数功率表测量功率，以减小测量误差。实验时应辨明调压变压器的输入和输出端，以免错接而损坏实验设 备。 3）空载和短路实验时，若电源电压加在变压器一次侧，由所测数据计算的参数不必归 算到一次侧。若电源电压加在变压器二次侧，由所测数据计算的参数应归算到一次侧。 4）空载实验时，应注意读取额定电压 UN 时的相关数据。短路实验时，应注意读取额 定电流 IN 时的相关数据。 5）变压器的铁耗与电源电压的频率及波形有关，实验要求电源电压的频率等于或接近 被测试变压器的额定频率（允许偏差不超过±1%） ，其波形应属实际正弦波。 6）变压器短路实验时操作应尽快进行，以免线圈发热而引起电阻阻值的变化。 7）变压器负载实验时，所加负载不应超过变压器的额定容量。六、实验线路及操作步骤1、空载实验 实 验 线 路 如 图 1-1 所 示 。 被 试 变 压 器 选 用 单 相 变 压 器 ， 其 额 定 容 量 PN=1kw ， U1N/U2N=380/220v，I1N/I2N=2.6A/4.5A。变压器的低压线圈接电源，高压线圈开路。低压边 交流电压表选用 250V 挡，交流电流表选用 0.5A 挡，功率表选用量程选择 300V、2.5A、cos φ =0.2 挡。接通电源前，选好所有电表量程，将交流电源调压旋钮调到输出电压为零的位 置，然后打开钥匙开头，按下面板上“通”的按钮，此时变压器接入交流电源，调节交流电 源调压旋钮，使变压器空载电压 U0=1.2U2N，然后，逐渐降低电源电压，在 1.2～0.2U2N 的 范围内，测取变压器的 U0、I0、P0，计算功率因数，为了计算变压器的变化，共取 6～7 组 数据，记录于表 2-1 中，其中 U=U2N 的点必侧，并在该点附近测的点应密些。为了计算变 压器的变比，在 U2N 附近测取三组原方电压和副方电压的数据，记录于表 1-1 中。* *WAA a三 相 调 压 器A B C x图 1-1 单相变压器空载实验接线图V VX表 1-1 序号 1 2 3 4 实 U0（V） 260 220 180 140 I0（A） 0.930 0.422 0.175 0.085 验 数 据 P0（W） 25.5 15 8.9 4.1 UAX（V） 444.0 376.0 310.0 240.2 计算数据 cosφ0 0.106 0.162 0.283 0.3455 6100 800.053 0.0431.5 0.1172.2 139.80.286 0.0292、短路实验 变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路，实验线路如图 1-2 所示。300 250 200 150 100 50 0 0.5 0.085 I 0.175 0.422 0.93 80 100 180 140 260 220U30 25 20 15 10 5 0 0.1 0. 0. 0.085 I 0.175 0.422 0.93 8.9 15 25.5P0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 00.345 0.286 0.283 0.162 0.106 0.029 0.5 0.085 I 0.175 0.422 0.93cosφ 0*A*Wa A三 相 调 压 器A B C X图 1-2 单相变压器短路实验接线图Vx电压表选择 15V 档，电流表选择 5A 档，功率仍选择 150V、5A、cosφ =0.2 挡。接通电 源前，先将交流调压旋钮调到输出电压为零的位置，选好所有电表量程，按上述方法接通交 流电源。逐次增加输入电压，直至短路电流等于 1.1I1N 为止。在 0.3～1.1I1N（0～3A）范围 内测取变压器的 UK、IK、PK 共取 4-5 组数据记录于表 1-2 中，其中 IK=I1N 的点必测。并记 下实验时周围环境温度θ （℃） 。 注意：调高电压时，切记应在观察电流表同时缓慢升高。短路实验操作要快，否则线圈 发热会引起电阻变化。 表 1-2 θ =24.5℃ 序 1 2 3 4 5 6 号 实 UK（V） 12.31 10.91 10.60 8.49 6.11 3.85 验 数 据 IK（A） 2.975 2.6 2.55 2.025 1.505 0.91 PK（W） 35.0 26.5 25.0 15.0 6.5 1.1 计算数据 cosφK0.956 0.934 0.925 0.872 0.707 0.31414 12 10 8 6 4 2 010.6 8.49 6.11 3.8510.9112.31U0.911.5052.025 I2.552.62.97540 35 30 25 20 15 10 0 1.1 0.91 1.505 2.025 I 2.55 2.6 2.975 6.5 26.5P1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.91 1.505 2.025 I3、负载实验*0.872 0.707 0.3140.9250.9340.956cosφ 02.552.62.975A1相 调 压 器 A B CV 1*AaWA2S1VRL灯箱 负 载S2XLXx图 1-3 负载实验接线图实验线路如图 1-3 所示。变压器高压线圈接电源，低压线圈经过开关 S1 和 S2，接到负 载电阻 RL 和电抗 XL 上。 （1）纯电阻负载 接通电源前，将交流电源调节旋钮调到输出电压为零的位置，负载电阻调至最大（不开 灯泡） ，然后合上 S1 ，按下接通电源的按钮，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压 U1=U1N=380V， 在保持 U1=U1N 的条件下， 逐渐增加负载电流， 即减少负载电阻 RL 的阻值 （开 灯泡） ，从空载到额定负载的范围内（0～5A） ，测取变压器的输出电压 U2 和电流 I2，共取 5-6 组数据，记录于表 1-3 中，其中 I2=0 和 I2=I2N 两点必测。表 1-3 序 1 2 3 4 5 6 号 U2（V） 220 218 215 214.8 214.2 213cosφ 2=1，U1=UN= 380 V I2（A） 0 0.855 1.75 2.6 3.46 4.35222 220 218 216 214 212 210 208 0220 218 215 214.8 214.2 213U0.8551.75 I2.63.464.35七、实验报告1、计算变化 由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据，分别计算出变比，然后取其平均值 作为变压器的变比 K。 K=UAX/UaX 2、绘出空载特性曲线和计算激磁参数 （1）绘出空载特性曲线：U0=f（I0） ，P0=f（U0） ，cosφ 0=f（U0） 。其中 cosφ 0=P0/U0I0。 （2）计算激磁参数 从空载特性曲线上查出对应于 U0=UN 时的 I0 和 P0 值，并由下式算出激磁参数?m ?P0 I 02Zm ?U0 I02 2 X m ? Zm ??mrm ? 82.99zm ? 5 3 2 . 3 2 7 xm ? 5 2 5 . 7 6 03、绘出短路特性曲线和计算短路参数 （1）绘出短路特性曲线：UK=f（IK） ，PK=（IK） ，cosφ 0=f（IK） 。 （2）计算短路参数：从短路特性曲线上查出对应于短路电流 IK=IN 时的 UK 和 PK 值， 由下式计算出实验环境温度为θ （℃）下的短路参数。? ? ZKUK IK? ? ?KPK 2 IK? ? ZK ?2 ? ? K ?2 XK' xk ?1 . 7 1 4rk' ? 3.9201然后，折算到试低压方：' zk ? 4.2784ZK ?经计算得 K=1.709，则：? ZK K2?K ?? ?K K2XK ?? XK K2rk ? 1.342zk ? 1 . 4 6 4 9xk ? 0 . 5 8 6 8由于短路电阻 rK 随温度而变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作 温度 75℃时的阻值。? K 75?c ? ? K?由计算得234 .5 ? 75 234 .5 ? ?2 2 Z K 75?c ? ? K 75? C ? X Kzk 75。c阻抗电压=1.707（式中：234.5 为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为 228。 ）UK ?I N Z K 75?C ? 100% UNU k ? 1.17%U Kr ?I N rK 75?C ?1 0 % 0 UNU KX ?IN XK ?1 0 % 0 UNU ky ? 1 . 1 0 %U kx ? 0 . 3 8 9 %IK=IN 时的短路损耗为 PKN=I2Nγ K75℃ 。 4．绘出被试变压器的效率特性曲线 （1）用间接法计算 cosφ 2=0.8，不同负载电流时的变压器效率，记录于表 1-6 中。? ? (1 ?*2 P0 ? I 2 PKN ) ? 100% * * I 2 S N cos? 2 ? P0 ? I 2 PKN式中：I*2SNcosφ 2； SN 为变压器的额定容量，单位 W； PKN 为变压器 IK=IN 时的短路损耗，单位 W； P0 为变压器 U0=UN 时的空载损耗，单位 W。 （2）由计算数据绘出变压器的效率曲线η =f（I2*） 。 （3）计算被试变压器η =η max 时的负载系数β m。 表 1-6 cosφ 2=0.8，P0= 15 W，PKN= 26.5 W I2*（A） 0.2 0.4 0.6 0.8 η 88.74% 92.59% 93.95% 94.64%1.0 1.295.06% 95.35%实验二一、实验目的三相变压器实验1、通过空载和短路实验，测定三相变压器的变比和参数。 2、通过负载实验，测取三相变压器的运行特性。二、预习要点1、如何用双瓦特计法测三相功率，空载和短路实验应如何合理布置仪表。 2、三相芯式变压器的三相空载电流是否对称。 3、如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。三、实验设备及仪表1、三相变压器 3kw 3、交流电压表 5、低功率因数功率表 7、三相可调电阻器或灯箱 9、功率因数表 1台 2块 2块 1台 1块 2、三相调压变压器 15KVA 4、交流电流表 6、高功率因数功率表 8、三相可调电抗器 或电机及电气技术实验装置 1台 3块 2块 1台 1台四、实验内容1、测定变比。 2、空载实验：测取空载特性 U0=f（I0） ，P0=f（U0） 。 3、短路实验：测取短路特性 UK==f（IK） ，PK=f（UK） 。 4、纯电阻负载实验：保持 U1=U1N，cosφ 2=1 的条件下，测取 U2=f（I2） 。五、实验说明1、中小型电力变压器的空载电流以约为 I0=（3～10）%IN，短路电压约为 UK=（5～ 10）%UN，以此选择电流表和功率表的量程。 2、空载实验应选择低功率因数功率表测量功率，以减小测量误差。 3、空载和短路实验时，若电源电压加在变压器一次侧，由所测数据计算的参数不必归 算。若电源电压加在变压器二次侧，由所测数据计算的参数应归算到一次侧。 4、空载实验读取数据时，要注意读取额定电压 UN 时的相关数据。短路实验要注意读 取额定电流 IN 时的相关数据。 5、变压器一次和二次绕组接法不同时，参数计算应则注意对应的电压和电流。 6、感性负载实验时，功率因数测量使用一相测量的简单方法。六、实验线路及操作步骤1、测定变比 被试变压器选用三相三线圈芯式变压器，额定容量 PN=3kw，U1N／U2N=380／220V，I1N ／I2N=4.5／7.8A，Y-Y 接法。三 相 调 压 器图A B Ca b c U1 Vx y zX Y Z V U2A B C2-1三相变压器变比实验接线圈实验线路如图 2-1 所示。实验时只用高、低压两组线圈，接通交流电源的操作步骤和单 相变压器实验相同，电源接通后，调节外施电压 U1=0.5UN，通过电压表测取高、低压线圈 的线电压 UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Ucn，记录于表 2-1。 表 2-1 U（V） UAB 190 Uab 110 KA 1．73 U（V） UBC 190 Ubc 110 KB 1.73 U(V) UCA 190 Uca 110 KC 1.73 K= 1.73 KA+KB+KC 32、空载实验* *aAW VxXA三 相 调 压 器A B CVbAyYB CV*cW*AzZ图 2-2三相变压器空载实验接线图实验线路如图 2-2 所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。接通电源前，先将三 相调压器调到输出电压为零的位置。 选好所有电表量程， 电压表： 300V 挡位， 电流表： 150mA 档位，功率表 W：U=300V、电流 I=2.5A、cosφ =0.2 挡位，这样每小格为 1W。电源接通后， 调节调压旋钮，使变压器的空载电压 U0=1.2U2N，并注意三相电压要基本对称，然后逐渐降 低电源电压，在 1.2U2N～0.2U2N（260V～60V）范围内，测取变压器三相线电压、电流和功率（注意功率表正负，总有功功率为功率表的代数和） ，共取 6-7 组数据，记录于表 2-2 中， 表 2-2 实 验 数 据 序 号 Uab 1 2 3 4 5 254 240 220 100 60 U（V） Ubc 254 240 220 100 60 Uca 254 240 220 100 60 Iao 0.147 0.107 0.087 0.034 0.021 I（A） Ibo 0.147 0.107 0.087 0.034 0.021 Ico P（W） P01 -22 -10 -2.5 -1 0 P02 48 34 21 3.3 1.2 254 240 220 100 60 0.147 0.107 0.087 0.034 0.021 26 24 18.5 2.3 1.2 0.696 0.935 0.967 0.971 0.952 U0(V) 计 算 数 据 I0(A) P0(W) cosφ03、短路实验 实验线路如图 2-3 所示。变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。接通电源前，应 将三相调压器调到输出电压为零的位置，选好所有电表量程，电压表：60V 挡位，电流表： 5A 档位，功率表 W：U=150V、电流 I=5A、cosφ =0.2 挡位，这样每小格为 1W。接通电源 后， 逐渐增大电源电压， 使变压器的短路电流 IK=1.1I1N=5A， 并注意三相电源电压基本对称。 然后逐渐降低电源电压，在 1.1I1N～0.2I1N 的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及 功率，共取 4-5 组数据，记录于表 2-3 中，其中 IK=I1N=4.5A 点必测。实验时，记下周围环 境温度θ （℃） ，作为线圈的实际温度。 （注：升高电压时，同时观测电流表变化，使电流表 最大值不超过 1.1I1N= 5A，短路实验要快，否则线圈发热，会引起电阻变化*AV VA*WXxa三 相 调 压 器A B CA*BA V W*YybCZzc图 2-3 表 2-3 16 ℃三相变压器短路实验接线图 θ =实 验 数 据 序 号 UAB 1 2 3 4 5 17 15 14.7 12.8 8.8 U（V） UBC 17 15 14.7 12.8 8.8 UCA 17 15 14.7 12.8 8.8 IA 5 4.5 4 3.6 2.5 I（A） IB 5 4.5 4 3.6 2.5 IC 5 4.5 4 3.6 2.5 P（W） PK1 92 74 59 45 23 PK2 52 41 33 25 12计 算 数 据UK(V) 17 15 14.7 12.8 8.8IK(A) 5 4.5 4 3.6 2.5PK(W) 144 115 92 70 35cosφK0.978 0.984 0.903 0.889 0.9194、纯电阻负载实验实验线路如图 2-4 所示。变压器低压线圈接电源，高压线圈经开关 S1 接负载电阻 RL， RL 选用灯箱。负载灯箱开关全关。合上开关 S1，接通电源，调节三相调压旋钮，使加入变 压器低压边的电压 U1=U2N=220V，并且三相电源基本对称，在保持 U1=U2N 的条件下，逐次 增加负载电流，对称开灯泡，从空载到额定负载范围内，测取变压器三相输出线电压和相电 流，共取 5 组数据，记录于表 2-4 中，其中 I2=0 和 I2=I1N=4.5A 两点必测。三 相 调 压 器 A B C c V a b x y z X Y Z A B A C 灯 箱 负 载U1VU2图 2-4 表 2-4 序号 1 2 3 4 5 6三相变压器负载实验接线图 U 1=U1N=220V，cosφ 2=1 I（V） U2 376 372 368.4 364.4 360 354 IA 0.395 1.31 2.165 2.31 3.85 4.5 IB 0.395 1.31 2.165 2.31 3.85 4.5 IC 0.395 1.31 2.165 2.31 3.85 4.5 I2 0.395 1.31 2.165 2.31 3.85 4.5U（V） UAB 376 372 368.4 364.4 360 354 UBC 376 372 368.4 364.4 360 354 UCA 376 372 368.4 364.4 360 354注意：在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置及量程选择。 U2=U AB ? U BC ? U CA I ? I B ? IC ，I2= A 3 3七、实验报告1、计算变压器的变化 根据实验数据，计算出各项的变化，然后取其平均值作为变压器的变比。KA ?U AB U abKB ?U BC U bcKC ?U CA U caK=190/110=1.73 2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数 （1）绘出空载特性曲线：U0=f（I0） 、P=f（U0） 、cosφ 0=f（U0） 。U0 ?U ab ? U bc ? U ca I ? I bc ? I ca P 、 I 0 ? ab P0=P01±P02、 cos? 0 ? 3 3 3U 0 I 0 、（2）计算激磁参数 从空载特性曲线查出对应于 U0=UN 时的 I0 和 P0 值，并由下式求取激磁参数。 I0=0.09A P0=18W?m ?P0 =740.74 3I 02Zm ?U0 3I 01411.302 2 X m ? Zm ??m =1201.283、绘出短路特性曲线和计算短路参数 （1）绘出短路特性曲线 UK=f（IK） PK=f（IK）cosφ K=f（IK）UK ?U AB ? U BC ? U CA 3IK ?I A ? I B ? IC 3co? sK ?PK 3U K I K（2）计算短路参数 从短路特性曲线查出对应于 IK=IN 时的 U=UK 值，并由下式算出实验环境温度θ （℃） 时的短路参数。 Uk=15V IK=4.5A Pk=115W? ? ?K折算到试低压方PK =1.89 2 3I N ? ?K K2? ? ZKUK 3I N=1.92? ? ZK ?2 ? ? K ? 2 =0.51 XK?K ?=0.63ZK ?? ZK =0.64 K2XK ?? XK =0.17 K2? K 75?c ? ? K?234 .5 ? 75 234 .5 ? 75 ? 0.61 ? ? 0.74 234 .5 ? ? 234 .5 ? 202 2 Z K 75?c ? ? K 0.74 2 ? 0.32 2 ? 0.81 75?C ? X K ?换算到基准工作温度的短路参数为γ K75℃和 ZK75℃，计算出阻抗电压UK ?3I N Z K 75?C 3 ? 3.7 ? 0.81 ? 100% ? ? 100% ? 39 UN 13.2UK ?3I N rK 75?C 3 ? 3.7 ? 0.74 ? 100% ? ? 100% ? 36 UN 13.2 3I N X K 3 ? 3.7 ? 0.32 ? 100% ? ? 100% ? 16 UN 13.2U KX ?IK=IN 时的短路损耗 PKN=3I2Nγ K75℃=46.78W。 4、用空载和短路实验测算的参数，画出被试变压器的“г ”型等效电路。5、变压器的电压变化率△u （1）根据实验数据绘出 cosφ 2=1 时的特性曲线 U2=f（I2） ，由特性曲线计算出 I2=I2N 时 的电压变化率△u。 ?u ?U 20 ? U 2 ? 100% U 20（2）根据实验求出的参数，算出 I2=IN、cosφ2=1 时的电压变化率△u。 △u=（UK1cosφ2+UKXsinφ2） 6、对实验中出现的问题进行分析总结。 （1）用间接法计算 cosφ2=0.8 时，不同负载电流时的变压器效率，记录于表 2-5 中。? ? (1 ?*2 P0 ? I 2 PKN * * I2 S N cos ? 2 ? P0 ? I 2 PKN 2) ? 100 %式中：I*2SNcosφ2=P2； SN 为变压器的额定容量，单位 W； PKN 为变压器 IK=IN 时的短路损耗，单位 W； P0 为变压器 U0=UN 时的空载损耗，单位 W。 （2）计算被试变压器η =η 表 2-5 Wmax 时的负载系数β m；?m ?P0 11.1 ? ? 0.38 PKN 75.175.1cosφ 2=0.8， P0= 11.1 W， PKN=I2*（A） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 480 960 00 2880P2（W） 97.15% 97.65% 97.42% 97.01% 96.53% 96.02%η八、思考题1、通常做变压器的空载实验时在低压边加电源，而做短路实验时在高压边加电源，这 是为什么？ 答：空载试验时，往往需要加到额定电压，而试验电流较小，低压侧的额定电压低，比较容 易获得，所以从低压侧通电。短路试验时，往往并不需要较高的电压，而电流一般是额定电 流或接近额定电流，高压侧额定电流较小，比较容易得到，所以从高压侧通电。 2、在做变压器空载实验与短路实验时，仪表的布置有什么不同？说明理由。 答：在做变压器空载实验与短路实验时，电流表包含在电压表里的，即电压表所测电压包含 电流表所分的压，若把电压表直接接在阻抗两端，由于阻抗的阻值很大，与电压表的阻值可 比拟，这样电流表的值就包括了流过电压表和流过阻抗的电流，导致测量的电流值不准确。 3、为什么做空载实验时，所测量的数据中一定要包含额定电压点。 答:空载试验的目的之一是测取励磁阻抗 Zm，Zm 的大小是随磁路饱和程度变化的。变压器 正常运行时，一次绕组外施电压是额定电压，主磁通和磁路饱和程度由一次额定电压决定， 是基本不变的，因此 Zm 有确定的值。若空载试验时不加额定电压，则测得的 Zm 就与正常 运行时的值不同，也就不能用作等效电路中的参数。实验三一、实验目的三相变压器的联接组实验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。 3、 观察三相变压器线圈不同的连接法和不同铁心结构对空载电源、 电动势波形的影响。二、预习要点1、联接组的定义。为什么要研究联接组。国家规定的标准联接组有哪几种。 2、如何把 Y/Y-12 联接组改成 Y/Y-6 联接组以及把 Y/△-11 改为 Y/△-5 联接组。 3、三相变压器线圈的连接法和磁路系统对空载电流和电动势波形的影响。三、实验设备及仪表1）三相调压变压器 2）三相芯式变器 3）三相组式变压器 4）多量程交流电压表 5）可调电阻器 6）示波器 或电机及电气技术实验装置 1台 1台 1组 1块 1台 1台 1台四、实验内容1、测定变压器的极性。 2、连接并判定以下联接组。 （1）Y/Y-12 （2）Y/Y-6 （3）Y/△-11 （4）Y/△-5 3、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（演示） 。五、实验说明1）实验时应辨明三相调压器的输入和输出端，以免错接。 2）实验时外施电压不能过低（190V 左右） ，以免引起仪表读数误差过大。六、实验线路及操作步骤1、测定极性 （1）测定相间极性 被 试变 压 器 选 用 三相 芯 式 变 压 器 ， 用其 中高 压 和 低 压 两 组 线圈 ，额 定 容 量 SN=3kvA，UN=380/220V，IN=4.5/7.8A，Y/Y 接法。用万用表的电阻挡测出高、低压线 圈 12 个出线端之间哪两个相通，并观察其阻值。阻值大为高压线圈，用 A、B、C、X、 Y、Z 标出首末端。低压线圈标记用 a、b、c、x、y、z。按照图 3-1 接线，将 Y、Z 两 端点用导线相联， 在 A 相施加约 50%U1N 的电压， 测出电压 UBY、 UCZ、 若 UBC=|UBY-UCZ|， 则首末端标记正确；若 UBC=|UBY-UCZ|，则标记不对。须将 B、C 两相任一相线圈的首 末端标记对调。 然后用同样方法，将 N、C 两相中的任一相施加电压，另外两相末端相联，定出 A 相 首、末端正确的标记。A 三 相 调 压 器 A B C B CX Y Zx y za b c图 3-1 测定相间极性接线图 （2）测定原、副边极性 暂时标出三相低压线圈的标记 a、b、c、x、y、z，然后按照图 3-2 接线。原、副 方中点用导线相连，高压三相线圈施加约 50%的额定电压，测出电压 UAX、UBY、UCZ、 Uax、Uby、Ucz、UAa、UBb、UCc，若 UAa=UAX-Uax，则 A 相高、低压线圈同柱，并且首 端 A 与 a 点为同极性；若 UAa=UAX+Uax，则 A 与 a 端点为异极性。用同样的方法判别 出 B、C 两相原、副方的极性。高低压三相线圈的极性确定后，根据要求连接出不同 的联接组。A 三 相 调 压 器 A B C B CX Y Zx y za b c图 3-2 2、检验联接组 （1）Y/Y-12测定原、副边极性接线图B三 相 调 压 器A B CA*X Y*x*a b. EabB C*y*EABb z y c C x.Zz*c a A图 3-3 Y/Y-12 联接组 按照图 3-3 接线。A、a 两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的 0.5U1N=190V（线 电压测出 UAB、Uab、UBb、UCc 及 UBc，将数字记录于表 3-1 中。 表 3-1 实验数据UAB(V) Uab(V) UBb(V) UCc(V) UBc(V) KL UBb(V)计算数据UCc（V） UBc（V）186108.579791641.714377.501677.5016161.8260根据 Y/Y-12 联接组的电动势相量图可知。 UBb=UCc=(KL-1)Uab2 U BC ? U ab ( K L ? K L ? 1)KL ?式中，U AB U ab 为线电压之比。若用上两式计算出的电压 UBb、UCc、UBc 的数值与实验测取的数值相同，则表示线图连 接正常，属 Y/Y-12 联接组。测取完后，关闭电源，重新接线进行下面实验内容。 （2）Y/Y-6 将 Y/Y-12 联接组的副方线圈首、 末端标记对调， A、 a 两点用导线相联， 如图 3-4 所示。B三 相 调 压 器A B CA*X Y*a*x yc A. EabEAB.B C*b*z yx CZc*azb图 3-4 Y/Y-6 按前面方法测出电压 UAB、Uab、UBb、UCc、及 UBc，将数据记录于表 3-2 中。 表 3-2实验数据 UAB（V） Uab（V） 186 108.5 UBb（V） UCc（V） 296 296 UBc（V） 260 KL 1.7143 UBb(V) 294.5016 计算数据 UCc（V） 294.5016 UBc（V） 257.9729根据 Y/Y-6 联接组的电动势相量图可得。 UBb=UCc=(KL+1)Uab2 U BC ? U ab ( K L ? K L ? 1)若由上两式计算出电压 UBb、 UCc、 UBc 的数值与实测相同， 则线圈连接正确， 属于 Y/Y-6 联接组。测取完后，关闭电源，重新接线进行下面实验内容。 （3）Y/△-11 按图 3-5 接线。A、a 两端点用导线相连，高压方施加对称额定电压，测取 UAB、Uab、 UBb、UCc、及 UBc，将数据记录于表 3-3 中。三 相 调 压 器A B CA*X x Y* *Ba b cEABb. Eab .B C*y Z z*z c yx C*aA三 相 调 压 器A B CA*X x Y* *a b c图 3-5 Y/△-11 表 3-3B C*y Z z**实验数据UAB（V） Uab（V） 186 62.5 UBb（V） UCc（V） 137 137 UBc（V） 137 KL 2.976 UBb(V)计算数据UCc（V） 135.5255 UBc（V） 135.5255135.5255根据 Y/△-11 联接组的电动势相量可得。2 U Bb ? U Cc ? U Bc ? U ab ( K L ? 3K L ? 1)若由上式计算出电压 UBb、UCc、UBc 的数值与实测值相同，则线圈连接正确，属 于 Y/△-11 联接组。测取完后，关闭电源，重新接线进行下面实验内容。 （4）Y/△-5 将 Y/△-11 联接组的副方线圈首、末端的标记对调，如图 3-6 所示。实测方法同前，测 取 UAB、Uab、UBb、UCc、UBc，将数据记录于表 3-4 中。B三 相 调 压 器A B CA*X Y*a*x y*EABA c b a. Eab.B C*b c*z x y CZz图 3-6 Y/△-5 表 3-4 实验数据 UAB （V） Uab（V） UBb （V） UCc （V） UBc （V） KL 186 62.5 243 242 242 2.976 UBb(V) 242.1515 计算数据 UCc（V） UBc（V） 242.5根据 Y/△-5 联接组的电动势相量图可得。2 U Bb ? U Cc ? U Bc ? U ab ( K L ? 3K L ? 1)若由上式计算出电压 UBb、UCc、UBc 的数值与实测值相同，则线圈连接正确，属于 Y/ △-5 联接组。 4、分别观察三相芯式和组式变压器不同连接方法时的空载电流和电动势的波形。 实验变形器先选用三相芯式变压器。 （1）Yy 联结 Yy 联结实验观察线路如图 3-7 所示。 1）将三相芯式变压器 T1 一次、二次绕组作 YNy 联结，断形中性线开关 Q2，空载电 流波形信号从变压器一次侧 C 相绕组所串联的电阻 R 上输出。相电动势波形信号可从变压器二次侧任一相绕组输出，线电动势波形信号可从变压器二次侧任两相绕组间输 出。 2）合上电源开关 Q1，经调压器 T 施加三相对称电压至变电压器一次绕组。在外施电 压为 0.5UN 和 UN 两种情况下，用示波器观察三相芯式变压器此时的空载电流 i0、二次 侧相电动势 eφ 和线电动势 eL 波形。 3）同时测量变压器二次相电压和线电压，并计算二者之比值。 （2）YNy 联结 实验线路仍为图 3-7，闭合中线开关 Q2，以接通变压器一次侧中性线。重 复上述实验步骤，用示波器观察三相芯式变压器此时的空载电流 i0、二次侧相电动势 eφ 和 线电动势 eL 波形。同时测量变压器二次相电压和线电压，并计算二者之比值。 （3）Yd 联结 Yd 联结实验观察线路如图 3-8 所示。图 3-7 观察三相变压器 YNy 联结时空载电流和电动势波形实验线路 图 3-8 观察三相变压器 Yd 载电流和电动势波形实验线路 1）将三相芯式变压器一次、二次绕组作 Yd 联结，断开二次绕组开关 Q2，相电动势波 形信号可从变压器一次侧任一相绕组两端输出， 谐波电动势波形信号可从变压器二次绕组开 关 Q2 两端引出。 2） 开关 Q2 断形后， 使得变压器二次绕组已不构成三角形闭合回路。 闭合电源开关 Q1， 经调压器施加三相对称电压至变压器一次侧绕组，并调节外施电压至额定值 UN。用示波器 观察变压器一次相电动势 eφ 的波形，测量和观察二次侧开关 Q2 两端的谐波电压 uV 数值及 波形。 3）闭合开 Q2，使变压器二次绕组构成三角形闭合回路，经调压器施加三相对称电压至 变压器一次绕组。调节外施工电压至额定值 UN。用示波器观察变压器一次相电动势 eφ 的波 形，测量和观察二次绕组内部的谐波电流 iV 数值及波形。 将实施变压器更换为三相组式变压器，重复上述对各种波形的观察，并作出分析比较。七、实验报告与要求（1）绘出测定三相变压器相间极性和一次、二次同名端（极性）的实际接线图，列出 被试变压器的主要额定数据。A 三 相 调 压 器 A B C B CX Y Zx y za b c额定容量 SN=3kvA，UN=380/220V，IN=4.5/7.8A，Y/Y 接法 （2）绘出测定三相变压器不同联结组号的实际接线图。三 相 调 压 器A B CA*X Y*x*a b cB C*y*ZYy12z*三 相 调 压 器A B CA*X Y*a*x y zB C*Yy6b*Zc*三 相 调 压 器A B CA*X x Y* *a b cB C*y Z zYd11**三 相 调 压 器A B CA*X Y*a*x y*B C*b c*ZzYd5 （3）对于不同联结组标号的三相变压器，根据实测电压值与计算电压值数据，并进行分析 比较。 Yy12 实验数据UAB(V) 186 Uab(V) 108.5 UBb(V) 79 UCc(V) 79 相对误差 UBc(V) 164 KL 1.7143计算数据UBb(V) 77.% UCc（V） 77.% UBc（V） 161.%Yy6实验数据 UAB（V） Uab（V） 186 108.5 UBb（V） UCc（V） UBc（V） 296 296 260 KL 1.7143 计算数据 UBb(V) 294.% UCc（V） 294.% UBc（V） 257.%相对误差Yd11 实验数据UAB（V） Uab（V） 186 62.5 UBb（V） UCc（V） UBc（V） 137 137 137 KL 2.976计算数据UBb(V) 135.% UCc（V） 135.% UBc（V） 135.%相对误差Yd5 实验数据 UAB （V） Uab （V） UBb （V） UCc （V） UBc （V） 186 62.5 243相对误差计算数据 KL 2.976 UBb(V) 242.% UCc（V） UBc（V） 242.% 242.% 242 242八、实验思考1、在测量三相变压器的相间极性时，为什么要用高内阻的电压表来测量？ 答：若使用电压表的内阻不高，那么测量时的端电压与实际电压会相差太大，以至于无法判断三相变压器的相间极性。 2、 测定三相变压器联结组标号时为什么将一次、 二次绕组的 A、 a 两端子用导线连接？ 答：因为在不同的联结组时，其一次侧与二次侧的电压相位角相差是 30 的倍数，但如果通 过直接测量是无法对相位角的相差进行判断， 而将 A 与 a 联结在一起之后统一了相位角， 可 以通过直接读取电压表的读数来判断联结组的联结是否正确。 3、为什么三相组式变压器的三次谐波电动势比三相芯式变压器大？ 答：三相组式变压器磁路的特点为彼此独立，互不联系。当励磁电流呈正弦波、主磁通呈平 顶波时，主磁通中 3 次谐波和基波一样，可以存在变压器各相磁路之中。因铁芯饱和，其含 量较大， 根据电磁感应定律， 一次、 二次绕组中每相感应电动势为 e1=e11+e13， e2=e21+e23， 因此在变压器每相的一、二次绕组中，除基波电动势外，还有 3 次谐波感应电动势。感应电 动势在时间上滞后于磁通 90 度电角度的相位关系，可确定相电动势为尖顶波。所以，即电动势中 3 次谐波对基波的比值是磁通中比值的 3 被。因此，一次、二次 绕组相电动势中的 3 次谐波含量就相当大。 三相芯式变压器的磁路特点是互相联系，彼此相关。而 3 次谐波磁通也是零对称组，三 个同相位磁通不可能在芯式铁心内闭合。故三次谐波磁通在油、油箱壁、铁轭中形成闭路。 该磁路的磁阻大，使三次谐波的磁通大为削弱，相电动势中因此而没有明显的 3 次谐波。 综上所述，三相组式变压器中的三次谐波电动势比三相芯式变压器的大。 4、分析三相组式变压器不宜采用 Yyn 与 Yy 联结方式的原因。 答：因为三相中各相的三次谐波电流大小相等，相位相同，故当三相变压器组作 Y，y 联接 而无中线时，绕组中不可能有三次谐波通过，这时励磁电流为正弦波形电流，而磁通则为平 顶波形。 平顶波的磁通可分为基波磁通和三次谐波磁通， 它们可以沿着各单相铁心路径闭合。 三次谐波磁通在变压器一、 二次绕组中分别产生三次谐波电动势， 其值可达到基波电动势的 45％～60％。与基波叠加将产生过电压。所以三相变压器组一般不作 Y，y 联接。实验四直流发电机一、实验目的1）掌握并励直流发电机建立稳定电压的操作过程。 2）掌握如何用实验方法测定直流发电机的运行特性。二、实验内容1）观察并励直流发电机的自励过程。 2）测定他励直流 发电机的空载特性 U0=f(If)、外特性 U=f(I)和调整特性 If=f(I)。 3）测定并励直流发电机的外特性 U=f(I)。三、实验设备与仪表1）直流发电机 2）直流电动机 3）可调电阻器(Rf1=500 欧 Rf2=2K 欧) 4）直流电压表 5）直流电流表（If1、If2=1A 挡，I、IF=10A 挡） 6）转速表或测速仪 7）可调有源负载 或电机及电气技术实验装置 1台 1台 3台 2块 3块 1台 1台 1台四、实验操作方法直流发电机的实验线路如图 4-1 所示， 作为驱动电机的并励直流电动机 M 的转子与直流 发电机 G 的转子机械连接。Q1 他励 Q2 A V R1AM1 UD AG1 IRC并励 AIf2 AG2GVRf2UFMAM2Rf1AIf1Q3 RL AIF图 4-1 直流发电机的实验线路 1．并励直流发电机的自励过程 1)将并励直流电动机 M 电枢回路的起动电阻 R1，调至最大值、励磁回路电阻 Rf1 调至最 小值，断开直流发电机 G 的励磁开关 Q2 和负载开关 Q3。 2)闭合电源开关 Ql 起动直流电动机，调节电动机电枢回路电阻 R1 和励磁回路电阻 Rf1， 使电动机转速达到额定值 nN 并保持不变。 3)检查直流发电机有无剩磁的方法是， 断开发电机励磁回路双向开关 Q2， 在发电机转速 n=nN 的状态下，用电压表测量发电机电枢两端有无剩磁电压。若无剩磁电压，则将发电机励 磁回路双向开关 Q2 闭合至他励位置进行充磁即可。 4)将直流发电机励磁回路电阻 Rf2 调至最大值，双向开关 Q2 闭合至并励位置。 5)在发电机空载且转速 n=nN 的状态下，逐步减小励磁回路电阻 Rf2 值，观察发电机电枢 两端的电压 UF 的变化情况。若电枢电压 UF 上升，即发电机励磁绕组与电枢绕组的连接极性 正确。若电枢电压 UF 减小，则发电机励磁绕组与电枢绕组的连接极性错误。此时应断开电 源开关 Q1，待机组停机后，再断开励磁回路双向开关 Q2，对调发电机励磁绕组的连接极性或 改变发电机的转向。注意两者只取其一，不可同时改变。 6)并励直流发电机在有剩磁、 励磁绕组极性接法正确和励磁回路总电阻小于临界电阻的 条件下，才能建立起稳定的电压。2．测定他励直流发电机的空载特性 1)将双向开关 Q2 置于中间位置，闭合电源开关 Q1，如前述起动直流电动机，并注意观 察电机转向是否与规定的转向一致。 2)调节直流电动机的转速，使发电机的转速达到 n=nN。 3)断开发电机负载开关 Q3，调节发电机励磁回路电阻 Rf2 至最大值位置，同时将直流发 电机励磁回路双向开关 Q2 闭合至他励位置。 4)逐步减小发电机的励磁回路电阻 Rf2 值，使发电机空载电压 UF≈1.2UFN。 5)在保持发电机空载及转速额定的条件下，从 UF≈1.2UFN 开始，单方向逐步增加励磁回 路电阻 Rf2 值，使发电机励磁电流 If2 逐步减小。 6)每次记下发电机空载电压 UF 和励磁电流 If2 的数据，应在 UF=UFN 附近增加数据的测量 点，直至 If2=0(即断开发电机励磁回路开关 Q2 此时所测的即为剩磁电压)。共读取 7～9 组数 据，将所读数据记入表 4-1 中。 表 4-1 他励发电机空载实验数据 序 号 UF0/V If2/A 250 0。. 0. 0.256 3 220 0.226 4 200 0. 0. 0 7300 250 200 150 100 50 0 0 25 0.5 0.226 0.256 0.5 i3、测定他励直流发电机的外特性 （1）如前述起动直流电动机并保持发电机转速 n=nN，调节发电机励磁回路电阻 Rf2 值， 使发电机输出电压为 UF=UFN。 （2）将发电机负载电阻 RL 调至最大值，闭合负载开关 Q3。 （3）逐步减小负载电阻 RL 值，使负载电流逐步增加，同时调节发电机输出电压与转速， 使 UF=UFN、n=nN 和 IF=IFN，此时为发电机的额定运行点。额定运行点对应的励磁电流为额定励 磁电流 If2=If2N，记录下该组数据。 （4）在保持直流发电机 n=nN 和 If2=If2N 不变的条件下，逐步增加负载电阻 RL 值，使发电 机负载电流逐步减小。每次记下发电机负载电流 IF、输出电压 UF 直至空载（即断开负载开 关 Q3）的数据，共读取 5-6 组，将所读数据记入表 4-2 中。 表 4-2 他励发电机外特性实验数据 序 号 UF/V IF/A 230 0 1 205 1 2 2 3 195.8 3 4 170.8 4 5 142.4 4.5 6 119.2 5 7 63.2180200220230240250u250 200 150u230205195.8 170.8 142.4 119.2 63.2100 50 0 0 1 2 3 i 44.554、测定他励直流发电机的调整特性 （1）如前述，起动直流电动机并保持发电机转速 n=nN，调节发电机励磁回路电阻 Rf2 值，使发电机输出电压为 UF=UFN。将发电机负载电阻 RL 调至最大值，然后闭合负载开关 Q3。 （2）在保持直流发电机 n=nN 和 UF=UFN 不变的条件下，逐步增加负载电阻 IF。当负载电 流增加时， 为保持发电机输出电压 UFN 不变， 要相应调节发电机励磁电流 If2。 在负载电流 IF=0 至 IF=IFN 的范围内，每次记下负载电流 IF 和发电机励磁电流 If2 的数据，共读取 5-6 组。 5、测定并励直流发电机的外特性 （1）并励直流发电机的外特性是在 n=nN 和 Rf2=Rf2N 保持不变的条件下测取的，操作步骤 参照他励发电机方法进行。 （2） 将发电机励磁回路双向开关 Q2 闭合至并励位置， 调节发电机至 n=nN、 UF=UFN 和 IF=IFN 的额定工作状态，并保持发电机在此额定状态下的励磁回路电阻 Rf2=Rf2N 不变（并非保持 If2=If2N 不变） 。 （3）在上述状态下，逐步增加负载电阻 RL 值，以减小发电机的负载电流直至 IF=0。每 次记下发电机输出电压 UF 和输出电流 IF 的数据，共读取 5-6 组，将所读取数据记入表 4-4 中。 表 4-4 并励发电机外特性实验数据 序 号 IF/A UF/V 0 230 1 2 1.15 197.8 2 176 3 2.5 143.6 4 3 136.4 5 3.5 52.2 6 4.0 32.4 7250 200 150230 197.8 176 143..2 32.4 0 1.15 2 2.5 i 3 3.5 4u100 50 0七、实验报告与要求（1）列出被试并励发电机的主要额定数据。 （2）绘出直流发电机实验的实际接线图。 （3）根据实验数据作出他励直流发电机的空载特性 UF=f（If） 、外特性曲线 UF=f（IF） 、 调整特性曲线 If2=f（IF）及并励发电机的外特性曲线 UF=f（IF） 。将他励和并励发电机的外 特性曲线 UF=f（IF）绘在同一坐标纸上。 （4）根据实验数据按下式求出他励和并励发电机在额定负载下的电压调整率△U：?U ?U F 0 ? U FN ? 100% U FN（5）对他励和并励情况下发电机电压调整率△U 的差异原因进行分析。八、实验思考1、直流发电机空载实验时，其励磁电流为什么必须单方向调节？ 答：在做空载实验时，由于发电机励磁回路中存在励磁电流和发电机输出电压的磁滞效应， 反复调节励磁电流使得在同一点的励磁电流下测出两个不同的输出电压。 当励磁电流来回向 调节时，磁通回发生畸变，而使电压发生跳变。而励磁电流单向调节时，磁通可规律变化。 2、 直流发电机外特性实验时， 当发电机负载电流增加， 机组转速发生变化的原因是什么？ 答：由 U ? Ea ? I a Ra ? Ce?n ? I a Ra ,发电机负载电流增加，机组转速改变。 3、为什么并励直流发电机的空载特性要用他励方式测取？ 答：并励发电机所产生的电流不仅供励磁所用，还改变负载电流，故应用他励发电机进行测 量。实验五一、实验目的直流电动机1）掌握用实验的方法测定并盛直流电动机的工作特性和调速特性。 2）掌握并励直流电动机的调速方法。二、实验内容1、测定并励直流电动机的固有（自然）工作特性 在保持电动机端电压 UD=UN 和励磁电流 If1=If1N 的条件下，测取电动机的转速特性 n=f （Ia） 、转矩特性 T=f（Ia）和效率特性η =f（Ia） 。 2、测定并励直流电动机的调速特性 1）改变电动机电枢电压 Ua 调速是在保持电动机端电压 UD=UN、励磁电流 If1=If1N 不变 以及输出转矩 T2 为常数的条件下，测取电动机的调速特性 n=f（Ua） 。 2）改变电动机励磁电流 If1 调速是在保持电动机端电压 UD=UDN、输出转矩 T2 不变的条件下，测取电动机的调速特性 n=f（If1） 。三、实验设备与仪表1）并励直流电动机―直流发电机机组 2）可调电阻器(Rf1=500 欧 Rf2=2K 欧) 3）直流电压表 4）直流电流表（If1、If2=1A 挡 I、IF=10A 挡） 5）转速表或测速仪 6）有源负载 或电机及电气技术实验装置 1台 3台 2块 3块 1台 1台 1台四、实验预习1）预习并励直流电动机固有工作特性的定义及测定条件。 2）预习并励直流电动机的调速原理及各种调速方法的特点。 3）了解测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验线路。 4）了解测定并励直流电动机的工作特性和调速特性的方法。五、实验说明1）直流电动机应由起动器起动或降低电枢电压起动。 2）检查直流电动转向。 3）若用直流发电机作为直流电动机的负载，工作特性中转速特性 n=f(Ia)为实测数据， 转矩特性 T=f(Ia)和效率特性η =f(Ia)则应根据实验数据计算求得。 4）实验前，了解被试电动机的主要额定数据。 5）实验中，电动机的励磁回路一定接牢固，不能开路，调电动励磁时要慢。六、实验操作方法测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验线路如图 5-1 所示。Q1 他励RCQ2 A V R1AM1 UD AG1 I并励 AIf2 AG2GVRf2UFMAM2Rf1AIf1Q3 RL AIF图 5-1 1、并励直流电动机的工作特性直流电动机实验线路1）调节并励电动机电枢回路电阻 R1 为最大值、励磁回路所阻 Rf1 为最小值，合上电 源开关 Q1 起动并励电动机。 2） 调压电阻 R1 逐步减小至零， 使电动机电枢端电压为额定值 Ua=UDN， 电机起动结束。 3）将直流发电机励磁回路电阻 Rf2 调至最大值，合上励磁电源开关 Q2。合上负载开关 Q3。 4）在保持电动机电枢端电压 Ua=UDN、励磁电流 If1=If1N 和转速 n=nN 的条件下、调电阻 Rf2、RL 以增加电动机负载，直到电动机的输入电流达到额定值为止。此时即为电动机 的额定运行状态。 5）读取额定点数据 UND、IN、If1N、nN 和直流发电输出电流及电压 UF、IF。在仍然保 持电动机电枢端电压 Ua=UDN 及励磁电流 If1=If1N 不变的条件下，调 RL 及 Rf2、逐步减 小电动机负载直至空载（即断开测功机的电源开关 Q3）为止。每次记下电动机的输入 电流 I、UD 转速 n 和直流发电机输出电压 UF、电流 IF 的数据，共读取 5～7 组，将所 读数据记入表 5-1 中。 表 5-1 0.38A 序号 I/A Ia/A n/(r/min) UF/V IF/A UD/V 1 8.7 8.32 .4 220 工作特性实验数据 2 8 7.62 .05 220 3 7 6.62 .25 220 4 6 5.62 .27 220 5 5 4.62 .4 220 6 3.5 3.12 .3 220 UDN= 220V，If1N= 7 1.75 1.37
220注：表中 Ia=I-If1N。 2、并励直流电动机的调速特性 （1）改变电动机电枢端电压 Ua 调速 1）按前述步骤起动电动机。 2）将电枢回路电阻 R1 调至零，此时电枢端电压 Ua=UN。调节励磁回路电阻 Rf1，使励 磁电流 If1=If1N 并保持不变。3）合上电源开关 Q2 和负载开关 Q3，调节直流发电机负载适当增加电动机负载，使电 动机输入电流 I≈0.5IN 并保持此时测功机转矩不变，即发电机电枢电流 IF 不变。 4）在上述条件下，逐步增加电枢回路电阻 R1 值，降低电枢端电压 Ua，使电动机转速 减小。每次读取电枢电压 Ua、转速 n 和输入电流 I 的数据，在电枢回路电阻 R1 可调范 围内共读取 5～7 组数据，将所读取数据记入表 5-2 中。 表 5-2 改变电枢电压调速实验数据 If1N= 0.385A If= 3A If2= 0.25A 序号 Ua/V n/(r/min) I/A Ia/A 1 210 . . . . . .6150注：表中 Ia=I-If1N。 （2）改变电动机励磁电流 If1 调速（恒功率调速） 1）按前述步骤起动电动机。 2）将电枢回路电阻 R1 调至零，保持电枢端电压 Ua=UDN 不变。调节直流发电机负载 适当增加电动机负载，使电动机输入电流 I≈0.5IN 并保持此时测功机转矩 T2 不变。 3）在上述条件下，逐步增加励磁回路电阻 Rf1 以减小励磁电流 If1，使电动机转速增加 直至 n=1.2nN 为止。每次读取励磁电流 If1、转速 n 和输入电流 I 的数据，共读取 5～7 组，将所读数据记入表 5-3 中。 表 5-3 改变励磁电流调速实验数据 UDN= 215V IF= 4A 序号 If1/A n/(r/min) I/A Ia/A 1 0.36
4.54 2 0.345 .655 3 0.32
4.78 4 0.31
4.84 5 0.3
4.95 6 0.29
5.01 7 0.285
5.115注：表中 Ia=I-If1。七、实验报告与要求1）列出被试电动机的主要额定数据。 UN=220V，IfN=0.38A，他励，Ra=1.85Ω ，nN=1500r/min 2）绘出测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验接线图。Q1 他励RCQ2 A V R1AM1 UD AG1 I并励 AIf2 AG2GVRf2UFMAM2Rf1AIf1Q3 RL AIF3）根据表 5-1 的实验数据作出转速特性曲线 n=f(Ia)、转矩特性曲线 T=f(Ia)和效率特性 曲线η =f(Ia)。转速特性曲线 n=f(Ia)电动机输出转矩特性 T2=f(Ia)电磁转矩特性曲线 Tem=f(Ia)效率特性曲线η =f(Ia) 效率特性曲线η =f(Ia)可根据实验数据由下式求出：??P2 ?100% P1并按下列公式计算出电动机的效率和转矩 T2。 P1――电动机输入电功率，P1=UD?I电枢电流：Ia=（I-If1）电动机效率：η D=η F≈P2 F P 1(两机效率几乎相等)这是忽略了两机效率和效率曲线的差别。 电动机的输出功率：P2=P1ηD 发动机的输入出功率：P2F=UFIF 电动机的输出转矩错误！未找到引用源。 T2 是电动机输出转矩，由此数据所作的曲线是电动机输出转矩特性 T2=f(Ia)。若已 测得电动机电枢电阻 Ra，则可根据实验数据计算求得电磁转矩特性曲线 Tem=f(Ia)。电 磁功率 Pem 和电磁转矩分别按下式求得：pem ? I a ?U ? ?Ra ? R1 ??,R =0,1Tem ?Pem 2?n / 604）根据工作特性实验数据计算被测电动机的转速变化率△n% =n0 ? n N ? 100% nN式中，n0 为电动机空载转速（即断开测功机电源开关 Q2 时的电机转速） 。 错误！未找到引用源。 5）根据表 5-2 和表 5-3 的实验数据分别作出改变电枢电压和励磁电流调速的调速特性 曲线性 n=f(Ua)、n=f(If)。n=f(Ua)n=f(If) 6）分析并励直流电动机两种调速方法的优缺点。 通过电枢串联电阻调节电枢端电压调速的方法不是很经济， 调速指标不高， 调速范 围不大，调速的平滑性不高。优点是方法比较简单，控制设备不复杂。 励磁电流调速的方法，控制方便，能量损耗小，调速的平滑性较高。八、实验与思考1、测定并励直流电动机的工作特性时为什么要求保持励磁电流 If1=If1N 不变？ 答：因为工作特性的测量要保证主磁通Φ是一个不变的常熟，而主磁通与励磁电流有关，所 以必须保持励磁电流的稳定，使得电动机的工作状况只与电枢电流有关。 2、测定并励直流电动机的调速特性时为什么要求电动机的输出转矩 T2 保持不变？ 答：输出转矩 T2 保持不变，在主磁通不变的情况之下，能够保证电枢电流不变，那么串入 电阻之后，就可以改变电枢电压的大小，实现串电阻调速。 3、如何理解并励直流电动机在 Ua=UN 和负载转矩一定时，减小励磁电流 If 时电枢电流 Ia 会变大？ 答：当 If 减小时，Φ也随之减小， n 不能马上变化，电动机的反电动势 Ea 也随之降低， 由于端电压保持不变，因此电枢电流就会变大。 4、并励电动机的速率特性 n=f（Ia）为什么是略微下降？是否出现上翘现象？为什么？ 上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 答：由错误！未找到引用源。可知 n=f（Ia）是一条负斜率的直线，因此其特性是略微下降 的。但是，在考虑电枢反应的情况下， 当电枢电流较大时， 由于饱和的影响，产生去磁作用， 使每极磁通略有降低，造成转速回升，机械特性在大负载的时候呈现上翘现象。上翘的特性 将使得电动机的运行不能稳定。5、 当电动机的负载转矩和励磁电流不变时， 减少电枢电压会引起转速的降低， 为什么？ 答：当电枢电压下降时，n 及 Ea 一开始不能突变，Ia 及 T 减少。运行特性斜率增大。同时， 输出转矩下降，系统减速。随着 n 和 Ea 的下降，Ia 及 T 增加，当 n 降至新的运行特性线上 的原有 T 大小的点时，转矩新的平衡重新建立，系统以较低的转速稳定运行。实验六一、实验目的三相绕组与旋转磁场实验1．掌握三相绕组磁场产生的原理。 2．掌握三相电机定成绕组的布线规律。二、实验项目1．三相木模定子的绕组的下线、连线。 2．用指南针检查旋转磁场的转向。三、实验设备及仪器1．三相调压器。 2．电气装置中的三相电网电源。 3．Z=36 的木模定子。 4．绕组线圈若干。 5．指南针。 6．交流电流表。四、预习要点1．掌握三相旋转磁场产生原理。 2．根据 Z=36、2P=6、a=1 整步 60°相带，绘出三相单层迭绕组展示图。五、实验说明1、单层绕组的每个槽中只嵌一个绕圈有效边，绕组的成圈数等于总槽数的一半。2、一个极距内所有导体的电流方向必须一致，相邻两个极距内所有导体的边流方向必 须相反。 3、在选线时，由于有效边是产生电磁作用的主要部分，所以只要保持有效的电流以流 向不变，端部连接方式改变，不会改变电磁情况。 4、通电时，电流小于 3 安。 5、用指南针检查旋转磁场时，指南针平放并且尽量靠近木槽。六、实验方法及步骤1、参数计算 极距 τ =Z/2P=36/4=6 槽、每极每相槽数 q=Z/2mp=36/4?3=2 槽 槽间电角度 α =P360/Z=3?360/36=30° 2、编绘电机的槽号 把 36 线槽绘出来，线槽之间的距离均匀对称，仍需要多画几个槽，左右两侧都要标出始末 槽号，以示展开图园周完整性，同时要预留出确定每极每相槽数位置的空余地方，如图 6-1。τ τ τ τ τ τW 36U 1U 2V 3V 4W 5W 6U 7U 8V V W W U U V V W W U U V V W W U U V V W W U U V V W W 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36U 1图 6-1三相 6 极 36 槽电机单层全距绕组槽号绘编3、划定极距：把已编绘好的电机槽号，按顺序六等分，并标出极距的位置（如图 6-1）。 4、确定每极每相槽的位置： 在规划好的极距下，将每一极距三等分，得到每极每相二槽依次在每槽下用 U、V、W 标出来，以示每极距下，每一相绕组所嵌槽的位置（如图 6-1）。 5、标明电流方向： 按绕组嵌线排列原则， 即一个相距内所有导体的电流方向都必须一致， 相邻两个极距内 所有导体电流方向，都必须相反，原则在规划好的极距下，标出每个极距内所有导体的电流 方向（如图 6-1）。 6、绕组展开图成图： 按照每一极距下每槽中的电流方向以及绕圈节距，把同样号（如都为 O 的记号）下的 线槽适当顺序联接，可构成绕组。根据槽间电高度和 A、B、C 相差 120°，确定 A、B、C， 即第 1 为 A、5 为 B、9 为 C，然后把 A、B、C 的尾端接在一起，可成 Y 接。 7、通电验证 在 A、B、C 端加三相电源，A 相串电流表，电流小于 3A，用指南针验证旋转磁场，看 针是否转动。ττττττW U U 36 1 2V 3V 4W 5W 6U 7U 8V V W W U U V V W W U U V V W W U U V V W W U U V V W W U 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 1A A ZBC X Y图 6-2七、报告要求心得体会： 单层绕组的每一个槽内只有一个线圈边。 整个绕组的线圈数等于总槽数的一半。 在小型 三相异步电动机里常常采用单层绕组，因为这种绕组嵌线比较方便，槽内没有层间绝缘。槽 的利用率较高，但它的磁动势和电动势的波形比双层绕组的要差。和直流电机一样，交流电 机的双层绕组根据线圈的形状以及端接部分的链接， 也有叠绕组和波绕组两种。 交流电机的 整个绕组不一定结成闭合绕组， 而是根据需要来接即可。 实验中要仔细地按照接线图来接线 路，培养接线动手能力。定子绕组的下线很重要的，要很小心的。只有定子绕组线圈按着正 确的方式连接，在加上三相对称电压，形成三相对称电流，才能建立旋转磁场。 八．实验思考 1、哪些接线错误可能建立不起旋转磁场？ 答： （1）三相绕组中有一相断线。 （2）三相绕组对称，但有一相反接。 （3）三相绕组中有线圈顺序排错，没有使三相绕组对称分布。 2、采用木模定子，绕组电阻很小，须直接加电网电压吗？ 答：不能直接加电网电压，采用木模定子，是非铁磁材料，其铁芯磁导率将大为下降， 使电动机励磁电抗大大减小，这时再直接加电网电压，定子线圈中的电流会很大，烧毁 绕组而毁坏电机。实验七 三相鼠笼异步电动机的工作特性一、实验目的1．掌握三相异步电机的空载、堵转和负载试验的方法。 2．用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。 3．测定三相笼型异步电动机的参数。二、实验项目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。三、实验设备及仪器1．直流稳压电源 10 伏。 2．红外线转速表。 3．交流功率、功率因数表 2 只（cosφ =1，V=150U、600U，I=5A）。 4．直流电压表（75V、125V、500V）、安培表（5A，3 只；0.5A，1 只）。 5．可调电阻 10 欧。 6．三相调压器 15 千伏安。 7．温度计。 8、开关板。 9、三相鼠笼式异步电动机―直流发电机机组（额定功率 1.5KW，额定电流 3.7A，额定 转速 1420 转/分钟，额定电压 380V，接法 Y，稳定频率 50HZ，型号 Y90L―4，2 对极）。四、预习要点1．异步电动机的工作特性指哪些特性？ 2．异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的特理意义是什么？ 3．工作特性和参数的测定方法。五、实验说明1、测量三相异步电动机的电功率可以采用“二表法”。采用“二表法”时，功率表读 数可能会有正负，使用时要注意功率表连接极性“*”。 2、 直流发电机及带负载作三相异步电动机的负载时， 要注意是否规定了电动机的转向。 3、本实验每相电压取三相相电压的平均值，实验时要注意三相异步电动机定子绕组接 法（Y 接）。 4、进行堵转实验时，定子绕组所加电压不能过高，实验速度要快，以避免电动机绕组 过热。应确保自动工具安全可靠。六、实验方法及步骤1、空载试验 测量电路如图 7-3 所示。电机绕组为 Y 接法（UN=380 伏），直流发电机空载。a．起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，然后接通电源，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。 b．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。 c．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。 d．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 7-9 组记录于表 7-3 中。 表 7-3 序号 1 2 3 4 5 6 7 UOC（V） UAB 445 400 380 360 340 264 220 UBC 445 400 380 360 340 264 220 UCA 445 400 380 360 340 264 220 UOL 445 400 380 360 340 264 220 IA 3.0 2.25 2 1.8 1.6 1.15 1 IOL（A） IB 3.0 2.25 2 1.8 1.6 1.15 1 IC 3.0 2.25 2 1.8 1.6 1.15 1 IOL 3.0 2.25 2 1.8 1.6 1.15 1 PO（W） PO 388 300 280 260 240 210 200 0.183 0.192 0.213 0.232 0.255 0.399 0.525cos?4．短路实验。测量线路如图 7-3。 a．将起子插入堵转孔中，使定转子堵住。将三相调压器退至零位。 b． 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 （IN=3.7A）， 再逐渐降压至 0.3 倍额定电流为止。 c．在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率，共取 4-5 组数据，填入表 7-4 中。 做完实验后，注意取出堵转孔中的起子。 表 7-4 序号 1 2 3 4 5 6 7 UOC（V） UAB 120 104 100 82 60 42 22 UBC 120 104 100 82 60 42 22 UCA 120 104 100 82 60 42 22 UK 120 104 100 82 60 42 22 IA 4.4 3.9 3.7 2.9 2.1 1.6 1.2 IOL（A） IB 4.4 3.9 3.7 2.9 2.1 1.6 1.2 IC 4.4 3.9 3.7 2.9 2.1 1.6 1.2 IK 4.4 3.9 3.7 2.9 2.1 1.6 1.2 PO（W） cos?K PK 560 440 400 240 120 60 40 0.612 0.626 0.624 0.583 0.550 0.515 0.8752、负载实验 选用设备和测量接线同空载试验。 a．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压（UN=380V），并在试验中保 持此额定电压不变。 b．给直流发电机加负载，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（IN=3.7A）。 c．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、转速数据，共读取 5-6 组数据，记录于表 7-5 中。 表 7-5 UN=380V（Y） PO（W） IOL（A） n（r/min） P2（W） 序号 IA IB IC I1 P11 2 3 4 5 6 74.6 4.2 3.7 3.4 3.0 2.6 2.04.6 4.2 3.7 3.4 3.0 2.6 2.04.6 4.2 3.7 3.4 3.0 2.6 2.04.6 4.2 3.7 3.4 3.0 2.6 2.080 80 32010 52 1489七、实验报告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：rlef ? rlc235? ? ref 235? ? c? 8?235? 75 ? ? 9.9? 235? 16式中 rlef ――换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Ω ； r1c ――定子绕组的实际冷态相电阻，Ω ； O θ ref――基准工作温度，对于 E 级绝缘为 75 C； O θ c ――实际冷态时定子绕组的温度， C。 2.作空载特性曲线：I0、P0、cos?0=f(U0) 空载电流与空载电压的关系：空载损耗与空载电压的关系：空载时的功率因数与空载电压的关系：3.作短路特性曲线：IK、PK=f(UK) 短路电流与短路电压的关系短路损耗和短路电压的关系：4.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Zk ?Uk 100 ? ? 15.6? Ik 3 ? 3.7 Pk 400 ? ? 9.74? 2 3I k 3 ? 3.7 2短路电阻Rk ?短路电抗X k ? Z k2 ? Rk2 ? 15.6 2 ? 9.74 2 ? 12.19?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? R2 ? Rk ? R1 ? 9.74 ? 8 ? 1.74?定、转子漏抗X 1? ? X 2? ?Xk ? 6.1? 2(2)由空载试验数据求激磁回路参数 空载阻抗Z0 ?U 0 220 ? ? 110? I0 2空载电阻 空载电抗R0 ?P0 280 ? ? 23.33? 2 3I 0 3 ? 2 22 2 X 0 ? Z0 ? R0 ? 110 2 ? 23.33 2 ? 107 .5?式中 U0、I0、P0 ―― 相应于 U0 为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。 激磁电抗X m ? X 0 ? X 1? ? 107.5 ? 6.1 ? 101.4?激磁电阻Rm ?PFe 195 ? ? 16.25? 2 3I 0 3 ? 2 2式中 PFe 为额定电压时的铁耗，由图 7-4 确定。八、思考题1.由空载、短路试验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？ 答：①各个实验仪表存在一定得误差，数据测量时也会引起一定的误差；②实验原理存在误 差， 如短路实验时忽略了励磁支路的影响； ③空载实验时转子的转速会随输入电压的改变而 改变等。 2.从短路试验数据我们可以得出哪些结论？ 答：通过短路试验，可以求出等效电路的电阻和漏抗。 3.由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起 误差？ 答：由直接发测取电机的效率是需要带负载进行实验，并测取电机的定子电阻、铁耗和机 械损耗， 故以上数据的测量均会引起误差； 而由损耗分析法求的电机的效率是需要在空载试 验和短路试验中测取空载电流，空载损耗，短路电压，短路损耗的前提下由 算出来的，所以以上数据的测量和环境温度均是引起误差的因素。 曲线实验八一、实验目的三相异步电动机的起动与调速通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。二、实验内容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。三、实验设备及仪表1、三相鼠笼异步电动机 2、三相绕线转子异步电动机 3、自耦变压器 4、可调电阻器 5、他励直流发电机组―异步电动机组 6．交直流电流表 7、交直流电压表 8、转速测试表 1台 1台 1台 3台 1套 4台 2台 1块四、实验方法1．三相笼型异步电动机直接起动试验 按图 8-1 接线，电机绕组为△接法。 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．把三相交流电源调节旋钮逆时 针调到底，合上绿色“闭合”按钮开 关。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。 （电 机起动后，观察电机转向，如出现电 机转向不符合要求，则须切断电源， 调整次序，再重新起动电机。 ） b．断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，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。填入表 8-1 中。 注：按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。电流表受起动电流冲击，电 流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数， 但用它可和下面几种起动方法的起动电 流作定性的比较。 c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入堵特孔中，将转子堵住。 表 8-1 U △直接（220V） Y/△ 降压 110VIst31A10.2A10.2A2．星形――三角形（Y-△）起动 按图 8-2 接线，电压表、电流表的选择同前。图 8-2 笼型异步电动机定子绕组星形―三角形联结起动的实验线路 a．起动前，把三相调压器退到零位，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，使输出电压升高至电机额定电压 UN=220V，断开电源开关，待电机停转。 b．待电机完全停转后，合上电源开关，观察 Y 接下起动瞬间的电流，填入表 8-1 中。 然后把 S 合向左边（△接法） ，电机进入正常运行，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。 3．自耦变压器降压起动 按图 8-3 接线。电机绕组为△接法。图 8-3 异步电动机自耦变压器起动的实验线路 a．先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达 110 伏，断 开电源开关，待电机停转。b．待电机完全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察电流 表的瞬间读数值，填入表 8-1 中，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压 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。 实验线路如图 8-4，电机定子绕组 Y 形接法。转子串入的电阻由刷形开关来调节，调节 的绕线电机转子起动电阻（分 1，2，3，4 四档） 。图 8-4 绕线转子异步电动机转子绕组串入可调电阻器起动与调速的实验线路 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 380 伏时，对称调节起动电阻，分别读出起动电阻为 1Ω 、2Ω 、3Ω 、 4Ω 的起动电流 Ist，填入表 8-2 中。 注意：试验时通电时间不应超过 20 秒的以免绕组过热。 表 8-2 U=380V Rst（Ω ） Ist（A） 0 29A 3 15A 6 11A5．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。 a．合上电源开关，调节调压器输出电压至 UN=380 伏（异步电机定子 Y 接） ，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 8-3 中。 表 8-3 中 U=380 伏 Rst（Ω ） n（r/min） 0
0 4.5 5五、实验报告1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。 答:（1）直接起动：起动方法简单；起动时的起动电流大，转矩小，当电机的容量大时将会导致电网电压下降。 （2）星形――三角形起动：起动电流和起动转矩同倍数下降；只能降低为原来值得1/3， 并且只适用于最后工作在转子为三角连接的电机。 （3）自耦降压起动：起动电流和起动转矩同倍数下降，并且降低倍数可调；但要额为增 加一台变压器。 （4）转子串电阻起动：起动电流小，起动转矩大；是有级调速，转矩变化较大，机械冲 击较大，控制设备庞大，维修不变。 2.由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩： (1)外施额定电压 UN。 （直接法起动）I st ?UN' 2 ' 2 ( R1 ? R2 ) ? ( X1 ? X 2 )T?2 ' 3PUN R2 ' 2 ' 2 2?f [(R1 ? R2 ) ? ( X1 ? X 2 ) ](2)外施电压为 UN/。(Y―Δ 起动)2 ' 1 3PUN R2 T? ? ' 2 ' 2 3 2?f [(R1 ? R2 ) ? ( X1 ? X 2 ) ]1 UN I st ? ? ' 2 ' 2 3 ( R1 ? R2 ) ? ( X1 ? X 2 )(3)外施电压为 UK/KA，式中 KA 为起动用自耦变压器的变比。 （自耦变压器起动） 。I st ?' UK / KA ' 2 ' 2 ( R1 ? R2 ) ? ( X1 ? X 2 )T?' 3P(U K / K A )2 R2 ' 2 ' 2 2?f [(R1 ? R2 ) ? ( X1 ? X 2 ) ]3.绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。 答：线绕式异步电动机在转子串电阻启动时，启动电流减小而启动转矩反而增大。转子电路 内串联电阻有两种作用：由于转子电路的电阻增大，使转子阻抗增大，转子的绕组的启动电 流减小，因而定子的启动电流也相应减小；适当选择变阻器的阻值，可是启动转矩增大，这 时虽然转子电流减小，但转子的功率因数显著增大，所以转矩也增大。 4.绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。 答：转子绕组串入电阻，其转子阻值增加，使得电动机的转速增加。六．实验思考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正比， 起动转矩和外施电压的平方成正比是在异步电动机的用近似 的等效电路图下才成立。 2.起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？ 答：起动的实际情况与上述假设有所偏差，因为我们理论分析是根据简化的等效电路，实际 上启动电流与 E2'成正比，启动转矩与 E2’的平方成正比，而实际上 ，所以跟实际有偏差。实验九一、实验目的三相感应电动机的变频调速实验1、掌握三相异步电动机的变频起动原理。 2、掌握三相异步电动机的变频调速方法。二、实验项目1、熟悉变频器的调速原理。 2、变频器的参数设定。 3、三相异步电动机的变频起动。 4、三相异步电动机的变频调速。三、实验设备及仪器1、本相笼型异步电动机 2、直流发电机（与异步机同轴） 3、直流机负载 4、直流发电机励磁电源 5、直流电流表 6、直流电压表 7、功率表 8、整流式电压表 9、转速表 10、变频器 1台 1台 1套 1 套（他励） 1块 1块 2块 1块 1块 1套四、实验预习1、复习变频器调速原理。 2、理解三相异步电动机变频起动及变距调速实验线路。 3、理解变频器恒转矩、恒功率调速的频率范围。 4、理解变频器的参数设定。五、实验说明1、变频器输出端不允许接电源，如果变频器输和端与输出端接反，转瞬间逆变管将被烧坏。 2、变频器输出电压要用整流式仪表测，不能用数字式仪表和电磁式仪表，因为用它们测量 低频时的输出电压值要比实验值高不少。3、在变频器输出电路中的接法，因为通往电动机的三相电流是对称的，所以只需用两块单 相功率表就可以测三相功率。但要测变压器输入端三相功率，必须测量每相功率，然后把三 个表的测量结果相加，得到三相功率。变频器的输入侧是三相整流桥电路，共三相输电流常 常是不平衡的。 4、变频起动电机即接预置的加速时间从“起动频率”开始起动，加速时间短，频率上升较 大， 旋转磁场的转速上升也减速如果抬动系统的惯性较大， 则电动机转子的转速跟不上同步 转速上升，转差较大，加速电流较大，有可能因超过变频器的上限电流值而跳闸，所以，加 速时间预置不能太小。 5、变频器的停机。本实验采用自由减速停机，即封锁变频器的逆变管（按停止按钮），使 变频器没有任何输出使电动机处于切断电源后的自由制动状态， 异步机拦转矩调速 （通过保 持发电机输出电流不变即可）。六、实验方法及步骤三相异步电动的实验线路如图。图中电动机的定子绕组通过变频器 U 接至电源，用与 异步机同轴的直流发电机并带负载作为电动机的机械负载。 1、合上电源开关 Q1，三相异步电动机由变频器供电，设置变频器，参数：380V，上 限频率 电机功率（10I）、电机电压（103）、电机频率（104、50HZ）、电机电流（105、 3.7A）、电机转速（106、1440）、自动电机适配（107、选 2）、加速时间（207、7S）。 本机操作（002、选 1） 本机参考值（003、选 50HZ） 本机控制（013）选 1 功锁定（20）选 1 转速特性（101）选 1 380/50=7.6 输出频率范围（200）选 1 输出频率上限（202）选 60HZ 述调功能（413）选 D 在设置完成后，大多数情况下，变频器处于准备运行状态。W1W2W3ARST3～UW4f1/f2W5U A3～有源负载2、按下变频器起动按钮，起动电机。 3、合上直流发电机励磁开关，并合上负载开关 Q2，调节有源负载电阻 R，施加一定的负载转矩至电动机。 4、保持电动机负载转矩不变，调节变频器的频率和输出电压。 5、在转速不超过 1.2Ω 的范围内，读 4-5 组电动机不同的端电压，电压频率 5、转速 12 的数据，填入表中，并观察功率表的变化。 异步发电机变频调速的实验数据表 1 U(V) f(Hz) n(r/min) I(A) P(W) 224 30 829 3.05 932 2 260.8 35 979 3.05
1520七、实验报告与要求1、根据实验数据，分析三相异步电动机变频调速的情况。以及功率变化情况，作出相应的 结论。 答：由实验数据可知，三相异步电动随着频率的增大，转速增大，电流增大，功率增大。 2、作出补偿后的 U/f 曲线。380 360 340 320 U/f曲 线电 压 /V300 280 260 240 220 303234363840 42 频 率 /Hz444648503、作出恒转矩调速的 PL、f 曲线。1600 P与 f曲 线15001400功 率 /W1300120011001000900 303234363840 42 频 率 /Hz44464850八、实验思考1、变频器在变频的同时，为什么还要变压？ 答：电机在变频的时候，如果外加电源电压不变，则此时电机的磁通将会减小，从而导致电 机的励磁电流和功率因数都会减小， 为了保证励磁电流和功率因素的不变， 所以在变频的时 候也要降压，从而保证磁通的不变。 2、电动机在低频运行时，为什么要进行转矩提升？ 答：电机在低频运行时，电机的转速降低，电机的电磁转矩也降低，此时处于超载状况，负 载转矩大于电磁转矩，有可能导致不能带动负载，所以要进行转矩提升，保证恒转矩特性。 3、恒转矩负载调速特点（转矩特性、功率特点）？ 答：横转矩负载调速时，当 U/f=定值时，对于同一转矩，转速降近乎不变；功率与频率成 正比，随着频率的增大而增大。实验十三相同步发电机的并联运行一、实验目的1．掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件和操作方法。 2．掌握三相同步发电机与电网并联运行时有功和无功率的调节。二、预习要点1．三相同步发电机投入电网并联运行时，必须满足哪些条件？如何满足这些条件？不 满足这些条件将产生什么后果？ 2．三相同步发电机投入电网并联运行时，如何调节有功功率和无功功率？并说明其物 理过程。三、实验设备与仪表1．三相同步发电机 2．直流电动机 3．交直流电压表 4．交直流电流表 5、功率因素表 6、可调电阻器 7、电阻器 8、三相同步指示灯 9、转速测试表 1台 1台 4台 5台 1台 3台 1台 1组 1台四、实验项目1．用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。 2．用自同步法将三相同步发电机抽入电网并联运行。 3．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。 4．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节。 (1)测取当输出功率等于零时三相同步发电机的 V 形曲线。 (2)测取当输出功率等于 0.5 倍额定功率时三相同步发电机的 V 形曲线。五、实验说明1、三相同步发电机与电网并联运行应满足的条件是，发电机电压的相序与电网一致， 发电机端电压的大小和相位与电网相同， 发电机电压的频率与电网相同。 除第一点必须满足 外，实验中庆调节发电机电压和频率与电网尽可能接近时再投入并联运行。 2、用作三相同步指示灯的额定电压应按二倍发电机额定电压选取。 3、进行无功功率调节的操作过程中，发电机励磁电流不可欠励太多，以防止发电机失 步。六、实验线路及操作步骤实验接线如图 11-1 所示。 1．用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行 三相同步发电机与电网并联运行时必须满足的条件如下： (1) 发电机羰电压与电网电压大小和相位相同，即 EoⅡ=U1； (2) 发电机的频率与电网频率相同，即 fⅡ=f1； (3) 发电机与电网的相序相同。 本实验灯光旋转法接线，即指示灯按图 11-1 接线。图中电压表与指示灯（两只指示 灯串联）应按 2 倍电网额定电压选择，苦味 电压表分别测量发电机电压和电网电压时， 则电压表的量程只按电网额定电压选择。 合上开关 KM2， 启动原动机 （并励直流电 动机） ， 使同步发电机的转速接近额定值； 调 节同步发电机的励磁电流，使同步发电机的 羰电压等于电网电压； 按灯光旋转法接线时， 若三相相灯集资明灭形成旋转灯光，则表示 发电机与电网的相序相同。如发现三相的相 灯同时发亮，同时熄灭，这说明发电机与电 网的相序不一致，应将开关 KM1 打开，然后 将发电机（或电网）任意两相互换，使相序 一致；当发电机转速接近同步转速，发电机羰电压与电网电压相等或接近， 各相灯光依次明灭而旋转的速度达到最慢， 待直接相连的一 相（即 A 相）灯光熄灭时，立即合上 S1，把同步发电机投入电网并联运行。 3、三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节 （1）测取当输出功率等于零（P2≈0）时三相同步发电机 V 形曲线 实验接线图 11-1。 在同步发电机并入电网后，调节直流电动机的励磁电流，使同步发电机的输出功率 P2≈0。 在保持 P2=0 条件下，增加同步发电机的励磁电流Ⅰf，使同步发电机的电枢电流增加 A 到 6.7 额定值，记录此点的励磁电流、电枢电流，然后减少同步发电机的励磁电流Ⅰf，使发 电机的电枢电流减小到最小值，并记录此点数据，继续减小发电机的励磁电流，则电枢电流 又将增大，直到接近额定值，在这个过励和欠励的范围内测取 5～6 组数据，记录于表 11-2 中。 注意：在实验的过程中，电流应单方向调节。 表 11-2 n=nN= 1500r/min，U=UN= 380V, P2≈0 序号 1 2 3 4 5 三相电流 I（A） 3.4 1.5 0.5 2.45 7.3 励磁功率 If（A） 0.8 1.8 2.6 4 6.8（2）测取当输出功率等于 1/3 倍额定功率时三相同步发电机的 V 形曲线 调节直流电动机的励磁电流，使同步发电机的输出功率 P2=1/3 倍额定功率。在保持 P2=1/3PN 条件下，增加同步发电机的励磁电流，使同步发电机电枢电流增加至接近额定值， 记录此点的励磁电流，电枢电流和功率因数；然后减小发电机的励磁电流，使发电机的电枢 电流减小到最小值，并记录此点数据，继续减小同步发电机的励磁电流，则电枢电流又将增 大，直至接近额定值，但不可欠励过多，以防同步发电机失步，若出现失步，应立即增加发 电机励磁电流，以便牵入同步，同时注意电枢电流不应超过额定值。在这个过励和欠励的范 围内测取 5～6 组数据，记录于表 11-3 中。 注意：在实验的过程中，电流应单方向调节。 表 11-3 n=nN= 1500 r/min，U=UN= 380 V, P2≈1/3PN 序号 1 2 3 4 5 三相电流 I（A） 3.9 2 1.5 4.4 7.6 励磁电流 If（A） 0.6 1.8 2.8 5.0 6.9七、实验报告1、试分析三组同步发电机用准同步法和自同步法投入电网并联运行的优缺点。 答： 用准同步法将同步发电机并联， 其优点是能使新投入的发电机和另一台发电仙不受或受轻微的冲击，但手工操作较费时，当然采用自动控制装置时新发电机并网运行，情况尚为好 些，但其装置比较复杂，而当电网某机组出现事故，突然退出运行而要求起动另外一台机组 并联与电网时，由于此电网的电压和频率都在不断的变化，要具备准整步条件比较困难，情 况又比较紧急，此时就采用自同步法，其优点是投入迅速，不需增添复杂的装置，缺点是投 入时定子电流冲击较大。 2、试叙述三相同步发电机投入电网时，若不满足投入电网并联运行条件将引起什么后 果？ 答：以上条件中的任何一个不满足则在开关K的两端，会出现差额电压，如果闭合K，在发电 机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。 3、试说明三相同步发电机投入电网并联运行时，有功功率和无功功率的调节方法。 答：增加发电机输出的有功功率，根据功率平衡的观点，只要增加原电机的输入功率。根据 直流电动机的理论， 若转速不变， 要提高直流电动机的输出功率则应减少直流电动机的励磁 电流或升高直流电动机的电枢电压。 当有功功率一定时， 要改变并网同步发电机的无功功率， 根据公式2 P =mUIaCOS= 常数； 以及P2=m(UE0)/Xs*sinδ =常数； 二式中均为必然满足： IaCOS Φ =常数 ：E0sinδ =常数。由相量图分析知，有功功率保持不变时，调节发电机的无功功率 的方法，就是改变发电机的励磁电流。 4、绘出 P2≈0 和 P2≈0.5PN 时同步发电机的 V 形曲线并加以说明。答：同步电动机输出有功功率P2 恒定，改变励磁电流可以调节其无功功率，励磁电流小于 正常励磁值(欠励)时，电动机功率因数cos ? 滞后，同步电动机相当于感性负载，要从电网 吸取滞后无功。励磁电流大于正常励磁值(过励)时，电动机功率因数cos ? 超前，同步电动 机相当于容性负载，要从电网吸取超前无功。 ①每一功率（负载）对应一条V 形曲线； ②从欠励到正常励磁到过励I 有最小值； ③每条曲线的最低点：cosφ =1，连线向右倾斜； ④每条曲线左边均有不稳定区； ⑤不稳定区域边缘：θ = 90 ，连线向右倾斜； ⑥每条曲线上的电流I 变化量Δ I 为无功分量。0八、思考题1、试说明用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时，先把同步发电机的励磁 绕组与 10 倍励磁绕组电阻组成闭合回路的作用；附加电阻值太大或太小有什么缺点？ 答： 因为采用自同步法起动时由原动机将发电机拖动到接近同步转速后并网， 并马上加以励 磁，将三相同步发电机投入电网并联运行时，先把同步发电机的励磁绕组与 10 倍励磁绕组 电阻组成闭合回路的作用是是同步机的励磁磁通迅速增大， 从而减小冲击电流的产生， 附加 电阻太大或者太小都会影响励磁电流，从而影响并网效果。 2、三相同步发电机与电网并联运行调节无功功率时，除了调节同步发电机的励磁电流 外，为何还要同时调节直流电动机的励磁电流？ 答： 因为是采用自同步法并网， 所以调节同步发电机的励磁电流将会导致发电机的磁动势有 所改变， 而调节直流电动机的励磁电流则可以使励磁磁动势保持稳定， 也保证了并网过程中 的转速和电压幅值的同步性。 所以三相同步发电机与电网并联运行调节无功功率时， 除了调 节同步发电机的励磁电流外，还要同时调节直流电动机的励磁电流。实验十一一、实验目的三相同步发电机的并联运行1．掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件和操作方法。 2．掌握三相同步发电机与电网并联运行时有功和无功率的调节。二、预习要点1．三相同步发电机投入电网并联运行时，必须满足哪些条件？如何满足这些条件？不 满足这些条件将产生什么后果？ 2．三相同步发电机投入电网并联运行时，如何调节有功功率和无功功率？并说明其物 理过程。三、实验设备与仪表1．三相同步发电机 2．直流电动机 3．交直流电压表 4．交直流电流表 5、功率因素表 6、可调电阻器 7、电阻器 1台 1台 4台 5台 1台 3台 1台8、三相同步指示灯 9、转速测试表1组 1台四、实验项目1．用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。 2．用自同步法将三相同步发电机抽入电网并联运行。 3．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。 4．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节。 (1)测取当输出功率等于零时三相同步发电机的 V 形曲线。 (2)测取当输出功率等于 0.5 倍额定功率时三相同步发电机的 V 形曲线。五、实验说明1、三相同步发电机与电网并联运行应满足的条件是，发电机电压的相序与电网一致， 发电机端电压的大小和相位与电网相同， 发电机电压的频率与电网相同。 除第一点必须满足 外，实验中庆调节发电机电压和频率与电网尽可能接近时再投入并联运行。 2、用作三相同步指示灯的额定电压应按二倍发电机额定电压选取。 3、进行无功功率调节的操作过程中，发电机励磁电流不可欠励太多，以防止发电机失 步。六、实验线路及操作 步骤实验接线如图 11-1 所 示。 1．用准同步法将三相同步 发电机投入电网并联运行 三相 同步发电机 与电 网并联运行时必须满足的 条件如下： (1) 发电机羰电压与电 网电压大小和相位 相同，即 EoⅡ=U1； (2) 发电机的频率与电 网频率相同，即 fⅡ =f1； (3) 发电机与电网的相 序相同。本实验灯光旋转法接线，即指示灯按图 11-1 接线。图中电压表与指示灯（两只指示灯 串联）应按 2 倍电网额定电压选择，苦味电压表分别测量发电机电压和电网电压时，则电压 表的量程只按电网额定电压选择。合上开关 KM2，启动原动机（并励直流电动机） ，使同步发 电机的转速接近额定值； 调节同步发电机的励磁电流， 使同步发电机的羰电压等于电网电压； 按灯光旋转法接线时， 若三相相灯集资明灭形成旋转灯光， 则表示发电机与电网的相序相同。 如发现三相的相灯同时发亮，同时熄灭，这说明发电机与电网的相序不一致，应将开关 KM1 打开，然后将发电机（或电网）任意两相互换，使相序一致；当发电机转速接近同步转速， 发电机羰电压与电网电压相等或接近， 各相灯光依次明灭而旋转的速度达到最慢， 待直接相 连的一相（即 A 相）灯光熄灭时，立即合上 S1，把同步发电机投入电网并联运行。 2．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节 实验接线同图 11-1。 在同步发电机并入电网后，同时调节同步发电机的励磁电流和直流电动机的励磁电流， 使同步发电机电枢电流接近零，这时相应的同步发电机的励磁电流Ⅰf=Ⅰf0。保持Ⅰf=Ⅰf0 不 变，调节直流电动机的励磁电流，使同步发电机的输出功率 P2 增加，在同步发电机的电枢 电流从接近于零增大到额定电流范围内，测取发电机的三相电流、三相功率和功率因数共 5～6 组数据，记录于表 11-1 中。 表 11-1 I(A) If(A) I(A) If(A) 3.5 0.8 3.8 0.7 2 1.5 2.2 1.8 0.6 2.5 1.4 2.7 2.6 4.1 4 4.8 7.3 6.9 9.5 7.9P2=0P= 21 2 PN3.三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节 （1）测取当输出功率等于零（P2≈0）时三相同步发电机 V 形曲线 在同步发电机并入电网后，调节直流电动机的励磁电流，使同步发电机的输出功率 P2 ≈0。 在保持 P2=0 条件下，增加同步发电机的励磁电流Ⅰf，使同步发电机的电枢电流增加到 A 6.7 额定值，记录此点的励磁电流、电枢电流，然后减少同步发电机的励磁电流Ⅰf，使发电 机的电枢电流减小到最小值，并记录此点数据，继续减小发电机的励磁电流，则电枢电流又 将增大，直到接近额定值，在这个过励和欠励的 （2）测取当输出功率等于 0.5 倍额定功率时三相同步发电机的 V 形曲线 调节直流电动机的励磁电流，使同步发电机的输出功率 P2=0.5 倍额定功率。在保持 P2=0.5PN 条件下，增加同步发电机的励磁电流