《电气专业实验指导丛书：专业基础实验》（修改）

第一章 电机学

1.1 电机学实验的基本要求和安全操作规程

实验的基本要求

电机与拖动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，实验内容及实验设备拟定实验线路，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

实验前应复习教科书有关章节，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。

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。

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、实验的进行

1.建立小组，合理分工

每次实验都以小组为单位进行,每组由3～5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

1

预习时对电机与拖动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

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

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。

实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。 实验报告包括以下内容：

1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。

2) 列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据(PN、UN、IN、nN）等。 3) 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。

4) 数据的整理和计算

5) 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。

6) 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。

7) 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

为了按时完成电机与拖动实验，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) 实验时，人体不可接触带电线路。

2) 接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。

3) 学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。

4) 电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。

5) 总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制， 其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。

2

1.2 基本操作实验

实验一 直流电机认识实验

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、变阻器等组件及使用方法。 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、实验设备与器件

1、实验设备

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D42 D44 D51 D41

名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流数字电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 三相可调电阻器 数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 1 件 2、控制屏上挂件排列顺序 D31、D42、D41、D51、D31、D44

四、实验项目

1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。

2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。

3

五、实验说明及操作步骤

1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型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。 2、用伏安法测电枢的直流电阻

+ 220V电枢电源-S图1－1 测电枢绕组直流电阻接线图

RVAM （1）按图1-1接线，电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至

最大。A表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A档。开关S选用D51挂箱。 （2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表1-1中。

（3）增大R使电流分别达到0.15A和0.1A，用同样方法测取六组数据列于表1-1中。

取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值

序号 U（V） 1 2 3 I（A） Ra11= Ra12= Ra13= Ra21= Ra22= Ra23= Ra31= Ra32= Ra33= Ra3= Ra2= Ra1= Ra?1(Ra1?Ra2?Ra3)3R（ 平均）（Ω） Ra（Ω） Raref（Ω） 表1-1 室温 ℃

表中：

1Ra1?3(Ra11?Ra12?Ra13)11Ra2?(Ra21?Ra22?Ra23)Ra3?(Ra31?RA32?Ra33)334

（4）计算基准工作温度时的电枢电阻

由实验直接测得电枢绕组电阻值，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电枢绕组电阻值：

Raref?Ra235??ref235??a 式中Raref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）。 Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）。 θ

ref

——基准工作温度，对于E级绝缘为75 ℃。

θa——实际冷态时电枢绕组的温度。（℃） 3、直流仪表、转速表和变阻器的选择

直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。 （1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。 （2）电流量程的选择

因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。 （3）电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。 （4）变阻器的选择

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，电

枢回路R1可选用D44挂件的1.3A的180Ω串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。 4、直流他励电动机的起动准备

按图2-2接线。图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用D31。Rf1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用D42的1800Ω阻值的变阻器。作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R2选用D41的180Ω电阻和D42的900Ω串联作为MG的负载电阻。 接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。 5、他励直流电动机起动步骤

（1）检查按图1-2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确， 电动机励磁回路接线是否牢靠。然后，将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，作好起动准备。

5

If2A2Rf2并励绕组+励磁电源－220V

IfA1Rf1V2IFA4SR1IA3V1220V+电枢电源－ 图1－2 直流他励电动机接线图

（2）开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2 等于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M起动。

（3）M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正向偏转 ，若不正确，可拨动转速表上正、反向开关来纠正。调节控制屏上电枢电源‘电压调节’旋钮，使电动机端电压为220伏。减小起动电阻 R1阻值，直至短接。

（4）合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2 阻值，使MG的负载电流IF 改变，即直流电动机M的输出转矩T2 改变（按不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f(IF)，可得到M不同的输出转矩T2值）。

（5）调节他励电动机的转速

分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf1，观察转速变化情况。

（6）改变电动机的转向

将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向。

6

并磁绕阻六、注意事项

1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小，先接通励磁电源,使励磁电流最大,同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大,然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。 2、直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时必须将电枢串联的起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值。给下次起动作好准备。

3、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。

4、若要测量电动机的转矩T2 ，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值：100mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。

七、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R1和磁场调节电阻Rf1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？

7

实验二 直流发电机实验

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？

三、实验设备与器件

1.实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D41 D51 D42 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 波形测试及开关板 三相可调电阻器 数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 2.屏上挂件排列顺序

D31、D41、D31、D42、D51

四、实验项目

1.他励发电机实验

（1）测空载特性 保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。 （2）测外特性 保持n=nN使If=IfN ，测取U=f（IL）。 2.并励发电机实验 （1）观察自励过程

（2）测外特性 保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。

五、实验内容和步骤

1、他励直流发电机

8

图1－3 直流他励发电机接线图

按图1-3接线。图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。校正直流测功机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。MG、G及TG由联轴器直接连接。开关S选用D51组件。Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。R1选用D44的180Ω变阻器。R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。直流电流表、电压表选用D31、并选择合适的量程。

（1）测空载特性

1）把发电机G的负载开关S打开，接通控制屏上的励磁电源开关，将Rf2调至使G励磁电压最小的位置。

2）使MG电枢串联起动电阻R1阻值最大，Rf1阻值最小。仍先接通控制屏下方左边的励磁电源开关，在观察到MG的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，起动直流电动机MG，其旋转方向应符合正向旋转的要求。

3）电动机MG起动正常运转后，将MG电枢串联电阻R1调至最小值 ，将MG的电枢电源电压调为220V，调节电动机磁场调节电阻Rf1，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。

4）调节发电机励磁分压电阻Rf2，使发电机空载电压达U0＝1.2UN为止。 5）在保持n=nN＝1600r/min条件下，从U0＝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，每次测取发电机的空载电压U0和励磁电流If，直至If＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。

6）测取数据时U0＝UN和If＝0两点必测，并在U0＝UN 附近测点应较密。

9

7）共测取7～8组数据，记录于表1-2中

表1-2 n=nN＝1600r/min IL=0

U0（V） If（mA） （2）测外特性

1）把发电机负载电阻R2调到最大值，合上负载开关S。

2）同时调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的分压电阻Rf2 和负载电阻R2使发电机的IL＝IN，U＝UN，n=nN，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IfN，记录该组数据。

3）在保持n=nN和If＝IfN 不变的条件下，逐次增加负载电阻R2，即减小发电机负载电流IL，从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IL，直到空载（断开开关S，此时IL=0），共取6-7组数据，记录于表1-3中。

表1-3 n＝nN＝ r/min If＝IfN＝ mA

U（V） IL（A） （3）测调整特性

1）调节发电机的分压电阻Rf2，保持n=nN，使发电机空载达额定电压。 2）在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流IL，同时相应调节发电机励磁电流If，使发电机端电压保持额定值U＝UN。 3）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IL和励磁电流If，共取5-6组数据记录于表1-4中。

表1-4 n=nN＝ r/min U＝UN＝ V IL（A） If（mA） 2、并励发电机实验

（1）观察自励过程

1）按实验2-1六中注意事项2使电机MG停机，在断电的条件下将发电机G的励磁方式从他励改为并励，接线如图2-4所示。Rf2选用D42的900Ω电阻两只相串联并调至最大阻值，打开开关S。

2）按实验2-1六中注意事项1起动电动机，调节电动机的转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接成他励方式进行充磁。

3）合上开关S逐渐减小Rf2，观察发电机电枢两端的电压，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。 4）对应着一定的励磁电阻，逐步降低发电机转速，使发电机电压随之下降，直至电压不能建立，此时的转速即为临界转速。 （2）测外特性

10

1）按图1-4接线。调节负载电阻R2到最大,合上负载开关S。

2）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，使发电机的转速、输出电压和电流三者均达额定值，即n=nN，U=UN，IL=IN。

励磁电源220V－励磁绕组

+R1+If1A1Rf1IfA3Rf2V2A2V1220V－电枢电源SR2ILA4 图1－4 直流并励发电机接线图

3）保持此时Rf2的值和n=nN不变，逐次减小负载，直至IL=0，从额定到空载运行

范围内每次测取发电机的电压U和电流IL。 4）共取6-7组数据,记录于表1-5中。

表1-5 n＝nN＝ r/min Rf2＝常值 U（V） IL（A） 3、复励发电机实验 （1）积复励和差复励的判别

1）接线如图1-5所示，Rf2选用D42的1800Ω阻值。C1、C2为串励绕组。 2）合上开关S1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IL=0.5IN。

3）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,若此时电压升高即为积复励,若电压降低则为差复励。 4）如要把差复励发电机改为积复励 ,对调串励绕组接线即可。 （2）积复励发电机的外特性

1）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=nN，U=UN，IL=IN。

2）保持此时的Rf2 和n=nN不变，逐次减小发电机负载电流，直至IL=0。 3）从额定负载到空载范围内，每次测取发电机的电压U和电流IL，共取6-7组数据，记录于表1-6中。

11

R1A2V1220V+电枢电源－SR2+励磁电源220V－If1A1Rf1励磁绕组IfA3并励绕组Rf2C1　S1串励绕组C2V2ILA4图1－5 直流复励发电机接线图

表1-6 n＝n＝ r/min RNf2＝常数 U（V） IL（A） 六、注意事项 1、直流电动机MG起动时，要注意须将R1调到最大，Rf1调到最小，先接通励磁

电源，观察到励磁电流If1为最大后，接通电枢电源，MG起动运转。起动完毕，应将R1调到最小。

2、做外特性时，当电流超过0.4A时,R2中串联的电阻调至零并用导线短接,以免电流过大引起变阻器损坏。

七、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

和系数和剩磁电压的百分数。

2、在同一座标纸上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。分别算出三

U0?UN?U%?100%种励磁方式的电压变化率： 并分析差异原因。 UN 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。

八、思考题

1、并励发电机不能建立电压有哪些原因？

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

12

变低？为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？

13

实验三 单相变压器

一、实验目的

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。

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、实验设备与器件

1.实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 D33 D32 D34-3 DJK10 D42 D43 D51 名 称 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 三相心式变压器 三相可调电阻器 三相可调电抗器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 2.屏上排列顺序

D33、D32、D34-3、DJK10、D42、D43

四、实验项目

1.空载实验

测取空载特性U0=f(I0)，P0=f(U0) , cosφ0=f(U0)。 2.短路实验

测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK), cosφK=f(IK)。 3.负载实验 （1）纯电阻负载

保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 （2）阻感性负载

保持U1=UN，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。

五、实验内容和步骤

14

图1-6 空载实验接线图

3.空载实验

1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图1-6接线。被测变压器选用三相组式变压器DJK10中的一只作为单相变压器，其额定容量 SN=50VA，U1N/U2N=127/31.8V，I1N/I2N=0.4/1.6A。变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X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 （UN=31.8V），然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2UN 的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。

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7-8组。记录于表1-4中。

5）为了计算变压器的变比，在UN以下取3点测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表1-7中。

表1-7

实 验 数 据 序号 U0(V) I0(A) P0(W) UAX(V) 4.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1-7接线（以后

15

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。

图1-7 短路实验接线图

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 （IN=0.4A）为止，在(0.2～1.1)IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。

4）测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据6-7组记录于表1-8中。实验时记下周围环境温度(℃)。

表1-8 室温 ℃ 序号 UK（V） 实 验 数 据 IK（A） PK（W）

5.负载实验

实验线路如图1-8所示。变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。RL选用D42上900Ω加上900Ω共1800Ω阻值，XL选用D43，功率因数表选用D34-3，开关S1和S2选用D51挂箱

16

图1-8负载实验接线图

（1）纯电阻负载

1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S1、S2打开，负载电阻值调到最大。 2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=UN（UN=31.8V）。 3）保持U1=UN=31.8V不变，合上S1，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的值，从空载到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。

4）测取数据时，I2=0和I2=I2N=0.4A必测，共取数据6-7组，记录于表1-9中。

表1-9 cosφ2=1 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A） （2）阻感性负载（cosφ2=0.8）

1）用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗值调至最大。 2）接通交流电源，升高电源电压至U1=U1N（UN=31.8V）

3）合上S1、S2，在保持U1=UN及cosφ2=0.8条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U2和I2。

4）测取数据时，其I2=0，I2=I2N=0.4A两点必测，共测取数据6-7组记录于表1-10中。

表1-10 cosφ2=0.8 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A） 六、注意事项 1.在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。

17

2.短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。

七、实验报告

1.计算变比

由空载实验测变压器的原副方电压的数据，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)， （2）计算激磁参数

P0 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

2 I0rm?

Zm?Xm?U0I022Zm?rm 3.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) （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值由下式算出实验环境温度为θ(℃)时的短路参数。

UKZ'?K IK

rK'?

PK2IK'2'2ZK?rKXK'?折算到低压方 ZK'K K2Z? r'

rK?XKK由于短路电阻rK随温度变化，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。

K2X'?KK2rK75?C?rK?

234.5?75234.5??18

22ZK75?C?rK75?C?XK

式中：234.5为铜导线的常数,若用铝导线常数应改为228。 计算短路电压(阻抗电压)百分数

uK?uKr?uKX?INZK75?C?100%UNINrK75?C?100%UNINXK?100%UN2

IK=IN时短路损耗PKN= INrK75℃

4.利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“T”型等效电路。

5.变压器的电压变化率?u

（1）绘出cosφ2=1和 cosφ2=0.8两条外特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出I2=I2N 时的电压变化率 化率Δu。

?u?U20?U2?100%U20（2）根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cosφ2=1和I2=I2N、cosφ2=0.8时的电压变

?u?uKrcos?2?uKXsin?2将两种计算结果进行比较,并分析不同性质的负载对变压器输出电压U2的影响。 6.绘出被试变压器的效率特性曲线

(1)用间接法算出cosφ2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表1-11中。

?2P0?I2PKN??(1??)?100%?2 I2PNcos?2?P0?I2PKN式中：

I2PNcos?2?P2(W)

PKN为变压器IK=IN时的短路损耗(W)；

P0为变压器U0=UN 时的空载损耗(W)。 I2?I2I2

N为副边电流标么值

19

*?表1-11 cosφ2=0.8 P0= W PKN= W

I*2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 P2(W) *η (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βm。

?m?P0PKN 20

实验四 三相异步电动机的工作特性

一、实验目的

用直接负载法测取三相异步电动机的工作特性。

二、预习要点

1.异步电动机的工作特性指哪些特性？ 2.工作特性的测定方法。

三、实验设备与器件

1.实验设备

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 型 号 DD03 DJ23 DJ17 D33 D32 D34-3 D31 D42 D51 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正过的直流电机 三相线绕式异步电动机 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 2.屏上挂件排列顺序

D33、D32、D33-3、D31、D42、D51

四、实验项目

负载实验

五、实验内容和步骤

三相线绕式异步电机的组件编号为DJ17，120W，220V（Y），0.6A，1380r/min。转子Y接，用连线将3个红色接线柱短接。

1.负载实验

1) 测量接线图如图1-9。同轴联接负载电机。图中Rf用D42上1800Ω阻值，RL用D42上1800Ω阻值加上900Ω共2700Ω阻值。S用D51上开关。

2) 合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压（线电压220 V）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(100mA)并保持不变。

21

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900Ω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（0.75A）。

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、输出功率P2、输出转矩T2等数据。

图1-9 三相异步电动机试验接线图

6) 共取数据8～9组记录于表1-12中。

表1-12 U1N=220V（Y） If= mA 序 号 IA I1（A） IB IC I1 PⅠ P1（W） PⅡ P1 P2 (W) T2 (N·m) n (r/min) 六、实验报告 由负载试验数据计算工作特性，填入表1-13中。

计算公式为：

IA?IB?IC3P1cos?1?3U1NI1I1???P2?100" P1

式中 I——定子绕组相电流，A； 1 U1N——定子绕组线电压，V；η——效率。 作工作特性曲线n、I1、η、T2、cosφ1=f(P2)。

表1-13 U1=220V(Y) If = mA 序 号 I1 ?(A) T2 (N·m) n (r/min) P2 (W) η (%) cosφ1

23

实验五 三相同步发电机的运行特性

一、实验目的

1.用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。 2.由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。

二、预习要点

1.同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？ 2.这些基本特性各在什么情况下测得？ 3.怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？

三、实验设备与器件

1.实验设备

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 型 号 DD03 DJ23 DJ18 D32 D33 D34-3 D31 D41 D42 D43 D51 D52 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 三相凸极式同步电机 交流电流表 交流电压表 单三相智能功率、功率因数表 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 三相可调电阻器 三相可调电抗器 波形测试及开关板 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 2.屏上挂件排列顺序

D33、D32、D34-3、D51、D52、D31、D41、D42、D43

四、实验项目

1.空载实验：在n=nN.I=0的条件下，测取空载特性曲线U0=f(If)。

2.三相短路实验：在n=nN、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线IK=f(If)。 3.纯电感负载特性：在n=nN、I=IN、cosφ≈0的条件下，测取纯电感负载特性(零功率因数特性)曲线。

24

图1-10 三相同步发电机实验接线图

五、实验内容和步骤

1.空载实验

1) 按图1-10接线，校正直流测功机ＭＧ按他励方式联接，用作电动机拖动三相同步发电机ＧＳ旋转，ＧＳ的定子绕组为Y形接法(UN=220V)。Rf2用D41组件上的180Ω串联180Ω阻值，Rst用D41 上的180Ω串联电阻值，Rf1用D42上的1800Ω串联电阻值。开关S选用D51挂箱。

2) 调节D52上的24V励磁电源串接的Rf2至最大位置。调节MG的电枢串联电阻Rst至最大值，MG的励磁调节电阻Rf1至最小值。开关S1、S2均断开。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转退到零位，检查控制屏上的电源总开关、电枢电源开关及励磁电源开关都须在“关”断的位置，作好实验开机准备。

3) 接通控制屏上的电源总开关，按下“开”按钮,接通励磁电源开关，看到电流表A2有励磁电流指示后，再接通控制屏上的电枢电源开关,起动MG。MG起动运行正常后, 把Rst调至最小，调节Rf1使MG转速达到同步发电机的额定转速1500 r/min并保持恒定。

4) 接通GS励磁电源，调节GS励磁电流(必须单方向调节)，使If单方向递增至GS输出电压U0≈1.3UN为止。

5) 单方向减小GS励磁电流，使If单方向减至零值为止，读取励磁电流If和相应的空载电压U0。

6) 共取数据7～9组并记录于表1-14中

表1-14 n=nN=1500r/min I=0

序 号 U0（V） If（A） 25

在用实验方法测定同步发电机的空载特性时，由于转子磁路中剩磁情况的不同，当单方向改变励磁电流If从零到某一最大值，再反过来由此最大值减小到零时将得到上升和下降的二条不同曲线,如图1-11。二条曲线的出现，反映铁磁材料中的磁滞现象。测定参数时使用下降曲线，其最高点取U0≈1.3UN，如剩磁电压较高，可延伸曲线的直线部分使与横轴相交，则交点的横座标绝对值Δif0应作为校正量，在所有试验测得的励磁电流数据上加上此值，即得通过原点之校正曲线，如图1-12所示。 注意事项：

(1) 转速要保持恒定。

(2) 在额定电压附近读数相应多些。

U0(V)U0(V)if0if0if0If(A)if00if0If(A)图1-11上升和下降二条空载特性 图1-12校正过的下降空载特性

4、三相短路试验

1) 调节ＧＳ的励磁电源串接的Rf2至最大值。调节电机转速为额定转速1500r/min，且保持恒定。

2) 接通GS的24V励磁电源，调节Rf2使GS输出的三相线电压(即三只电压表V的读数)最小，然后把GS输出三端点短接。

3) 调节GS的励磁电流If使其定子电流IK=1.2IN，读取GS的励磁电流值If和相应的定子电流值IK。

4) 减小GS的励磁电流使定子电流减小，直至励磁电流为零，读取励磁电流If和相应的定子电流IK。

5) 共取数据5～6组并记录于表1-15中。

表1-15 U=0V； n＝nN=1500r/min

序 号 IK（A） If （A） 5.纯电感负载特性

1) 调节ＧＳ的Rf2至最大值，调节可变电抗器使其阻抗达到最大。同时拔掉ＧＳ

26

输出三端点的短接线。

2) 按他励直流电动机的起动步骤(电枢串联全值起动电阻Rst，先接通励磁电源，后接通电枢电源)起动直流电机ＭＧ，调节ＭＧ的转速达1500 r/min且保持恒定。合上开关S2，电机GS带纯电感负载运行。

3) 调节Rf2和可变电抗器使同步发电机端电压接近于1.1倍额定电压且电流为额定电流，读取端电压值和励磁电流值。

4) 每次调节励磁电流使电机端电压减小且调节可变电抗器使定子电流值保持恒定为额定电流。读取端电压和相应的励磁电流。 5) 取几组数据并记录于表1-16中。

表1-16 n＝nN=1500r/min I=IN= A

U（V） If（A） 六、实验报告 1.根据实验数据在同一坐标图上绘出同步发电机的空载特性、短路特性和零功率因数特性。

2.由空载特性和短路特性求取电机定子漏抗Xσ和特性三角形。 3.由零功率因数特性和空载特性确定电机定子保梯电抗。

4.利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗Xd(不饱和值)。 5.利用空载特性和纯电感负载特性确定同步电机的直轴同步电抗Xd(饱和值)。

6.求短路比。

七、思考题

1.定子漏抗Xσ和保梯电抗Xp它们各代表什么参数？它们的差别是怎样产生的？ 2.由空载特性和特性三角形用作图法求得的零功率因数的负载特性和实测特性是否有差别？造成这差别的因素是什么？

27

1.3 验证性实验

实验六 直流他励电动机实验

一、实验目的

1.掌握用实验方法测取直流他励电动机的机械特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。

二、预习要点

1.什么是直流电动机的机械特性？ 2.直流电动机调速原理是什么？

三、实验设备与器件

1.实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D42 D41 D51 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流电压、毫安、电流表 三相可调电阻器 三相可调电阻器 波形测试及开关板 数 量 1台 1台 1台 2件 1件 1件 1件 2.屏上挂件排列顺序

D31、D42、D51、D55-2、D31、D41

四、实验项目

1.机械特性

（1） 固有机械特性。保持U=UN和If=IfN不变，测取n=f（T2）。 （2） 人为机械特性。保持U=150V和If=IfN不变，测取n=f（T2）。 2.调速特性

（1）改变电枢电压调速

保持U=UN、If=IfN=常数，T2=常数，测取n=f（Ua）。 （2）改变励磁电流调速

保持U=UN，T2=常数，测取n=f（If）。

五、实验内容和步骤

1.他励电动机的机械特性

1） 按图1-13接线。校正直流测功机 MG按他励发电机连接，在此作为直

28

流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1 、Rf2 分别选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1用D41的180Ω阻值。R2为发电机的负载电阻选用D42的1800Ω变阻器串联，加上D41的180Ω串联变阻器，阻值最大为1980Ω。当负载电

流大于0.4 A时用D41的180Ω串联变阻器，而将D42的900Ω与900Ω变阻器串联部分阻值调到最小并用导线短接。(见图1-15)

图1－13 直流他励电动机接线图

2）将直流他励电动机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。

3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，并用导线将其短接。

图1－14 Rf1 、Rf2 、R1、R2的接线图

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使其等于校正值100mA。调节校正直流测功机的负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：U＝UN，I＝IN，n＝nN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。

4）保持U＝UN，If=IfN，逐次减小电动机负载。测取电动机的转速n和电动机输出

29

转矩T2。共取数据8-9组，记录于表1-17中。

表1-17 UN=220V IfN= mA Ia（A） n（r/min） 5）调节电枢电源的电压为U＝150V 。保持U=150V和If=IfN不变，逐次减小电动机负载。测取电动机的转速n和电动机输出转矩T2。共取数据8-9组，记录于表1-18中。

表1-18 U＝150V IfN= mA

Ia（A） n（r/min） 4.调速特性

（1） 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，调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，If＝IfN记下此时的T2值。

2）保持此时的T2值和If＝IfN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。共取数据8-9组，记录于表1-19中

表1－19 If＝IfN＝ mA T2＝ N·m

Ua（V） n（r/min） I（A） （2）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，调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，I＝0.5IN记下此时的T2值。 2）保持此时MG的T2值和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至n＝1.3nN，每次测取电动机的n和If 。共取 7－8组记录于表1－20中。

表1－20 U＝UN＝ V T2＝ N·m n（r/min） If（mA） I（A） 六、实验报告 1.由表1-17、表1-18绘出他励电动机机械特性曲线 n＝f（T2）。

30

DD01三相调压交流电源UA*Xa*EABBVB*Y*EabbZXYCWC*(a)Zc*aAc(b) (α)接线图 (ｂ)电势相量图

图1-19 Y/Δ-11联接组

根据Y/Δ-11联接组的电势相量可得

2UBb?UCc?UBc?UabKL?3KL?1若由上式计算出的电压UBb、UCc、UBc的数值与实测值相同，则绕组连接正确，属Y/Δ-11联接组。

表1-23

实 验 数 据 UAB (V) Uab (V) UBb (V) UCc (V) UBc (V) 计 算 数 据 KL?UAB UBb (V) UCc (V) UBc (V) Uab六、实验报告 计算出不同联接组的UBb、UCc、UBc的数值与实测值进行比较，判别绕组连接是否正确。

36

实验八 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与操作方法。 2.掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

二、预习要点

1.三相同步发电机投入电网并联运行有那些条件？不满足这些条件将产生什么后果？如何满足这些条件？

2.三相同步发电机投入电网并联运行时怎样调节无功功率？调节过程又是怎样的？

三、实验设备与器件

1.实验设备

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 型 号 DD03 DJ23 DJ18 D32 D33 D34-3 D31 D41 D42 D52 D51 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 三相同步电机 交流电流表 交流电压表 单三相智能功率、功率因数表 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 三相可调电阻器 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 2.屏上挂件排列顺序

D42、D52、D33、D32、D34-3、D31、D41

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、实验内容和步骤

1.用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行

37

三相同步发电机与电网并联运行必须满足下列条件： (1) 发电机的频率和电网频率要相同，即fⅡ=fⅠ； (2) 发电机和电网电压大小、相位要相同，即E0Ⅱ=UⅠ； (3) 发电机和电网的相序要相同。

为了检查这些条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光旋转法或整步表法检查相序和频率。 2.旋转灯光法

1) 按图1-20接线。三相同步发电机ＧＳ选用DJ18，ＧＳ的原动机采用DJ23校正直流测功机MG。Rst选用D41上90Ω与90Ω串联电阻，Rf1选用D42上900Ω与900Ω串联阻值，Rf2选用D41上90Ω与90Ω串联加上90Ω共270Ω阻值.R选用D41上90Ω固定电阻。开关S1 、S2选用D52挂箱。并把开关S1打在“关断”位置，开关S2合向固定电阻端（图示左端）。

2)三相调压器旋钮退至零位，在电枢电源及励磁电源开关都在“关断”位置的条件下，合上电源总开关，按下“开”按钮，调节调压器使电压升至额定电压220伏，可通过V1表观测。

38

图1-20 三相同步发电机的并联运行

3) 按他励电动机的起动步骤(校正直流测功机ＭＧ电枢必须串联最大起动电阻Rst，励磁调节电阻Rf1调至最小，先接通控制屏上的励磁电源，后接通控制屏上的电枢电源)，起动ＭＧ并使ＭＧ电机转速达额定转速1500 r/min。将开关S2合到同步发电机的24V励磁电源端(图示右端)，调节Rf2以改变ＧＳ的励磁电流If，使同步发电机发出额定电压220伏，可通过V2表观测。

4) 观察三组相灯，若依次明灭形成旋转灯光，则表示发电机和电网相序相同，若三组相灯同时发亮、同时熄灭则表示发电机和电网相序不同。当发电机和电网相序不同则应停机(先将Rst回到最大位置，断开控制屏上的电枢电源开关，再按下交流电源的“停”按钮)，并把三相调压器旋至零位。在确保断电的情况下，调换发电机或三相电源任意二根端线以改变相序后，按前述方法重新起动MG。

5) 当发电机和电网相序相同时，调节同步发电机励磁使同步发电机电压和电网(电源)电压相同。再进一步细调原动机转速。使各相灯光缓慢地轮流旋转发亮，待A

39

相灯熄灭时合上并网开关S1，把同步发电机投入电网并联运行（为选准并网时机，可让其循环几次再并网）。

6）停机时应先按下D52上红色按钮，即断开电网开关S1，将Rst调至最大，断开电枢电源，再断开励磁电源，把三相调压器旋至零位。 3.用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

1) 在并网开关S1断开且相序相同的条件下，把开关S2闭合到励磁端( 图示右端)。

2) 按他励电动机的起动步骤起动MG，并使MG升速到接近同步转速(1485～1515 r/min之间)。

3) 调节同步电机励磁电源调压旋钮或Rf2，以调节If使发电机电压约等于电网电压220伏。

4) 将开关S2闭合到R端。R用90Ω固定阻值(约为三相同步发电机励磁绕组电阻的10倍)。

5) 合上并网开关S1，再把开关S2闭合到励磁端，这时电机利用“自整步作用”使它迅速被牵入同步。

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。 1) 按上述1、2任意一种方法把同步发电机投入电网并联运行。 2) 保持同步发电机的输出功率P2≈0。

3) 先调节Rf2使同步发电机励磁电流If上升，使同步发电机定子电流上升到额定电流，并调节Rst保持P2≈0。记录此点同步发电机励磁电流If、定子电流I。 4) 减小同步电机励磁电流If使定子电流I减小到最小值记录此点数据。 5) 继续减小同步电机励磁电流， 这时定子电流又将增大直至额定电流。 6) 在这过励和欠励情况下读取数据9-10组记录于表1-24中。

表1-24 n= r/min； U= V； P2≈0W

序 号 IA IB 三相电流I（A） IC I 励磁电流If（A） If （IA?IB?IC）/3　 表中： I?

40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/oc16.html