电机实验

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实验一单相变压器的特性

一、实验目的

通过变压器的空载实验和短路实验，确定变压器的参数、运行特性和技术性能。

二、实验内容

1．空载实验

（1）测取空载特性I0、P0、cos?0=f(U0) （2）测定变比

2．测取短路特性：UK=f(IK)，PK=f(IK)

三、实验说明

1．实验之前请仔细阅读附录中交流功率表（ZDL-565）的使用说明。 2．实验所用单相变压器的额定数据为：SN=1KVA，U1N/U2N=380/127V。

3．调压器的n端和电网的n端短接。 1) 单相变压器空载实验（1）测空载特性

图1-1为单相变压器空载实验原理图，高压侧线圈开路，低压侧线圈经调压器接电源。本实验采用交流功率表测量电路中的电压、电流和功率。接线时，功率表A相电流测量线圈串接在主回路中，功率表Ua接到三相调压器输出端a端上，功率表Ub、Uc和Un短接后接到三相调压器输出端n端上。

实验步骤：

① 请参照图1-1正确接线

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图1-1 单相变压器

空载实验接线原理图

W A4 a x A X 合调压器

K2 分 a b c n V4 HDDJ-Ⅱ型电机教学实验台实验指导书

② 合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。

③ 检查三相调压器在输出电压为零的位置，然后合上实验台上调压器开关，逐渐升高调压器的输出电压，使U0（低压侧空载电压）由0.7U2N（U2N=127V）变到1.1U2N，分数次（至少7次）读取空载电压U0，空载电流I0及空载损耗P0，在额定电压附近多做几点，测量数据记入表1-1。

* 注意实验时空载电压只能单方向调节。 ④ 实验完毕后，调压器归零，断开调压器开关。（2）测定变比

变压器副线圈开路，原线圈（此时一般用低压线圈作为原线圈）接至电源，经调压器调到额定电压，用电压表测出原、副边的端电压，从而可确定变比。

K?2) 单相变压器短路实验

UAX Uax实验接线原理如图1-2所示，低压线圈短路，高压线圈经调压器接至电源。交流功率表接线与空载实验类似，只是将功率表Ua的接线从调压器a端改接到变压器A端即可。

实验步骤：

① 请参照实验接线图1-2正确接线 ② 合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。

③ 检查三相调压器在输出电压为零的位

a x V4 A X 调压器 K2 合分 a b c n A4 W 图1-2 单相变压器短路

置，然后合上实验台上调压器开关，调节电压，实验接线原理图

使短路电流由1.2I1N（I1N=2.63A）变到0.5I1N，分数次（至少5次）读取短

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路电压UK，短路电流IK及短路损耗PK，测量数据记入表1-2中。

④ 实验完毕后，调压器归零，断开调压器开关。

* 实验时，为减少因线圈发热引起线圈电阻值的变化而产生误差，短路实验应尽快进行，记下室温? ℃。

表1-1 序号 1 2 3 4 5 6 7

表2-2 室温?℃= 序号 1 2 3 4 5 UK(V) IK(A) PK(W) U0(V) I0(A) P0(W) 四、思考题

1．在空载实验及短路实验的接线原理图中，为什么将电压表、电流表及功率表的前后位置作这样的布置，试说明其原因。在空载和短路实验中选择仪表量程时应注意什么问题。

2．为什么空载实验要用低功率因数瓦特表？

3．为什么做空载实验时电压常常加在低压边？而短路实验时电压加在

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高压边？

五、实验报告要求

1．作出单相变压器空载特性曲线。

I0、P0、cos?0=f(U0)，曲线中各量最好用标么值（以下同）。 2．作出单相变压器线圈温度为室温?℃时的短路特性曲线。 3．计算线圈温度为75℃时的参数。

根据短路试验数据，计算线圈温度为?℃时的参数（对应IK=IN，在短路特性曲线上取UK、PK）。

Zk??Uk （1-1） INPk （1-2） 2INrk??Xk?Zk2??rk2? （1-3）

将参数值折算到75℃：

rk75?C?rk?235?75?C （1-4）

235???CZk75?C?rk275?C?Xk2 （1-5）

2Pk?INrk75?C

对铝线线圈，（2-4）式中的铜线线圈对应常数235应换成228。相应有

Uk?INZk75?C?100% （1-6） UNINrk75?C?100% （1-7） UNUkr?华南理工大学广州汽车学院电气工程实验中心

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Ukx?INXk?100% （1-8） UN2Pk?INrk75?C （1-9）

cos?k?rk75?C （1-10） Zk75?C4．根据短路数据，算出额定负载（满载）及cos?2=1时的电压变比率?U%：

?U%?(Ukrcos?2?Ukxsin?2)?100% （1-11）

5．根据空载数据及对应75℃时的PK，算出cos?2=1时的变压器效率曲线。

Po??2Pk (1-12) ??1?2?SNcos?2?Po??PK取??I2=0.2，0.4，0.8，1.0，1.2，算出各效率，作出效率曲线。 I2N6．计算额定电压对应的励磁参数（有关数据从空载特性上取得）。

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实验二学习校核变压器联接组号的方法

一、实验内容

1．校核单相变压器线圈的极性

2．将三相变压器联成Y/Y-12（Y，yo）、Y/Y-6（Y，y6）、Y/?-11（Y，d11），分别用实验方法校核其联接组号是否正确。

二、实验说明

1．单相变压器线圈的极性，就是要确定其同名端（同极性端）。检验的方法：

如图2-1所示，以较低交流电压加在变压器的高压线圈A、X上，并将端点X、x联接起来。用电压表测量出UAX、Uax及UAa的大小，若UAa=UAX?Uax，则为减极性（I/I-12），表明A,a是同名端。

2．三相变压器联接组号的校核：待校核的三种联接组号的线圈联接图及相量图如图2-2。实验时将高、低压线圈的A、a两端点相联，相当于将高、低压线圈电压相量的A、a两点重合。

电压UCc及UBb的大小，决定于高、低压线

A X V4 a x 合分 a b c n 调压器

图2-1交流电压表法校极性

圈各电压相量的相对位置（各线圈电压大小一定时），联接组号不同，各电压相量的相对位置则不同，从而可根据UCc及UBb之值确定其联接组号，由相量图所示相互关系，可得下列计算公式：

Y/Y-12（Y，yo） UBb?UCc?Uab(K?1)

UCb?UBc?Uab1?K?K2

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Y/Y-6（Y，y6）

UBb?UCc?Uab(K?1)

UCb?UBc?Uab1?K?K2

Y/?-11（Y，d11）

UBb?UCc?UBc?Uab1?3K?K2 UCb?Uab1?K2

合分合分合分调压器调压器调压器A*B*C*A*B*C*A*B*C*XYZXYZXYZa*b*c*x*y*az**b*c*xyzabcxyzBBBbbCcaAAacCAacCb

图2-2 测定三相变压器连接组号的接线图（交流电压表法）

其中K?UAB，此处的K不是变比，而是高、低压线圈对应线电压之Uab比。显然，线圈接法不同，其K值是不同的。

校核联接组号时，先在高压线圈加一定大小的交流电压，测出UAB和Uab，算出K值，再计算UBb和UCc，与测量值相比较，如相等，即证明线圈联接正确。为核实判断的正确与否，还可再将UCb和UBc的计算值与测量值比较。

测量和计算所得数据，记入表2-1。

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表2-1 序号联接组 UAB Uab K UBb UCc UCb UBc 计算值测量值计算值测量值计算值测量值计算值测量值三、思考题

1．用交流电压表法测定单相变压器线圈的极性时，如何判断是加极性或减极性？为什么？

2．如果已将一台三相变压器联接Y/?-5，怎样校核其联组号？ 3．如何将一台端头标记不明的变压器联成所需的组号？

四、实验报告要求

列出用交流电压表法校核变压器联接组号的计算值与测量值的比较表。

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实验三直流电动机

一、实验目的

1．熟悉他励直流电动机的启动、调速和改变转向的方法。 2．用实验方法测取他励直流电动机的工作特性和机械特性。 3．学习测取他励直流电动机调速特性的方法。

二、实验内容

1．他励直流电动机的启动、调速和改变转向的方法。

2．他励直流电动机额定工作点的求取和测取他励直流电动机的工作特性n=f(P2)、T=f(P2)、?=f(P2)，机械特性n=f(T)。

3．测取他励直流电动机调速特性。 4．他励直流电动机的能耗制动实验。

三、实验线路

V2 + - 合分实验负荷箱直流机励磁电源 220V/2A

M — A2 W A4 交流接触器

合分 + - V1 A1 LDSP 直流机电枢电源

220V/20A 同步机励磁电源

40V/4A 合分 + - V3 A3 G ～ W 图3-1 他励直流电动机实验线路原理图华南理工大学广州汽车学院电气工程实验中心

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说明：

1．为了测量直流电机的转矩和转速大小，转矩/转速测量仪表LDSP的Ia+、Ia-必须串接到直流电机的电枢回路，Ua+、Ua-要并接到直流电机的电枢绕组两端，并且测量仪表的接线正负极性要与使用说明书中的规定一致。

2．接线时注意选择合适量程的仪表。

四、实验说明

在通电实验之前，请仔细阅读附录中有关直流电源和转矩/转速表LDSP的使用说明。

1．他励直流电动机的启动和改变转向实验步骤：

（1）请参照实验线路图3-1正确接线。

（2）检查实验台左侧的三个电源箱的开关应在断开位置。

（3）合上总电源开关和操作电源开关，按下操作电源合闸按钮，对应的红色指示灯亮；检查台面上所有的按钮处于断开位置，均为绿灯亮；所有数字表显示无错误。

（4）按下实验台直流机励磁电源（220V/2A）合闸按钮，合上直流机励磁电源箱（220V/2A）的电源开关，点击“增”按钮将直流电动机的励磁电压调到额定值220V；

（5）按下实验台直流机电枢电源（220V/20A）合闸按钮，合上直流机电枢电源箱（220V/20A）的电源开关，点击“增”按钮将电枢电源电压从零逐渐升高，观察“LDSP转矩/转速表”上的直流电机转速显示值逐渐上升至空载额定转速（约1500r/min），注意电机转向应与标定转向相同。

如果希望改变他励直流电动机的转向，只须改变电动机的电磁转矩方向，同学们自拟改变转向的方法。

2．额定工作点求取和测取他励电动机工作特性、机械特性实验步骤：

（1）实验接线参考图3-1，启动直流电动机步骤参考实验1。（2）按下实验台同步机励磁电源（40V/4A）合闸按钮，合上发电机励

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磁电源箱（40V/4A）的电源开关，点击“增”按钮将同步发电机端电压逐渐升高，因为发电机以灯泡作负载，实验时其线电压不要超过额定电压380V。

（3）合上实验台交流接触器，依次将实验负荷箱上KM1~KM7按钮按下；注意每投入一组负载，需要同时调节直流电动机的电枢电压或励磁电流以便保持电动机转速为额定转速。同样，由于负荷的变化，同步发电机机端电压也会发生变化，需要随时调节同步发电机励磁电流，以保证机端电压不变。直流电动机的负载为同步发电机，改变同步发电机的输出功率，即改变电动机的负载，电动机负载变化影响转速变化，因此需要相互配合反复调节才能找到额定工作点。

（注意：当转速与额定转速相差较大时调节电枢电压，当转速与额定转速相差较小时调节励磁电流。每次操作后应观察转速表上的转速稳定后再进行下一次操作，并且调节量与点击“增” 、“减”按钮的时间长短有关）

（4）通过逐步增加负载并根据多功能表的有功功率显示值调节电动机达到额定工作状态：Ua（电枢电压）=UN，n=nN，Ia（电枢电流）=IN（UN=220V，IN=12.5A，nN=1500r/min），此时的If就是直流电机额定励磁电流IfN，记录此额定数据于表3-1中。

直流电动机额定工作点找到以后，在保持Ua=UN，If =IfN不变的前提下，减少电动机负载电流(他励直流电动机的负载为同步发电机，故可以通过减小负荷箱的负荷和调节同步发电机的励磁电流来实现)，直到空载，中间测取5~7点，记录直流电动机的Ia、n、T2于表3-1中。

表3-1 U=UN= If=IfN= 序号 1 2 3 4 5 6 7 Ia n T2(M2) P1 P2 ? 其中P1=UN · I

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P0[N?m]（P0的单位为kw） T0?9550n T=T2＋T0 ?=P2/P1×100% 卸负载停机应采用如下步骤：

（1）先降低同步发电机的励磁电流，即减小直流电动机的负载；（2）逐渐减少负载的同时降低直流电动机转速（采用增大电动机的励磁电流或减小电枢两端所加电压的方法）；

（3）切除所有负载后，将同步发电机的励磁电源电压降到零，断开发电机励磁电源箱的电源开关，按下实验台同步机励磁电源分闸按钮；

（4）将直流电动机的电枢电压降到零，断开直流机电枢电源箱的电源开关，按下实验台直流机电枢电源分闸按钮；

（5）将直流电动机的励磁电流降到零，断开直流机励磁电源箱的电源开关，按下实验台直流机励磁电源分闸按钮。

3．测取他励直流电动机调速特性

直流电动机可以通过改变串入电枢回路电阻、改变电动机电枢两端所加电压的大小以及改变磁通的强弱等方法来调速。本实验只采用后两种调速方法。

（1）改变电动机电枢两端所加电压Ua调速

按实验1启动直流电机，断开同步发电机的励磁电源，在保持直流电机励磁电流If = IfN的情况下，调节直流机的电枢电压，测取n = f(Ua)曲线，测量数据记录于表3-2中。

（2）改变磁通调速

按实验1启动直流电机，断开同步发电机的励磁电源，在维持直流电机电枢电压Ua =180~200V的情况下，调节直流电动机的励磁电流If，测取n=f(If）曲线，测量数据记录于表1-3中。

在弱磁调速时应缓慢调节电动机的励磁电流，因为If的很小变化将引起n很大变化。稍不注意，可能使转速过高，转速不宜超过1.2nN，即1800r/min。由于电磁惯性和机械惯性，每次调速要达到新的稳定值后才能读数。

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表3-2 If=IfN= 序号 1 2 3 4 5 Ua

n 表3-3 Ua=180~200V

序号 1 2 3 4 5 If n 4．能耗制动实验

直流机电枢电源

220V/20A 合分 + - V1 A1 M — A2 V2 + - 合分直流接触器实验负荷箱直流机励磁电源 220V/2A

图3-2 他励直流电动机能耗制动原理图接线图

实验接线图见图3-2，直流电机电枢绕组通过直流接触器与负载并联。实验步骤：

（1）启动直流电机到空载额定，按下实验台直流机电枢电源（220V/20A）分闸开关，切断直流机电枢电源；

（2）切断直流机电枢电源的同时，迅速合上直流接触器，记录该时刻

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至电机停止所需的时间。

（3）比较在不同的负载大小下所记录时间的长短。

注意：重复该实验时应先将直流机电枢电源箱（220V/20A）的电源开关断开（朝下拨），再按下电枢电源合闸按钮，然后重新开启电源箱上的电源开关。

五、实验报告

1．绘制他励直流电动机的工作特性和机械特性。 2．绘制他励直流电动机的调速特性，即n=f(Ua)，n=f(If)。 3．分析实验现象，写出心得体会和收获。

六、预习和思考题

1．他励直流电动机在运行时，励磁回路突然断线或者当启动时把磁场回路电源电压调至0，电机将会产生什么现象？为什么？

2．如何改变电动机的转速和转向？

3．如何调电动机的额定工作点及额定励磁电流？

4．他励直流电动机负载变化时，其电枢电流和转速怎样变化？

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实验四三相感应电动机

一、实验目的

学习感应电动机参数及运行特性的测定方法。

二、实验内容

1．做负载实验求取工作特性P1、I1、S、?、T2、cos?1=f(p2)； 2．做空载实验，测取空载特性I0、P0=f(U0)； 3. 做短路实验，测量取短路特性IK、PK=f(UK)； 4. 做能耗制动实验；

5. 感应电动机转子转动惯量测试。

三、实验线路

直流机励磁电源

220V/2A 合分 + - V2 A2 M ～ A1 W G — A4 W V1 V4 a b c 合分直流接触器

实验负荷箱调压器

图4-1 感应电动机实验线路原理

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四、实验说明

实验之前先仔细阅读附录中直流电源，转矩/转速测量表和三相多功能表（特别注意三相多功能表的3相3线制和3相4线制接法和设置的不同）的有关内容。

1．测取工作特性实验步骤：

（1）请参照实验图4-1正确接线。

（2）盘车检查，确认电机没有卡住或异常响声。

（4）调压器输出电压置零，按下实验台调压器合闸按钮以接通调压器，并升高其输出电压，直至380V（如果调压器有输出电压而电机不转或电流过大，如大于5A，则应立即将调压器回零检查），注意电动机的转向应与标定方向一致。

（5）按下实验台上负载合闸按钮，投入负荷箱上一组负载，按下直流电机励磁电源（220V/2A）合闸按钮，合直流机励磁电源箱（220V/2A）电源的开关，此处直流电动机作直流发电机使用。调节直流发电机励磁电压，使其机端电压上升，从而使直流发电机输出功率增加，同时逐步增大负载，感应电动机的定子电流I1上升。在保证U1=U1N=380V不变的情况下，使I1从I1=1.2I1N（I1N=5A）下降到1/2I1N，其间测取5~7点，读取感应电动机的P1，I1，T2，n记录于表4-1中。

表4-1 P1 2．空载实验

参考上一实验，按下实验台上负载分闸按钮，使感应电动机轴上不带负载。然后启动感应电动机，调节调压器，使U1从1.2U1N（U1N=380V）逐步下降至100V左右，中间测取5~7点，读取I0、U0、P0记录于表4-2中。

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I1 T2 N P2 cos?1 ? S HDDJ-Ⅱ型电机教学实验台实验指导书

注意：实验过程中电压U1应单方向调节。实验后，把调压器电压调到零，断开电源停机。表4-2

U0 I0 P0 3．短路试验

试验前，将感应电动机的转子堵住，检查调压器输出电压为零，合上调压器开关，逐步升高电压U1，使I1≈2I1N（≤10A），然后减小电流I1（减小调压器输出电压），中间测取4~5点，读取UK、IK、PK记、录于表4-3中。

注意：由于电机不旋转，过电流造成发热量大，该实验应该尽快进行。表4-3

UK 4．能耗制动实验

本实验接线原理图自拟。(可参考实验一中直流电机能耗制动实验接线方法)

调节调压器启动感应电机至额定转速，按下实验台调压器分闸按钮的同时，迅速按下实验台上负载合闸按钮（可以先选择好负载大小，投入负载开关，再连接到交流接触器，通过交流接触器的通断来控制负载的投入和退出）。记录从负载投入到电机停止所需时间。比较在不同负载下电机停止所

IK PK * 注意记下感应电动机的定子相电阻及室温?℃。

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需时间的长短。

5．感应电机转子转动惯量测试

通常采用空载减速法测量电动机转子转动惯量。在实验前，先启动感应电动机，使他在空载时运行一定时间，然后测出电机在额定转速时的机械损耗Pm。正式测量时，先将被试电机的转速拖动到其额定值的1.1倍，然后切断电源，让电机自行减速停转。在电机转速从1.1nN下降到0.9nN或从1.05nN下降到0.98nN范围内，精确测定下降的转速差△n及△n变化所用的时间△t，则转子的转动惯量用下式计算求得：

J=91.2Pm△t/（nN△n） Pm：电机在额定转速时的机械损耗，单位W

当被试电机不能超过额定转速时，可在1~0.8倍nN之间进行测定，这时的Pm应为0.9倍额定转速时的机械损耗值。

测量开始时测量结束时转速时间转速时间 1 2 3 平均值式中： J：转子转动惯量，单位kgm2

△n △t 五、实验报告要求

1．做出工作特性I1、P1、cos?、T2、S、?=f(P2)。转差率：S?n1?n n1功率因素：cos?1?P13U1I1

效率：??P2?100% P1P1、P2已测知。

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2．计算、分析空载实验数据，作出特性曲线，并从特性曲线上求出U1=UN

时的I0、P0、PFe及Pmec。

（1）各量的计算

2PCu0?3I0R0——Y接法。