电力电子技术综合实验讲义（电机学）(1)

电力电子技术综合

——《电机学》

实 验 讲 义

湘南学院物电系电工电子实践教学中心

2012年

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目 录

第一章 电机及电气技术实验的基本要求和安全操作规程 ........ 1

§1.1 实验的基本要求 1 §1.2 实验安全操作规程 2 第二章 直流电机实验 ..................................... 3

§2.1 认识实验 3 §2.2 直流并励电动机 7 第三章 变压器实验 ..................................... 11

§3.1 单相变压器 11 §3.2 三相变压器 17 §3.3 三相变压器的联接组和不对称短路 24 §3.5变压器的并联运行 37 第四章 异步电机实验 .................................... 39

§4.1 三相鼠笼异步电动机的工作特性和参数测定 39 §4.2 三相异步电动机的起动与调速 47 第五章 同步电机实验 .................................... 52

§5.1 三相同步发电机的运行特性 52 §5.2 三相同步发电机的并网运行 57 §5.3 三相同步电动机 62 §5.4 三相同步电机参数的测定 66

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第一章 电机及电气技术实验的基本要求和安全操作规程

§1.1 实验的基本要求

电机及电气技术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。培养学生能根据实验目的，实验内容及实验设备来拟定实验线路，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。学生在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程对学生提出下列基本要求。

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，方可开始做实验。

认真作好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，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2～3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，一般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。 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

预习时对电机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。

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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。

§1.2 实验安全操作规程

为了按时完成电机及电气技术实验，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。

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第二章 直流电机实验

§2.1 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、实验项目

1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正直流测功机、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。

四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D42 D44 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 数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 2、控制屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44

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Ua（V） n（r/min） Ia（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，将MG的磁场调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，Ia＝0.5IN记下此时的IF值。

2）保持此时MG的IF值（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、If和Ia。共取 7－8组记录于表2－9中。

表2－9 U＝UN＝ V IF= A(T2＝ N·m) If2= 100mA n（r/min） If（mA） Ia（A） 5、能耗制动

（1）按图2-7接线，其中R1选用D44上90Ω串90Ω共180Ω阻值，Rf1选用D44上的900Ω串900Ω共1800Ω阻值，RL选用D42上900Ω串900Ω再加上900Ω并900Ω共2250Ω阻值。

+IR1A121S1－RL并励绕组 。

Rf1A2If220V电枢电源图2－7并励电动机能耗制动接线图

（2）把M的电枢串联起动电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小位置。S1合向1端位置，然后合上控制屏下方右边的电枢电源开关，使电动机起动。

（3）运转正常后，将开关S1合向中间位置，使电枢开路。由于电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。

（4）将R1调回最大位置，重复起动电动机，待运转正常后，把S1合向RL端，记录停机时间。

（5）选择RL不同的阻值，观察对停机时间的影响（注意调节R1及RL不宜太小的阻值，以免产生太大的电流，损坏电机） 五、实验报告

1、由表2-7计算出P2和η，并给出n、T2、η＝f（Ia）及n＝f（T2）的特性曲线。

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电动机输出功率： P2＝0.105nT2

式中输出转矩T2的单位为N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。

电动机输入功率： P1=UI 输入电流： I=Ia+IfN

电动机效率： ? ? P2?100%P 1n0?nN?100%由工作特性求出转速变化率：? n%?nN 2、绘出并励电动机调速特性曲线n＝f（Ua）和n=f（If）。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。

3、能耗制动时间与制动电阻RL的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？

六、思考题

1、并励电动机的速率特性n＝f（Ia）为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为

什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？

2、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动机转速降低？

3、当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？

4、并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？为什么？

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第三章 变压器实验

§3.1 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)。

四、实验方法

1、实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 2、屏上排列顺序

D33、DJ11、D32、D34-3、D51、D42、D43

型 号 D33 D32 D34-3 DJ11 D42 D43 D51 名 称 数/模交流电压表 数/模交流电流表 智能型功率、功率因数表 三相组式变压器 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

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DD01三相调压交流电源

**UWAI0AVV1U055VV2UAXW xX图3-1 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3-1接线。被测变压器选用三相组式变压器DJ11中的一只作为单相变压器，其额定容量 PN=77V·A，U1N/U2N=220/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A。变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。

（2）选好所有测量仪表量程。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“启动”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 ，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.3UN 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3-1中。

（5）为了计算变压器的变比，在UN以下测取原方电压的同时测出副边电压数据也记录于表3-1中。 表3-1 序号 4、短路实验

U0(V) 实 验 数 据 I0(A) P0(W) UAX(V) 计算数据 cosφ0 12

（1）按下控制屏上的“停止”按钮，切断三相调压交流电源，按图3-2接线（以后每次

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3-2 短路实验接线图

（2）选好所有测量仪表量程，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 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3-2中。实验时记下周围环境温度(℃)。

表3-2 室温 ℃ 序号 5、负载实验

实验线路如图3-3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4只900Ω变阻器相串联共3600Ω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

A1实 验 数 据 UK（V） IK（A） PK（W） 计 算 数 据 cosφK a

A*COSФ*WA2ADD01三相可调交流电源UVV155VV2S113 RLS2aL1W

xXx

图3-3 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。

3）保持U1=UN，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=0.35A必测，共取数据6-7组，记录于表3-3中。 表3-3 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，且保持不变。

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两点必测，共测取数据6-7组记录于表3-4中。 表3-4 cosφ2=0.8 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A） 五、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。 2、短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。

六、实验报告

1、计算变比

由空载实验测变压器的原副边电压的数据，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)，cosφ0=f(U0)。

P0 U 0 I0式中：

cos?0? （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

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rm?Zm?P02I0U0I022Zm?rmXm?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)、cosφK=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。

U

ZK'?KIKPK2IK'2'2ZK?rKrK'?XK'?ZK'K2

rK'r? K 2

K

XK'X? KK2折算到低压方：

ZK?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。

rK75?C?rK?234.5?75234.5??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%UN IK=IN时短路损耗PKN= IN2rK75℃

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。 要分离一次侧和二次侧电阻，可用万用表测出每侧的直流电阻，设R/1为一次绕组的直流

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电阻折算到二次侧的数值，R2为二次绕组的直流电阻。rk已折算到二次侧应有

rk?r1??r2r1?r2

??R2R1联立方程组求解可得r1及r2。一次侧和二次侧的漏阻抗无法用实验方法分离通常取X/1=X2= 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 Δu。

/

XK 2?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时的电压变化率

?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3-5中。

?2P0?I2PKN??(1??)?100%?2I2PNcos?2?P0?I2PKN?式中： I2PW)Ncos?2?P2( 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)。 I 2 ? I 2 I 2 N 为副边电流标么值

表3-5 cosφ2=0.8 P0= W PKN= W I*2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 (3)计算被试变压器η=η

P2(W) max时的负载系数βm。

*η (2)由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f(I*2)。

?m?P0PKN 16

§3.2 三相变压器

一、实验目的

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，为什么？ 3、如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。

4、变压器空载和短路实验时应注意哪些问题？一般电源应加在哪一方比较合适？

三、实验项目

1、测定变比 2、空载实验

测取空载特性U0L=f(I0L)，P0=f(U0L), cosφ0=f(U0L)。 3、短路实验

测取短路特性UKL=f(IKL)，PK=f(IKL) ，cosφK=f(IKL)。 4、纯电阻负载实验

保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。

四、实验方法

1、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 2、屏上排列顺序

D33、D32、DJ12、D34－3、D51、D42 3、测定变比

DD01三相调压交流电源UbaxA型 号 D33 D32 D34-3 DJ12 D42 D51 名 称 数/模交流电压表 数/模交流电流表 智能型功率、功率因数表 三相芯式变压器 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 cU1V17 XVyYBW

zZVU2C图3-4 三相变压器变比实验接线图

实验线路如图3-4所示，被测变压器选用DJ12 三相三线圈心式变压器，额定容量PN=152/152/152V·A，UN=220/63.6/55V，IN=0.4/1.38/1.6A， Y/△/Y接法。实验时只用高、低压两组线圈,低压线圈接电源，高压线圈开路。将三相交流电源调到输出电压为零的位置。开启控制屏上钥匙开关，按下“启动”按钮，电源接通后，调节外施电压U=0.5UN＝27.5V测取高、低线圈的线电压UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca，记录于表3-6中。 表3-6 高压绕组线电压(V) UAB UBC UCA

计算变比K：K AB?

平均变比：K ? 4、空载实验 DD01三相调压交流电源低压绕组线电压(V) Uab Ubc uca KAB KBC KCA 变比(K) UUUAB KBC?BC KCA?CAUabUbcUca1(KAB?KBC?KCA)3**W1A1axXA

UV1VV2V3A2byYBW*W2*A3czZC图3-5三相变压器空载实验接线图

(1) 将控制屏左侧三相交流电源的调压旋钮逆时针旋转到底使输出电压为零，按下“停止”按钮,在断电的条件下，按图3-5接线。变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。 (2) 按下“启动”按钮接通三相交流电源，调节电压，使变压器的空载电压U0L=1.2UN。 (3) 逐次降低电源电压，在(1.2～0.2)UN范围内， 测取变压器三相线电压、线电流和功率。

(4) 测取数据时，其中U0=UN的点必测,且在其附近多测几组。共取数据8-9组记录于表3-7中。 表3-7 序 号 1 2 3

实 验 数 据 U0L(V) Uab Ubc Uca Ia0 I0L(A) Ib0 18

计 算 数 据 P0(W) U0L (V) I0L (A) P0 (W) cosΦ0 Ic0 P01 P02

五、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：

r1ref?r1C235??ref235??C 式中 ｒ1ref —— 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； θ θ

ref ——基准工作温度

，对于E级绝缘为75℃；

c ——实际冷态时定子绕组的温度，℃；

2、作空载特性曲线：I0L、P0、cosφ0=f(U0L) 3、作短路特性曲线：IKL、PK=f(UKL)

4、由空载、短路实验数据求异步电机的等效电路参数。 (1) 由短路实验数据求短路参数 短路阻抗：

IK?P 短路电阻： r K?K23IK?

率（Δ接法）。

转子电阻的折合值：

ZK?UK??3UKLIKLPK?2IKL22短路电抗： X K ? ZK?rK 式中U K ? ? U KL , I K ? ? KL ，PK——电动机堵转时的相电压，相电流，三相短路功

I3' r2 ≈ rK?r1C 式中r1C是没有折合到75℃时实际值。 定、转子漏抗：

X 1 ? ≈ ≈ (2) 由空载试验数据求激磁回路参数

XK2 44

'X2?空载阻抗

空载电阻

空载电抗

Z0?r0?U0?I0??3U0LI0LP0P0?223I0I0?LX0?Z02?r02 式中 U ? U , I ? I 0L ，P0——电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率（Δ

0?0L0?接法）。

激磁电抗

3Xm?X0?X1?PFePFer?? 激磁电阻 m 223I0 ?I0L式中PFe为额定电压时的铁耗，由图4-4确定。

图4-4 电机中铁耗和机械耗

5、作工作特性曲线P1、I1、η、S、cosφ1=f(P2)。 由负载试验数据计算工作特性，填入表4-7中。

表4-7 U1=220V(Δ) If = mA 电动机输入 序 号 电动机输出 T2 (N·m) n (r/min) P2 (W) 计 算 值 S (%) η (%) cosφ1 I1 ?(A) P1 (W) 45

计算公式为： I?I1L?IA?IB?IC1?333

1500?n S??10000 P1cos?1? 3U1?I1? PnT22?0.105

??P2?100%P1 式中 I 1 ?——定子绕组相电流，A； U 1 ? ——定子绕组相电压，V； S——转差率； η——效率。

6、由损耗分析法求额定负载时的效率 电动机的损耗有：

铁 耗： PFe 机械损耗： Pmec 定子铜耗： PCU1?3I1?r12Pem 转子铜耗： P?SCU2100 杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的0.5%。

式中 Pem——电磁功率，W；

Pem?P1?Pcu1?PFe2 铁耗和机械损耗之和为：

??PFe?Pmec?P0?3I0?r1 P0 为了分离铁耗和机械损耗，作曲线 P 0 0 2 ? ? f ( U)，如图4-4。

延长曲线的直线部分与纵轴相交于K点，K点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过K点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗PFe。 电机的总损耗

?P?PFe?Pcu1?Pcu2?Pad?Pmec 于是求得额定负载时的效率为：

??六、思考题

P??P1P1?100%式中P1、S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。

1、由空载、短路实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？ 2、从短路实验数据我们可以得出哪些结论？

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

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误差？

§4.2 三相异步电动机的起动与调速

一、实验目的

通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。

二、预习要点

1、异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。

2、异步电动机的调速方法。

三、实验项目

1、直接起动

2、星形——三角形(Y-Δ)换接起动。 3、自耦变压器起动。

4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。

四、实验方法

1、 实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 型 号 DD03 DJ16 DJ17 DJ23 D31 D32 D33 D43 D51 DJ17-1 DD05 名 称 导轨、测速发电机及转速表 三相鼠笼异步电动机 三相线绕式异步电动机 校正直流测功机 直流电压、毫安、安培表 数/模交流电流表 数/模交流电压表 三相可调电抗器（可选） 波形测试及开关板 起动与调速电阻箱 测功支架、测功盘及弹簧秤（50N） 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1套 2、屏上挂件排列顺序

D33、D32、D51、D31、D43 3、三相鼠笼式异步电机直接起动试验

UAV47 VW图4-5 异步电动机直接起动

(1) 按图4-5接线。电机绕组为Δ接法。异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接校正直流测功机DJ23。电流表用D32上的指针表。

(2) 把交流调压器退到零位，开启钥匙开关，按下“启动”按钮，接通三相交流电源。 (3) 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，(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“停止”按钮，切断三相交流电源)。

(4)再按下“停止”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下“启动”按钮，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(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)。

(5)安装DD05步骤：

断开电源开关，将调压器调至零位，除去圆盘上的堵转手柄，然后用细线穿过圆盘的小孔，在圆盘外的细线上应打一小结卡住。将细线在圆盘外凹槽内绕1~3圈，留有一定的长度便于和弹簧秤相连。用内六角扳手将圆盘固定在电机左侧的联接轴上，将测功支架装在与实验操作人员面对着导轨的另一侧，用偏心螺丝固定，最后用细线将弹簧秤与测功支架相连即可。

(6) 合上开关，调节调压器，使电机电流为2～3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK，转矩值TK(圆盘半径乘以弹簧秤力)， 试验时通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。对应于额定电压时的起动电流ISt和起动转矩TSt按下式计算：

DTK?F?()2UIst?(N)IKUK2IstTst?(2)TKIK式中 IK——起动试验时的电流值，A； TK——起动试验时的转矩值，N·m。 表4-8

测 量 值 UK(V)

WCVYVZ计 算 值 F(N) TK(N·m) BIK(A) ISt(A) Tst(N·m) 4、星形——三角形(Y-Δ)起动

UAAXCASY

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§3.3 三相变压器的联接组和不对称短路

一、实验目的

1、掌握用实验方法测定三相变压器的同名端。 2、掌握用实验方法判别变压器的联接组别。 3、研究三相变压器不对称短路。

4、观察三相变压器不同绕组联接法和不同铁心结构对空载电流和电势波形的影响。

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/Δ-11改为Y/Δ-5联接组。 3、在不对称短路情况下，哪种联接的三相变压器电压中点偏移较大。 4、三相变压器绕组的连接法和磁路系统对空载电流和电势波形的影响。

三、实验项目

1、测定极性

2、连接并判定以下联接组 (1) Y/Y-12 (2) Y/Y-6 (3) Y/Δ-11 (4) Y/Δ-5 3、不对称短路 (1) Y/Y0-12单相短路 (2) Y/Y-12两相短路

4、测定Y/Y0连接的变压器的零序阻抗。

5、观察不同连接法和不同铁心结构对空载电流和电势波形的影响。

四、实验方法

1、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 7 2、屏上排列顺序

D33、D32、D34-3、DJ12、DJ11、D51 3、测定极性

24

型号 D33 D32 DJ11 DJ12 D51 名 称 数/模交流电压表 数/模交流电流表 三相组式变压器 三相芯式变压器 波形测试及开关板 单踪示波器（另配） 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1台 D34-3 智能型功率、功率因数表 (1) 测定相间极性

被测变压器选用三相芯式变压器DJ12，用其中高压和低压两组绕组，额定容量PN=152/152V·A，UN=220/55V，IN=0.4/1.6A，Y/Y接法。测得阻值大的为高压绕组，用A、B、C、X、Y、Z标记。低压绕组标记用a、b、c、x、y、z。 1) 按图3-8接线。A、X接电源的U、V两端子，Y、Z短接。 2) 接通交流电源，在绕组A、X间施加约50%UN的电压。

3) 用电压表测出电压UBY、UCZ、UBC，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两相任一相绕组的首末端标记对调。 4) 用同样方法，将B、C两相中的任一相施加电压，另外两相末端相联，定出每相首、末端正确的标记。

DD01三相调压交流电源

AUXxaVBYybWCZzc3-8 测定相间极性接线图

(2) 测定原、副边极性

DD01三相调压交流电源

AUXxaVBYybWCZzc图3-9 测定原、副边极性接线图

1) 暂时标出三相低压绕组的标记a、b、c、x、y、z,然后按图3-9接线，原、副边中点用导线相连。

2) 高压三相绕组施加约50%的额定电压，用电压表测量电压UAX、UBY、UCZ、Uax、Uby、Ucz、UAa、UBb、UCc，若UAa=UAx-Uax，则A相高、低压绕组同相，并且首端A与a端点为同极性。若UAa=UAX+Uax，则A与a 端点为异极性，若UAa都不符合上述关系式，则不是对应的低压绕组。

3) 用同样的方法判别出B、b、C、c两相原、副边的极性。 4) 高低压三相绕组的极性确定后，根据要求连接出不同的联接组。 4、检验联接组 (1) Y/Y-12

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ADD01三相调压交流电源XxaEAB

BUbVBYyEabbZXYc(b)CW Ccz图3-10 Y/Y-12联接组 ZA (α)接线图 (ｂ)电势相量图

按图3-10接线。A、a两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的额定电压，测出UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表3-11中。 表3-11 实 验 数 据 UAB (V)

根据Y/Y-12联接组的电势相量图可知：

Uab (V) UBb (V) UCc (V) UBc (V) 计 算 数 据 KL? UABUBb (V) UCc (V) UBc (V) UabUBb?UCc?(KL?1)Uab2UBc?UabKL?KL?1KL?UABUab为线电压之比

若用两式计算出的电压UBb，UCc，UBc的数值与实验测取的数值相同，则表示绕组连接正确，属Y/Y-12联接组。

(2) Y/Y-6 DD01三相调压交流电源

AU*Xa*xEABBVB*Y*yZXYz*cAa(b)bEabCWCZ(a)c图3-11 Y/Y-6联接组

(α)接线图 (ｂ)电势相量图

将Y/Y-12联接组的副边绕组首、末端标记对调,A、a两点用导线相联，如图3-11所示。 按前面方法测出电压UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表 3- 12中。 表3-12

26

实 验 数 据 UAB (V) Uab (V) UBb (V) UCc (V) UBc (V) 计 算 数 据 KL? UABUab UBb (V) UCc (V) UBc (V) 根据Y/Y-6联接组的电势相量图可得 联接组。

(3)Y/△-11

DD01三相调压交流电源UBb?UCc?(KL?1)Uab2UBc?Uab(KL?KL?1)若由上两式计算出电压UBb、UCc、UBc的数值与实测相同，则绕组连接正确，属于Y/Y-6

UA*Xa*EABBVWB*Y*EabbZXYC(b)C*(a)Zcc*aA图3-12 Y/Δ-11联接组

(α)接线图 (ｂ)电势相量图

按图 3-12接线。A、a两端点用导线相连，高压侧施加对称额定电压，测取UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数据记录于表3-13中 表3-13 实 验 数 据 UAB (V) Uab (V) UBb (V) UCc (V) UBc (V) 计 算 数 据 KL? UABUab UBb (V) UCc (V) UBc (V) 根据Y/Δ-11联接组的电势相量可得 联接组。 (4) Y/Δ-5

将Y/Δ-11联接组的副边绕组首、末端的标记对调，如图3-13所示。实验方法同前，测取UAB、Uab、UBb、UCc和UBc，将数据记录于表3-14中。

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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

DD01三相调压交流电源UA*Xa*EABBVB*Y*Ac*(a)cEabba(b)CZXYWC*Z图3-13 Y/Δ-5联接组 (α)接线图 (ｂ)电势相量图

表3-14 实 验 数 据 UAB (V) Uab (V) UBb (V) UCc (V) UBc (V) 计 算 数 据 UABKL? UBb (V) UCc (V) UBc (V) Uab根据Y/Δ-5联接组的电势相量图可得

Δ-5联接组。 5、不对称短路 (1) Y/Y0连接单相短路 1)三相芯式变压器

按图3-14接线。被试变压器选用三相芯式变压器。将控制屏左侧的调压旋钮逆时针方向旋转到底使三相交流电源的输出电压为零，接通电源，逐渐增加外施电压, 直至副边短路电流I2K≈I2N为止，测取副边短路电流I2K和原方电流IA、IB、IC。将数据记录于表3-15中。

图3-14 Y/Y0连接单相短路接线图

2UBb?UCc?UBc?UabKL?3KL?1 若由上式计算出的电压UBb、UCc、UBc的数值与实测相同，则绕组联接正确，属于Y/

I2KADD01三相调压交流电源UAAXxaVABYybWCU1VZzVU2c 表3-15 I2K(A)

IA(A) IB(A) IC(A) 28

Ua(V) Ub(V) Uc(V)

第四章 异步电机实验

§4.1 三相鼠笼异步电动机的工作特性和参数测定 一、实验目的

1、掌握用日光灯法测转差率的方法。

2、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。 3、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。 4、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。

二、预习要点

1、用日光灯法测转差率是利用了日光灯的什么特性？ 2、异步电动机的工作特性指哪些特性？

3、异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的物理意义是什么？ 4、工作特性和参数的测定方法。

三、实验项目

1、测定电机的转差率。

2、测量定子绕组的冷态电阻。 3、判定定子绕组的首末端. 4、空载实验。 5、短路实验。 6、负载实验。

四、实验方法

1、 实验设备

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序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 型 号 DD03 DJ23 DJ16 D33 D32 D34-3 D31 D42 D51 DD05 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正过的直流电机 三相鼠笼异步电动机 数/模交流电压表 数/模交流电流表 智能型功率、功率因数表 直流数字电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 波形测试及开关板 测功支架、测功盘及弹簧秤数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1套 2、屏上

挂件排列顺序

D33、D32、D34-3、D31、D42、D51 3、用日光灯法测定转差率

日光灯是一种闪光灯，当接到50Hz电源上时，灯光每秒闪亮100次，人的视觉暂留时间约为0.1S左右，故用肉眼观察时日光灯是一直发亮的,我们就利用日光灯这一特性来测量电机的转差率。

（1）异步电机选用编号为DJ16的三相鼠笼异步电动机（UN=220V，Δ接法）极数2P=4。直接与测速发电机同轴联接，在DJ16和测速发电机联轴器上用黑胶布包一圈，再用四张白纸条（宽度约为3毫米），均匀地贴在黑胶布上。

分秒 （2）由于电机的同步转速为 n 0 ? ? 150 0 转 / ? 25 转 / ，而日光灯闪亮为100

次/秒，即日光灯闪亮一次，电机转动四分之一圈。由于电机轴上均匀贴有四张白纸条，故电机以同步转速转动时，肉眼观察图案是静止不动的（这个可以用直流电动机DJ15、DJ23和三相同步电机DJ18来验证）。

（3）按下启动按钮，接通交流电源。打开控制屏上日光灯开关，调节控制屏左侧调压器升高电动机电压，观察电动机转向，如转向不对应停机调整相序。转向正确后，升压至220V，使电机起动运转，记录此时电机转速。

（4）因三相异步电机转速总是低于同步转速，故灯光每闪亮一次图案逆电机旋转方向落后一个角度，用肉眼观察图案逆电机旋转方向缓慢移动。

（5）按住控制屏报警记录仪“复位”键，手松开之后开始观察图案后移的个数，计数时间可定的短一些（一般取30秒）。将观察到的数据记录于表4-1中。 （6）停机。将调压器调至零位，关断电源开关。 表4-1

N（转） 转差率

t（秒） S（转差率） n（转/分） 60f1PN?nt?PNS??

60fntfP60? 式中 t为计数时间，单位为秒。 N为t秒内图案转过的圈数。 f为电源频率，50Hz。 P为电机的极对数。

（7）将计算出的转差率与实际观测到的转速算出的转差率比较。 4、测量定子绕组的冷态直流电阻。

将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。

40

(1) 伏安法

测量线路图为图4-1。直流电源用主控屏上电枢电源，可先调到50V输出电压。开关S1、S2选用D51挂箱，R用D42挂箱上1800Ω可调电阻。

-S1V++A-RS2电机定子一相绕组 图4-1 三相交流绕组电阻测定 量程的选择：测量时通过的测量电流应小于额定电流的20%，约小于60毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50Ω， 因而当流过的电流为60毫安时二端电压约为3伏，所以直流电压表量程用20V档。 按图4-1接线。把R调至最大位置，合上开关S1，调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20%，以防因试验电流过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S2读取电压值。读完后，先打开开关S2，再打开开关S1。

调节R使A表分别为50mA，40mA，30mA测取三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻值，记录于表4-2中。

表4-2 室温 ℃ I（mA） U（V） R（Ω） 注意事项

1) 在测量时，电动机的转子须静止不动。 2) 测量通电时间不应超过1分钟。 (2) 电桥法

用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥大致平衡的位置。然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮接入检流计。测量完毕，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。数据记录于表4-3中。 电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。 表4-3 R（Ω）

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绕 组 Ⅰ 绕 组 Ⅱ 绕 组 Ⅲ 绕 组 Ⅰ 绕 组 Ⅱ 绕 组 Ⅲ 5、判定定子绕组的首末端

AAAAU=80～100VXVU=0U=80～100VXZVU=0ZB（a） (b) YY图4-2 三相交流绕组首末端测定 CBC 先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联，如图4-2所示。将控制屏左侧调压器旋钮调至零位，开启钥匙开关，按下“启动”按钮，接通交流电源。调节调压旋钮，并在绕组端施以单相低电压U=80～100V,注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压， 如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图4-2(a)所示。反之，如测得电压近似为零，则两相绕组的末端与末端(或首端与首端)相联，如图4-2(b)所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。 6、空载实验

（1）按图4-3接线。电机绕组为Δ接法(UN=220V)，直接与测速发电机同轴联接，不联接校正直流测功机DJ23。

(2) 把交流调压器调至电压最小位置，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。并使电机旋转方向为正转(如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源)。 VW*W*图4-3 三相鼠笼式异步电动机试验接线图

(3) 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。

IFS*UVV*VAWAARf+ 220V励磁电源MGIfMAVRL-A (4) 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。

(5) 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4-4中。 表4-4 序 U0L（V） UBC UCA U0L I0L（A） IA IB IC I0L P0（W） P1 P2 P0 cosφ0 号 UAB 42

7、短路实验

(1) 测量接线图同图4-3。用制动工具把三相电机堵住。制动工具可用DD05上的圆盘固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上。

(2) 调压器退至零，按下启动按钮，接通交流电源。调节控制屏左侧调压器旋钮使之逐渐升压至短路电流到1.2倍额定电流，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。 (3) 在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。 (4) 共取数据5～6组记录于表4-5中。 表 4-5 序 UKL（V） UBC UCA UKL IKL（A） IA IB IC IKL PK（W） P1 P2 PK cosφK 号 UAB 8、负载实验

(1) 测量接线图同图4-3。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并联900Ω共2250Ω阻值。

(2) 按下启动按钮，接通交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。 (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。 (4) 合上开关S，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450Ω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。 (5) 从这负载开始，逐渐减小负载直至空载（即断开开关S），在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、校正直流测功机的负载电流IF等数据。 (6) 共取数据8～9组记录于表4-6中。

表4-6 U1=U1N=220V（Δ） If= mA 序 号 I1L（A） IA IB IC I1L P1（W） PⅠ PⅡ P1 IF (A) T2 n (N·m) (r/min) 43

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