电机学实验指导书

北 方 民 族 大 学

电气信息工程学院

电机学实验指导书

2009

年07月10日

目 录

实验一 直流发电机……………………………………………………6 实验二 直流他励电动机机械特性……………………………………12

实验三 单相变压器参数测定…………………………………………16 实验四 三相变压器的联接组和不对称短路…………………………26 实验五 三相鼠笼异步电动机的工作特性……………………………33 实验六 三相异步电动机的起动与调速………………………………41 实验七 三相同步发电机的运行特性…………………………………52 实验八 三相同步电动机………………………………………………62

实验一 直流发电机（他励、并励、复励）

一．实验目的

1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，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？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。

2．做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？

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？ 4．如何确定复励发电机是积复励还是差复励？

三．实验项目

1．他励发电机

（1）空载特性：保持n=nN，使I=0，测取Uo=f(If)。 （2）外特性：保持n=nN，使If =IfN，测取U=f(I)。 （3）调节特性：保持n=nN，使U=UN，测取If =f(I)。 2．并励发电机 （1）观察自励过程

（2）测外特性：保持n=nN，使Rf2 =常数,测取U=f(I)。 3．复励发电机

积复励发电机外特性：保持n=nN，使Rf=常数，测取U=f(I)。

四．实验设备及仪器

1．实验台主控制屏 2．电机导轨（NMEL-14C）

3．直流电机仪表、电源（NMEL-18）（位于实验台主控制屏的下部） 4．电机起动箱（NMEL-09）

5．直流电压、毫安、安培表（NMCL-001）或NMEL-06组件 6．旋转指示灯及24V同步机励磁电源、开关板（NMEL-05C） 7．三相可调电阻1800Ω（NMEL-03） 8．转速、转矩、功率测量（NMEL-13C） 9．直流电动机M03 10．直流发电机M01。

五．实验说明及操作步骤

1．他励发电机。 按图1-1接线

G：直流发电机M01，PN=100W，UN=200V，IN=0.5A，NN=1600r/min

M：直流电动机M03，按他励接法 S1、S2：双刀双掷开关，位于NMEL-05

R1：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于NMEL-09。 Rf1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于NMEL-09。

Rf2：磁场调节变阻器，采用NMEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。 R2：发电机负载电阻，采用NMEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联）。调节时先调节串联部分，当负载电流大于0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免烧毁熔断器。

mA1、A1：分别为毫安表和电流表，位于直流电源(NMEL-18)上。 U1、U2：分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源(NMEL-18)。

V2、mA2、A2：分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA档），直流安倍表（量程为2A档）

（1）空载特性

a．打开发电机负载开关S2，合上励磁电源开关S1，接通直流电机励磁电源，调节Rf2，使直流发电机励磁电压最小，mA2读数最小。此时，注意选择各仪表的量程。

b．调节电动机电枢调节电阻R1至最大，磁场调节电阻Rf1至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直流电压已正常建立），使电机旋转。

b．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。

d．调节电动机电枢电阻R1至最小值，可调直流稳压电源调至220V，再调节电动机磁场电阻Rf1，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（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。

e．调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达V0=1.2UN（240V）为止。 f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从UO=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，直至If2=o。

每次测取发电机的空载电压UO和励磁电流If2,只取7-8组数据，填入表1-2中，其中UO=UN和If2=O两点必测，并在UO=UN附近测点应较密。

表1-2 n=nN=1600r/min UO（V） If2（A） （2）外特性

a．在空载实验后，把发电机负载电阻R2调到最大值（把NMEL-03中间和下端的变阻器逆时针旋转到底），合上负载开关S2。

b．同时调节电动机磁场调节电阻Rf1，发电机磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机的n=nN,U=UN（200V），I=IN（0.5A），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If2N= A.

c．在保持n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐渐增加负载电阻，即减少发电机负载电流，在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I，直到空载（断开开关S2），共取6-7组数据，填入表1-3中。其中额定和空载两点必测。

表1-3 n=nN=1600r/min If2=If2N U（V） I（A） （3）调整特性

a．断开发电机负载开关S2，调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达额定值（UN=200V）

b．在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S2，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If2，使发电机端电压保持额定值U=UN，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I和励磁电流If2，共取5-6组数据填入表1-4中。

表1-4 n=nN=1600r/min,U=UN=200V I（A） If2（A） 2．并励直流发电机

（1）观察自励过程

a．断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮。 按图1-2接线

R1、Rf1：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于NMEL-09。

A1、mA1：直流电流表、毫安表，位于可调直流电源和励磁电源(NMEL-18)上。 mA2、A2：直流毫安表、电流表位于NMCL-001。 Rf2：NMEL-03中二只900Ω电阻相串联，并调至最大。

R2：采用NMEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω。

S1、S2：位于NMEL-05 V1、V2：直流电压表，其中V1位于直流可调电源(NMEL-18)上，V2位于NMCL-001。

b．断开S1、S2，按前述方法（他励发电机空载特性实验b）起动电动机，调节电动机转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。

图1-4 直流并励发电机接线图直流发电机M01可调直流稳压电源直流电动机M03R1V1A1mA1MRf1直流电机励磁电源A2R2S2V2mA2S1Rf2c．合上开关S1，逐渐减少Rf2，观察电动机电枢两端电压，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。

（2）外特性

a．在并励发电机电压建立后，调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S2，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n=nN,U=UN，I=IN。

b．保证此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载，直至I=0，从额定到负载运行范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，填入表1-5中，其中额定和空载两点必测。

表1-5 n=nN=1600r/min Rf2= A U（V） I（A） 3．复励发电机

（1）积复励和差复励的判别 a．接线如图1-5所示

R1、Rf1：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于NMEL-09。 A1、mA1：直流电流、毫安表

V2、A2、mA2：直流电压、电流、毫安表，位于NMCL-001。 Rf2：采用NMEL-03中两只900Ω电阻串联。

R2：采用NMEL-03中四只900Ω电阻串并联接法，最大值为2250Ω。 S1、S2：单刀双掷和双刀双掷开关，位于MEL-05开关板上。 按图接线，先合上开关S，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I=0.5IN，n=nN，U=UN。

b．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，若此电压升高即为积复励，若电压降低为差复励，如要把差复励改为积复励，对调串励绕组接线即可。

（2）积复励发电机的外特性。 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，I=IN，在保持此时的Rf2和n=nN不变的条件下，逐次减小发电机负载电流，直至

I=0。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I，共取6-7组数据，记录于表1-6中，其中额定和空载两点必测。

表1-6 n=nN = r／min Rf2=常数 U（V） I（A）

直流发电机M01图1-5 直流复励发电机接线图可调直流稳压电源直流电动机M03R1V1A1mA1MS1Rf1直流电机励磁电源S2R2A2V2mA2Rf2六．注意事项

1.起动直流电动机时，先把R1调到最大，Rf2 调到最小，起动完毕后，再把R1调到最小。

2.做外特性时，当电流超过0.4安时，R2中串联的电阻必须调至零，以免损坏。

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．在同一张座标上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。分别算出三种励磁方式的电压变化率：

ΔU=

UO?UN?100? UN并分析差异的原因。

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变低？

为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？

实验二 直流他励电动机机械特性

一．实验目的

了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性

二．预习要点

1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？

2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？

3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。

三．实验项目

1．电动及回馈制动特性。 2．电动及反接制动特性。 3．能耗制动特性。

四．实验设备及仪器

1．实验台主控制屏。 2．电机导轨及转速表

3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03） 4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）

5．旋转指示灯及24V同步机励磁电源、开关板（NMEL-05C） 6、直流电压、电流、毫安表（NMCL-001） 7．电机起动箱（NMEL-09）

8．直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，NMEL-18）

五．实验方法及步骤

1．电动及回馈制动特性 接线图如图5-1

M为直流发电机M01作电动机使用（接成他励方式）。

G为直流并励电动机M03（接成他励方式），UN=220V，IN=1.1A，nN=1600r/min; 直流电压表V1为NMEL-18中220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V（NMCL-001）；

直流电流表mA1、A1分别为NMEL-18中220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表； mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表，按装在主控制屏（NMCL-001）

直流电动机M01可调直流稳压电源R212S1IaA1A2R42S2V21+-U1V1MG直流电机励磁电源+mA1If直流电动机M03-mA2R1R3图5-1 直流他励电动机机械特性测定接线图的下部。

R1选用900Ω欧姆电阻（NMEL-03）

R2选用180欧姆电阻（NMEL-04中两90欧姆电阻相串联） R3选用3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）

R4选用2250Ω电阻（用NMEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）

开关S1、S2选用NMEL-05C中的双刀双掷开关。

按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置； （1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。

（2）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。

（3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。 实验步骤。

a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至

零。

b．分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机G磁场调节电阻R3、负载电阻R4（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900Ω电阻相并联的旋钮），使直流电动机M的转速nN=1600r/min，If+Ia=IN=0.55A，此时If=IfN，记录此值。

c．保持电动机的U=UN=220V，If=IfN不变，改变R4及R3阻值，测取M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取5-6组数据填入表中。

表5-1 UN=220伏 IfN= A Ia（A） n（r/min） d．折掉开关S2的短接线，调节R3，使发电机G的空载电压达到最大（不超过220伏），并且极性与电动机电枢电压相同。 e．保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，把开关S2合向“1”端，把R4值减小，直至为零（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器）。再调节R3阻值使阻值逐渐增加，电动机M的转速升高，当A1表的电流值为0时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，则电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至电流接近0.8倍额定值（实验中应注意电动机转速不超过2100转/分）。 测取电动机M的n、Ia，共取5-6组数据填入表5-2中。 表5-2 UN=220伏 IfN= A Ia（A） n（r/min） 图5-2 直流他励电动机电动及回馈制动特性 因为T2=CMφI2，而CMφ中为常数，则T∝I2，为简便起见，只要求n=f（Ia）特性，见图5-2。

2．电动及反接制动特性。 在断电的条件下，对图5-1作如下改动： （1）R1为NMEL-09的3000Ω磁场调节电阻，R2为NMEL-03 的900Ω电阻，R3不用，R4不变。 （2）S1合向“1”端，S2合向“2”端（短接线拆掉），把发电机G的电枢二个插头对调。

实验步骤：

a．在未上电源前，R1置最小值，R2置300Ω左右，R4置最大值。 b．按前述方法起动电动机，测量发电机G的空载电压是否和直流稳压电源极性相反，若极性相反可把S2含向“1”端。 c．调节R2为900Ω，调节直流电源电压U=UN=220V，调节R1使If=IfN，保持以上值不变，逐渐减小R4阻值，电机减速直至为零，继续图5-3 直流他励电动机电动及反接制动特性减小R4阻值，此时电动机工作于反接制动状态运行（第四象限）；

d．再减小R4阻值，直至电动机M的电流接近0.8倍IN，测取电动机在第1、第4象限的n、I2，共取5-6组数据记录于表5-3中。

表5-3 I2（A） R2=900Ω UN=220V IfN= A n（r/min） 为简便起见，画n=f（Ia），见图5-3。 3．能耗制动特性 图5-1中，R1用3000Ω，R2改为360欧（采用MEL-04中只90Ω电阻相串联），R3采用MEL-03中的900欧电阻，R4仍用2250Ω电阻。 操作前，把S1俣向“2”端，R1、R2置最大值，R3置最大值，R4置300欧（把两只串联电阻调至零位，并用导线短接，把两只并联电阻调在300欧位置），S2合向“1”端。 按前述方法起动发电机G（此时作电动机使用），调节直流稳压电源使U=UN=220伏，调节R1使电动机M的If=IfN,调节R3使发电机G的If=80mA，调节R4并先使R4阻值减小，使电机M的能耗制动电流Ia接近0.8IaN数据，记录于表5-4中。 表5-4 Ia（A） R2=360Ω IfN= mA 图5-4 直流他励电动机能耗制动特性n（r/min） 调节R2的180Ω，重复上述实验步骤，测取Ia、n，共取6-7组数据，记录于表5-5中。

表5-5 Ia（A） R2=180Ω IfN= mA n（r/min） 当忽略不变损耗时，可近似为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转矩T=CMΦIa，他励电动机在磁通Φ不变的情况下，其机械特性可以由曲线n=f（Ia）来描述。画出以上二条能耗制动特此曲线n=f（Ia），见图5-4。

六．实验注意事项

调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻过流烧毁熔断丝。

七．实验报告

根据实验数据绘出电动机运行在第一、第二、第四象限的制动特性n=f（Ia）及能耗制动特性n=f（Ia）。

八．思考题

1．回馈制动实验中,如何判别电动机运行在理想空载点?

2．直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变,试问电磁转矩的方向是否也不变? 为什么?

3．M，G实验机组,当电动机M从第一象限运行到第四象限,其转向反了,而电磁转矩方向不变,为什么? 作为负载的G,从第一到第四象限其电磁矩方向是否改变? 为什么?

实验三 单相变压器参数测定

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UO=f(IO)，PO=f(UO)。 2．短路实验 测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(I)。

3．负载实验 保持U1=U1N，cos?2=1的条件下，测取U2=f(I2)。

四．实验设备及仪器

1．交流电压表、电流表、功率、功率因数表（NMCL-001）或NEEL-001A。 2．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）。

3．旋转指示灯及24V同步机励磁电源、开关板（NMEL-05C）。 4．单相变压器（或采用组式变压器的1组）。

五．实验方法

1．空载实验 实验线路如图2-1 变压器T选用单独的组式变压器。实验时，变压器低压线圈2U1、2U2接电源，高压线圈1U1、1U2开路。

A、V1、V2分别为交流

图2-1 空载实验接线图主控制屏三相交流电源输出UWPOUOV1AIO2U1T1U1V2VW110V2U2220V1U2

电流表、交流电压表。其中用一只电压表，交替观察变压器的原、副边电压读数。

W为功率表，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。

a．在三相交流电源断电的条件下，将调压器旋钮逆时针方向旋转到底。并合理选择各仪表量程。

变压器T U1N/U2N=220V/110V，I1N/I2N=0.4A/0.8A

b．合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN

c．然后，逐次降低电源电压，在1.2~0.5UN的范围内；测取变压器的U0、I0、P0，共取6~7组数据，记录于表2-1中。其中U=UN的点必须测，并在该点附近测的点应密些。为了计算变压器的变化，在UN以下测取原方电压的同时测取副方电压，填入表2-1中。

e．测量数据以后，断开三相电源，以便为下次实验作好准备。 表2-1

实 验 数 据 序 号 1 2 3 4 5 6 7 2．短路实验

实验线路如图2-2。（每次改接线路时，都要关断电源） 实验时，变压器T的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。

A、V、W分别为交流电流表、电压表、功率表，选择方法同空载实验。

a．断开三相交流电源，将调压器旋钮逆时

针方向旋转到底，即使输出电压为零。

b．合上交流电源绿色“闭合”开关，接通交流电源，逐次增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN为止。在0.5~1.1IN范围内测取变压器的UK、IK、PK，共取6~7组数据记录于表2-2中，其中I=IK的点必测。并记录实验时周围环境温度（℃）。

表2-2 室温θ= OC

主控制屏三相交流电源输出计算数据 U1U1。1U2 cos?2 U0（V） I0（A） PO（W） UAIKWPK1U12U1TV1UK1U22U2V2VW图2-2 短路实验接线图实 验 数 据 序 号 1 2 3 4 5 6 3．负载实验

实验线路如图2-3所示。

U（V） I（A） P（W） 计算数据 cos?k 变压器T低压线圈接电源，高压线圈经过开关S1接到负载电阻RL上。RL选用NMEL-03的两只900Ω电阻相串联。开关S1、采用NMEL-05的双刀双掷开关，电压表、电流表、功率表（含功率因数表）的选择同空载实验。

U主控制屏三相交流电源输出A12U11U1IOTV1110V2U2220V1U2V2A2WS1RLVW图2-3 负载实验接线图说明：如果有三个交流电流表，则可直接将电流表接入线路。

a．未上主电源前，将调压器调节旋钮逆时针调到底，S1断开，负载电阻值调节到最大。 b．合上交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=UN=110V

c．在保持U1=UN的条件下，合下开关S1，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的值，从空载到额定负载范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。

d．测取数据时，I2=0和I2=I2N=0.8A必测，共取数据6~7组，记录于表3-3中。

表3-3 cos?2=1 U1=UN=110V 序 号 U2（V） I2（A）

1 2 3 4 5 6 7 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。

2．短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。

七．实验报告

1．计算变比

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=U1u1.1U2／U2u1.2u2

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UO=f(IO)，PO=f(UO)，cos?O=f(UO)。 式中：cos?o?PO UOIO（2）计算激磁参数

从空载特性曲线上查出对应于Uo=UN时的IO和PO值，并由下式算出激磁参数

rm?PO2IOZm?

UO IO22 Xm?Zm?rm3．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)、cos?K=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（OC）短路参数。

'ZK?UKIK

rK'?PK2 IK22

折算到低压方

'''XK?ZK?rKZK?'ZKK2,

rK?'rKK2'XK2,

XK?K

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75OC时的阻值。

rK75oC?rK?234.5?75

234.5??ZK75OC2 ?rK75OC?XK式中：234.5为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为228。

阻抗电压

UK?INZK75OCUNINrK75OC?100%

UKr?UN?100%

UKX?INXK?100% UN2IK = IN时的短路损耗pKN?INrK75OC

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“Γ”型等效电路。 5．变压器的电压变化率ΔU

（1）绘出cos?2=1的外特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率ΔU U20?U2?100% U20 （2）根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cos?2=1时的电压变化率ΔU。

?U? ΔU = ( UKrcos?2 + UKx sin?2 )

将两种计算结果进行比较，并分析不同性质的负载对输出电压的影响。

实验四 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极性。 2．掌握用实验方法判别变压器的联接组。 3．研究三相变压器不对称短路。

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．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。

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

四．实验设备及仪器

1．交流电压表、电流表、功率、功率因数表（NMCL-001）或NEEL-001A。 2．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）。

3．旋转指示灯及24V同步机励磁电源、开关板（NMEL-05C）。 4．三相变压器

五．实验方法

1．测定原、副方极性

a．暂时标出三相低压绕组的标记2U1、2V1、2W1、2U2、2V2、2W2，然后按照图2-9接线。原、副方中点用

图2-9 测定原副方极性接线图主控制屏三相交流电源输出

导线相连。

b．高压三相绕组施加约50%的额定电压，测出电压U1U1.1U2、U1V1.1V2、U1W1.1W2、U2U1.2U2、U2V1.2V2、U2W1.2W2、U1U1.3U1、U1V1.3V1、U2W1.2W1，若U1U1.3U1=U1U1.1U2-U2U1.2U2，则U相高、低压绕组同柱，并且首端1U1与2U1点为同极性；U1U1.2U1=U1U1.1U2 +U2U1.2U2，则1U1与2U1端点为异极性。

c．用同样的方法判别出1V1、1W1两相原、副方的极性。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。

2．检验联接组 （1）Y／Y-12

主控制屏三相交流电源输出（A）接线图（B）电动势相量图图2-10 Y/Y-12联接组按照图2-10接线。1U1、2U1两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的额定电压，测出U1U1.1V1、U2U1.2V1、U1V1.2V1、U1W1.2W1及U1V1.2W1，将数字记录于表2-11中。 表2-11 实 验 数 据 U1U1.1V1 (V) U2U1.2V1 (V) U1V1.2V1 (V) U1W1.2W1 (V) U1V1.2W1 (V) KL 计 算 数 据 U1V1.2V1 (V) U1W1.2W1 (V) U1V1.2W1 (V) 根据Y／Y-12联接组的电动势相量图可知：

U1V1.2V1?U1W1.2W1?(KL?1)U2U1.2V1

2U1V1.2W1?U2U1.2V1(KL?KL?1)

KL?U1U1.1V1

U2U1.2V1若用两式计算出的电压U1V1.2V1，U1W1.2W1，U1V1.2W1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。

（2）Y／Y-6

将Y／Y-12联接组的副方绕组首、末端标记对调，1U1、2U1两点用导线相联，如图2-11所示。

按前面方法测出电压U1U1.1V1、U2U1.2V1、U1V1.2V1、U1W1.2W1及U1V1.2W1，将数据记录于表2-12。

根据Y／Y-6联接组的电动势相量图可得

主控制屏三相交流电源输出（A）接线图图2-11 Y/Y-6联接组（B）电动势相量图U1V1.2V1?U1W1.2W1?(KL?1)U2U1.2V1

2U1V1.2W1?U2U1.2V1(KL?KL?1)

若由上两式计算出电压U1V1.2V1、U1W1.2W1、U1V1.2W1的数值与实测相同，则线圈连接正确，属于Y／Y-6联接组。 表2-12

实 验 数 据 U1U1.1V1 U2U1.2V1 (V) (V) （3）Y／Δ-11

U1V1.2V1 U1W1.2W1 U1V1.2W1 (V) (V) (V) KL 计 算 数 据 U1V1.2V1 (V) U1W1.2W1 U1V1.2W1 (V) (V) 主控制屏三相交流电源输出（A）接线图图2-12 Y/ -11联接组（B）电动势相量图按图2-12接线。1U1、2U1两端点用导线相连，高压方施加对称额定电压，测取U1U1.1V1、U2U1.2V1、U1V1.2V1、U1W1.2W1及U1V1.2W1，将数据记录于表2-13中 表2-13 实 验 数 据 计 算 数 据 U1U1.1V1 (V) U2U1.2V1 (V) U1V1.2V1 (V) U1W1.2W1 (V) U1V1.2W1 (V) KL U1V1.2V1 (V) U1W1.2W1 (V) U1V1.2W1 (V) 根据Y／Δ-11联接组的电动势相量可得

2U1U1.2V1?U1W1.2W1?U1V1.2W1?U2U1.2V1KL?3KL?1

若由上式计算出的电压U1V1.2V1、U1W1.2W1、U1V1.2W1 的数值与实测值相同，则线圈连接正确，属Y／Δ-11联接组。

（4）Y／Δ-5

将Y／Δ-11联接组的副方线圈首、末端的标记对调，如图2-13 所示。实验方法同前，测取U1U1.1V1、U2U1.2V1、U1V1.2V1、 U1W1.2W1、U1V1.2W1，将数据记录于表2-14中。

主控制屏三相交流电源输出（A）接线图图2-13 Y/ -5联接组 表2-14 实 验 数 据 U1U1.1V1 (V) U2U1.2V1 (V) U1V1.2V1 U1W1.2W1 U1V1.2W1 (V) (V) (V) KL （B）电动势相量图计 算 数 据 U1V1.2V1 (V) U1W1.2W1 (V) U1V1.2W1 (V) 根据Y／Δ-5联接组的电动势相量图可得

2U1V1.2V1?U1W1.2W1?U1V1.2W1?U2U1.2V1KL?3KL?1

若由上式计算出的电压U1V1.2V1、U1W1.2W1、U1V1.2W1 的数值与实测值相同，则线圈联接正确，属于Y／Δ-5联接组。

3．不对称短路

（1）Y／Y0连接单相短路

实验线路如图2-14所示。被试变压器选用三相组式变

主控制屏三相交流电源输出图2-14 Y/Yo连接单相短路接线图压器。接通电源前，先将交流电压调到输出电压为零的位置，然后接通电源，逐渐增加外施电压，直至副方短路电流I2K≈I2N为止，测取副方短路电流和相电压I2K、U3U1、U2V1、U2W1原方电流和电压I1U1、I1V1、I1W1、U1U1、U1V1、U1W1、U1U1.1V1、U1V1.1W1、U1W1.1U1，将数据记录于表2-15中。 表2-15 I2K(A)

U1U1(V) U2U1(V) U1V1(V) U2V1(V) U1W1(V) U2W1(V) U1U1.1V1(V) I1U1(V) U1V1.1W1(V) I1V1(V) I1W1(A) U1W1.1U1(V) （2）Y／Y联接两相短路

实验线路如图2-15所示。接通三相变压器电源前，先将电压调至零，然后接通电源，逐渐增加外施电压，直至I2K≈I2N为止，测取变压器原、副方电流和相电压I2K、U2U1、 U2V1、U2W1、I1U1、I1V1、I1W1、U1U1、U1V1、U1W1，将数据记录于表2-16中。

表2-16 I2K(A) I1V1(A)

U2U1(V) I1W1(A) U2V1(V) U1U1(V) U2W1(V) U1V1(V) I1U1(A) U1W1(V) 图2-15 Y/Y连接两相短路接线图主控制屏三相交流电源输出六．实验报告

1．计算出不同联接组时的U1V1.3V1、U1W1.3W1、U1V1.3W1的数值与实测值进行比较，判别绕组连接是否正确。

2．计算短路情况下的原方电流 （1）Y／Y0单相短路

副方电流I3U1?I2K,I3V1?I2W1?0

原方电流，设略去激磁电流不计，则I1U1式中K为变压器的变比。

..2I2K.I2K ??,I1V1?I1W1?3K3K......将I1U1、I1V1、I1W1计算值与实测值进行比较，分析产生误差的原因，并讨论Y／Y0 三相组式变压器带单相负载的能力以及中点移动的原因。

（2）Y／Y两相短路

.副方电流I3U1??I3V1?I2K,I3W1?0

...原方电流 I1U1??I1V1..I2K.??,I1W1?0

K.将I1U1、I1V1、I1W1计算值与实测值进行比较，分析产生误差的原因，并讨论Y／Δ带单相负载是否有中点移动的现象？为什么？

4．分析不同连接法和不同铁心结构对三相变压器空载电流和电动势波形的影响。 5．由实验数据算出Y／Y和Y／Δ接法时的原方U1U1.1V1／U1U1比值，分析产生差别的原因。

6．根据实验观察，说明三相组式变压器不宜采用Y／Y0和Y／Y连接方法的原因。

θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75OC； θc——实际冷态时定子绕组的温度，OC。 2．作空载特性曲线：I0、P0、cos?0=f(U0) 3．作工作特性曲线P1、I1、n、η、S、cos?1=f(P2) 由负载试验数据计算工作特性，填入表3-6中。

表3-6 U1 = 220V（△） If = A 序号 1 2 3 4 5 6 电动机输入 I1(A) P1(W) 电 动 机 输 出 T2(N·m)

n(r／min) 计 算 值 P2S(％) （W） η(％) cos?1 计算公式为：I1? S?IA?IB?IC331500?n?100%

1500 cos?1?P1 3U1I1 P2?0.105nT2 ??P2?100% P1 式中 I1——定子绕组相电流，A； U1——定子绕组相电压，V； S——转差率； η——效率。

实验六 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．复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。 2．复习异步电动机的调速方法。

三．实验项目

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。

四．实验设备及仪器

1．实验台主控制屏

2．电机导轨及校正直流发电机M03

3．交流电压表、电流表、功率、功率因数表（NMCL-001）或NEEL-001A。 4．直流电压、毫安、安培表（NMCL-001）或NMEL-06组件。 5．直流电机仪表、电源（NMEL-18）（位于实验台主控制屏的下部） 6．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）。

7．旋转指示灯及24V同步机励磁电源、开关板（NMEL-05C）。 8．电机起动箱（NMEL-09） 9．三相鼠笼式异步电动机M04。 10．绕线式异步电动机M09。

五．实验方法

1．三相笼型异步电动机直接起动试验。 按图3-5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。

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。

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。

2．星形——三角形（Y-△）起动

按图3-6接线，电压表、电流表的选择同前，开关S选用NMEL-05。

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，观察起动瞬间的电流，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3-5接线。电机绕组为 △接法。

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，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3-7，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，调节电阻采用

三相异步电机M04NMEL-05的三刀双掷开关UA主控制屏三相交流电源输出VVWM三相异步电机M04图3-5 异步电机直接起动实验接线图U主控制屏三相交流电源输出AAXVBVYWCZS图3-6 异步电机星形-三角形起动U主控制屏三相交流电源输出A1032VVM1032W线绕电机M091032NMEL-09图3-7 绕线式异步电机转子绕组串电阻起动实验接线图NMEL-09的绕线电机起动电阻（分0，2，5，15，∞五档）。

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180伏时，读取此时的Ist。

d．用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为2Ω、5Ω、15Ω的起动电流Ist，填入表3-9中。

注意：试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。

表3-9 U=180伏 Rst（Ω） Ist（A） 0 2 5 15 5．绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速。 实验线路同前。NMEL-09的“绕线电机起动电阻”调节到零。

a．合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=220伏，使电机空载起动。

b．合上直流电机励磁电源，调节励磁电阻Rf，使励磁电流If=95mA，并合上负载开关S，调节励磁电阻R，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至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3-10中。

表3-10中 U=220伏 T2= N.m Rst（Ω） n（r/min）

0 2 5 15 六．实验报告

1、比较异步电动机不同起动方法的优缺点。

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） (2)外施电压为UN/3。(Y—Δ起动)

(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）。 3、绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流的影响。 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。

七．思考题

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？

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？

实验七 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．实验项目

1．测定电枢绕组实际冷态直流电阻。

2．空载试验：在n=nN、I=0的条件下，测取空载特性曲线U0=f（If）。

3．三相短路实验：在n=nN、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线IK=f（If）。 4．外特性：在n=nN、If=常数、cos?=1和cos?=0.8（滞后）的条件下，测取外特性曲线U=f（I）。

5．调节特性：在n=nN、U=UN、cos?=1的条件下，测取调节特性曲线If=f（I）。

四．实验设备及仪器

1．电机导轨及转速测量。

2．交流电压表、电流表、功率、功率因数表（NMCL-001）或NEEL-001A。 3．直流电机仪表、电源（NMEL-18） 4．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）。 5．三相可调电阻器90Ω（NMEL-04）。

6．旋转指示灯及24V同步机励磁电源、开关板（NMEL-05C）。 7．三相同步电机M08。 8．直流并励电动机M03。

五．实验方法及步骤

1．测定电枢绕组实际冷态直流电阻。 被试电机采用三相凸极式同步电机M08。

测量与计算方法参见实验3-1。记录室温，测量数据记录于表4-1中。

表4-1

室温 oC

I（mA） U（V） R（Ω） 2．空载试验

绕组I 绕组II 绕组III 三刀双掷开关 NMEL-05L电流取样插座ARL1RL212同步发电机M08W1VGIfR1S1RL3可调直流稳压电源W2直流电机励磁电源同步电机励磁电源RstVAmAMRf直流电动机M03NMEL-18NMEL-18图4-1 三相同步发电机实验接线图（MCL-II、MEL-IIB）按图4-1接线，直流电动机M按他励方式联接，拖动三相同步发电机G旋转，发电机的定子绕组为Y形接法（UN=220V）。

Rf用NMEL-09中的3000Ω磁场调节电阻。

Rst采用NMEL-03中90Ω与90Ω电阻相串联，共180Ω电阻。 RL采用NMEL-03中三相可调电阻。 S1、S2采用NMEL-05C中的三刀双掷开关。 R1、采用NMEL-03中，两个90Ω电阻并联。

同步电机励磁电源采用NMEL-05C上的24V 直流稳压电源串两个90Ω电阻并联，调节励磁电流。须注意，切不可将电源源输出短路。

V1、mA、A1为直流电压、毫安、安倍表，按装在主控制屏（NMCL-001）的下部。 交流电压表、交流电流表、功率表按装在主控制屏上，不同型号的实验台，其仪表数量

不同，接法可参见异步电机的接线。

实验步骤：

（1）未上电源前R1的阻值调到最大，使同步电机励磁电源电流最小，直流电机磁场调节电阻Rf调至最小，电枢调节电阻Rst调至最大开关S1、S2扳向“2”位置（断开位置）。

（2）按下绿色“闭合”按钮开关，合上直流电机励磁电源和电枢电源船形开关，启动直流电机M03。

调节Rst至最小，并调节可调直流稳压电源（电枢电压）和磁场调节电阻Rf，使M03电机转速达到同步发电机的额定转速1500r/min并保持恒定。

（3）合上同步电机励磁电源船形开关，调节RI的电阻值使M08电机励磁电流If（注意必须单方向调节），使If单方向递增至发电机输出电压U0≈1.3UN为止。在这范围内，读取同步发电机励磁电流If和相应的空载电压Uo，测取7-8组数据填入表4-2中。

表4-2 序 号 UO（V） If（A） 1 2 3 n=nN=1500r/min 4 5 6 I=0 7 8 （4）减小M08电机励磁电流，使If单方向减至最小为止。读取励磁电流If和相应的空载电压U0。填入表4-3中。

表4-2 序 号 UO（V） If（A） 1 2 3 n=nN=1500r/min 4 5 6 I=0 7 8 实验注意事项：

（1）转速保持n=nN=1500r/min恒定。 （2）在额定电压附近读数相应多些。 实验说明：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4-2。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，其最高点取图4-2 上升和下降两条空载特性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△if0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4-3所示。 3．三相短路试验。 图4-3 校正过的下降空载特性（1）R1阻值调到最大，使同步电机励磁电流到最小，按空载试验方法调节电机转速为额定转速1500r/min，且保持恒定。

（2）用短接线把发电机输出三端点短接，合上同步电机励磁电源船形开关，调节M08电机的励磁电流If，使其定子电流IK=1.2IN，读取M08电机的励磁电流If和相应的定子电流值IK。

（3）减小发电机的励磁电流If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IK2，共取数据7-8组并记录于表4-4中。

表4-4 序 号 IK（A） If（A） 1 2 U=0V 3 4 5 n=nN=1500r/min 6 7 8 4．测同步发电机在纯电阻负载时的外特性。

（1）把三相可变电阻器RL调至最大，按空载试验的方法起动直流电动机，并调节其转速达同步发电机额定转速1500r/min，且转速保持恒定。

（2）开关S2合向“2”端（断开感性负载），开关S1合向“1”端，发电机带三相纯电阻负载运行。

（3）合上同步电机励磁电源船形开关，调节发电机励磁电流If和负载电阻RL使同步发电机的端电压达额定值220伏，且负载电流亦达额定值。

（4）保持这时的同步发电机励磁电流If恒定不变，调节负载电阻RL，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，直至负载电流减小到零，测出整条外特性。记录5-6组数据于表4-6中。

表4-6 序 号 U（V） I（A） 1 n=nN=1500r/min 2 3 4 If= 5 A 6 cos?=1 7 8 6．测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性。

（1）发电机接入三相负载电阻RL（S1合向“1”），断开感性负载XL（S2合向“2”），并调节RL至最大，按前述方法起动电动机，并调节电机转速1500r/min，且保持恒定。

（2）合上同步电机励磁电源船形开关，调节同步电机励磁电流If，使发电机端电压达额定值UN=220伏，且保持恒定。

（3）调节负载电阻RL以改变负载电流，同时保持电机端电压不变。读取相应的励磁电流If和负载电流I，测出整条调整特性。测出6~7组数据记录于4-7中。

表4-7 序 号 I（A） If（A） 1 2 U=UN=220V 3 4 5 n=nN=1500r/min 6 7 8

六．实验报告

1．根据实验数据绘出同步发电机的空载特性。 2．根据实验数据绘出同步发电机短路特性。 3．根据实验数据绘出同步发电机的外特性。 4．根据实验数据绘出同步发电机的调整特性。 5．由外特性试验数据求取电压调整率ΔU％。

实验八 三相同步电动机

一．实验目的

1．掌握三相同步电动机的异步起动方法。 2．测取三相同步电动机的V形曲线。 3．测取三相同步电动机的工作特性。

二．预习要点

1．三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。

2．三相同步电动机的V形曲线是怎样的？ 怎样作为无功发电机（调相机）？ 3．三相同步电动机的工作特性怎样？怎样测取？

三．实验项目

1．三相同步电动机的异步起动。

2．测取三相同步电动机输出功率P2≈0时的V形曲线。

3．测取三相同步电动机输出功率P2=0.5倍额定功率时的V 形曲线。 4．测取三相同步电动机的工作特性。

四．实验设备及仪器

1．实验台主控制屏。 2．电机导轨及转速测量。

3．功率、功率因数表（NMCL-001）。

4．直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，NMEL-18） 5．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）。 6．三相可调电阻器90Ω（NMEL-04）。

7．旋转指示灯及24V同步机励磁电源、开关板（NMEL-05C）。 8．三相同步电机M08。 9．直流并励电动机M03。

五．实验方法

被试电机为凸极式三相同步电动机M08 1．三相同步电动机的异步起动 实验线路图如图4-5。

R的阻值选择为同步发电机励磁绕组电阻的10倍（约90欧姆），选用NMEL-04中的90Ω电阻。

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