第二章 直流电机实验
2-3直流并励电动机
一、实验目的
1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 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工作特性和机械特性？ 2、直流电动机调速原理是什么？
三、实验项目
1、工作特性和机械特性
保持U=UN 和I f =IfN 不变，测取n 、T 2、η=f（I a ）、n=f（T 2）。 2、调速特性
（1）改变电枢电压调速
保持U=UN 、I f =IfN =常数，T 2=常数，测取n=f（U a ）。 （2）改变励磁电流调速
保持U=UN ，T 2=常数，测取n=f（I f ）。 （3）观察能耗制动过程 四、实验方法 1、实验设备
2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图2-6接线。校正直流测功机 MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M R f2 选用的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图2－6 直流并励电动机接线图
2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R 1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R 1调至零，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I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。
4）保持U ＝U N ，I f =IfN ，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流I a ，转速n 和校正电机的负载电流I F （由校正曲线查出电动机输出对应转矩T 2）。共取数据9-10组，记录于表2-7中。
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R 1调至零，I f2调至校正值，再调节负载电阻R 2、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=UN ，I=0.5IN ，I f ＝I fN 记下此时MG 的I F 值。
2）保持此时的I F 值（即T 2值）和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压U a ，使R 1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压U a ，转速n 和电枢电流I a 。
3）共取数据8-9组，记录于表2-8中
（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R 1和磁场调节电阻R f1调至零，将MG 的磁场调节电阻I f2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 ，I ＝0.5I N 记下此时的I F 值。
2）保持此时MG 的I F 值（T 2值）和M 的U ＝U N 不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至n ＝1.3n N ，每次测取电动机的n 、I f 和I a 。共取 7－8组记录于表2－
9中。
（3）能耗制动
2）屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D41、D31、D44
3）按图2-7接线，先把S 1合向2端，合上控制屏下方右边的电枢电源开关，把M 的R f1调至零，使电动机的励磁电流最大。
4）把M 的电枢串联起动电阻起动，能耗制动电阻R L 选用D41上Ω阻值。
5）运转正常后，从S 1
图2－7
6）重复起动电动机，待运转正常后，把S 1合向R L 端，记录停机时间。 7）选择R L 不同的阻值，观察对停机时间的影响。
五、实验报告
1、由表2-7计算出P 2和η，并给出n 、T 2、η＝f （I a ）及n ＝f （T 2）的特性曲线。
电动机输出功率： P 2＝0.105nT 2
式中输出转矩T 2的单位为N.m （由I f2及I F 值，从校正曲线T 2=f（I F ）查得），转速n 的单位为r/min。
电动机输入功率： P 1=UI 输入电流： I=Ia +IfN
电动机效率： η=P 2⨯100%
P 1
由工作特性求出转速变化率： ∆n %=
n 0-n N n N
⨯100%
2、绘出并励电动机调速特性曲线n ＝f （U a ）和n=f（I f ）。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R L 的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？ 七、思考题
1、并励电动机的速率特性n ＝f （I a ）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？
第三章 变压器实验
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。
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
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ12、DJ11、D51 3、测定极性 (1) 测定相间极性
被测变压器选用三相心式变压器DJ12，用其中高压和低压两组绕组，额定容量P N =152/152W，U N =220/55V，I N =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U BY 、U CZ 、U BC ，若U BC =│U BY -U CZ │，则首末端标记正确；若U BC =│U BY +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。
3-8 测定相间极性接线图 (2) 测定原、副方极性
图3-9 测定原、副方极性接线图
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、副方中点用导线相连。
2) 高压三相绕组施加约50%的额定电压，用电压表测量电压U AX 、U BY 、U CZ 、U ax 、U by 、U cz 、U Aa 、U Bb 、U Cc ，若U Aa =UAx -U ax ，则A 相高、低压绕组同相，并且首端A 与a 端点为同极性。若U Aa =UAX +Uax ，则A 与a 端点为异极性。 3) 用同样的方法判别出B 、b 、C 、c 两相原、副方的极性。 4) 4、检验联接组 (1) Y/Y-12
图3-10 Y/Y-12联接组
(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U AB 、U ab 、U Bb 、U Cc 及U Bc ，将数据记录于表3-11中。
表3-11
根据Y/Y-12联接组的电势相量图可知：
U Bb =U Cc =(K L -1) U
ab
2
U Bc =U ab K L -K L +1
U AB
K L (2) Y/Y-6
z (a)
图3-11 Y/Y-6联接组
(α) 接线图 (ｂ) 电势相量图
将Y/Y-12联接组的副方绕组首、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U AB 、U ab 、U Bb 、U Cc 及U Bc ，将数据记录于表 3- 12中。 表3-12
根据Y/Y-6联接组的电势相量图可得
U Bb =U Cc =(K L +1) U ab
2
U Bc =U ab (K L +K L +1)
若由上两式计算出电压U Bb 、U Cc 、U Bc 的数值与实测相同，则绕组连接正确，属于Y/Y-6联接组。 (3)Y/△-11
按图 3-12
A 、a 两端点用导线相连，高压方施加对称额定电压，测取U AB 、U ab 、U Bb 、U 及U Bc ，将数据记录于表3-13中
图3-12 Y/Δ-11联接组
(α) 接线图 (ｂ) 电势相量图 表3-13
根据Y/Δ-11联接组的电势相量可得
2
U Bb =U Cc =U Bc =U ab K L -3K L +1
若由上式计算出的电压U Bb 、U Cc 、U Bc 的数值与实测值相同，则绕组连接正确，属Y/Δ-11联接组。 (4) Y/Δ-5
将Y/Δ-11联接组的副方绕组首、末端的标记对调，如图3-13所示。实验方法同前，测取U AB 、U ab 、U Bb 、U Cc 和U Bc ，将数据记录于表3-14中。
(a)
图3-13 Y/Δ-5联接组
(α) 接线图 (ｂ) 电势相量图 表3-14
根据Y/Δ-5联接组的电势相量图可得
2
U Bb =U Cc =U Bc =U ab K L +3K L +1
若由上式计算出的电压U Bb 、U Cc 、U Bc 的数值与实测相同，则绕组联接正确，属于Y/Δ-5联接组。 5、不对称短路 (1) Y/Y0连接单相短路 三相心式变压器
按图3-14接线。被试变压器选用三相心式变压器。
测取副方短路电流I 2K
图3-14 Y/Y0连接单相短路接线图
表3-15
三相组式变压器
被测变压器改为三相组式变压器，接通电源，逐渐施加外加电压直至U AB =UBC =UCA =220V，测取副方短路电流和原方电流I A 、I B 、I C 。将数据记录于表3-16中。 表3-16
(2) Y/Y联接两相短路 三相心式变压器
按图3-15接线。将交流电源电压调至零位置。接通电源，逐渐增加外施 电压，直至I 2K ≈I 2N 为止，测取变压器副方电流I 2K 和原方电流I A 、I B 、I C 将数
据记录于表3-17中。
2K
图3-15 Y/Y连接两相短路接线图 表3-17
三相组式变压器
被测变压器改为三相组式变压器，重复上述实验，测取数据记录于表3-18中。 表3-18
6、测定变压器的零序阻抗 (1) 三相心式变压器
按图3-16接线。三相心式变压器的高压绕组开路，三相低压绕组首末端串联后接到电源。将电压调至零，接通交流电源，逐渐增加外施电压，在输入电流I 0=0.25IN 和I 0=0.5IN 的两种情况下，测取变压器的I 0、U 0和P 0，将数据记录于表3-19
图3-16 测零序阻抗接线图 表3-19
(2) 三相组式变压器
由于三相组式变压器的磁路彼此独立，因此可用三相组式变压器中任何一台单相变压器做空载实验，求取的激磁阻抗即为三相组式变压器的零序阻抗。若前面单相变压器空载实验已做过，该实验可略。
7、分别观察三相心式和组式变压器不同连接方法时空载电流和电势的波形。 （1）三相组式变压器
图3-17 观察Y/Y和Y 0/Y连接三相变压器空载电流和电势波形的接线图
〈1〉 Y/Y连接
按图3-17接线。三相组式变压器作Y/Y连接，把开关S 打开(不接中线) 。 接通电源后, 调节输入电压使变压器在0.5U N 和U N 两种情况下通过示波器观察空载电流i 0，副方相电势e φ和线电势e l 的波形（注：Y 接法U N =380V）。
在变压器输入电压为额定值时，用电压表测取原方线电压U AB 和相电压U AX ，将数据记录于表3-20中。 表3-20
〈2〉Y 0/Y连接
接线与Y/Y连接相同，合上开关S ，即为Y 0/Y接法。重复前面实验步骤，观察i 0，e φ，e l 波形，并在U 1=UN 时测取U AB 和U AX 将数据记录于表3-21中。
表3-21
〈3〉Y/Δ连接
按图3-18接线。开关S 合向左边，使副方绕组不构成封闭三角形。 接通电源，调节变压器输入电压至额定值，通过示波器观察原方空载电流i 0。相电压U
φ
，副方开路电势U az 的波形，并用电压表测取原方线电压U AB 、相电压U AX 以及副
方开路电压U az 将数据记录于表3-22中。
合上开关S ，使副方为三角形接法，重复前面实验步骤，观察i 0、
U φ以及副方三角形回路中谐波电流的波形，并在U 1=U1N 时，测取U AB 、U AX 以及副方三角形回路中谐波电流，将数据记录于表3-23中。
(2)、选用三相心式变压器，重复前面(1) (2) (3)波形实验，将不同铁心结构所
图3-18 观察Y/Δ连接三相变压器空载电流三次谐波电流和电势波形的接线图
表3-22
表3-23
五、实验报告
1、计算出不同联接组的U Bb 、U Cc 、U Bc 的数值与实测值进行比较，判别绕组连接是否正确。 2、计算零序阻抗
Y/Y0三相心式变压器的零序参数由下式求得：
U 0L
U = 式中： , I 0ϕ = I 0L , P 0——变压器空载相电压，相电流，三相空0ϕ
载功率
Z 0=r 0=
U 0ϕI 0ϕ
=
U 0L 3I 0L
P 03I 02ϕ
X 0=Z 02-r 02
分别计算I 0=0.25IN 和I 0=0.5IN 时的Z 0、r 0、X 0，取其平均值作为变压器的零序阻抗，电阻和电抗，并按下式算出标么值：
r 0*=Z =
*0
I N ϕZ 0U N ϕI N ϕr 0U N ϕ
I N ϕX 0*X 0=
U N ϕ
式中I N ϕ和U N ϕ为变压器低压绕组的额定相电流和额定相电压。
3、计算短路情况下的原方电流 (1) Y/Y0单相短路
副方电流 I a =I 2K , I b =I c =0 原方电流设略去激磁电流不计，则
式中K 为变压器的变比。
.
.
.
.
.
⋅
.
.
.
I A =-
.
2I 2K 3K
I 2K 3K
.
.
I B =I C =
将I A 、I B 、I C 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 I a =-I b =I 2K , I C =0
.
.
.
.
-I 2K .
原方电流I A =-I B =, I C =0
K
.
.
.
把实测值与用公式计算出的数值进行比较，并做简要分析。
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U AB /UAX 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。
六、附录
变压器联接组校核公式
（设U ab =1，U AB =K L ⨯U ab =K L ）
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
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
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D34-3、D31、D42、D51 三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。 3、用日光灯法测定转差率
日光灯是一种闪光灯，当接到50H z 电源上时，灯光每秒闪亮100次，人的视觉暂留时间约为十分之一秒左右，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（U N =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。
60f 1
= 1500 （2）由于电机的同步转速为 n 0 = 转 / 分 = 25 转 /秒 ，而日光灯闪亮P
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）开启电源，打开控制屏上日光灯开关，调节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“复位”键，手松开之后开始观察图案后移的圈数，计数时间可订的短一些（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
转差率
N
60
P ∆n
S ===N
60f 1n 0tf 1P
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 1为电源频率，50H z 。
（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。 (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先调到50V 。开关S 1、S 2选用D51挂箱，R 用D42挂箱上1800Ω可调电阻。
机定子
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%，约为50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50毫安时二端电压约为2.5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S 1，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S 2读取电压值。读完后，先打开开关S 2，再打开开关S 1。
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 ℃
注意事项
在测量时，电动机的转子须静止不动。 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
5、判定定子绕组的首末端
A
A
图4-2 三相交流绕组首末端测定
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，开启电源总开关，按下“开”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，负载电机DJ23不接。
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。并使电机旋转方向符合要求( 如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源) 。
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。
图4-3 三相鼠笼式异步电动机试验接线图
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
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，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，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。
表 4-5
4) 共取数据5～6组记录于表4-5中。 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R f 用D42上1800Ω阻值，R L 用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
2) 合上交流电源，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( 50mA 或
100mA) 并保持不变。
4) 调节负载电阻R L （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，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、直流电机的负载电流I F 等数据。 6) 共取数据8～9组记录于表4-6中。 表4-6 U 1φ=U1N =220V（Δ） I f
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：
r 1ref =r 1C
235+θref 235+θC
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 c
——基准工作温度 ，对于E 级绝缘为75℃；
——实际冷态时定子绕组的温度，℃；
2、作空载特性曲线：I 0L 、P 0、cos φ0=f(U0L ) 3、作短路特性曲线：I KL 、P K =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： Z K =
U K ϕI K ϕ
=
U KL
I KL
P K P K
r ==2 短路电阻： K 3I 2
I KL K ϕ
22
短路电抗： X K = Z K -r K
I KL
U =U , I =式中 K ϕ KL K ϕ ，P K ——电动机堵转时的相电压，相电流，三相短
路功率（Δ接法）。
转子电阻的折合值：
'
r K -r 1C
r 2≈
式中r 1C 是没有折合到75℃时实际值。 定、转子漏抗：
X K
'
X X 1σ ≈ 2 σ≈ 2
(2) 由空载试验数据求激磁回路参数
空载阻抗 Z 0 =
空载电阻
U 0ϕI 0ϕ
=
3U 0L
I 0L
r 0=
P 0P 0
=22
3I 0I ϕ0L
空载电抗 X 0=Z 02-r 02
式中 U 0ϕ = U 0L , ϕ =
I 0L ，P 0——电动机空载时的相电压、相电流、三相空载 I 0
功率（Δ接法）。 激磁电抗 X m =X 0-X 1σ
P Fe P Fe
r == 激磁电阻 m 2 I 2
3I 0ϕ0L
式中P Fe 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P 1、I 1、η、S 、cos φ1=f(P2) 。 由负载试验数据计算工作特性，填入表4-7中。
表4-7 U 1=220V(Δ) I f
计算公式为：
31500-n S =⨯100%
1500
P 1
cos ϕ1=
3U 1ϕI 1ϕP 2=0. 105nT 2
I 1ϕ=
I 1L
=
I A +I B +I C
η=P 2⨯100%
P 1
式中 I 1 ϕ——定子绕组相电流，A ；
U 1ϕ ——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： P Fe 机械损耗： P mec
2
=3I 定子铜耗： P CU 11ϕr 1
P em
P =S CU 2 转子铜耗： 100
杂散损耗P ad 取为额定负载时输入功率的0.5%。 式中 P em ——电磁功率，W ；
铁耗和机械损耗之和为：
2
P 0' =P Fe +P m ec =P 0-I 0ϕr 1
‘2
(U 为了分离铁耗和机械损耗，作曲线 P 0 = f 0 ) ，如图4-4。
P em =P 1-P cu 1-P Fe
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P mec ，过K 点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗P Fe 。 电机的总损耗
∑P =P Fe +P cu 1+P cu 2+P ad +P m ec 于是求得额定负载时的效率为：
η=
P -∑P 1
P 1
⨯100%
式中P 1、S 、I 1由工作特性曲线上对应于P 2为额定功率P N 时查得。
六、思考题
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误差？
第五章 同步电机实验
5-1 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、空载实验：在n=nN 、I=0的条件下，测取空载特性曲线U 0=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I K =f(If ) 。 4、纯电感负载特性：在n=nN 、I=IN 、cos φ≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。
5、外特性：在n=nN 、I f =常数、cos φ=1和cos φ=0.8(滞后) 的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。
6、调节特性：在n=nN 、U=UN 、cos φ=1的条件下，测取调节特性曲线I f =f(I)。
四、实验方法
1、实验设备
2、屏上挂件排列顺序
D44、D33、D32、D34-3、D52、D31、D41、D42、D43 3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻
被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。
测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于5-1中。 表5-1 室温 ℃
z图5-1 三相同步发电机实验接线图
4、空载实验
1) 按图5-1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)。R f2用D41组件上的90Ω与90Ω串联加上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，R st 用D44 上的180Ω电阻值，R f1用D44上的1800Ω电阻值。开关S 1，S 2选用D51挂箱。 2) 调节D52上的24V 励磁电源串接的R f2至最大位置。调节MG 的电枢串联电阻R st 至最大值，MG 的励磁调节电阻R f1至最小值。开关S 1、S 2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A 2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R st 调至最小，调节R f1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I f 单方向递增至GS 输出电压U 0≈1.3U N 为止。
5) 单方向减小GS 励磁电流，使I f 单方向减至零值为止，读取励磁电流I f 和相应的空载电压U 0。
6) 共取数据7～9组并记录于表5-2中
表5-2 n=nN =1500r/min I=0
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I f 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5-2。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U 0≈1.3U N ，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Δi f0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5-3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。
图5-2上升和下降二条空载特性 图5-3校正过的下降空载特性
5、三相短路试验
1) 调节ＧＳ的励磁电源串接的R f2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R f2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I f 使其定子电流I K =1.2I N ，读取GS 的励磁电流值I f 和相应的定子电流值I K 。
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I f 和相应的定子电流I K 。
5) 共取数据5～6组并记录于表5-3中。 表5-3 U=0V； n ＝n N =1500r/min
6、纯电感负载特性
1) 调节ＧＳ的R f2至最大值，调节可变电抗器使其阻抗达到最大。同时拔掉ＧＳ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R st ，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S 2，电机GS 带纯电感负载运行。
3) 调节R f2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5-4中。
表5-4 n ＝n N =1500r/min I=IN = A
7、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R L 接成三相Y 接法，每相用D42组件上的900Ω与900Ω串联，调节其阻值为最大值。
2) 按他励直流电动机的起动步骤起动MG ，调节电机转速达同步发电机额定转速1500 r/min，而且保持转速恒定。
3) 断开开关S 2，合上S 1，电机GS 带三相纯电阻负载运行。
4) 接通24V 励磁电源，调节R f2和负载电阻R L 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。
5) 保持这时的同步发电机励磁电流I f 恒定不变，调节负载电阻R L ，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。 6) 共取数据5～6组并记录于表5-5中。
表5-5 n ＝n N =1500r/min I f cos φ=1
8、测同步发电机在负载功率因数为0.8时的外特性
1) 在图5-1中接入功率因数表，调节可变负载电阻使阻值达最大，调节可变电抗器使电抗值达最大值。
2) 调节R f2至最大值，起动直流电机并调节电机转速至同步发电机额定转速
1500转/分，且保持转速恒定。合上开关S 1，S 2。把R L 和X L 并联使用作电机GS 的负载。
3) 接通24V 励磁电源，调节R f2、负载电阻R L 及可变电抗器X L ，使同步发电机的端电压达额定值220伏，负载电流达额定值及功率因数为0.8。 4) 保持这时的同步发电机励磁电流I f 恒定不变，调节负载电阻R L 和可变电抗器X L 使负载电流改变而功率因数保持不变为0.8，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，测出整条外特性。 5) 共取数据5～6组并记录于表5-6中。
表5-6 n ＝n N =1500r/min I f = cos φ=0.8
9、测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性
1) 发电机接入三相电阻负载R L ，调节R L 使阻值达最大，电机转速仍为额定转速1500 r/min且保持恒定。
2) 调节R f2使发电机端电压达额定值220伏且保持恒定。
3) 调节R L 阻值，以改变负载电流，读取为了保持电压恒定的相应励磁电流I f ，测出整条调整特性。
4) 共取数据4～5组记录于表5-7中。
表5-7 U=UN =220V n=nN =1500r/min
五、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纯电感负载特性。 4、根据实验数据绘出同步发电机的外特性。 5、根据实验数据绘出同步发电机的调整特性。
6、由空载特性和短路特性求取电机定子漏抗X σ和特性三角形。 7、由零功率因数特性和空载特性确定电机定子保梯电抗。
8、利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗X d (不饱和值) 。 9、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X d (饱和值) 。
10、求短路比。
11、由外特性试验数据求取电压调整率ΔU%。
六、思考题
1、定子漏抗X σ和保梯电抗X p 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？
第二章 直流电机实验
2-3直流并励电动机
一、实验目的
1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 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工作特性和机械特性？ 2、直流电动机调速原理是什么？
三、实验项目
1、工作特性和机械特性
保持U=UN 和I f =IfN 不变，测取n 、T 2、η=f（I a ）、n=f（T 2）。 2、调速特性
（1）改变电枢电压调速
保持U=UN 、I f =IfN =常数，T 2=常数，测取n=f（U a ）。 （2）改变励磁电流调速
保持U=UN ，T 2=常数，测取n=f（I f ）。 （3）观察能耗制动过程 四、实验方法 1、实验设备
2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图2-6接线。校正直流测功机 MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M R f2 选用的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图2－6 直流并励电动机接线图
2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R 1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R 1调至零，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I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。
4）保持U ＝U N ，I f =IfN ，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流I a ，转速n 和校正电机的负载电流I F （由校正曲线查出电动机输出对应转矩T 2）。共取数据9-10组，记录于表2-7中。
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R 1调至零，I f2调至校正值，再调节负载电阻R 2、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=UN ，I=0.5IN ，I f ＝I fN 记下此时MG 的I F 值。
2）保持此时的I F 值（即T 2值）和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压U a ，使R 1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压U a ，转速n 和电枢电流I a 。
3）共取数据8-9组，记录于表2-8中
（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R 1和磁场调节电阻R f1调至零，将MG 的磁场调节电阻I f2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 ，I ＝0.5I N 记下此时的I F 值。
2）保持此时MG 的I F 值（T 2值）和M 的U ＝U N 不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至n ＝1.3n N ，每次测取电动机的n 、I f 和I a 。共取 7－8组记录于表2－
9中。
（3）能耗制动
2）屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D41、D31、D44
3）按图2-7接线，先把S 1合向2端，合上控制屏下方右边的电枢电源开关，把M 的R f1调至零，使电动机的励磁电流最大。
4）把M 的电枢串联起动电阻起动，能耗制动电阻R L 选用D41上Ω阻值。
5）运转正常后，从S 1
图2－7
6）重复起动电动机，待运转正常后，把S 1合向R L 端，记录停机时间。 7）选择R L 不同的阻值，观察对停机时间的影响。
五、实验报告
1、由表2-7计算出P 2和η，并给出n 、T 2、η＝f （I a ）及n ＝f （T 2）的特性曲线。
电动机输出功率： P 2＝0.105nT 2
式中输出转矩T 2的单位为N.m （由I f2及I F 值，从校正曲线T 2=f（I F ）查得），转速n 的单位为r/min。
电动机输入功率： P 1=UI 输入电流： I=Ia +IfN
电动机效率： η=P 2⨯100%
P 1
由工作特性求出转速变化率： ∆n %=
n 0-n N n N
⨯100%
2、绘出并励电动机调速特性曲线n ＝f （U a ）和n=f（I f ）。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R L 的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？ 七、思考题
1、并励电动机的速率特性n ＝f （I a ）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？
第三章 变压器实验
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。
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
2、屏上排列顺序
D33、D32、D34-3、DJ12、DJ11、D51 3、测定极性 (1) 测定相间极性
被测变压器选用三相心式变压器DJ12，用其中高压和低压两组绕组，额定容量P N =152/152W，U N =220/55V，I N =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U BY 、U CZ 、U BC ，若U BC =│U BY -U CZ │，则首末端标记正确；若U BC =│U BY +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。
3-8 测定相间极性接线图 (2) 测定原、副方极性
图3-9 测定原、副方极性接线图
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、副方中点用导线相连。
2) 高压三相绕组施加约50%的额定电压，用电压表测量电压U AX 、U BY 、U CZ 、U ax 、U by 、U cz 、U Aa 、U Bb 、U Cc ，若U Aa =UAx -U ax ，则A 相高、低压绕组同相，并且首端A 与a 端点为同极性。若U Aa =UAX +Uax ，则A 与a 端点为异极性。 3) 用同样的方法判别出B 、b 、C 、c 两相原、副方的极性。 4) 4、检验联接组 (1) Y/Y-12
图3-10 Y/Y-12联接组
(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U AB 、U ab 、U Bb 、U Cc 及U Bc ，将数据记录于表3-11中。
表3-11
根据Y/Y-12联接组的电势相量图可知：
U Bb =U Cc =(K L -1) U
ab
2
U Bc =U ab K L -K L +1
U AB
K L (2) Y/Y-6
z (a)
图3-11 Y/Y-6联接组
(α) 接线图 (ｂ) 电势相量图
将Y/Y-12联接组的副方绕组首、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U AB 、U ab 、U Bb 、U Cc 及U Bc ，将数据记录于表 3- 12中。 表3-12
根据Y/Y-6联接组的电势相量图可得
U Bb =U Cc =(K L +1) U ab
2
U Bc =U ab (K L +K L +1)
若由上两式计算出电压U Bb 、U Cc 、U Bc 的数值与实测相同，则绕组连接正确，属于Y/Y-6联接组。 (3)Y/△-11
按图 3-12
A 、a 两端点用导线相连，高压方施加对称额定电压，测取U AB 、U ab 、U Bb 、U 及U Bc ，将数据记录于表3-13中
图3-12 Y/Δ-11联接组
(α) 接线图 (ｂ) 电势相量图 表3-13
根据Y/Δ-11联接组的电势相量可得
2
U Bb =U Cc =U Bc =U ab K L -3K L +1
若由上式计算出的电压U Bb 、U Cc 、U Bc 的数值与实测值相同，则绕组连接正确，属Y/Δ-11联接组。 (4) Y/Δ-5
将Y/Δ-11联接组的副方绕组首、末端的标记对调，如图3-13所示。实验方法同前，测取U AB 、U ab 、U Bb 、U Cc 和U Bc ，将数据记录于表3-14中。
(a)
图3-13 Y/Δ-5联接组
(α) 接线图 (ｂ) 电势相量图 表3-14
根据Y/Δ-5联接组的电势相量图可得
2
U Bb =U Cc =U Bc =U ab K L +3K L +1
若由上式计算出的电压U Bb 、U Cc 、U Bc 的数值与实测相同，则绕组联接正确，属于Y/Δ-5联接组。 5、不对称短路 (1) Y/Y0连接单相短路 三相心式变压器
按图3-14接线。被试变压器选用三相心式变压器。
测取副方短路电流I 2K
图3-14 Y/Y0连接单相短路接线图
表3-15
三相组式变压器
被测变压器改为三相组式变压器，接通电源，逐渐施加外加电压直至U AB =UBC =UCA =220V，测取副方短路电流和原方电流I A 、I B 、I C 。将数据记录于表3-16中。 表3-16
(2) Y/Y联接两相短路 三相心式变压器
按图3-15接线。将交流电源电压调至零位置。接通电源，逐渐增加外施 电压，直至I 2K ≈I 2N 为止，测取变压器副方电流I 2K 和原方电流I A 、I B 、I C 将数
据记录于表3-17中。
2K
图3-15 Y/Y连接两相短路接线图 表3-17
三相组式变压器
被测变压器改为三相组式变压器，重复上述实验，测取数据记录于表3-18中。 表3-18
6、测定变压器的零序阻抗 (1) 三相心式变压器
按图3-16接线。三相心式变压器的高压绕组开路，三相低压绕组首末端串联后接到电源。将电压调至零，接通交流电源，逐渐增加外施电压，在输入电流I 0=0.25IN 和I 0=0.5IN 的两种情况下，测取变压器的I 0、U 0和P 0，将数据记录于表3-19
图3-16 测零序阻抗接线图 表3-19
(2) 三相组式变压器
由于三相组式变压器的磁路彼此独立，因此可用三相组式变压器中任何一台单相变压器做空载实验，求取的激磁阻抗即为三相组式变压器的零序阻抗。若前面单相变压器空载实验已做过，该实验可略。
7、分别观察三相心式和组式变压器不同连接方法时空载电流和电势的波形。 （1）三相组式变压器
图3-17 观察Y/Y和Y 0/Y连接三相变压器空载电流和电势波形的接线图
〈1〉 Y/Y连接
按图3-17接线。三相组式变压器作Y/Y连接，把开关S 打开(不接中线) 。 接通电源后, 调节输入电压使变压器在0.5U N 和U N 两种情况下通过示波器观察空载电流i 0，副方相电势e φ和线电势e l 的波形（注：Y 接法U N =380V）。
在变压器输入电压为额定值时，用电压表测取原方线电压U AB 和相电压U AX ，将数据记录于表3-20中。 表3-20
〈2〉Y 0/Y连接
接线与Y/Y连接相同，合上开关S ，即为Y 0/Y接法。重复前面实验步骤，观察i 0，e φ，e l 波形，并在U 1=UN 时测取U AB 和U AX 将数据记录于表3-21中。
表3-21
〈3〉Y/Δ连接
按图3-18接线。开关S 合向左边，使副方绕组不构成封闭三角形。 接通电源，调节变压器输入电压至额定值，通过示波器观察原方空载电流i 0。相电压U
φ
，副方开路电势U az 的波形，并用电压表测取原方线电压U AB 、相电压U AX 以及副
方开路电压U az 将数据记录于表3-22中。
合上开关S ，使副方为三角形接法，重复前面实验步骤，观察i 0、
U φ以及副方三角形回路中谐波电流的波形，并在U 1=U1N 时，测取U AB 、U AX 以及副方三角形回路中谐波电流，将数据记录于表3-23中。
(2)、选用三相心式变压器，重复前面(1) (2) (3)波形实验，将不同铁心结构所
图3-18 观察Y/Δ连接三相变压器空载电流三次谐波电流和电势波形的接线图
表3-22
表3-23
五、实验报告
1、计算出不同联接组的U Bb 、U Cc 、U Bc 的数值与实测值进行比较，判别绕组连接是否正确。 2、计算零序阻抗
Y/Y0三相心式变压器的零序参数由下式求得：
U 0L
U = 式中： , I 0ϕ = I 0L , P 0——变压器空载相电压，相电流，三相空0ϕ
载功率
Z 0=r 0=
U 0ϕI 0ϕ
=
U 0L 3I 0L
P 03I 02ϕ
X 0=Z 02-r 02
分别计算I 0=0.25IN 和I 0=0.5IN 时的Z 0、r 0、X 0，取其平均值作为变压器的零序阻抗，电阻和电抗，并按下式算出标么值：
r 0*=Z =
*0
I N ϕZ 0U N ϕI N ϕr 0U N ϕ
I N ϕX 0*X 0=
U N ϕ
式中I N ϕ和U N ϕ为变压器低压绕组的额定相电流和额定相电压。
3、计算短路情况下的原方电流 (1) Y/Y0单相短路
副方电流 I a =I 2K , I b =I c =0 原方电流设略去激磁电流不计，则
式中K 为变压器的变比。
.
.
.
.
.
⋅
.
.
.
I A =-
.
2I 2K 3K
I 2K 3K
.
.
I B =I C =
将I A 、I B 、I C 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 I a =-I b =I 2K , I C =0
.
.
.
.
-I 2K .
原方电流I A =-I B =, I C =0
K
.
.
.
把实测值与用公式计算出的数值进行比较，并做简要分析。
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U AB /UAX 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。
六、附录
变压器联接组校核公式
（设U ab =1，U AB =K L ⨯U ab =K L ）
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
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
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D34-3、D31、D42、D51 三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。 3、用日光灯法测定转差率
日光灯是一种闪光灯，当接到50H z 电源上时，灯光每秒闪亮100次，人的视觉暂留时间约为十分之一秒左右，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（U N =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。
60f 1
= 1500 （2）由于电机的同步转速为 n 0 = 转 / 分 = 25 转 /秒 ，而日光灯闪亮P
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）开启电源，打开控制屏上日光灯开关，调节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“复位”键，手松开之后开始观察图案后移的圈数，计数时间可订的短一些（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
转差率
N
60
P ∆n
S ===N
60f 1n 0tf 1P
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 1为电源频率，50H z 。
（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。 (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先调到50V 。开关S 1、S 2选用D51挂箱，R 用D42挂箱上1800Ω可调电阻。
机定子
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%，约为50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50毫安时二端电压约为2.5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S 1，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S 2读取电压值。读完后，先打开开关S 2，再打开开关S 1。
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 ℃
注意事项
在测量时，电动机的转子须静止不动。 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
5、判定定子绕组的首末端
A
A
图4-2 三相交流绕组首末端测定
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，开启电源总开关，按下“开”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，负载电机DJ23不接。
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。并使电机旋转方向符合要求( 如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源) 。
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。
图4-3 三相鼠笼式异步电动机试验接线图
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
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，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，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。
表 4-5
4) 共取数据5～6组记录于表4-5中。 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R f 用D42上1800Ω阻值，R L 用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
2) 合上交流电源，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( 50mA 或
100mA) 并保持不变。
4) 调节负载电阻R L （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，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、直流电机的负载电流I F 等数据。 6) 共取数据8～9组记录于表4-6中。 表4-6 U 1φ=U1N =220V（Δ） I f
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：
r 1ref =r 1C
235+θref 235+θC
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 c
——基准工作温度 ，对于E 级绝缘为75℃；
——实际冷态时定子绕组的温度，℃；
2、作空载特性曲线：I 0L 、P 0、cos φ0=f(U0L ) 3、作短路特性曲线：I KL 、P K =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： Z K =
U K ϕI K ϕ
=
U KL
I KL
P K P K
r ==2 短路电阻： K 3I 2
I KL K ϕ
22
短路电抗： X K = Z K -r K
I KL
U =U , I =式中 K ϕ KL K ϕ ，P K ——电动机堵转时的相电压，相电流，三相短
路功率（Δ接法）。
转子电阻的折合值：
'
r K -r 1C
r 2≈
式中r 1C 是没有折合到75℃时实际值。 定、转子漏抗：
X K
'
X X 1σ ≈ 2 σ≈ 2
(2) 由空载试验数据求激磁回路参数
空载阻抗 Z 0 =
空载电阻
U 0ϕI 0ϕ
=
3U 0L
I 0L
r 0=
P 0P 0
=22
3I 0I ϕ0L
空载电抗 X 0=Z 02-r 02
式中 U 0ϕ = U 0L , ϕ =
I 0L ，P 0——电动机空载时的相电压、相电流、三相空载 I 0
功率（Δ接法）。 激磁电抗 X m =X 0-X 1σ
P Fe P Fe
r == 激磁电阻 m 2 I 2
3I 0ϕ0L
式中P Fe 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P 1、I 1、η、S 、cos φ1=f(P2) 。 由负载试验数据计算工作特性，填入表4-7中。
表4-7 U 1=220V(Δ) I f
计算公式为：
31500-n S =⨯100%
1500
P 1
cos ϕ1=
3U 1ϕI 1ϕP 2=0. 105nT 2
I 1ϕ=
I 1L
=
I A +I B +I C
η=P 2⨯100%
P 1
式中 I 1 ϕ——定子绕组相电流，A ；
U 1ϕ ——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： P Fe 机械损耗： P mec
2
=3I 定子铜耗： P CU 11ϕr 1
P em
P =S CU 2 转子铜耗： 100
杂散损耗P ad 取为额定负载时输入功率的0.5%。 式中 P em ——电磁功率，W ；
铁耗和机械损耗之和为：
2
P 0' =P Fe +P m ec =P 0-I 0ϕr 1
‘2
(U 为了分离铁耗和机械损耗，作曲线 P 0 = f 0 ) ，如图4-4。
P em =P 1-P cu 1-P Fe
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P mec ，过K 点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗P Fe 。 电机的总损耗
∑P =P Fe +P cu 1+P cu 2+P ad +P m ec 于是求得额定负载时的效率为：
η=
P -∑P 1
P 1
⨯100%
式中P 1、S 、I 1由工作特性曲线上对应于P 2为额定功率P N 时查得。
六、思考题
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误差？
第五章 同步电机实验
5-1 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、空载实验：在n=nN 、I=0的条件下，测取空载特性曲线U 0=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I K =f(If ) 。 4、纯电感负载特性：在n=nN 、I=IN 、cos φ≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。
5、外特性：在n=nN 、I f =常数、cos φ=1和cos φ=0.8(滞后) 的条件下，测取外特性曲线U=f(I)。
6、调节特性：在n=nN 、U=UN 、cos φ=1的条件下，测取调节特性曲线I f =f(I)。
四、实验方法
1、实验设备
2、屏上挂件排列顺序
D44、D33、D32、D34-3、D52、D31、D41、D42、D43 3、测定电枢绕组实际冷态直流电阻
被试电机为三相凸极式同步电机，选用DJ18。
测量与计算方法参见实验4-1。记录室温。测量数据记录于5-1中。 表5-1 室温 ℃
z图5-1 三相同步发电机实验接线图
4、空载实验
1) 按图5-1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)。R f2用D41组件上的90Ω与90Ω串联加上90Ω与90Ω并联共225Ω阻值，R st 用D44 上的180Ω电阻值，R f1用D44上的1800Ω电阻值。开关S 1，S 2选用D51挂箱。 2) 调节D52上的24V 励磁电源串接的R f2至最大位置。调节MG 的电枢串联电阻R st 至最大值，MG 的励磁调节电阻R f1至最小值。开关S 1、S 2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A 2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R st 调至最小，调节R f1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I f 单方向递增至GS 输出电压U 0≈1.3U N 为止。
5) 单方向减小GS 励磁电流，使I f 单方向减至零值为止，读取励磁电流I f 和相应的空载电压U 0。
6) 共取数据7～9组并记录于表5-2中
表5-2 n=nN =1500r/min I=0
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I f 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5-2。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U 0≈1.3U N ，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Δi f0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5-3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。
图5-2上升和下降二条空载特性 图5-3校正过的下降空载特性
5、三相短路试验
1) 调节ＧＳ的励磁电源串接的R f2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R f2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I f 使其定子电流I K =1.2I N ，读取GS 的励磁电流值I f 和相应的定子电流值I K 。
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I f 和相应的定子电流I K 。
5) 共取数据5～6组并记录于表5-3中。 表5-3 U=0V； n ＝n N =1500r/min
6、纯电感负载特性
1) 调节ＧＳ的R f2至最大值，调节可变电抗器使其阻抗达到最大。同时拔掉ＧＳ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R st ，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S 2，电机GS 带纯电感负载运行。
3) 调节R f2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5-4中。
表5-4 n ＝n N =1500r/min I=IN = A
7、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R L 接成三相Y 接法，每相用D42组件上的900Ω与900Ω串联，调节其阻值为最大值。
2) 按他励直流电动机的起动步骤起动MG ，调节电机转速达同步发电机额定转速1500 r/min，而且保持转速恒定。
3) 断开开关S 2，合上S 1，电机GS 带三相纯电阻负载运行。
4) 接通24V 励磁电源，调节R f2和负载电阻R L 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。
5) 保持这时的同步发电机励磁电流I f 恒定不变，调节负载电阻R L ，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。 6) 共取数据5～6组并记录于表5-5中。
表5-5 n ＝n N =1500r/min I f cos φ=1
8、测同步发电机在负载功率因数为0.8时的外特性
1) 在图5-1中接入功率因数表，调节可变负载电阻使阻值达最大，调节可变电抗器使电抗值达最大值。
2) 调节R f2至最大值，起动直流电机并调节电机转速至同步发电机额定转速
1500转/分，且保持转速恒定。合上开关S 1，S 2。把R L 和X L 并联使用作电机GS 的负载。
3) 接通24V 励磁电源，调节R f2、负载电阻R L 及可变电抗器X L ，使同步发电机的端电压达额定值220伏，负载电流达额定值及功率因数为0.8。 4) 保持这时的同步发电机励磁电流I f 恒定不变，调节负载电阻R L 和可变电抗器X L 使负载电流改变而功率因数保持不变为0.8，测同步发电机端电压和相应的平衡负载电流，测出整条外特性。 5) 共取数据5～6组并记录于表5-6中。
表5-6 n ＝n N =1500r/min I f = cos φ=0.8
9、测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性
1) 发电机接入三相电阻负载R L ，调节R L 使阻值达最大，电机转速仍为额定转速1500 r/min且保持恒定。
2) 调节R f2使发电机端电压达额定值220伏且保持恒定。
3) 调节R L 阻值，以改变负载电流，读取为了保持电压恒定的相应励磁电流I f ，测出整条调整特性。
4) 共取数据4～5组记录于表5-7中。
表5-7 U=UN =220V n=nN =1500r/min
五、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纯电感负载特性。 4、根据实验数据绘出同步发电机的外特性。 5、根据实验数据绘出同步发电机的调整特性。
6、由空载特性和短路特性求取电机定子漏抗X σ和特性三角形。 7、由零功率因数特性和空载特性确定电机定子保梯电抗。
8、利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗X d (不饱和值) 。 9、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X d (饱和值) 。
10、求短路比。
11、由外特性试验数据求取电压调整率ΔU%。
六、思考题
1、定子漏抗X σ和保梯电抗X p 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？