电机学B实验报告

实 姓名：学号：班级：

验 报 告

实验一 单相变压器

一、实验目的

1、通过空载（也称开路实验、也称负载实验）和短路实验测定变压器的变化和参数。 2、通过不同性质的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、实验设备及仪表

1）单相变压器 1台 2）三项调压器 1台 3）交流电压表 2块 4）交流电流表 2块 5）低功率因数功率表 1块 6）高功率因数功率表 1块 7）负载灯箱 1台 8）功率因数表 1块 9）单相可调电抗器 1台 或电机及电气技术实验装置 1台

四、实验内容

1、空载实验：测取空载特性U0=f(I0)，P0=f(U0)。 2、短路实验：测取短路特性Uk=f(Ik)，Pk=f(Ik)。 3、负载实验

（1）纯电阻负载：保持U1=U1N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 （2）阻感性负载：保持U1=U1N，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。

五、实验说明

1）中小型电力变压器的空载电流约为I0=(3～10)%IN，短路电压约为Uk=（5～10）%UN，以此选择电流表和功率表的量程。

2）空载实验应选择低功率因数功率表测量功率，短路实验选择高功率因数功率表测量功率，以减小

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测量误差。实验时应辨明调压变压器的输入和输出端，以免错接而损坏实验设备。

3）空载和短路实验时，若电源电压加在变压器一次侧，由所测数据计算的参数不必归算到一次侧。若电源电压加在变压器二次侧，由所测数据计算的参数应归算到一次侧。

4）空载实验时，应注意读取额定电压UN时的相关数据。短路实验时，应注意读取额定电流IN时的相关数据。

5）变压器的铁耗与电源电压的频率及波形有关，实验要求电源电压的频率等于或接近被测试变压器的额定频率（允许偏差不超过±1%），其波形应属实际正弦波。

6）变压器短路实验时操作应尽快进行，以免线圈发热而引起电阻阻值的变化。 7）变压器负载实验时，所加负载不应超过变压器的额定容量。

六、实验线路及操作步骤

1、空载实验

实验线路如图1-1所示。被试变压器选用单相变压器，其额定容量PN=1kw，U1N/U2N=380/220v，I1N/I2N=2.6A/4.5A。变压器的低压线圈接电源，高压线圈开路。低压边交流电压表选用250V挡，交流电流表选用0.5A挡，功率表选用量程选择300V、2.5A、cosφ=0.2挡。接通电源前，选好所有电表量程，将交流电源调压旋钮调到输出电压为零的位置，然后打开钥匙开头，按下面板上“通”的按钮，此时变压器接入交流电源，调节交流电源调压旋钮，使变压器空载电压U0=1.2U2N，然后，逐渐降低电源电压，在1.2～0.2U2N的范围内，测取变压器的U0、I0、P0，计算功率因数，为了计算变压器的变化，共取6～7组数据，记录于表2-1中，其中U=U2N的点必侧，并在该点附近测的点应密些。为了计算变压器的变比，在U2N附近测取三组原方电压和副方电压的数据，记录于表1-1中。

图1-1 单相变压器空载实验接线图

表1-1

序号 实 验 数 据 计算数据 U0（V） I0（A） P0（W） UAX（V） cosφ0 1 238 0.5 17 408.4 0.1429 2 230 0.41 15.1 384 0.1601 3 220 0.3275 13.5 379.2 0.1874 4 150 0.0815 5.5 257.2 0.4499 5 100 0.0425 2.75 172.8 0.71 6 60 0.0245 1 104 0.6803

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2、短路实验

变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路，实验线路如图1-2所示。

图1-2 单相变压器短路实验接线图

电压表选择15V档，电流表选择5A档，功率仍选择150V、5A、cosφ=0.2挡。接通电源前，先将交流调压旋钮调到输出电压为零的位置，选好所有电表量程，按上述方法接通交流电源。逐次增加输入电压，直至短路电流等于1.1I1N为止。在0.3～1.1I1N（0～3A）范围内测取变压器的UK、IK、PK共取4-5组数据记录于表1-2中，其中IK=I1N的点必测。并记下实验时周围环境温度θ（℃）。

注意：调高电压时，切记应在观察电流表同时缓慢升高。短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。

表1-2 实 验 数 据 计算数据 序 号 UK（V） IK（A） PK（W） cosφK 1 12. 3.025 37.5 0.9617 2 11.1 2.6 28.1 0.9737 3 9.07 2.125 18.5 0.9599 4 6. 1.5 9.4 0.9438 5 4.83 1.075 4.6 0.8859 6 3.82 0.825 1.8 0.5712

3、负载实验

图1-3 负载实验接线图

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实验线路如图1-3所示。变压器高压线圈接电源，低压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。

（1）纯电阻负载

接通电源前，将交流电源调节旋钮调到输出电压为零的位置，负载电阻调至最大（不开灯泡），然后合上S1，按下接通电源的按钮，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=U1N=380V，在保持U1=U1N的条件下，逐渐增加负载电流，即减少负载电阻RL的阻值（开灯泡），从空载到额定负载的范围内（0～5A），测取变压器的输出电压U2和电流I2，共取5-6组数据，记录于表1-3中，其中I2=0和I2=I2N两点必测。

表1-3 cosφ2=1，U1=UN= 380V 序 号 U2（V） I2（A） 1 220 0 2 218 0.88 3 216.4 1.795 4 214 3.505 5 213 4.38

（2）阻感性负载（cosφ2=0.8）

用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，实验步骤同上，在保持U1=U1N及cosφ2=0.8的条件下，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，共取5-6组数据记录于表1-4中，其中I2=0，I2=I2N两点必测。

表1-4 cosφ2=1，U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A）

七、实验报告

1、计算变化

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=UAX/UaX

解： K1=UAX/Uax=408.4/238=1.716

K2=UAX/Uax=379.2/220=1.723 K3=UAX/Uax=257.2/150=1.714 K=(K1+K2+K3)/3=1.718

2、绘出空载特性曲线和计算激磁参数

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（1）绘出空载特性曲线：U0=f（I0），P0=f（U0），cosφ0=f（U0）。其中cosφ0=P0/U0I0。 解：画图

U0=f(I0)P0=f(U0)25020182001614)150)12VW((0010U100P8650420000.10.20.30.40.50.6050100150200250I0(A)U0(V) cosφ0=f(U0)0.250.200.15φsoc0.10.050050100150200250U0(V) （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 解：

P0mI213.5.32752125.87 00ZU0mI220671.76 00.3275X22mZmm659.86

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=（IK），cosφ0=f（IK）。 解：画图

（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，由下式计算出实验环境温度为θ（℃）下的短路参数。

解：ZUK11.1KIK2.64.27 PKKI228.12.624.16 K

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XKZK2K24.2724.1620.96 然后，折算到试低压方：

ZZK4KK2.271.71821.447 K.16KK241.71821.409

XXK0.96KK21.71820.325 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75℃时的

阻值。

234.575K75cK234.5234.575K234.5171.4091.231.733

Z2220.3252K75cK75CXK1.7331.763

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

UNZK75CKIU100%2.61.763.1100%41.30%

N11UINrK75CKrU100%2.61.73311.1100%40.59% NUINXKKXU100%2.60.325100%7.61% N11.1IK=IN时的短路损耗为PKN=I2N r K75℃=11.72W。

4、用空载和短路实验测算的参数，画出被试变压器折算到高压方的“г”型等效电路。 解：画图

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△u。

uU20U2220214U100%2.7%

20220（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。

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△u=（UK1cosφ2+UKXsinφ2）=2.725%

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。 6、绘出被试变压器的效率特性曲线

（1）用间接法计算cosφ2=0.8，不同负载电流时的变压器效率，记录于表1-6中。

(1P*20I2PKNI**)100%2SNcos2P0I2PKN

式中：I*2SNcosφ2；

SN为变压器的额定容量，单位W；

PKN为变压器IK=IN时的短路损耗，单位W； P0为变压器U0=UN时的空载损耗，单位W。

（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=ηmax时的负载系数βm。

表1-6 cosφ2=0.8，P0= W，PKN= W I2*（A） P2（W） η 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

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实验二 三相变压器实验

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。 3、如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。

三、实验设备及仪表

1、三相变压器3kw 1台 2、三相调压变压器15KVA 1台 3、交流电压表 2块 4、交流电流表 3块 5、低功率因数功率表 2块 6、高功率因数功率表 2块 7、三相可调电阻器或灯箱 1台 8、三相可调电抗器 1台 9、功率因数表 1块 或电机及电气技术实验装置 1台

四、实验内容

1、测定变比。

2、空载实验：测取空载特性U0=f（I0），P0=f（U0）。 3、短路实验：测取短路特性UK==f（IK），PK=f（UK）。

4、纯电阻负载实验：保持U1=U1N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。

五、实验说明

1、中小型电力变压器的空载电流以约为I0=（3～10）%IN，短路电压约为UK=（5～10）%UN，以此选择电流表和功率表的量程。

2、空载实验应选择低功率因数功率表测量功率，以减小测量误差。

3、空载和短路实验时，若电源电压加在变压器一次侧，由所测数据计算的参数不必归算。若电

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源电压加在变压器二次侧，由所测数据计算的参数应归算到一次侧。

4、空载实验读取数据时，要注意读取额定电压UN时的相关数据。短路实验要注意读取额定电流IN时的相关数据。

5、变压器一次和二次绕组接法不同时，参数计算应则注意对应的电压和电流。 6、感性负载实验时，功率因数测量使用一相测量的简单方法。

六、实验线路及操作步骤

1、测定变比

被试变压器选用三相三线圈芯式变压器，额定容量PN=3kw，U1N／U2N=380／220V，I1N／I2N=4.5／7.8A，Y-Y接法。

图2-1 三相变压器变比实验接线圈

实验线路如图2-1所示。实验时只用高、低压两组线圈，接通交流电源的操作步骤和单相变压器实验相同，电源接通后，调节外施电压U1=0.5UN，通过电压表测取高、低压线圈的线电压UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Ucn，记录于表2-1。

表2-1 U（V） （V） UAB UA Uab KU U(V) K KA+KB+KC C BC UKBbc UCA Uca K= 3 190 110 1.727 184 106 1.736 187 108 1.731 1.731

2、空载实验

图2-2 三相变压器空载实验接线图

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实验线路如图2-2所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。接通电源前，先将三相调压器调到输出电压为零的位置。选好所有电表量程，电压表：300V挡位，电流表：150mA档位，功率表W：U=300V、电流I=2.5A、cosφ=0.2挡位，这样每小格为1W。电源接通后，调节调压旋钮，使变压器的空载电压U0=1.2U2N，并注意三相电压要基本对称，然后逐渐降低电源电压，在1.2U2N～0.2U2N（260V～60V）范围内，测取变压器三相线电压、电流和功率（注意功率表正负，总有功功率为功率表的代数和），共取6-7组数据，记录于表2-2中，其中U0=U2N的点必测。实验完后，断开电源。

表2-2 序号 1 2 3 4 5 6 实 验 数 据 U（V） Uab Ubc Uca Iao I（A） Ibo 0.119 0.053 0.033 0.025 0.018 0.013 Ico P（W） P01 43.0 20.03 11.1 6.4 0.4 0.225 P02 -17.5 -2.5 -1 0 0 0 U0(V) 260 220 181 150 110 80 计 算 数 据 I0(A) 0.119 0.053 0.033 0.025 0.018 0.013 P0(W) 25.5 17.53 10.1 6.4 0.4 0.225 cosφ 0.4758 0.8680 0.9763 0.9854 0.1166 0.1249 3、短路实验

实验线路如图2-3所示。变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。接通电源前，应将三相调压器调到输出电压为零的位置，选好所有电表量程，电压表：60V挡位，电流表：5A档位，功率表W：U=150V、电流I=5A、cosφ=0.2挡位，这样每小格为1W。接通电源后，逐渐增大电源电压，使变压器的短路电流IK=1.1I1N=5A，并注意三相电源电压基本对称。然后逐渐降低电源电压，在1.1I1N～0.2I1N的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率，共取4-5组数据，记录于表2-3中，其中IK=I1N=4.5A点必测。实验时，记下周围环境温度θ（℃），作为线圈的实际温度。（注：升高电压时，同时观测电流表变化，使电流表最大值不超过1.1I1N= 5A，短路实验要快，否则线圈发热，会引起电阻变化。）

图

2-3 三相变压器短路实验接线图

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表2-3 θ= 20 ℃

序号

4、纯电阻负载实验

实验线路如图2-4所示。变压器低压线圈接电源，高压线圈经开关S1接负载电阻RL，RL选用灯箱。负载灯箱开关全关。合上开关S1，接通电源，调节三相调压旋钮，使加入变压器低压边的电压U1=U2N=220V，并且三相电源基本对称，在保持U1=U2N的条件下，逐次增加负载电流，对称开灯泡，从空载到额定负载范围内，测取变压器三相输出线电压和相电流，共取5组数据，记录于表2-4中，其中I2=0和I2=I1N=4.5A两点必测。

实 验 数 据 U（V） UAB UBC UCA IA I（A） IB 5 4.5 3.9 3 2.1 1.5 IC P（W） PK1 122 81 50.2 26.3 15.1 PK2 40.5 25 13 5 2 UK(V) 22.6 20.6 18.3 14.4 10.44 8.2 计 算 数 据 IK(A) 5 4.5 3.9 3 2.1 1.5 PK(W) 162.5 137 106 63.2 31.3 17.1 cosφK 0.8303 0.8533 0.8575 0.8447 0.8243 0.8027 102.5 34.5 三相调压器ABCabcVxyzXYZABAC灯箱负载U1VU2

图2-4 三相变压器负载实验接线图

表2-4 U1=U1N=220V，cosφ2=1

序号 1 2 3 4 5 6 7 注意：在三相变压器实验中，应注意电压表、电流表和功率表的合理布置及量程选择。

UAB U（V） UBC UCA 380 374 368 368 360 356 354 I（V） U2 IA IB 0 0. 1.75 2.51 3.35 4.19 4.68 IC I2 11

七、实验报告

1、计算变压器的变化

根据实验数据，计算出各项的变化，然后取其平均值作为变压器的变比。

KUABU 1.727KUBCUCAAB1.736 KC1.731

abUbcUcaKKAKBKC31.73 12、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数 （1）绘出空载特性曲线：U0=f（I0）、P=f（U0）、cosφ0=f（U0）。

UUU

abbcUcaIabbcca0 III0

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cosP03U0I0

P0=P01P02

2）计算激磁参数

从空载特性曲线查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式求取激磁参数。

P0m3I22080.22 0

ZmU03I2396.620X22 mZmm1190.16

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）。

UCAKUABUBCU3

IIAIBICK3

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cosKPK3UKIK

（2）计算短路参数

从短路特性曲线查出对应于IK=IN时的U=UK值，并由下式算出实验环境温度θ（℃）时的短路参数。

KPK2.2551 23INZKUK2.30 3INZK2K21.3784 XK折算到试低压方

KKK20.7526

ZKZK0.8821 K2XK0.4600 2K234.5752.7424

234.520XK换算到基准工作温度的短路参数为γK75℃和ZK75℃，计算出阻抗电压

rK(75C)RK2ZK(75C)RK(75C)XK3.0693

UK3INZK75C100%1.0874

UN3INrK75C100%0.9716

UNUK113

UKX3INXK100%0.4883 UNIK=IN时的短路损耗PKN=3I2NγK75℃。

4、用空载和短路实验测算的参数，画出被试变压器的“г”型等效电路。

''X1X2XK/20.62'R1R2RK(75C)/21.3712Rm2080.22Xm1190.16

5、变压器的电压变化率△u

（1）根据实验数据绘出cosφ2=1时的特性曲线U2=f（I2），由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率△u。

'U20U2U1NU2u100%100%7.10%

U20U1N（2）根据实验求出的参数，算出I2=IN、cosφ2=1时的电压变化率△u。

U(UK1cos2UKXsin2)UK10.9716

6、对实验中出现的问题进行分析总结。

（1）用间接法计算cosφ2=0.8时，不同负载电流时的变压器效率，记录于表2-5中。

*2P0I2PKN(1*)100% *I2SNcos2P0I2PKN式中：I*2SNcosφ2=P2；

SN为变压器的额定容量，单位W；

PKN为变压器IK=IN时的短路损耗，单位W； P0为变压器U0=UN时的空载损耗，单位W。

（2）计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm；

mP00.3577 PKN η P2（W） 277.1362 554.2725 表2-5 cosφ2=0.8，P0=17.53W，PKN=137W，SN=3kw I2 0.2 0.4 0.9376 0.9588 14

0.6 831.4088 0.9621 0.8 1108.5450 0.9607 1.0 1385.6813 0.9574 1.2 1662.8176 0.9531 八、思考题

1、通常做变压器的空载实验时在低压边加电源，而做短路实验时在高压边加电源，这是为什么？答：空载试验时，往往需要加到额定电压，而试验电流较小，低压侧的额定电压低，比较容易获得，所以从低压侧通电；而在短路试验时，需要将异端短路，电流一般是额定电流或接近额定电流，高压侧额定电流较小，比较容易得到，所以从高压侧通电。

2、在做变压器空载实验与短路实验时，仪表的布置有什么不同？说明理由。

答：空载试验的目的之一是测取励磁阻抗。励磁阻抗的大小是随磁路饱和程度变化而变化的。变压器正常运行时，一次绕组外施电压是额定电压，主磁通和磁路饱和程度由一次额定电压决定，是基本不变的，因此励磁阻抗有确定的值。

3、为什么做空载实验时，所测量的数据中一定要包含额定电压点。 答：

4、在接线时如果将三相自耦调压器的输入输出，接反调压器在零位时合闸，会出现什么情况？

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实验三 三相变压器的联接组实验

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、观察三相变压器线圈不同的连接法和不同铁心结构对空载电源、电动势波形的影响。

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/△-11改为Y/△-5联接组。 3、三相变压器线圈的连接法和磁路系统对空载电流和电动势波形的影响。

三、实验设备及仪表

1）三相调压变压器 1台 2）三相芯式变器 1台 3）三相组式变压器 1组 4）多量程交流电压表 1块 5）可调电阻器 1台 6）示波器 1台 或电机及电气技术实验装置 1台

四、实验内容

1、测定变压器的极性。

2、连接并判定以下联接组。 （1）Y/Y-12 （2）Y/Y-6 （3）Y/△-11 （4）Y/△-5

3、观察不同连接法和不同铁心结构对空载电流和电动势波形的影响（演示）。

五、实验说明

1）实验时应辨明三相调压器的输入和输出端，以免错接。 2）实验时外施电压不能过低（190V左右），以免引起仪表读数误差过大。

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六、实验线路及操作步骤

1、测定极性

（1）测定相间极性

被试变压器选用三相芯式变压器，用其中高压和低压两组线圈，额定容量SN=3KW，UN=380/220V，IN=2.6/4.5A，Y/Y接法。用万用表的电阻挡测出高、低压线圈12个出线端之间哪两个相通，并观察其阻值。阻值大为高压线圈，用A、B、C、X、Y、Z标出首末端。低压线圈标记用a、b、c、x、y、z。按照图3-1接线，将Y、Z两端点用导线相联，在A相施加约50%U1N的电压，测出电压UBY、UCZ、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两相任一相线圈的首末端标记对调。

然后用同样方法，将N、C两相中的任一相施加电压，另外两相末端相联，定出A相首、末端正确的标记。

A三相调压器ABCBCXYZxyzabc

图3-1 测定相间极性接线图

（2）测定原、副边极性

暂时标出三相低压线圈的标记a、b、c、x、y、z，然后按照图3-2接线。原、副方中点用导线相连，高压三相线圈施加约50%的额定电压，测出电压UAX、UBY、UCZ、Uax、Uby、Ucz、UAa、UBb、UCc，若UAa=UAX-Uax，则A相高、低压线圈同柱，并且首端A与a点为同极性；若UAa=UAX+Uax，则A与a端点为异极性。用同样的方法判别出B、C两相原、副方的极性。高低压三相线圈的极性确定后，根据要求连接出不同的联接组。

A三相调压器ABCBCXYZxyzabc

图3-2 测定原、副边极性接线图

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2、检验联接组 （1）Y/Y-12

图3-3 Y/Y-12联接组

按照图3-3接线。A、a两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的0.5U1N=190V，测出UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数字记录于表3-1中。

表3-1 实验数据 计算数据 UAB Uab UBb UCc UBc KL UBb(V) UCc（V） UBc（V） 190 108 81.6 82 168 1.76 82.08 82.08 165.12 根据Y/Y-12联接组的电动势相量图可知。

UBb=UCc=(KL-1)Uab

UU(K2BCabLKL1)

KUABL式中，

Uab为线电压之比。

若用上两式计算出的电压UBb、UCc、UBc的数值与实验测取的数值相同，则表示线图连接正常，属Y/Y-12联接组。测取完后，关闭电源，重新接线进行下面实验内容。 （2）Y/Y-6

将Y/Y-12联接组的副方线圈首、末端标记对调，A、a两点用导线相联，如图3-4所示。

图3-4 Y/Y-6

按前面方法测出电压UAB、Uab、UBb、UCc、及UBc，将数据记录于表3-2中。

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表3-2

实验数据 计算数据 UAB（V） Uab（V） UBb（V） UCc（V） UBc（V） KL UBb(V) UCc（V） UBc（V） 190 108 299.2 300 260 1.76 298.08 298.08 261.38

根据Y/Y-6联接组的电动势相量图可得。 UBb=UCc=(KL+1)Uab

U2BC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，则线圈连接正确，属于Y/Y-6联接组。测取完后，关闭电源，重新接线进行下面实验内容。 （3）Y/△-11

按图3-5接线。A、a两端点用导线相连，高压方施加对称额定电压，测取UAB、Uab、UBb、UCc、及UBc，将数据记录于表3-3中。

图3-5 Y/△-11

表3-3 实验数据 计算数据 UAB（V） Uab（V） UBb（V） UCc（V） UBc（V） KL UBb(V) UCc（V） UBc（V） 190 .8 140 141.6 140 2.93 137.61 137.61 137.61

根据Y/△-11联接组的电动势相量可得。

UU2BbUCcBcUab(KL3KL1)

若由上式计算出电压UBb、UCc、UBc的数值与实测值相同，则线圈连接正确，属于Y/△-11联接组。测取完后，关闭电源，重新接线进行下面实验内容。 （4）Y/△-5

将Y/△-11联接组的副方线圈首、末端的标记对调，如图3-6所示。实测方法同前，测取UAB、Uab、UBb、UCc、UBc，将数据记录于表3-4中。

图3-6 Y/△-5

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表3-4

实验数据 UAB（V） Uab（V） UBb（V） UCc（V） UBc（V） 190 63.5 250 250 249

根据Y/△-5联接组的电动势相量图可得。

若由上式计算出电压UBb、UCc、UBc的数值与实测值相同，则线圈连接正确，属于Y/△-5联接组。 4、分别观察三相芯式和组式变压器不同连接方法时的空载电流和电动势的波形。 实验变形器先选用三相芯式变压器。

（1）Yy联结 Yy联结实验观察线路如图3-7所示。

1）将三相芯式变压器T1一次、二次绕组作YNy联结，断形中性线开关Q2，空载电流波形信号从变压器一次侧C相绕组所串联的电阻R上输出。相电动势波形信号可从变压器二次侧任一相绕组输出，线电动势波形信号可从变压器二次侧任两相绕组间输出。

2）合上电源开关Q1，经调压器T施加三相对称电压至变电压器一次绕组。在外施电压为0.5UN和UN两种情况下，用示波器观察三相芯式变压器此时的空载电流i0、二次侧相电动势eφ和线电动势eL波形。

3）同时测量变压器二次相电压和线电压，并计算二者之比值。

（2）YNy联结 实验线路仍为图3-7，闭合中线开关Q2，以接通变压器一次侧中性线。重复上述实验步骤，用示波器观察三相芯式变压器此时的空载电流i0、二次侧相电动势eφ和线电动势eL波形。同时测量变压器二次相电压和线电压，并计算二者之比值。 （3）Yd联结 Yd联结实验观察线路如图3-8所示。

图3-7 观察三相变压器YNy联结时空 图3-8 观察三相变压器Yd联结时空 载电流和电动势波形实验线路 载电流和电动势波形实验线路

1）将三相芯式变压器一次、二次绕组作Yd联结，断开二次绕组开关Q2，相电动势波形信号可从变压器一次侧任一相绕组两端输出，谐波电动势波形信号可从变压器二次绕组开关Q2两端引出。 2）开关Q2断形后，使得变压器二次绕组已不构成三角形闭合回路。闭合电源开关Q1，经调压器施

2UBbUCcUBcUab(KL3KL1)计算数据 KL 2.99 UBb(V) 246.91 UCc（V） UBc（V） 246.91 246.91 20

加三相对称电压至变压器一次侧绕组，并调节外施电压至额定值UN。用示波器观察变压器一次相电动势eφ的波形，测量和观察二次侧开关Q2两端的谐波电压uV数值及波形。

3）闭合开Q2，使变压器二次绕组构成三角形闭合回路，经调压器施加三相对称电压至变压器一次绕组。调节外施工电压至额定值UN。用示波器观察变压器一次相电动势eφ的波形，测量和观察二次绕组内部的谐波电流iV数值及波形。

将实施变压器更换为三相组式变压器，重复上述对各种波形的观察，并作出分析比较。

七、实验报告与要求

（1）绘出测定三相变压器相间极性和一次、二次同名端（极性）的实际接线图，列出被试变压器的主要额定数据。

（2）绘出测定三相变压器不同联结组号的实际接线图。

（3）对于不同联结组标号的三相变压器，根据实测电压值与计算电压值数据，并进行分析比较。 （4）分析三相变压器不同铁心结构和不同绕组联结方式时，对变压器空载电流及二次侧电动势数值大小、波形的影响。

（5）用表3-5中的公式对实测几种三相变压器联结组标号的数据进行校核。

八、实验思考

（1）在测量三相变压器的相间极性时，为什么要用高内阻的电压表来测量？

（2）测定三相变压器联结组标号时为什么将一次、二次绕组的A、a两端子用导线连接？ （3）为什么三相组式变压器的三次谐波电动势比三相芯式变压器大？ （4）分析三相组式变压器不宜采用Yyn与Yy联结方式的原因。

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实验四 直流发电机

一、实验目的

1）掌握并励直流发电机建立稳定电压的操作过程。 2）掌握如何用实验方法测定直流发电机的运行特性。

二、实验内容

1）观察并励直流发电机的自励过程。

2）测定他励直流发电机的空载特性U0=f(If)、外特性U=f(I)和调整特性If=f(I)。 3）测定并励直流发电机的外特性U=f(I)。

三、实验设备与仪表

1）直流发电机 1台 2）直流电动机 1台 3）可调电阻器(Rf1=500欧 Rf2=2K欧) 3台 4）直流电压表 2块 5）直流电流表（If1、If2=1A挡 I、IF=10A挡） 3块 6）转速表或测速仪 1台 7）可调有源负载 1台 或电机及电气技术实验装置 1台

四、实验预习

1）复习并励直流发电机的自励条件及达到自励条件应采取的措施。 2）预习直流发电机的空载特性和外特性的定义及测定的条件。 3）了解测取直流发电机空载特性和外特性的实验线路。

五、实验说明

1）注意正确起动直流电动机，使直流电动机的转向与发电机规定的转向一致。若电动机容量小则可以直接起动。

2）并励直流发电机实验时，应检查发电机是否有剩磁，若无剩磁应对发电机进行充磁。 3）直流发电机的负载使用可调有源负载，所加负载不能超过发电机的额定容量。

4）实验线路图4-1中Q2是双向开关，可以闭合直流发电机励磁回路至他励位置或并励位置。 5）直流发电机空载实验时，励磁电流应单方向调节。

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六、实验操作方法

直流发电机的实验线路如图4-1所示，作为驱动电机的并励直流电动机M的转子与直流发电机G的转子机械连接。

Q1 RC他励Q2 AVR1AM1UDI并励AAG1If2AG2GVRf2UFMAM2Rf1AIf1Q3 RLAIF

图4-1 直流发电机的实验线路

1．并励直流发电机的自励过程

1)将并励直流电动机M电枢回路的起动电阻R1，调至最大值、励磁回路电阻Rf1调至最小值，断开直流发电机G的励磁开关Q2和负载开关Q3。 2)闭合电源开关Ql起动直流电动机，调节电动机电枢回路电阻R1和励磁回路电阻Rf1，使电动机转速达到额定值nN并保持不变。

3)检查直流发电机有无剩磁的方法是，断开发电机励磁回路双向开关Q2，在发电机转速n=nN的状态下，用电压表测量发电机电枢两端有无剩磁电压。若无剩磁电压，则将发电机励磁回路双向开关Q2闭合至他励位置进行充磁即可。

4)将直流发电机励磁回路电阻Rf2调至最大值，双向开关Q2闭合至并励位置。

5)在发电机空载且转速n=nN的状态下，逐步减小励磁回路电阻Rf2值，观察发电机电枢两端的电压UF的变化情况。若电枢电压UF上升，即发电机励磁绕组与电枢绕组的连接极性正确。若电枢电压UF减小，则发电机励磁绕组与电枢绕组的连接极性错误。此时应断开电源开关Q1，待机组停机后，再断开励磁回路双向开关Q2，对调发电机励磁绕组的连接极性或改变发电机的转向。注意两者只取其一，不可同时改变。

6)并励直流发电机在有剩磁、励磁绕组极性接法正确和励磁回路总电阻小于临界电阻的条件下，才能建立起稳定的电压。

2．测定他励直流发电机的空载特性

1)将双向开关Q2置于中间位置，闭合电源开关Q1，如前述起动直流电动机，并注意观察电机转向是否与规定的转向一致。

2)调节直流电动机的转速，使发电机的转速达到n=nN。

3)断开发电机负载开关Q3，调节发电机励磁回路电阻Rf2至最大值位置，同时将直流发电机励磁回路双向开关Q2闭合至他励位置。

4)逐步减小发电机的励磁回路电阻Rf2值，使发电机空载电压UF≈1.2UFN。 5)在保持发电机空载及转速额定的条件下，从UF≈1.2UFN开始，单方向逐步增加励磁回路电阻Rf2值，使发电机励磁电流If2逐步减小。

6)每次记下发电机空载电压UF和励磁电流If2的数据，应在UF=UFN附近增加数据的测量点，直至If2=0(即断开发电机励磁回路开关Q2此时所测的即为剩磁电压)。共读取7～9组数据，将所读数据记入表4-1中。

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表4-1 他励发电机空载实验数据

序 号 UF0/V If2/A 1 240 0.27 2 230 0.23 3 220 0.2 4 200 0.16 5 180 0.135 6 160 0.11 7 62 0 3、测定他励直流发电机的外特性 （1）如前述起动直流电动机并保持发电机转速n=nN，调节发电机励磁回路电阻Rf2值，使发电机输出电压为UF=UFN。

（2）将发电机负载电阻RL调至最大值，闭合负载开关Q3。

（3）逐步减小负载电阻RL值，使负载电流逐步增加，同时调节发电机输出电压与转速，使UF=UFN、n=nN和IF=IFN，此时为发电机的额定运行点。额定运行点对应的励磁电流为额定励磁电流If2=If2N，记录下该组数据。

（4）在保持直流发电机n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐步增加负载电阻RL值，使发电机负载电流逐步减小。每次记下发电机负载电流IF、输出电压UF直至空载（即断开负载开关Q3）的数据，共读取5-6组，将所读数据记入表4-2中。

表4-2 他励发电机外特性实验数据

序 号 IF/A UF/V 1 1.3 230 2 2.1 225 3 2.35 220 4 3 215 5 3.35 210 6 4.1 200 7 4.95 190 4、测定并励直流发电机的外特性

（1）并励直流发电机的外特性是在n=nN和Rf2=Rf2N保持不变的条件下测取的，操作步骤参照他励发电机方法进行。

（2）将发电机励磁回路双向开关Q2闭合至并励位置，调节发电机至n=nN、UF=UFN和IF=IFN的额定工作状态，并保持发电机在此额定状态下的励磁回路电阻Rf2=Rf2N不变（并非保持If2=If2N不变）。

（3）在上述状态下，逐步增加负载电阻RL值，以减小发电机的负载电流直至IF=0。每次记下发电机输出电压UF和输出电流IF的数据，共读取5-6组，将所读取数据记入表4-4中。

表4-4 并励发电机外特性实验数据 序 号 IF/A UF/V 1 0 230 2 1.55 200 3 2.25 190 4 2.7 180 5 3.15 170 6 3.5 158 7 3.8 148 七、实验报告与要求

（1）列出被试并励发电机的主要额定数据。

答：额定电压为230 V，额定转速为1450n/min,额定励磁电流为0.3A，额定励磁电压230 V。 （2）绘出直流发电机实验的实际接线图。

（3）根据实验数据作出他励直流发电机的空载特性UF=f（If）、外特性曲线UF=f（IF）、调整特性曲线If2=f（IF）及并励发电机的外特性曲线UF=f（IF）。将他励和并励发电机的外特性曲线UF=f（IF）绘在同一坐标纸上。

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他励发电机空载试验UF/V3002502001501005000.270.230.20.160.1350.110If2/A 250250200200A150150/他励外特性曲线FU100100并励外特性曲线50500001.552.252.73.153.53.8IF/A （4）根据实验数据按下式求出他励和并励发电机在额定负载下的电压调整率△U：

UUF0UFNU100%

FN（5）对他励和并励情况下发电机电压调整率△U的差异原因进行分析。

八、实验思考

（1）直流发电机空载实验时，其励磁电流为什么必须单方向调节？

答：做空载试验时，由于发电机励磁回路中存在励磁电流和发电机输出电压的磁滞效应，反向调节励磁电流会使在同一励磁电流下测出两个不同的电压。

（2）直流发电机外特性实验时，当发电机负载电流增加，机组转速发生变化的原因是什么？

答：当负载增大时，T增大，IaT所以I增加，又CaUIaRa，所以U不变E减小，

TE又因为ECen，Ce不变，所以n减小。

（3）为什么并励直流发电机的空载特性要用他励方式测取？

答：并励直流发电机工作时没有剩磁不能建立电压，所以要用他励方式测取。

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实验五 直流电动机

一、实验目的

1）掌握用实验的方法测定并盛直流电动机的工作特性和调速特性。 2）掌握并励直流电动机的调速方法。

二、实验内容

1、测定并励直流电动机的固有（自然）工作特性

在保持电动机端电压UD=UN和励磁电流If1=If1N的条件下，测取电动机的转速特性n=f（Ia）、转矩特性T=f（Ia）和效率特性η=f（Ia）。 2、测定并励直流电动机的调速特性

1）改变电动机电枢电压Ua调速是在保持电动机端电压UD=UN、励磁电流If1=If1N不变以及输出转矩T2为常数的条件下，测取电动机的调速特性n=f（Ua）。

2）改变电动机励磁电流If1调速是在保持电动机端电压UD=UDN、输出转矩T2不变的条件下，测取电动机的调速特性n=f（If1）。

三、实验设备与仪表

1）并励直流电动机—直流发电机机组 1台 2）可调电阻器(Rf1=500欧 Rf2=2K欧) 3台 3）直流电压表 2块 4）直流电流表（If1、If2=1A挡 I、IF=10A挡） 3块 5）转速表或测速仪 1台 6）有源负载 1台 或电机及电气技术实验装置 1台

四、实验预习

1）预习并励直流电动机固有工作特性的定义及测定条件。 2）预习并励直流电动机的调速原理及各种调速方法的特点。 3）了解测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验线路。 4）了解测定并励直流电动机的工作特性和调速特性的方法。

五、实验说明

1）直流电动机应由起动器起动或降低电枢电压起动。 2）检查直流电动转向。

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3）若用直流发电机作为直流电动机的负载，工作特性中转速特性n=f(Ia)为实测数据，转矩特性T=f(Ia)和效率特性η=f(Ia)则应根据实验数据计算求得。 4）实验前，了解被试电动机的主要额定数据。

5）实验中，电动机的励磁回路一定接牢固，不能开路，调电动励磁时要慢。

六、实验操作方法

测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验线路如图5-1所示。

Q1 RC他励Q2 AVR1AM1UDI并励AAG1If2AG2GVRf2UFMAM2Rf1AIf1Q3 RLAIF

图5-1 直流电动机实验线路

1、并励直流电动机的调速特性

（1）改变电动机电枢端电压Ua调速 1）按前述步骤起动电动机。

2）将电枢回路电阻R1调至零，此时电枢端电压Ua=UN。调节励磁回路电阻Rf1，使励磁电流If1=If1N并保持不变。

3）合上电源开关Q2和负载开关Q3，调节直流发电机负载适当增加电动机负载，使电动机输入电流I≈0.5IN并保持此时测功机转矩不变，即发电机电枢电流IF不变。

4）在上述条件下，逐步增加电枢回路电阻R1值，降低电枢端电压Ua，使电动机转速减小。每次读取电枢电压Ua、转速n和输入电流I的数据，在电枢回路电阻R1可调范围内共读取5～7组数据，将所读取数据记入表5-2中。

表5-2 改变电枢电压调速实验数据 1 2 3 4 5 序号 Ua/V n/(r/min) 214 1613 208 1575 202 1524 196 1480 190 1435 注：表中Ia=I-If1N。

（2）改变电动机励磁电流If1调速（恒功率调速） 1）按前述步骤起动电动机。

2）将电枢回路电阻R1调至零，保持电枢端电压Ua=UDN不变。调节直流发电机负载适当增加电动机负载，使电动机输入电流I≈0.5IN并保持此时测功机转矩T2不变。

3）在上述条件下，逐步增加励磁回路电阻Rf1以减小励磁电流If1，使电动机转速增加直至n=1.2nN为止。每次读取励磁电流If1、转速n和输入电流I的数据，共读取5～7组，将所读数据记入表5-3中。

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表5-3 改变励磁电流调速实验数据

UDN=220V

序号 If1/A n/(r/min) 注：表中Ia=I-If1。

1 0.385 1706 2 0.35 1745 3 0.325 1772 4 0.3 1816 5 0.28 1841 七、实验报告与要求

1）列出被试电动机的主要额定数据。

2）绘出测定并励直流电动机工作特性和调速特性的实验接线图。

3）根据表5-1的实验数据作出转速特性曲线n=f(Ia)、转矩特性曲线T=f(Ia)和效率特性曲线η=f(Ia)。 效率特性曲线η=f(Ia)可根据实验数据由下式求出：

P2100% P1并按下列公式计算出电动机的效率和转矩T2。 P1——电动机输入电功率，P1=UD²I 电枢电流：Ia=（I-If1） 电动机效率：ηD=ηF≈

P2F(两机效率几乎相等)这是忽略了两机效率和效率曲线的差别。 P1电动机的输出功率：P2=P1ηD

发动机的输入出功率：P2F=UF²IF 电动机的输出转矩T2=0.975·P2 nT2是电动机输出转矩，由此数据所作的曲线是电动机输出转矩特性T2=f(Ia)。若已测得电动机电枢电阻Ra，则可根据实验数据计算求得电磁转矩特性曲线Tem=f(Ia)。电磁功率Pem和电磁转矩分别按下式求得：

pemIaURaR1

TemPem

2n/604）根据表5-2和表5-3的实验数据分别作出改变电枢电压和励磁电流调速的调速特性曲线性n=f(Ua)、n=f(If)。

5）分析并励直流电动机两种调速方法的优缺点。

答：改变电枢回路调速：优点：设备不太复杂，操作比较简单。缺点：当空载获轻载时，调速范围很小，且速度调的越低，特性越软，转速的稳定性差，此外，只能实现有级调速，平滑性较差；

改变励磁电流调速：优点：因为电压较低，电流较小而方便。缺点：一般调速范围也较小。

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八、实验与思考

1）测定并励直流电动机的工作特性时为什么要求保持励磁电流If1=If1N不变？

2）测定并励直流电动机的调速特性时为什么要求电动机的输出转矩T2保持不变？

3）如何理解并励直流电动机在Ua=UN和负载转矩一定时，减小励磁电流If时电枢电流Ia会变大？

答：在并励直流电动机中，电压有UaUfE2Uc,即减小励磁电流时，电路中电枢绕组电阻励磁电阻保持不变，电枢电压也不变，即干路中电流不变，而IIaIf，故当减小励磁电流时，电枢电流会增加。

（4）并励电动机的速率特性n=f（Ia）为什么是略微下降？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？

答：直流电动机转速公式nUdIsRa，当电压不变时，电流增大会使转速减小，即曲线下

Ce降，若磁通量不变，电流增大会使转速减小，但由于电阻很小，转速减小不多，只是略微下降；当考虑电枢反应时，磁通量应该减小，从而出现上翘现象。上翘的速率特性对电动机运行产生不稳定，所以尽量避免。

（5）当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减少电枢电压会引起转速的降低，为什么？

答：直流电动机转速公式nUdRaT，转速与电枢电压、负载转矩成正比，与磁通2CeCeCT量成反比；而当电流不变时，磁通量不变，所以减少电枢电压会引起转速的降低。

（6）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？

答：直流电动机转速公式nUdRaT，转速与电枢电压、负载转矩成正比，与磁通2CeCeCT量成反比；而当电流减小时，磁通量减小，所以减小电流转速会升高。

（7）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“飞速”？为什么？ 答：不一定。因为当Ia的变化远大于Φ的变化时，T很大，容易“飞车”，而当Φ的变化大于Ia的变化时，不会出现“飞车”，会慢慢停下来。

29

实验六 三相绕组与旋转磁场实验

一、实验目的

1．掌握三相绕组磁场产生的原理。 2．掌握三相电机定成绕组的布线规律。

二、实验项目

1．三相木模定子的绕组的下线、连线。 2．用指南针检查旋转磁场的转向。

三、实验设备及仪器

1．三相调压器。

2．电气装置中的三相电网电源。 3．Z=36的木模定子。 4．绕组线圈若干。 5．指南针。 6．交流电流表。

四、实验方法及步骤

1、参数计算

极距 τ=Z/2P=36/4=6槽

每极每相槽数 q=Z/2mp=36/4³3=2槽 槽间电角度 α=P360/Z=3³360/36=30° 2、编绘电机的槽号 把36线槽绘出来，线槽之间的距离均匀对称，仍需要多画几个槽，左右两侧都要标出始末槽号，以示展开图园周完整性，同时要预留出确定每极每相槽数位置的空余地方，如图6-1。

ττττττWUUVVWWUUVVWWUUVVWWUUVVWWUUVVWWUUVVWWU3612345671011121314151617181920212223242526272829303132333435361图6-1 三相6极36槽电机单层全距绕组槽号绘编

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3、划定极距：把已编绘好的电机槽号，按顺序六等分，并标出极距的位置（如图6-1）。 4、确定每极每相槽的位置：

在规划好的极距下，将每一极距三等分，得到每极每相二槽依次在每槽下用U、V、W标出来，以示每极距下，每一相绕组所嵌槽的位置（如图6-1）。

5、标明电流方向：

按绕组嵌线排列原则，即一个相距内所有导体的电流方向都必须一致，相邻两个极距内所有导体电流方向，都必须相反，原则在规划好的极距下，标出每个极距内所有导体的电流方向（如图6-1）。

6、绕组展开图成图：

按照每一极距下每槽中的电流方向以及绕圈节距，把同样号（如都为O的记号）下的线槽适当顺序联接，可构成绕组。根据槽间电高度和A、B、C相差120°，确定A、B、C，即第1 为A、5为B、9为C，然后把A、B、C的尾端接在一起，可成Y接。

7、通电验证

在A、B、C端加三相电源，A相串电流表，电流小于3A，用指南针验证旋转磁场，看针是否转动。

ττττττWUUVVWWUUVVWWUUVVWWUUVVWWUUVVWWUUVVWWU3612345671011121314151617181920212223242526272829303132333435361AAZBCXY图6-2

五、实验思考

1、哪些接线错误可能建立不起旋转磁场？ 答：相绕组的链接顺序错误，如接线时接反了，无法产生旋转磁场，相绕组接线的位置、次序。 2、采用木模定子，绕组电阻很小，须直接加电网电压吗？ 答：不必要直接加电网电压，有一较小的电压就会产生旋转磁场。

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实验七 三相鼠笼异步电动机的工作特性

一、实验目的

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

二、实验项目

1．测量定子绕组的冷态电阻。 2．判定定子绕组的首未端。 3．空载试验。 4．短路试验。 5．负载试验。

三、实验设备及仪器

1．直流稳压电源10伏。 2．红外线转速表。

3．交流功率、功率因数表2只（cosφ=1，V=150U、600U，I=5A）。

4．直流电压表（75V、125V、500V）、安培表（5A，3只；0.5A，1只）。 5．可调电阻10欧。

6．三相调压器15千伏安。 7．温度计。 8、开关板。

9、三相鼠笼式异步电动机—直流发电机机组（额定功率1.5KW，额定电流3.7A，额定转速1420转/分钟，额定电压380V，接法Y，稳定频率50HZ，型号Y90L—4，2对极）。

四、预习要点

1．异步电动机的工作特性指哪些特性？

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

五、实验说明

1、测量三相异步电动机的电功率可以采用“二表法”。采用“二表法”时，功率表读数可能会有正负，使用时要注意功率表连接极性“*”。

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2、直流发电机及带负载作三相异步电动机的负载时，要注意是否规定了电动机的转向。 3、本实验每相电压取三相相电压的平均值，实验时要注意三相异步电动机定子绕组接法（Y接）。 4、进行堵转实验时，定子绕组所加电压不能过高，实验速度要快，以避免电动机绕组过热。应确保自动工具安全可靠。

六、实验方法及步骤

1、量定子绕组的冷态直流电阻

准备：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芯的温度。当所测温度与冷动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

测量线路如图7-1。

10V 可调直

S1，S2：双刀双掷和单刀双掷开关;R：10Ω。 A、V：直流毫安表和直流电压表。

量程的选择：测量时，通过的测量电流约为电机额定电流的10%，即为370mA，因而直流毫安表的量程用500mA档。三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为8欧姆，因而当流过的电流为370mA时三端电压约为3伏，所以直流电压表量程用7.5V档，实验开始前，合上开关S1，断开开关S2，调节电阻R至最大（10Ω）。

合上220V直流可调电源的船形开关，调节直流可调电源及可调电阻R，使试验电机电流不超过电机额定电流的10%，以防止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。

调节直流可调电源及可调电阻R，使A表分别为100mA，150mA，200mA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7-1中。

表7-1 室温 ℃ I（mA） U（V） R（Ω） 绕组V、W 绕组W、U 绕组U、V 图7-1 三相交流绕组电

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。 （3）R相=R/2

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U U

80-100V

U≠0

80-100V

U=0

N

N

图7-2 三相交流绕组首末端的测定

2．判定定子绕组的首未端

先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意二相绕组串联，如图7-2所示。

将调压器调压旋钮退至零位，合上绿色“闭合”按钮开关，接通交流电源，调节交流电源，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，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的未端与首端相联，如图7-2（a）所示；反之，如测得电压近似为零，则二相绕组的未端与未端（或首端与首端）相连，如图7-2（b）所示。用同样方法测出第三相绕组的首未端。

3．空载试验

测量电路如图7-3所示。电机绕组为Y接法（UN=380伏），直流发电机空载。

a．起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，然后接通电源，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。

b．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。

c．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。

图7-3 三相笼型异步电机实验接线图

d．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7-3中。 表7-3

34

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 UOC（V） UAB 440 400 380 360 320 280 240 160 123 99 UBC UCA UOL 254.03 230.94 219.39 207.85 184.75 161.66 138.56 92.38 71.01 57.16 IA 3.45 2.75 2.45 2.33 1.70 1.40 1.23 1.10 1.40 1.53 IOL（A） IB IC IOL 3.45 2.75 2.45 2.33 1.70 1.40 1.23 1.10 1.40 1.53 PI PO（W） PII PO 380 312 280 268 240 220 208 200 200 200 cos 0.14 0.16 0.17 0.18 0.25 0.32 0.41 0.66 0.67 0.76

4．短路实验

测量线路如图7-3。

a．将起子插入堵转孔中，使定转子堵住。将三相调压器退至零位。

b．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（IN=3.7A），再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。

c．在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率，共取4-5组数据，填入表7-4中。做完实验后，注意取出堵转孔中的起子。

表7-4

序号 1 2 3 4 5 6 7

5．负载实验

选用设备和测量接线同空载试验。

a．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压（UN=380V），并在试验中保持此额定电压不变。

b．给直流发电机加负载，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（IN=3.7A）。

c．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、转速数据，共读取5-6组数据，记录于表7-5中。

表7-5 UN=380伏（Y）

IOL（A） PO（W） 序号 n（r/min） P2（W） IA IB IC I1 PI PII P1 4.0 4.0 1 1844 1410 UOC（V） UAB 105 91 82 68 52 39 25 UBC UCA UK IA 60.62 4.0 52.54 3.7 47.34 3 39.26 2.5 30.02 2 22.52 1.5 14.43 1 IOL（A） IB IC IK 4.0 3.7 3 2.5 2 1.5 1 PI PO（W） PII PK 360 288 200 140 80 40 8 cosK 0.49 0.49 0.47 0.48 0.44 0.39 0.18 35

2 3.7 3.7 1660 1420 3 3 3 1120 1448 4 2.4 2.4 288 1490

七、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：

式中 rlef ——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；

θE级绝缘为75O

ref——基准工作温度，对于C；

θ——实际冷态时定子绕组的温度，O

c C。 2.作空载特性曲线：I0、P0、cos0=f(U0) 3.作短路特性曲线：IK、PK=f(UK)

4.由空载、短路试验的数据求异步电机等效电路的参数。 (1)由短路试验数据求短路参数 短路阻抗 ZUkkI10233.715.9 短路电阻 RP360kk3I2k*3.728.76 k3短路电抗 X22kZkRk15.928.76213.27

式中 UK、IK、PK——由短路特性曲线上查得，相应于IK为额定电流时的相电压、相电流、三

相短路功率。

转子电阻的折合值R'2RkR18.7680.76

定、转子漏抗XXk1X226.635 (2)由空载试验数据求激磁回路参数 空载阻抗 Z0I220104.76 空载电阻 RP2200U00I2216.62 02.13032.1空载电抗XZ2200R0104.76216.622103.43

式中 U0、I0、P0 —— 相应于U0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。 激磁电抗XmX0X1103.436.63596.80 激磁电阻RmPFe3I2195.1214.74 032式中 PFe为额定电压时的铁耗，由图7-4确定。

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5.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7-6中。

表7-6 U1 = 380V（Y） If = A

序号 电动机输入 电 动 机 输 出计算值 I1(A) P1(W) T2(N²m) n(r／min) P2（W） S(％) η(％) cos1 1 2 3 4 5 6 计算公式为：

式中 I1——定子绕组相电流，A； 1——定子绕组相电压，V； ——转差率； η——效率。

异步电动机输出功率求法：损耗分析法 电动机的损耗有： 铁耗 PFe

机械损耗 Pmec 定子铜耗 转子铜耗

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 -Pcul - PFe 铁耗和机械损耗之和为：

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U S

P0′= PFe + Pmec = PO- 3I 为了分离铁耗和机械损耗，作曲线

r

1，如图7-4。

延长曲线的直线部分与纵轴相交于P点，P点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过P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ΣP = PFe + Pcul + Pcu2 + Pad

于是求得额定负载时的效率为：

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。

八、思考题

1.由空载、短路试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？ 答：磁场的饱和程度、损耗的近似处理等。 2.从短路试验数据我们可以得出哪些结论？

答：感应电动机阻抗（短路阻抗）Zk、电阻Rk和电抗Xk。

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？ 答：直接负载法测量输入功率和输出轴功率，电压、电流互感器误差、测量仪表误差造成输入功率误差；转速转矩传感器的误差引起输出功率误差。

损耗分析法需要做空载试验、负载试验、温升试验，计算铁耗、风磨耗、机械耗、铜耗后才能求出效率，误差积累就很大。

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实验八 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、实验内容

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。

三、实验设备及仪表

1、三相鼠笼异步电动机 1台 2、三相绕线转子异步电动机 1台 3、自耦变压器 1台 4、可调电阻器 3台 5、他励直流发电机组—异步电动机组 1套 6．交直流电流表 4台 7、交直流电压表 2台 8、转速测试表 1块

四、实验预习内容

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。

3、理解三相异步电动机起动和调速的实验线路。

4、了解三相绕线转子异步电动机起动和调速的设备。

五、实验说明

1、在供电变压器容量较大、电动机容量较小的前提下，三相异步电动机可以直接起动。一般情况下，7.5kW以下的小容量电动机均可以直接起动。 2、实验电源低于额定电压时，应经调压器供电。

3、星形、三角形联结起动应选用运行时定子绕组为三角形联结的异步电动机。 4、三相异步电动机使用自耦变压器起动时可以分若干级进行起动。

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5、三相异步电动机的起动应在空载或轻载状态下进行，调速在负载状态下进行。 6、三相绕线转子异步电动机起动与调速时转子绕组均串入三联可调电阻器。

六、实验方法

1．三相笼型异步电动机直接起动试验 按图8-1接线，电机绕组为△接法。

图8-1 异步电机直接起动实验接线图

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。（电机起动后，观察电机转向，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）

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。填入表8-1中。

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。 c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入堵特孔中，将转子堵住。

表8-1 U Ist △直接（220V） 31A 2．星形——三角形（Y-△）起动

按图8-2接线，电压表、电流表的选择同前。

Y/△ 10A 降压158V 16A

图8-2 笼型异步电动机定子绕组星形—三角形联结起动的实验线路

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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Y接下起动瞬间的电流，填入表8-1中。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8-3接线。电机绕组为△接法。

图8-3 异步电动机自耦变压器起动的实验线路

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，填入表8-1中，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8-4，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，调节的绕线电机转子起动电阻（分1，2，3，4四档）。

图8-4 绕线转子异步电动机转子绕组串入 可调电阻器起动与调速的实验线路

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380伏时，对称调节起动电阻，分别读出起动电阻为1Ω、2Ω、3Ω、4Ω的起动电流Ist，填入表8-2中。

注意：试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。

表8-2 U=380V

Rst（Ω） Ist（A） 1 32 2 16 3 11 41

5．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。

a．合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=380伏（异步电机定子Y接），使电机空载起动。 b．调节“转矩设定”电位器调节旋钮，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8-3中。

表8-3中 U=380伏

Rst（Ω） n（r/min） 1 1444 2 1390 3 1335 4 12 七、实验报告

1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。

答：全压启动的优点是设备和操作简单，主要缺点是堵转电流较大，而堵转转矩并不大。 降压启动降低了电压从而减小了启动电流，但电磁转矩也降低了。

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）

IstUN(R1R2)(X1X2)'2,212.1887(A)

23PUNR2Nm Tst20.0204)(X1X2)]2f[(R1R2(2)外施电压为UN/

。(Y—Δ起动)

UN1Ist4.0629(A)

',223(R1R2)(X1X2)23PUNR21Nm Tst6.6735)(X1X2)]32f[(R1R2(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）。

IstUK/KA(R1R2)(X1X2)'2,26.0943(A)

3P(UK/KA)2R21Nm Tst5.0051)(X1X2)]32f[(R1R2

3.绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。

答：绕线式异步电动机转子绕组串入电阻时，启动电流减小而启动转矩反而增大。转子电路内串联电阻有两种作用：由于转子电路的电阻增大，使得转子阻抗增大，转子的绕组的启动电流减小，因而定子的启动电流也相应减小；适当选择变阻器的阻值，可使启动转矩增大，这时虽然转子电流减小，但转子的功率因数显著增大，所以转矩也增大。

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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。

答：绕线式异步电动机转子绕组串入电阻,其转子阻值增加，使得电动机的转速增加。

八、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？ 答：当电机直接启动，转子串电阻启动，定子串电阻启动时成立。 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？ 答：基本相符。由于各种误差的影响导致了这些差

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实验九 三相感应电动机的变频调速实验

一、实验目的

1、掌握三相异步电动机的变频起动原理。 2、掌握三相异步电动机的变频调速方法。

二、实验项目

1、熟悉变频器的调速原理。 2、变频器的参数设定。

3、三相异步电动机的变频起动。 4、三相异步电动机的变频调速。

三、实验设备及仪器

1、本相笼型异步电动机 1台

2、直流发电机（与异步机同轴） 1台 3、直流机负载 1套

4、直流发电机励磁电源 1套（他励） 5、直流电流表 1块 6、直流电压表 1块 7、功率表 2块

8、整流式电压表 1块 9、转速表 1块 10、变频器 1套

四、实验预习

1、复习变频器调速原理。

2、理解三相异步电动机变频起动及变距调速实验线路。 3、理解变频器恒转矩、恒功率调速的频率范围。 4、理解变频器的参数设定。

五、实验说明

1、变频器输出端不允许接电源，如果变频器输和端与输出端接反，转瞬间逆变管将被烧坏。

2、变频器输出电压要用整流式仪表测，不能用数字式仪表和电磁式仪表，因为用它们测量低频时的输出电压值要比实验值高不少。

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3、在变频器输出电路中的接法，因为通往电动机的三相电流是对称的，所以只需用两块单相功率表就可以测三相功率。但要测变压器输入端三相功率，必须测量每相功率，然后把三个表的测量结果相加，得到三相功率。变频器的输入侧是三相整流桥电路，共三相输电流常常是不平衡的。

4、变频起动电机即接预置的加速时间从“起动频率”开始起动，加速时间短，频率上升较大，旋转磁场的转速上升也减速如果抬动系统的惯性较大，则电动机转子的转速跟不上同步转速上升，转差较大，加速电流较大，有可能因超过变频器的上限电流值而跳闸，所以，加速时间预置不能太小。 5、变频器的停机。本实验采用自由减速停机，即封锁变频器的逆变管（按停止按钮），使变频器没有任何输出使电动机处于切断电源后的自由制动状态，异步机拦转矩调速（通过保持发电机输出电流不变即可）。

六、实验方法及步骤

三相异步电动的实验线路如图。图中电动机的定子绕组通过变频器U接至电源，用与异步机同轴的直流发电机并带负载作为电动机的机械负载。

1、合上电源开关Q1，三相异步电动机由变频器供电，设置变频器，参数：380V，上限频率 电机功率（10I）、电机电压（103）、电机频率（104、50HZ）、电机电流（105、3.7A）、电机转速（106、1440）、自动电机适配（107、选2）、加速时间（207、7S）。 本机操作（002、选1） 本机参考值（003、选50HZ） 转速特性（101）选1 380/50=7.6

输出频率范围（200）选1 输出频率上限（202）选60HZ 述调功能（413）选D

在设置完成后，大多数情况下，变频器处于准备运行状态。

W1W2W3ARST3～UW4f1/f2W5UA3～有源负载

2、按下变频器起动按钮，起动电机。

3、合上直流发电机励磁开关，并合上负载开关Q2，调节有源负载电阻R，施加一定的负载转矩至电动机。

4、保持电动机负载转矩不变，调节变频器的频率和输出电压。。

5、在转速不超过1.2Ω的范围内，读4-5组电动机不同的端电压，电压频率5、转速12的数据，填入表中，并观察功率表的变化。 异步发电机变频调速的实验数据表 1 2 3 4 5 U/V f/Hz 194 26 222 30 254 34 282 38 336 46 45

n（r/min） I/A P/W 737 5 0 857 5.05 720 976 5.15 808 1095 5.25 920 1332 5.46 1120 七、实验报告与要求

1、根据实验数据，分析三相异步电动机变频调速的情况。以及功率变化情况，作出相应的结论。 答：变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。该实验是在保证电动机输出转矩不变的情况下进行的，为了保持电磁场不变须保证U/f的值不变，当输入的电压频率升高时，输入的电压、频率和输出功率都相应的提高。变频器的频率和电压增加，转速增加，功率也增加。

2、作出补偿后的U/f曲线。

U/f曲线U/V4003503002502001501005002630343846f/HzU/V

3、作出控转矩调速的PL、f曲线。

P/f曲线12001000800U/V6004002000263034f/Hz3846P/W

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八、实验思考

1、变频器在变频的同时，为什么还要变压？

答:变压的主要目的是保持在调速的过程中保持气隙中的磁通保持不变，这样变频调速就是恒转矩调速。

2、电动机在低频运行时，为什么要进行转矩提升？

答：电动机在低频运行时，电源的电压也比较低，这时定子电阻就不能忽略，此时最大转矩将随频率的减少而减少。为了保持恒转矩调速就要进行转矩提升。 3、控转矩负载调速特点（转矩特性、功率特点）？

答：从额定频率向上调速时，保持电源电压不变，此时为恒功率调速；从额定频率向下调速时，电源电压也要同步下降，此时为恒转矩调速。

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