电机及其拖动基础实训

电机及其拖动基础实训

《电机及其拖动基础实训》课程教学大纲

课程编号：0220252

课程名称:电机及其拖动基础实训学时：30学时学分：

适用专业：电气自动化技术、计算机控制技术课程性质：专业技能训练课

先修课程：电工基础、或电工学、电机及拖动基础

一、实训目的：

通过电机实训课程，加深对《电机及拖动基础》等相关课程知识的理解，巩固和提高应用学过的理论与专业知识，为学好理论课提供感性知识。目标是使学生掌握电机运行、定期维护的基本知识，正确掌握常用的与电机运行、维护相关的工具、仪表、仪器的使用，对学生进行电机使用与维修操作的必需的基本技能的训练，使学生获得电机运行、维护、修理实际操作的基本技能，培养学生的观察能力，动手能力，分析解决实际问题的能力。同时培养学生高度的安全意识、责任意识；严谨求是的科学态度，理论联系实际的工作作风。

二、实训内容及基本要求：（一）基本要求：

1.进一步掌握安全用电知识、安全操作规程及电气设备的安全检查，熟悉常用工具及其正确的使用方法。

2.了解常见电动机的种类、单相与三相电动机的基本原理结构、使用和维护知识；

3.熟悉电机铁心材料、导线材料和绝缘材料的种类、规格、性能及其选用；4.熟悉电机修理常用设备与工具，并能正确使用；

5.初步掌握小型异步电动机的拆装、清洗、重绕、嵌线、绝缘处理工艺操作方法；

6.初步掌握小型异步电动机修理后的质量检验与测试方法；

7.了解小型直流电机电枢绕组和换向器的结构及其修理工艺。

（二）实训内容：

实训一：入门指导熟悉单相与三相电机及其所用材

1．电机的种类、单相与三相异步电机的基本原理、结构、使用和维护；2．机铁心材料、导线材料和绝缘材料的种类、规格、性能及其选用。实训二：单相与三相异步电机的使用和维护；1．单相与三相异步电机的正确使用与操作；

2．单相与三相异步电机的异常状态判断、故障原因鉴别与分析以及迅速排除的操作；

实训三：小型异步电动机的拆装

1．电机修理常用设备与工具的使用及安全技术；2．小型异步电动机的拆装、工艺操作方法；3．小型异步电动机的维修技术要求。实训作业：

1．小型异步电动机的维修测量；

2．小型异步电动机的拆装、清洗、重绕、嵌线和绝缘处理。实训四：小型异步电动机定子的拆换

1．电机修理常用设备与工具的使用及安全技术；2．小型异步电动机的维修技术要求。

3．小型异步电动机定子的装配、清洗、重绕、嵌线、绝缘处理工艺操作方法；

实训五：小型异步电动机的维修后的质量检验与测试。1.小型异步电动机的维修后的质量检验项目与方法；2.小型异步电动机的测试方法及仪器仪表的使用；3.小型异步电动机常见故障的处理分析方法。4.电机的维修和电枢组修理；维修后的质量检验。实训六：编写实训报告、电机实训结业考核三、教学安排、方式及说明：

《电机实训》课以示范为手段，以实操训练为主，配合课堂讲解，教师作必要的指导，由学生独立完成实训报告。

本课题总学时为30学时，学时分配表是一种推荐方案，学过程中可以对内容次序和课时分配作适当的调整。课时分配表

课题入门指导单相与三相异步电机的使用和维护小型异步电动机的拆装小型异步电动机定子的拆换讲解学时实操课时44214报告要求实训完成后要求全面、准确、认真、整齐的书写实训总结报告小型异步电动机的维修后的质量检验与测试总结报告、考核合计四、考核方式：

3024考核形式可采用大型综合实习报告并结合平时的出勤情况、实习表现进行考核。其中，实习报告占50%，实习出勤、表现占50%。

五、推荐教材及参考资料：建议选用教材：《电机实训教材》六、课程负责人：李永忠

大纲编写：编写日期：大纲审定：审定日期：大纲审核：审核日期：

年月年月年月

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扩展阅读：电机及拖动基础实验指导书

电机与拖动基础实验指导书

目录

实验一认识实验-----------------------------------2实验二直流并励电动机-------------------------------6实验三直流串励电动机-------------------------------10实验四实验五实验六实验七实验八实验九

单相变压器-----------------------------------13三相变压器-----------------------------------20三相三绕组变压器-----------------------------27三相鼠笼异步电动机的工作特性----------------30三相异步电动机的起动与调速（综合性实验）------38三相同步发电机的运行特性--------------------42实验一认识实验

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、改变电机方向与调速的方法。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．直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？

3．直流电动机起动时，励磁回路连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MEL系列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安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．实验设备及仪器

1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）或电机导轨及校正直流发电机

3．直流并励电动机M03

4．220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）5．电机起动箱（MEL-09）。

6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。五．实验说明及操作步骤

1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。

2．在控制屏上按次序悬挂MEL-13、MEL-09组件，并检查MEL-13和涡流测功机的连接。

3．用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1U：可调直流稳压电源

R：3000Ω磁场调节电阻（MEL-09）

V：直流电压表（MEL-06）A：直流安培表（MEL-06）

M：直流电机电枢（1）经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。直流电压

图1-1测电枢绕组直流电阻接线图表量程选为300V档，直流安培表量程选为2A档。（2）按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V输出。调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行，如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压UM和电流Ia。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取UM、Ia，填入表1-1。

（3）增大R（逆时针旋转）使电流分别达到0.15A和0.1A，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。

取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=

Ra1Ra2Ra3。3表1-1室温℃序号UM（V）Ia（A）R（Ω）123表中Ra1=（Ra11+Ra12+Ra13）/3Ra2=（Ra21+Ra22+Ra23）/3Ra3=（Ra31+Ra32+Ra33）/3

（4）计算基准工作温度时的电枢电阻

由实验测得电枢绕组电阻值，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电枢绕组电阻值：

Raref=Ra235ref

235aRa平均（Ω）Raref（Ω）Ra1Ra2Ra11Ra12Ra13Ra21Ra22Ra23Ra31Ra32Ra33Ra3式中Raref换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）

Ra电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）θ

ref

基准工作温度，对于E级绝缘为75℃。

θa实际冷态时电枢绕组的温度。（℃）4．直流仪表、转速表和变阻器的选择。

直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联，并联或串并联的接法。

（1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为300V量程档。（2）电流量程的选择。

因为直流并励电动机的额定电流为1.1A，测量电枢电流的电表可选用2A量程档，额定励磁电流小于0.16A，测量励磁电流的毫安表选用200mA量程档。

（3）电机额定转速为1600r/min，若采用指针表和测速发电机，则选用1800r/min量程档。若采用光电编码器，则不需要量程选择。

（4）变阻器的选择

变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定。在本实验中，电枢回路调节电阻选用MEL-09组件的100Ω/1.22A电阻，磁场回路调节选用MEL-09的3000Ω/200mA可调电阻。5．直流电动机的起动R1：电枢调节电阻（MEL-09）Rf：磁场调节电阻（MEL-09）

M：直流并励电动机M03：G：涡流测功机

IS：电流源，位于MEL-13，由“转矩设定”电位器进行调节。实验开始时，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底。U1：可调直流稳压电源U2：直流电机励磁电源

V1：可调直流稳压电源自带电压表

V2：直流电压表，量程为300V档，位于MEL-06A：可调直流稳压电源自带电流表mA：毫安表，位于直流电机励磁电源部。

（1）按图1-2接线，检查M、G之间是否用联轴器联接好，电机导轨和MEL-13

的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。

（2）将电机电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻调至最小，转矩设定电位器（位于MEL-13）逆时针调到底。

（3）开启控制屏的总电源控制钥匙开关至“开”位置，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船形开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V电压。

（4）减小R1电阻至最小。6．调节他励电动机的转速。

（1）分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf

（2）调节转矩设定电位器，注意转矩不要超过1.1N.m，以上两种情况可分别观察转速变化情况

7．改变电动机的转向

将电枢回路调节电阻R1调至最大值，“转矩设定”电位器逆时针调到零，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。六．注意事项

1．直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf调到最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大，同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R1调至最小，使电机正常工作。

2．直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时，必须将电枢串联电阻R1调回最大值，励磁回路串联的电阻Rf调到最小值，给下次起动作好准备。

3．测量前注意仪表的量程及极性，接法。七．实验报告

1.画出直流并励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，起动电阻R1和磁场调节电阻Rf应调到什么位置？为什么？

2.增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？

3.用什么方法可以改变直流电动机的转向？

4.为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？

实验二直流并励电动机

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If=IfN不变，测取n、T2、n=f(Ia)及n=f(T2)。2.调速特性

(1)改变电枢电压调速

保持U=UN、If=IfN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。(2)改变励磁电流调速

保持U=UN，T2=常数，R1=0，测取n=f(If)。(3)观察能耗制动过程四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台的主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。

2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）或电机导轨及编码器、转速表。

3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）4．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。5．直流并励电动机。

6．波形测试及开关板（MEL-05）。7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。五．实验方法

1．并励电动机的工作特性和机械特性。实验线路如图1-6所示U1：可调直流稳压电源

R1、Rf：电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。mA、A、V2：直流毫安、电流、电压表（MEL-06）G：涡流测功机

IS：涡流测功机励磁电流调节，位于MEL-13。

a．将R1调至最大，Rf调至最小，毫安表量程为200mA，电流表量程为2A档，

电压表量程为300V档，检查涡流测功机与MEL-13是否相连，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，按实验一方法起动直流电源，使电机旋转，并调整

电机的旋转方向，使电机正转。

b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。

c．保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流Ia、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。

表1-8U=UN=220VIf=IfN=AKa=Ω实验数据计算数据2．调速特性

（1）改变电枢端电压的调速

a．按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻Rf，使电机的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2=N.m

b．保持T2不变，If=IfN不变，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia，共

7

Ia（A）n（r/min）T2（N.m）P2（w）P1（w）η（%）△n（%）取7-8组数据填入表1-9中。

表1-9If=IfN=A,T2=N.mUa（V）Ia（A）n（r/min）（2）改变励磁电流的调速a．直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻Rf调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2=N.m

b．保持T2和U=UN不变，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表1-10中。

表1-10U=UN=220V，T2=N.m

n（r/min）If（A）Ia（A）(3)能耗制动按图1一7接线U1：可调直流稳压电源R1、Rf：直流电机电枢调节电阻和磁场调节电阻（MEL-09）

RL：采用MEL-03中两只900Ω电阻并联。S：双刀双掷开关图1-7直流并励电动机能耗制动接线图（MEL-05）

a．将开关S合向“1”端，R1调至最大，Rf调至最小，起动直流电机。b．运行正常后，从电机电枢的一端拨出一根导线，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。

c．重复起动电动机，待运转正常后，把S合向“2”端记录停机时间。d．选择不同RL阻值，观察对停机时间的影响。六．实验报告

1.由表1-8计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲线。电动机输出功率

P2=0.105nT2

式中输出转矩T2的单位为Nm，转速n的单位为r／min。电动机输入功率P1=UI电动机效率η=

P2×100％P1电动机输入电流I=Ia+IfN

由工作特性求出转速变化率：Δn=

nOnNnN×100％

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？七．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“飞速”？为什么？

实验三直流串励电动机

一．实验目的

1.用实验方法测取串励电动机工作特性和机械特性。2.了解串励电动机起动、调速及改变转向的方法。二．预习要点

1.串励电动机与并励电动机的工作特性有何差别。串励电动机的转速变化率是怎样定义的？

2.串励电动机的调速方法及其注意问题。三．实验项目

1.工作特性和机械特性

在保持U=UN的条件下，测取n、T2、η=f(Ia)以及n=f(T2)。2.人为机械特性

保持U=UN和电枢回路串入电阻R1=常值的条件下，测取n=f(T2)。3.调速特性

(1)电枢回路串电阻调速

保持U=UN和T2=常值的条件下，测取n=f(Ua)。(2)磁场绕组并联电阻调速

保持U=UN、T2=常数及R1=0的条件下，测取n=f(If)。四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13）3．可调直流稳压电源（含直流电压、毫安、安倍表）4．直流电压、毫安、安倍表（MEL-06）5．三相可调电阻器900Ω（MEL-04）6．波形测试及开关板（MEL-05）7．直流串励电动机（M02）五．实验线路及操作步骤实验线路如图1-8所示。U1：可调直流稳压电流V1、V2：直流电压表，分别位于直流电源和MEL-06

A1、A2：直流电流表，分别位于直流电源和MEL-06

R1、Rf：分别采用MEL-04

图1-8直流串励电动机接线图两只90Ω电阻相串联。

M：直流串励电动机M02G：涡流测功机

IS：测功机可调励磁电源，位于MEL-13，通过航空插座和测功机相连。开关S选用MEL-05

1．串励电动机的工作特性和机械特性。

a．由于串励电动机不允许空载起动，所以测功机“转矩设定”电位器顺时针转过一定角度，即给串励电动机施加一定负载（MEL-13的开关设置同实验三）

b．调节直流串励电动机M的电枢串联起动电阻R1和磁场调节电阻Rf到最大值，断开开关S，按实验一方法起动直流电源，并观察转向是否正确。

c．电机运转后，调节R1至零，调节可调直流稳压电源使电动机的电枢电压U=UN=220V，同时调节测功机“转矩设定”电位器，使电机电枢电流I=1.2IN。

d．在保持U1=UN的条件下，逐次减小负载直至n＜1.5nN为止，每次测取I、N、T2，共取6-7组数据填入表1-10中。

表1-10U1=UN=220V

Ia（A）实验数据n（r/min）T2（N.m）计算P2（w）数据η（%）e．若要在实验中使串励电动机M停机，须将电枢回路的串联起动电阻R1调回到最大值，断开直流电源。

2．测取电枢串电阻后的人为机械特性。

a．按前述方法起动串励电动机M后，调节可调直流稳压电源至220V，并同时调节串入电枢的电阻R1和测功机“转矩设定”电位器旋钮，使电机的电枢电流I=IN，转速n=0.8nN。

b．保持此时的R1不变和U=UN，逐次减小电动机的负载，直至n≤1.5nN为止，每次测取U2、I、n、T2，共取6-7组数据填入表1-11中。

表1-11U=UN=220VR1=常值实验数据U2（V）Ia（A）11

n（r/min）T2（N.m）计算P2（w）数据η（%）3．调速特性（1）电枢回路串电阻调速

a．按前述方法电动机带负载起动后，将R1调至零。同时调节可调直流稳压电源和测功机“转矩设定”电位器旋转，使U1=UN=220V，I≈IN，记录此时电动机的n=r/min，I=A，T2=N.m

b．在保持U1=UN以及T2不变的条件下，逐次增加R1阻值，每次测n、I、U2，共取6-7组数据，填入表1-12中。

表1-12U1=UN=220V，T2=N.mn（r/min）I（A）U2（V）（2）磁场绕组并联电阻调速a．合上电源前，打开开关S，分别将R1和Rf调至最大值。b．电机带负载起动后，调节R1至零，合上开关S。

c．调节可调直流稳压电源使U1=UN=220V，T2=0.8TN，记录此时电动机的N、I、If、T2。

d．在保持U=UN及T2不变的条件下，逐次减小Rf阻值，注意Rf不能短接，直至n≤1.5nN为止。每次测取n、I、If，共取6-7组数据后，填入表1-13中。

表1-13U=UN=220V，T2=N.mn（r/min）I（A）If（A）

六．实验报告

1.绘出直流串励电动机的工作特性曲线n、T2、η=f(Ia)。2.在同一张座标纸上绘出串励电动机的自然和人为机械特性。

3.绘出串励电动机恒转矩两种调速的特性曲线。试分析在U=UN和T2不变条件下调速时的电枢电流变化规律。比较两种调速方法的优缺点。七．思考题

1.串励电动机为什么不允许空载和轻载起动？

2.磁场绕组并联电阻调速时，为什么不允许并联电阻调至零？

12

实验四单相变压器

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(1)纯电阻负载

保持U1=U1N，cos2=1的条件下，测取U2=f(I2)。(2)阻感性负载

保持U1=U1N，cos2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（含交流电压表、交流电流表）2．功率及功率因数表（MEL-20或含在主控制屏内）

3．三相组式变压器（MEL-01）或单相变压器（在主控制屏的右下方）4．三相可调电阻900Ω（MEL-03）5．波形测试及开关板（MEL-05）6．三相可调电抗（MEL-08）五．实验方法1．空载实验实验线路如图2-1主控制屏三相交流电源输出图2-1空载实验接线图变压器T选用MEL-01三相组式变压器中的一只或单独的组式变压器。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分别为交流电流表、交流电压表。具体配置由所采购的设备型号不同由所差别。若设备为MEL-I系列，则交流电流表、电压表为指针式模拟表，量程可根据需要选择；若设备为MEL-II系列，则上述仪表为智能型数字仪表，量程可自动也可手动选择。仪表数量也可能由于设备型号不同而不同。若电压表只有一只，则只能交替观察变压器的原、副边电压读数，若电压表有二只或三只，则可同时接上仪表。

W为功率表，根据采购的设备型号不同，或在主控屏上或为单独的组件（MEL-20或MEL-24），接线时，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额定容量PN=77W，U1N/U2N=220V/55V，I1N/I2N=0.35A/1.4A

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序号1234567

实验数据U0（V）I0（A）PO（W）U1U1。1U2计算数据cos22．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）主控制屏三相交流电源输出图2-2短路实验接线图实验时，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=℃序号123456实验数据U（V）I（A）P（W）计算数据cosk3．负载实验实验线路如图2-3所示。

变压器T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

主控制屏三相交流电源输出图2-3负载实验接线图抗XL上。RL选用MEL-03的两只900Ω电阻相串联，XL选用MEL-08。开关S1、S2采用MEL-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。（1）纯电阻负载a．未上主电源前，将调压器调节旋钮逆时针调到底，S1、S2断开，负载电阻值班财到最大。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=55Vc．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=0.35A必测，共取数据6~7组，记录于表3-3中。

表3-3cos2=1U1=UN=55V序号1U2（V）I2（A）234567（2）阻感性负载（cos2=0.8）（选做）a．用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗器调至最大，即将变阻器旋钮和调压器旋钮，逆时针调到底。

b．合上交流电源，调节电源输出使U1=U1N

c．合上S1、S2，在保持U1=U1N及cos2=0.8条件下，逐渐增加负载，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U2和I2，共测取数据6-7组记录于表3-4中，其中I2=0和I2=I2N两点必测。

表3-4cos2=0.8U1=U1N=55V

序号1U2（V）I2（A）

2316

456六．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／U2u1.2u22.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)，cosO=f(UO)。式中：cosoPOUOIO

(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rmPO2IOZmUOIO

22XmZmrm3.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)、cosK=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。

"ZKUKIKPK2IK22rK"

折算到低压方

ZK"ZK"""XKZKrKK"rK2,,

17

rKKXK"XKK2

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。

rK75oCrK234.575

234.52rK75OCXKZK75OC

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

UKUKrINZINrK75OCUNK75OC100%100%

UNUKXINXK100%UN2rK75OCIK=IN时的短路损耗pKNIN4.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cos2=1和cos2=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ΔUUU20U2100%U20(2)根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cos2=1和I2=I2N、cos2=0.8时的电压变化率ΔU。

ΔU=(UKrcos2+UKxsin2)

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

*POI2PKN*I2PN2(1cos2PO*2I2PKN)100%(1)用间接法算出cos2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表2-5中。

表2-5cos2=0.8Po=WPKN=W

I2*(A)0.20.40.60.81.01.2P2(W)式中：I*；2PNcos2=P2（W）

PKN为变压器IK=IN时的短路损耗（W）；Po为变压器Uo=UN时的空载损耗（W）。(2)由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f(I*2)。(3)计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm=

POPKN。

实验五三相变压器

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。2．三相心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应注意哪些问题？电源应加在哪一方较合适？三．实验项目

1．测定变比

2．空载实验：测取空载特性U0=f(I0)，P0=f(U0)，cos0=f(U0)。3．短路实验：测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK)，cosK=f(IK)。4．纯电阻负载实验：保持U1=U1N，cos2=1的条件下，测取U2=f(I2)。四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（含交流电压表、交流电流表）2．功率及功率因数表（MEL-20或含在主控制屏内）

3．三相心式变压器（MEL-01）或单相变压器（在主控制屏的右下方）4．三相可调电阻900Ω（MEL-03）5．波形测试及开关板（MEL-05）6．三相可调电抗（MEL-08）五．实验方法1.测定变比

实验线路如图2-4所示，被试变压器选用MEL-02三相三线圈心式变压器，额定容量PN=152/152/152W,UN=220/63.5/55V,IN=0.4/1.38/1.6A，Y/Δ/Y接法。实验时只用高、低压两组线圈，中压线圈不用。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。并主控制屏三相交流电源输出图2-4三相变压器变比实验接线图合理选择各仪表量程。

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=0.5UN，测取高、低压线圈的线电压U1U1.1V1、U1V1.1W1、U1W1.1U1、U3U1.3V1、U3V1.3W1、U3W1.3U1，记录于表2-6中。

表2-6U（V）U1U1.1V1U3U1.3V1KUVU（V）U1V1.1W1U3V1.3W1KVWU（V）U1W1.1U1U3W1.3U1KWUK=1/3(KUV+KVW+KWU)KUV=U1U1.1V1/U3U1.3V1KVW=U1V1.1W1/U3V1.3W1KWU=U1W1.1U1/U3W1.3U12.空载实验主控制屏交流电源输出图2-5a三相变压器空载实验接线图（MEL-I、MEL-IIA）实验线路如图2-5所示，变压器T选用MEL-02三相心式变压器。实验时，变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。A、V、W分别为交流电流表、交流电压表、功率表。具体配置由所采购的设备型号不同由所差别。若设备为MEL-I系列，则交流电流表、电压表为三组指针式模拟表，量程可根据需要选择，功率表采用单独的组件（MEL-20或MEL-24）；若设备为MEL-II系列，则上述仪表为智能型数字仪表，量程可自动也可手动选择，功率表含在主控屏上。仪表数量也可能由于设备型号不同而不同。故不同的实验台，其接线图也不同。

功率表接线时，需注意电压线圈和电流线圈的同名端，避免接错线。a．接通电源前，先将交流电源调到输出电压为零的位置。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

b．然后，逐次降低电源电压，在1.2~0.5UN的范围内；测取变压器的三相

主控制屏三相交流电源输出图2-6b三相变压器短路实验接线图（MEL-IIB）线电压、电流和功率，共取6~7组数据，记录于表2-7中。其中U=UN的点必须测，并在该点附近测的点应密些。c．测量数据以后，断开三相电源，以便为下次实验作好准备。表2-7序号实验数据U0(V)I0(A)P0(W)计算数据UOIOPO(V)(A)(W)主控制屏交流电源输出cos0图2-6a三相变压器短路实验接线图（MEL-I、MEL-IIA）U3U1.3V1U3V1.3W1U3W1.3U1I3U10I3V10I3W10PO1P021234563.短路实验线路如图2-6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，将交流电压调到输出电压为零的位置，接通电源后，逐渐增大电源电压，使变压器的短路电流IK=1.1IN。然后逐次降低电源电压，在1.1～0.5IN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2-8中，其中IK=IN点必测。实验时，记下周围环境温度（0C），作为线圈的实际温度。

表2-8θ=OC序实验数据号UK（V）IK（A）I1V1I1W1PK（W）PK1PK2U1U1.1V1U1V1.1U1U1W1.1U1I1U112345计算数据UK（WcosK（V）（A））IKPK4.纯电阻负载实验主控制屏交流电源输出图2-7a三相变压器负载实验接线图（MEL-I、MEL-IIA）主控制屏三相交流电源输出图2-7b三相变压器负载实验接线图（MEL-IIB）实验线路如图2-7所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈经开关S(MEL-05)接负载电阻RL，RL选用三只1800Ω电阻（MEL-03中的900Ω和900Ω相串联）。

a．将负载电阻RL调至最大，合上开关S1接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=U1N。

b．在保持U1=U1N的条件下，逐次增加负载电流，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5～6组数据，记录于表2-9中，其中I2=0和I2=IN两点必测。

表2-9UUV=U1N=V；cos2=1

序号12345

六．注意事项

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。做短路实验时操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。七．实验报告

1.计算变压器的变比

根据实验数据，计算出各项的变比，然后取其平均值作为变压器的变比。KUVU1U1.1V1UU,KVW1V1.1W1,KWU1W1.1U1U3U1.3V1U3V1.3W1U3W1.3U1U（V）U1U1.1V1U1V1.1W1U1W1.1U1U2I（A）I1U1I1V1I1W1I2

2.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)，P0=f(U0)，cosφ0=f(U0)。式中

UO(U3U1.3V1U3V1.3W1U3W1.3U1)/3

I0(I3U1OI3V10I3W10)/3

P0P01P02cos0PO3UOIO

(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。

rmPO23IO,ZmUO3IO22,XmZmrm

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)，cosK=f(IK)。式中

UK(U1U1.1V1U1V1.1W1U1W1.1U1)/3IK(I1U1I1V1I1W1)/3

PKPK1PK2cosKPK3UKIK

(2)计算短路参数

从短路特性曲线查出对应于IK=IN时的UK和PK值，并由下式算出实验环境温度OC时的短路参数

"rKPK23IN,ZKUK3IN""2"2,XKZKrK

折算到低压方ZK"ZKK2,rK"rKK2,XK"XKK2

换算到基准工作温度的短路参数为rK75OC和ZK75OC，计算出阻抗电压。UKUKrUKX3INZK750CUN100%

3INrK750CUN100%

3INXK100%UNIK=IN时的短路损耗PKN=3I2NrK75OC

4.利用由空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“Γ”型等效电路。5.变压器的电压变化率ΔU

(1)根据实验数据绘出cos2=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ΔU。UU20U2100%U20(2)根据实验求出的参数，算出I2=IN，cos2=1时的电压变化率ΔUU(UKrcos2UKXsin2)

6.绘出被试变压器的效率特性曲线

(1)用间接法算出在cos2=0.8时，不同负载电流时的变压器效率，记录于表2-10中。表2-10

cos2=0.8,P0=W,PKN=W

I20.20.40.60.81.01.2(1*2POI2PKN**2I2PNcos2POI2PKNP2（W）η)100%

式中I*2PNcos2=P2

PN为变压器的额定容量PKN为变压器IK=IN时的短路损耗P0为变压器的U0=UN时的空载损耗(2)计算被试变压器η=ηmax时的负载系数mPOPKN。

实验六三相三绕组变压器

一．实验目的

1.掌握三相三绕组变压器参数测定的方法。2.了解三绕组变压器的电压变化率。二、预习要点

1.三绕组变压器的等效电路及参数测定方法。

2.引起三绕组变压器输出电压变化的因素及电压变化率的计算方法。3.根据被试变压器的铭牌数据，自行设计实验接线图，仪表选用和记录表格。三．实验项目

(1)空载实验和变比测定(2)短路实验

(3)负载实验四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（含交流电压表、交流电流表）2．功率及功率因数表（MEL-20或含在主控制屏内）

3．三相心式变压器（MEL-01）或单相变压器（在主控制屏的右下方）4．三相可调电阻900Ω（MEL-03）5．波形测试及开关板（MEL-05）6．三相可调电抗（MEL-08）五．实验说明1.空载实验

（1）低压绕组连接法按铭牌标出的连接，其他两绕组开路。（2）实验方法与三相双绕组变压器相同。

（3）为了测定变比，在实验中需同时测取高压，中压和低压绕组的空载电压。

2.短路实验

按照下面方法分别进行三次短路实验：

（1）1)高压绕组施加电压，中压绕组短路，低压绕组开路。（2）低压绕组施加电压，高压绕组短路，中压绕组开路。（3）低压绕组施加电压，中压绕组短路，高压绕组开路。测取的数据记录于表中，并记下实验时的周围环境温度。3.负载实验

低压绕组接电源，高压绕组接阻感性负载（cos2=0.8），中压绕组接纯电阻负载（cos2=1）。在保持低压绕组额定电压的情况下，将高、中压绕组的电流分别加到50％额定电流为止，测取中、低压绕组输出的电压，电流和功率因数，

将数据记录于表格中。六．实验报告1.绘出空载特性曲线

计算三相三绕组变压器的变比

K12=U1／U2K13=U1／U3K23=U2／U3式中U1、U2、U3分别为高、中、低三个绕组的三相平均相电压。2.由短路实验计算参数，并画出等效电路图。根据短路实验(1)算出ZK12、rK12和XK12。根据短路实验(2)算出ZK31、rK31和XK31。根据短路实验(3)算出ZK32、rK32和XK32。将ZK12折算到低压方：ZK12"12ZK122K13rK12"jXK12"

低压绕组的参数Z3(ZK31ZK32ZK12")r3(rK31rK32rK12")X3(XK31XK32XK12")中压绕组的参数Z2"(ZK32ZK12"ZK31")r2"(rK32rK12"rK31)

X2"(XK32XK12"XK31")高压绕组的参数Z1"(ZK31ZK12"ZK32)r1"(rK31rK12"rK32)X1"(XK31XK12"XK32)

最后，再将短路电阻和电抗换算到基准工作温度时的值。3.根据下式计算出三绕组变压器的电压变化率。高压绕组U31UKrcos1UKXsin1Ur2cos2UX2sin2)

式中UKr31UKX311212121212121212I1"rK31100%U3NI1"XK31100%U3NUr2Ux2I1"r3100%U3NI2"x3100%U3NUKr32UKX32Ur1I2"rK32100%U3NI2"XK32100%U3NI1"r3100%U3NI1"X3100%U3NUX1以上各式所有电阻均为基准工作温度时的阻值。U3φ为低压绕组额定相电压，

"分别为折算到低压方的高压和中压方的负载电流。I1"、I2将电压变化率的计算值与实测值进行比较并作简要的分析。

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．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？它们的物理意义是什么？3．工作特性和参数的测定方法。三．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．MEL系列电机教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测功机、矩矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。

3．交流功率、功率因数表（MEL-20或MEL-24或含在实验台主控制屏上）。4．直流电压、毫安、安培表（MEL-06或含在实验台主控制屏上）。5．三相可调电阻器900Ω（MEL-03）。6．波形测试及开关板（MEL-05）。7．三相鼠笼式异步电动机M04。五．实验方法及步骤

1．测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3-1。S1，S2：双刀双掷和单刀双掷开关，位于MEL-05。

30220V可调直流稳压电源电机定子一相绕组图3-1三相交流绕组电阻的测定R：四只900Ω和900Ω电阻相串联（MEL-03）。

A、V：直流毫安表和直流电压表，或采用MEL-06，或在主控制屏上。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50mA，因而直流毫安表的量程用200mA档。三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆，因而当流过的电流为50mA时三端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档，实验开始前，合上开关S1，断开开关S2，调节电阻R至最大（3600Ω）。

分别合上绿色“闭合”按钮开关和220V直流可调电源的船形开关，按下复位按钮，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3-1中。

表3-1室温℃绕组I绕组Ⅱ绕组ⅢI（mA）U（V）R（Ω）注意事项：（1）在测量时，电动机的转须静止不动。（2）测量通电时间不应超过1分钟。

（2）电桥法（选做）

用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥能大致平衡的位置，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。测量完毕后，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。记录数据于表3-2中。

电桥法测定绕组直流电阻准确度以灵敏度高，并有直接读数的优点。表3-2中

R（Ω）绕组I绕组II绕组III2．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3-2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3-2（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3-2（b）所示。用同样方法测出第三相绕组的首未端。”交流电源输出交流电源输出图3-2三相交流绕组首末端的测定3．空载试验测量电路如图3-3所示。电机绕组为△接法（UN=220伏），且电机不同测功机同轴联接，不带测功机。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。

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3-3中。

序UOC（V）号UAB1234567UBCUCAUOLIOL（A）IAIBICIOLPO（W）PIPIIPOcos4．短路实验

测量线路如图3-3。将测功机和三相异步电机同轴联接。

a．将起子插入测功机堵转孔中，使测功机定转子堵住。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，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。

a．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

主控制屏三相交流电源输出图3-3b三相笼型异步电机实验接线图（MEL-IIB）入表3-4中。做完实验后，注意取出测功机堵转孔中的起子。序UOC（V）号UAB1UBCUCAUKIOL（A）IAIBICIKPO（W）PIPIIPKcosK主控制屏三相交流电源输出图3-3a三相笼型异步电机实验接线图（MEL-I、MEL-IIA）2345675．负载实验选用设备和测量接线同空载试验。实验开始前，MEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。

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

b．调节测功机“转矩设定”旋钮使之加载，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。

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、转矩等数据，共读取5-6组数据，记录于表3-5中。

表3-5UN=220伏（△）序IOL（A）IBICI1PO（W）PIPIIP1nT2（N.m）（r/min）P2（W）号IA123456六．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：

r1lefrlc235ref235θC

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；θ

ref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、cos0=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ZK短路电阻rKUKIKPK23IK22rK短路电抗XKZK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r2"rKr1PO"定、转子漏抗X1"X2XK2KP=f(U)O2OPFe(2)由空载试验数据求激磁回路参数空载阻抗ZO空载电阻rOUOIOPO3I2OPmec0U2NU2O图3-4电机中的铁耗和机械耗22rO空载电抗XOZO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XmXOX1激磁电阻rmPFe23Io

式中PFe为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。

5.作工作特性曲线P1、I1、n、η、S、cos1=f(P2)由负载试验数据计算工作特性，填入表3-6中。

表3-6U1=220V（△）If=A

序号123456

电动机输入电动机输出计算值η(％)I1(A)P1(W)T2(Nm)n(r／min)P2（W）S(％)35

cos计算公式为：I1SIAIBIC33

1500n100%1500P13U1I1cos1

P20.105nT2P2100%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。

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PCU13I12r1转子铜耗PCU2PemS100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：

P0′=PFe+Pmec=PO-3I2Or1"2为了分离铁耗和机械损耗，作曲线POf(UO)，如图3-4。

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：P1P100%P1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。七．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？

2.从短路试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？

实验八三相异步电动机的起动与调速（综合性实验）

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．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。2．指针式交流电流表。

3．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。4．电机起动箱（MEL-09）。5．鼠笼式异步电动机（M04）。6．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。

起动前，把转矩转速测量实验箱（MEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-13的连接是否良好。

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MEL-13中的转速表，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，接通三相图3-5异步电机直接起动实验接线图主控制屏三相交流电源输出交流电源，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。

c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。

d．合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达2~3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表中，注意试验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。

对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算：

TST(IST2)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；

IST(UN)IKUK式中UK：起动试验时的电压值，V；UN：电机额定电压，V；测量值UK（V）IK（A）TK（N.m）计算值Tst(N.m)Ist(A)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MEL-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，图3-6异步电机星形-三角形起动MEL-05主控制屏三相交流电源输出合上电源开关，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。主控制屏交流电源输出图3-7绕线式异步电机转子绕组串电阻起动实验接线图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MEL-09的绕线电机起动电阻（分0，2，5，15，∞五档），MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关扳向“转速控制”，“转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。

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，逆时针调节“转速设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢（只有几十转），读取此时的转矩值Ist和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的起动转矩Tst和起动电流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3-9U=180伏Rst（Ω）Tst（N.m）Ist（A）025155．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。MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针到底，“转速设定”电位器顺时针到底。MEL-09“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．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3-10中。

表3-10中U=220伏T2=N.m

Rst（Ω）02515n（r/min）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。(YΔ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和起动转矩的影响。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？

实验九三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．纯电感负载特性：在n=nN、I=IN、cos≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。

5．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）。

6．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．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测功机，转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。

3．功率、功率因数表（或在主控制屏，或采用单独的组件MEL-20、MEL-24）。4．同步电机励磁电源（含在主控制屏右下方）。5．三相可调电阻器900Ω（MEL-03）。6．三相可调电阻器90Ω（MEL-04）。7．波形测试及开关板（MEL-05）。8．自耦调压器、电抗器（MEL-08）。9．三相同步电机M08。10．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℃

绕组II绕组III绕组II（mA）U（V）R（Ω）2．空载试验图4-1三相同步发电机实验接线图（MEL-I、MEL-IIA）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MEL-09中的3000Ω磁场调节电阻。Rst采用MEL-03中90Ω与90Ω电阻相串联，共180Ω电阻。RL采用MEL-03中三相可调电阻。XL采用MEL-08中三相可变电抗。S1、S2采用MEL-05中的三刀双掷开关。同步电机励磁电源为0~2.5A可调的恒流源，按装在主控制屏的右下部。须注意，切不可将恒流源输出短路。

V1、mA、A1为直流电压、毫安、安倍表，按装在主控制屏的右下部。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，同步电机励磁电源调节旋钮逆时针到底，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板向“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1500s/min并保持恒定。

（1）合上同步电机励磁电源船形开关，调节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

2n=nN=1500r/min345

I=0678（4）减小M08电机励磁电流，使If单方向减至零值为止。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）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。

1

2n=nN=1500r/min345

I=0678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。二条曲线的出图4-2上升和下降两条空载特性现，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。

（1）同步电机励磁电流源调节旋钮逆时针到底，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=1.2IK，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）实验步骤：

（1）未上电源前，把同步电机磁励电源调节旋钮逆时针调到底，调节可变电抗器使其阻抗达到最大，同时折除同步电机定子端的短接线。

（2）按空载试验方法起动直流电动机M03，调节发电机的转速达1500r/min，并保持恒定。开关S2扳向“1”端，使电机带纯电感负载运行。

（3）调节直流电动机的磁场调节电阻Rf和可变电抗器使同步发电机端电压

45

图4-3校正过的下降空载特性1U=0V23n=nN=1500r/min456784．纯电感负载特性接近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。测取7-8组数据并记录于表4-5中。表4-5

序号UO（V）If（A）

1n=nN=1500r/min2345I=IN=

6A785．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）

n=nN=1500r/min123If=4A5cos=16786．测同步发电机在负载功率因数为0.8时的外特性。（1）分别把三相可变电阻RL和三相可变电抗XL调至最大，并把同步电机励磁电源调节旋钮逆时针调到底。

（2）按空载方法起动直流电动机，并调节电机转速使其达同步电机额定转速n=nN=1500r/min，且保持转速额定。把开关S1、S2均合向“1”端，把RL和XL并联使用作为发电机G的负载。

（3）合上同步电机励磁电源船形开关，分别调节同步电机励磁电流If，负载电阻RL和可变电抗XL，使同步发电机的端电压达额定值UN=220伏，负载电流达额定值且功率因数为0.8。

（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和可变电抗器XL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。记录6-7组数据于表4-6中。

表4-6

序号U（V）I（A）

n=nN=1500r/min123If=4A5cos=0.86787．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）

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Xσ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Xd（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Xd（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％。

U=UN=220V123n=nN=1500r/min45678七．思考题

1.定子漏抗Xσ和保梯电抗Xp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？

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