实验一 认识直流电动机
一、实验目的
1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
二、预习要点
1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果?
3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果? 4、直流电动机调速及改变转向的方法。 三、实验项目
1、了解DZ01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序
1、实验设备 序 号 型 号 名 称 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 2 DJ23 校正直流测功机 3 DJ15 直流并励电动机 4 5 6 7 8 D31 D42 D44 D51 D41 直流数字电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 三相可调电阻器 数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 1 件 五、实验说明及操作步骤
1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2、用伏安法测电枢的直流电阻
+R
220VMV 电枢电源 -AS 1
图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图
（1）按图1-1接线，电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。A表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A档。开关S选用D51挂箱。
（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。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U和电流I。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表1-1中。
（3）增大R使电流分别达到0.15A和0.1A，用同样方法测取六组数据列于表1-1中。
取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值 1R?(Ra1?Ra2?Ra3)a 表1-1 室温 ℃ 3序号 U（V） I（A） R（ 平均）（Ω） Ra（Ω） Raref（Ω） Ra11= 1 Ra12= Ra1= Ra13= Ra21= 2 Ra22= Ra2= Ra23= Ra31= 3 Ra32= Ra3= Ra33= 表中： 111R?(Ra31?RA32?Ra33)Ra1?(R?R?R)R?(R?R?R)a3a12a13a2a21a22a23 3a1133（4）计算基准工作温度时的电枢电阻 由实验直接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：
235??ref Raref?Ra235??a
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。（℃）
3、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
2
如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V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1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。
（3）电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。 （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，电枢回路R1可选用D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。 4、直流他励电动机的起动准备
按图1-2接线。图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用D31。Rf1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用D42的1800Ω阻值的变阻器。作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R2选用D41的90Ω电阻6只串联和D42的900Ω与900Ω并联电阻相串联作为MG的负载电阻。 接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。
5、他励直流电动机起动步骤
（1）检查按图1-2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢靠。然后，将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG
励磁电源 －+220V If2A2IfA
Rf2
Rf1
V2 R1IFA4
IA3 S V1 220V－+电枢电源
图1－2 直流他励电动机接线图
的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，作好起动准备。
（2）开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左
并励绕组1 3
并磁绕阻边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2 等于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M起动。 （3）M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正向偏转 ，若不正确，可拨动转速表上正、反向开关来纠正。调节控制屏上电枢电源‘电压调节’旋钮，使电动机端电压为220伏。减小起动电阻 R1阻值，直至短接。
（4）合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2 阻值，使MG的负载电流IF 改变，即直流电动机M的输出转矩T2 改变（按不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f(IF)，可得到M不同的输出转矩T2值）。 （5）调节他励电动机的转速
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Rf1，观察转速变化情况。
（6）改变电动机的转向
将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向。
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Rf1调至最小，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，然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。
2、直流他励电动机停机时，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的起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值，给下次起动作好准备。
3、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。 4、若要测量电动机的转矩T2 ，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值：100mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。
七、实验报告
1、画出直流他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Rf1应调到什么位置?为什么?
2、在电动机轻载及额定负载时，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
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、η=f（Ia）、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，测取n=f（If）。 四、实验方法 1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D41 D42 D44 D51 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 数 量 1台 1台 1台 2件 1件 1件 1件 1件
2、并励电动机的工作特性和机械特性
1）按图2-1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的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用D44的1800Ω阻值。Rf2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1用D44的180Ω阻值。R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
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If2A2Rf2励磁绕组Rf1A1IfV1V2IFA4A3IaSR2+I220V电枢电源R1并励绕组－+励磁电源220V－
图2－1 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Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1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R1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If2为校正值（50mA或100 mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值： U＝UN，I＝IN，n＝nN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。
4）保持U＝UN，If=IfN，If2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Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录于表2-1中。
表2－1 U＝UN＝ V If=IfN= mA If2= mA Ia（A） 实验n（r/min） 数据 IF（A） T2（N·m） 计 P2（W） 算 P1（W） 数 η（％） 据 Δn（％） 3、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R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，If＝IfN记下此时MG的IF值。
2）保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使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。
3）共取数据8-9组，记录于表2-2中
6
表2－2 If＝IfN＝ mA T2＝ N·m Ua（V） n（r/min） Ia（A） （2）改变励磁电流的调速 1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG的磁场调节电阻If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，I＝0.5IN记下此时的IF值。
2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至n＝1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia。共取 7－8组记录于表2－3中。
表2－3 U＝UN＝ V T2＝ N·m n（r/min） If（mA） Ia（A） 五、实验报告
1、由表2-1计算出P2和η，并给出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N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。
电动机输入功率： P1=UI 输入电流： I=Ia+IfN 电动机效率： P??2?100% P1n0?nN ?n%??100%nN由工作特性求出转速变化率：
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
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？
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实验三 直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
一、 实验目的
了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性
二、 预习要点
1、改变他励直流电动机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、电动及回馈制动状态下的机械特性 2、电动及反接制动状态下的机械特性 3、能耗制动状态下的机械特性
四、实验方法
1、实验设备
序 号 型 号 1 2 3 4 5 6 7 8 DJ15 DJ23 D31 D41 D42 D44 D51 名 称 直流并励电动机 校正直流测功机 直流电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 2件 1件 1件 1件 1件 DD03 导轨、测速发电机及转速表
按图3-1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。
2、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性
(1) R1、R2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R3选用D42上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。 (2) R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min量程。开关S1、S2选用D51挂箱上的对应开关，并将S1合向1电源端，S2合向
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2'短接端(见图6-1)。
A2A4 R4R2Ia
122'1'＋
S1MMG220VV1V2S2 －
＋
If －A1A3 R1R3
图 3-1他励直流电动机机械特性测定的实验接线图
(3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M起动运转。调节“电枢电源”电压为 220V；调节R2阻值至零位置，调节R3阻值，使电流表A3为100mA。 (4) 调节电动机M的磁场调节电阻R1阻值，和电机MG 的负载电阻R4阻值(先调节D42上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接)。使电动机M的n=nN=1600r/min，IN=If+Ia=1.2A。此时他励直流电动机的励磁电流If为额定励磁电流IfN。保持U=UN=220V ，If=IfN，A3表为100mA。增大R4阻值，直至空载(拆掉开关S2的2'上的短接线)，测取电动机M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取8-9组数据记录于表3-1中。
(5) 在确定S2上短接线仍拆掉的情况下，把R4调至零值位置(其中D42上1800Ω阻值调至零值后用导线短接)，再减小R3阻值，使MG的空载电压与电枢
电源电压值接近相等 (在开关S2两端测)，并且极性相同，把开关S2合向1'端。 (6) 保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，调节R3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A2表的电流值为0A时，此时电动机转速为理想空载转速（此时转速表量程应打向正向3600r/min档），继续增加R3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900 r/min，测取M的n、Ia。共取8～9组数据记录于表6-2中。
(7) 停机（先关断“电枢电源”开关，再关断“励磁电源”开关， 并将开关S2合向到2'端）。
表3-1 UN=220V IfN= mA
励磁电源电枢电源 DJ15励磁绕组
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DJ23励磁绕组 Ia（A） n（r/min） 表3-2 UN=220V IfN= mA Ia（A） n（r/min） 3、R2=400Ω时的电动运行及反接制动状态下的机械特性
(1) 在确保断电条件下，改接图3-1，R1阻值不变，R2用D42的900Ω与900Ω并联并用万用表调定在400Ω，R3用D44的180Ω阻值，R4用D42上1800Ω阻值加上D41上6只90Ω电阻串联共2340Ω阻值。 (2) 转速表n置正向1800r/min量程，S1合向1端，S2合向2'端( 短接线仍拆掉)，把电机MG电枢的二个插头对调，R1 、R3置最小值，R2置400Ω阻值， R4置最大值。
(3) 先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使电动机M 起动运转，在S2两端测量测功机MG的空载电压是否和“电枢电源”的电压极性相反，若极性相反，检查R4阻值确在最大位置时可把S2合向1'端。
(4) 保持电动机的“电枢电源”电压U=UN=220V，If=IfN不变， 逐渐减小R4阻值（先减小D44上1800Ω阻值，调至零值后用导线短接），使电机减速直至为零。把转速表的正、反开关打在反向位置，继续减小R4阻值，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于电势反接制动状态运行，直至电动机M的Ia=IaN，测取电动机在1、4象限的n、Ia共取12～13 组数据记录于表3-3中。
(5) 停机( 必须记住先关断“电枢电源”而后关断“励磁电源”的次序，并随手将S2合向到2'端)。
表3-3 UN=220V IfN= mA R2=400Ω Ia（A） n（r/min） 五、实验报告
根据实验数据，绘制他励直流电动机运行在第一、第二、第四象限的电动和制动状态及能耗制动状态下的机械特性n=f(Ia)(用同一座标纸绘出)。
六、思考题
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？
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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U0=f(I0)，P0=f(U0) , cosφ0=f(U0)。 2、短路实验
测取短路特性UK=f(IK)，PK=f(IK), cosφK=f(IK)。 3、负载实验 （1）纯电阻负载
保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。 （2）阻感性负载
保持U1=UN，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f(I2)。
四、实验方法
1、实验设备
序号 1 2 3 4 5 6 7
**WAI0A型 号 D33 D32 D34-3 DJ11 D42 D43 D51 名 称 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 三相组式变压器 三相可调电阻器 三相可调电抗器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 DD01三相调压交流电源UVV1U055VV2UAXW xX 11
图4-1 空载实验接线图
2、空载实验
1）在三相调压交流电源断电的条件下，按图4-1接线。被测变压器选用三相组式变压器DJ11中的一只作为单相变压器，其额定容量 PN=77W，U1N/U2N=220/55V，I1N/I2N=0.35/1.4A。变压器的低压线圈a、x接电源，高压线圈A、X开路。
2）选好所有电表量程。将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转到底，即将其调到输出电压为零的位置。
3）合上交流电源总开关，按下“开”按钮，便接通了三相交流电源。调节三相调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2UN ，然后逐次降低电源电压，在1.2～0.2UN 的范围内，测取变压器的U0、I0、P0。
4）测取数据时，U=UN点必须测，并在该点附近测的点较密，共测取数据7-8组。记录于表4-1中。 5）为了计算变压器的变比，在UN以下测取原方电压的同时测出副方电压数据也记录于表4-1中。
表4-1 实 验 数 据 计算数据 序号 U0(V) I0(A) P0(W) UAX(V) cosφ0 3、短路实验
1）按下控制屏上的“关”按钮，切断三相调压交流电源，按图4-2接线（以后每次改接线路，都要关断电源）。将变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
*
Aa*AW
IKPKU
VV1UK W
xX
图4-2 短路实验接线图
DD01三相调压交流电源12
2）选好所有电表量程，将交流调压器旋钮调到输出电压为零的位置。
3）接通交流电源，逐次缓慢增加输入电压，直到短路电流等于1.1IN 为止，在(0.2～1.1)IN范围内测取变压器的UK、IK、PK。
4）测取数据时，IK=IN点必须测，共测取数据6-7组记录于表4-2中。实验时记下周围环境温度(℃)。
表4-2 室温 ℃ 序实 验 数 据 计 算 数 据 号 UK（V） IK（A） PK（W） cosφK
4、负载实验
实验线路如图4-3所示。变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。RL选用D42上900Ω加上900Ω共1800Ω阻值，XL选用D43，功率因数表选用D34-3，开关S1和S2选用D51挂箱
* COSФAaA*WA1A2 U VaV2L1V155VRL S2S1W xXx 图4-3 负载实验接线图
（1）纯电阻负载
1）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S1、S2打开，负载电阻值调到最大。
2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=UN。
3）保持U1=UN，合上S1，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻RL的值，从空载到额定负载的范围内，测取变压器的输出电压U2和电流I2。
4）测取数据时，I2=0和I2=I2N=0.35A必测，共取数据6-7组，记录于表4-3
DD01三相可调交流电源13
中。
表4-3 cosφ2=1 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A） （2）阻感性负载（cosφ2=0.8） 1）用电抗器XL和RL并联作为变压器的负载，S1、S2打开，电阻及电抗值调至最大。
2）接通交流电源，升高电源电压至U1=U1N
3）合上S1、S2，在保持U1=UN及cosφ2=0.8条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内，测取变压器U2和I2。
4）测取数据时，其I2=0，I2=I2N两点必测，共测取数据6-7组记录于表4-4中。
表4-4 cosφ2=0.8 U1=UN= V 序 号 U2（V） I2（A） 五、注意事项
1、在变压器实验中，应注意电压表、电流表、功率表的合理布置及量程选择。 2、短路实验操作要快，否则线圈发热引起电阻变化。
六、实验报告
1、计算变比
由空载实验测变压器的原副方电压的数据，分别计算出变比，然后取其平均值作为变压器的变比K。 K=UAX/Uax
2、绘出空载特性曲线和计算激磁参数
（1）绘出空载特性曲线U0=f(I0)，P0=f(U0)，cosφ0=f(U0)。 式中：
Pcos?0?0
UI （2）计算激磁参数 P00rm?0 从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式算出激磁参2I0数
U Zm?0I0
22 Xm?Zm?rm 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)。
14
（2）计算短路参数
从短路特性曲线上查出对应于短路电流IK=IN时的UK和PK值由下式算出实验环境温度为θ(℃)时的短路参数。
UK ZK'?IK
P rK'?K2IK
'2'2 XK'?ZK?rK折算到低压方
ZK'Z? KK2
r'rK?K2
K
X' XK?KK2由于短路电阻rK随温度变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75℃时的阻值。 234.5?75r?r K75?CK?234.5?? 22Z?r?XK75?CK75?CK 式中：234.5为铜导线的常数,若用铝导线常数应改为228。
计算短路电压(阻抗电压)百分数
IZ
uK?NK75?C?100% UN INrK75?Cu??100%Kr UN
IXuKX?NK?100%
UN
IK=IN时短路损耗PKN= IN2rK75℃
4、利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“T”型等效电路。
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?U2?u?20?100% U20
（2）根据实验求出的参数，算出I2=I2N、cosφ2=1和I2=I2N、cosφ2=0.8时的电压变化率Δu。
15
?u?uKrcos?2?uKXsin?2将两种计算结果进行比较,并分析不同性质的负载对变压器输出电压U2的影响。
6、绘出被试变压器的效率特性曲线
(1)用间接法算出cosφ2=0.8不同负载电流时的变压器效率,记录于表4-5中。
?2P0?I2PKN
??(1??)?100%?2 I2PNcos?2?P0?I2PKN
式中：
?I2PNcos?2?P 2(W)
PKN为变压器IK=IN时的短路损耗(W)；
P0为变压器U0=UN 时的空载损耗(W)。 * 为副边电流标么值
I2?I2I2N表4-5 cosφ2=0.8 P0= W PKN= W I*2 P2(W) η 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 (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。
P0 ?m?PKN
16
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时应注意哪些问题？一般电源应加在哪一方比较合适？
三、实验项目
1、测定变比 2、空载实验
测取空载特性U0L=f(I0L)，P0=f(U0L), cosφ0=f(U0L)。 3、短路实验
测取短路特性UKL=f(IKL)，PK=f(IKL) ，cosφK=f(IKL)。 4、纯电阻负载实验
保持U1=UN，cosφ2=1的条件下，测取U2=f(I2)。
四、实验方法
1、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 2、测定变比
型 号 D33 D32 D34-3 DJ12 D42 D51 名 称 交流电压表 交流电流表 单三相智能功率、功率因数表 三相心式变压器 三相可调电阻器 波形测试及开关板 axXA数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 DD01三相调压交流电源UbBVyYWcU1VzZVU2C图5-1 三相变压器变比实验接线图
17
实验线路如图5-1所示，被测变压器选用DJ12 三相三线圈心式变压器，额定容量PN=152/152/152W，UN=220/110/55V，IN=0.4/0.8/1.6A， Y/△/Y接法。实验时只用高、低压两组线圈,低压线圈接电源，高压线圈开路。将三相交流电源调到输出电压为零的位置。开启控制屏上电源总开关，按下“开”按钮，电源接通后，调节外施电压U=0.5UN＝27.5V测取高、低线圈的线电压UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Uca，记录于表5-1中。 表5-1 高压绕组线电压(V) UAB UBC UCA 低压绕组线电压(V) Uab Ubc uca KAB KBC KCA 变比(K)
UUU计算：变比K：
KAB?AB KBC?BC KCA?CA UabUbcUca
平均变比：
1K?(KAB?KBC?KCA)
3
3、空载实验
1) 将控制屏左侧三相交流电源的调压旋钮调到输出电压为零的位置，按下“关”按钮,在断电的条件下，按图5-2接线。变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。
*xAaX
A1W1* U V1V3 ybYBVA2 V2W图5-2三相变压器空载实验接线图 zcCZ*A3 W2* 2) 按下“开”按钮接通三相交流电源，调节电压，使变压器的空载电压
U0L=1.2UN。
3) 逐次降低电源电压，在(1.2～0.2)UN范围内， 测取变压器三相线电压、线电流和功率。
4) 测取数据时，其中U0=UN的点必测,且在其附近多测几组。共取数据8-9组记录于表5-2中。 表5-2 DD01三相调压交流电源实 验 数 据 序 号 Uab U0L(V) Ubc Uca Ia0 I0L(A) Ib0 Ic0 P0(W) P01 P02 U0L (V) 计 算 数 据 I0L P0 cosΦ0 (A) (W) 18
4、短路实验 1) 将三相交流电源的输出电压调至零值。按下“关”按钮，在断电的条件下，按图5-3接线。变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
2) 按下“开”按钮，接通三相交流电源，缓慢增大电源电压，使变压器的短路电流IKL=1.1IN。
*
AXaxA1W1 *U
V3V1
YBVy A2
V2W
ZCcz A3*W2
*
图5-3 三相变压器短路实验接线图
3) 逐次降低电源电压，在1.1～0.2IN的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率。
4) 测取数据时，其中IKL=IN点必测，共取数据5-6组。记录于表5-3中。实验时记下周围环境温度(℃)，作为线圈的实际温度。 表5-3 室温 ℃ 实 验 数 据 序 号 UAB
计 算 数 据 PK(W) UKL (V) IKL (A) PK cosΦK (W) UKL(V) UBC UCA IAK IKL(A) IBK 19
ICK PK1 PK2
aUb x X A A1 5、纯电阻负载实验 VyYBA2WcU1VzZVU2CA3SRL图5-4 三相变压器负载实验接线图
1) 将电源电压调至零值，按下“关”按钮，按图5-4接线。变压器低压线圈接电源,高压线圈经开关S接负载电阻RL，RL选用D42的1800Ω变阻器共三只，开关S选用D51挂件。将负载电阻RL阻值调至最大，打开开关S。
2) 按下“开”按钮接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=UN。 3) 在保持U1=U1N的条件下，合上开关S，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，测取三相变压器输出线电压和相电流。
4) 测取数据时，其中I2=0和I2=IN两点必测。共取数据7-8 组记录于表5-4中。
表5-4 U1=U1N= V； cosφ2=1 序号
U2（V） UAB UBC UCA U2 IA I2（A） IB IC I2 五、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。
六、实验报告
1、计算变压器的变比
根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。
20
UUUAB , KBC?BC , KCA?CA UabUbcUca 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U0L =f(I0L)，P0=f(U0L)，cosφ0=f(U0L) 表5-2中
U?Ubc?Uca U 0L ?ab3
I?Ib?Ic I0L?a3
P0?P01?P02
P0
cos?0? 3UOLIOL (2)计算激磁参数
从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时的I0L和P0值，并由下式求取激磁参数。
Prm?02
3I0?
U0?U
Zm??0L I0?3I0L 22Xm?Zm?rm
KAB?式中 U0??U0L , I0??I0L ，P0 ——变压器空载相电压，相电流，三相空3载功率（注：Y接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）。 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 UKL=f(IKL)，PK=f(IKL)，cosφK=f(IKL) 式中 U?UBC?UCAUKL?AB 3 I?IBK?ICKIKL?AK 3 PK?PK1?PK2 PKcos?? K3UKLIKL
(2) 计算短路参数
从短路特性曲线查出对应于IKL=IN时的UKL和PK值，并由下式算出实验环境温度θ℃时的短路参数
P 'rK?K23IK ?UK? UKL'ZK?? IK?3IKL X'?Z'2?r'2KKK 21
U 式中 U K ? ? KL , I K ? ? I KL ? I N , PK——短路时的相电压、相电流、
3三相短路功率。 'ZK折算到低压方 ZK?2K
'rK rK?2K
'XK
XK?2 K换算到基准工作温度下的短路参数ｒK75℃和ZK75℃，（换算方法见实验4单相变压器）
计算短路电压百分数
IN?ZK75?C uK??100%UN?
Ir
uKr?NK75?C?100% UN? INXKu??100% KXUN? 2PKN?3INr?C 计算IK=IN时的短路损耗 ? K 75
4、根据空载和短路实验测定的参数， 画出被试变压器的“T”型等效电路。 5、变压器的电压变化率
(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?U2
?u?20?100% U20
(2) 根据实验求出的参数，算出I2=IN，cosφ2=1时的电压变化率
?u??(uKrcos?2?uKXsin?2)
6、绘出被试变压器的效率特性曲线
(1) 用间接法算出在cosφ2=0.8时，不同负载电流时变压器效率，记录于表5-5中。
表5-5 cosφ2=0.8 P0= W PKN= W I2* 0.2 0.4 0.6 0.8 P2(W) η 22
1.0 1.2 ?2P0?I2PKN ??(1?*)?100%*2I2PNcos?2?P0?I2PKN
式中 I*2PNcosφ2=P2
PN为变压器的额定容量
PKN为变压器IKL=IN时的短路损耗 P0为变压器的U0L=UN时的空载损耗 (2) 计算被测变压器η=ηmax时的负载系数βm。 P0??m PKN
23
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、直接起动
2、星形——三角形(Y-Δ)换接起动。 3、自耦变压器起动。
4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
四、实验方法
1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 型 号 DD03 DJ16 DJ17 DJ23 D31 D32 D33 D43 D51 DJ17-1 DD05 名 称 导轨、测速发电机及转速表 三相鼠笼异步电动机 三相线绕式异步电动机 校正过的直流电机 直流电压、毫安、安培表 交流电流表 交流电压表 三相可调电抗器 波形测试及开关板 起动与调速电阻箱 测功支架、测功盘及弹簧秤 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1套 2、三相鼠笼式异步电机直接起动试验
U A V
V
W 24 图6-1 异步电动机直接起动
1) 按图6-1接线。电机绕组为Δ接法。异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接负载电机DJ23。
2) 把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。
3) 调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转，(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电源)。
4)再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下 “开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)。 3、星形——三角形(Y-Δ)起动
B UAXA
C VY
AV
S WZC
Y
图6-2 三相鼠笼式异步电机星形——三角形起动
1) 按图6-2接线。线接好后把调压器退到零位。
2) 三刀双掷开关合向右边(Y接法)。合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，打开电源开关，待电机停转。
3) 合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机(Δ)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。
4、自耦变压器起动。
1) 按图6-3接线。电机绕组为Δ接法。
2) 三相调压器退到零位，开关S合向左边。自耦变压器选用D43挂箱。 3) 合上电源开关，调节调压器使输出电压达电机额定电压220伏，断开电源开关，待电机停转。
4) 开关S合向右边，合上电源开关，使电机由自耦变压器降压起动( 自耦变压器抽头输出电压分别为电源电压的40%、60%和80%)并经一定时间再把S合向左边，使电机按额定电压正常运行，整个起动过程结束。 观察起动瞬间电流以作定性的比较。
25
VUAVVWS 图6-3 三相鼠笼式异步电动机自耦变压器法起动
5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动
电机定子绕组Y形接法 1) 按图6-4接线。
2) 转子每相串入的电阻可用DJ17-1起动与调速电阻箱。
4) 接通交流电源，调节输出电压(观察电机转向应符合要求)，在定子电压为180伏，转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流和转矩。
5) 数据记入表6-1中。
5Ω15Ω2Ω
UA
15Ω5Ω2Ω V V2Ω15Ω5Ω W 图6-4 线绕式异步电机转子绕组串电阻起动
表6-1 Rst(Ω) Ist(A) 0 2 5 15 6、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速 1) 实验线路图同图6-3。同轴联接校正直流电机MG作为线绕式异步电动机M的负载，MG的实验电路参考图2-1左接线。电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。
2) 合上电源开关，电机空载起动， 保持调压器的输出电压为电机额定电压220伏，转子附加电阻调至零。
26
3) 调节校正电机的励磁电流If为校正值(100mA或50mA)，再调节直流发电机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T2不变，改变转子附加电阻(每相附加电阻分别为0Ω、2Ω、5Ω、15Ω)， 测相应的转速记录于表6－2中。
表 6-2 U=220V If= mA T2= N·m rst(Ω) n(r/min) 0 2 5 15 五、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 U 3 。(Y-Δ起动)
N (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、线绕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、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。
六、思考题
1、起动电流和外施电压成正比，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？
27
电机与拖动实验指导书(修改2013)
