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第5章 自整角机
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你可能喜欢《电机及电力拖动实验指导书》徐东辉武汉大学电气工程学院 2005．21目录实验要求 常用电机测试仪表使用 电机基本实验部分 第一章 变压器 实验一 认识实验( 单相变压器的特性测试 ) 实验二 单相变压器 实验三 三相变压器的连接组 实验四 三相变压器 第二章 异步电机 实验一 三相鼠笼式异步电动机参数的测定 实验二 三相鼠笼式异步电动机的起动和调速 第三章 同步电机 实验一 三相同步发电机的运行特性 实验二 三相同步发电机参数的测定 第四章 直流电机 实验一 直流发电机 实验二 直流电动机 第五章 控制电机 实验一 步进电机实验 实验二 力矩式自整角机实验 综合实验部分 三相变压器的并网运行 三相变压器的不对称短路 三相鼠笼式异步电动机的工作特性 异步电动机 SPWM 与电压空间矢量变频调速系统 三相同步发电机并网运行 自选实验部分 实验一 三相三绕组变压器 实验二 三相变压器的不对称短路 实验三 三相同步电动机 实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 设计性实验部分 实验一 电机节能运行专题 附录一：电机实习 附录二：电机实验装置简介2实 验 要 求实验以小组为单位进行，推选组长一人负责组织全组的实验工作，实验课可分为三个 部分：(1) 预习；(2) 实验；(3) 分析讨论和写作实验报告。 1. 预习 根据《电机实验》中提出的内容，明确实验的目的和要求，复习有关章节和参考有关 资料，拟定实验、线路图及操作方法步聚，预计所得的结果和有关曲线的形状，同时了解 实验过程中应当注意的问题，防止发生事故。 2. 实验 (1) 上课时，指导老师根据实验目的及内容检查学生的预习、准备情况 (2) 根据实验要求及机组名牌数据，选择适当量程的仪表及辅助设备，分工进行连结 互相检查并讨论改正，最后经指导老师检查同意后，方可分闸试验，如试验过程中改变了 线路，也必须经教师检查。 (3) 实验按预定步骤进行，注意正确的操作方法，观察与分析实验数据，并由组长指 挥，分工同时读数，实验如发现异常现象或数据中有问题时，应及时停止实验，进行分析 研究，不可盲动，以免以生事故，在实验过程中应注意安全。 (4) 记录者应预先画好记录表格，并将所用仪表、电机编号记下，以便事后发现问题 时查核。 (5) 实验完毕。先对实验记录数据进行初步检查分析，看有无漏误，然后交指导老师 检查并签字后方可拆线，最后将仪表开关和导线整理好，按一定的位置放置，搞好清洁工 作后方可离开实验室。 3. 分析讨论及写实验报告 实验后作报告一份，应对整个实验内容进行分析讨论，提出总结，对实验过程发生的 问题和现象应当很好地加以研究分析，提出意见。一、实验报告的内容 每次实验报告都应包括下列项目和内容： 1. 实验名称、日期、班号、姓名、同组者姓名； 2. 实验目的； 3. 实验内容； 4. 实验中所采用的接线图；35. 实验中所用仪表，机组的规格及编号； 6. 实验中所得记录数据； 7. 根据记录数据所做的计算示例，图表及曲线； 8. 对实验结果及现象所作的分析讨论、结论。4电机测试仪表使用说明1. 电流表 电流表是用来测量各种电器的电流强度的表计，它有直流电流表和交流电流表两种。 使用电流表时应注意下列几点： (1) 仪表的量程（即仪表所能测量的范围）必须满足本实验所要测量的最大电流值。 (2) 电流表必须和负载串联。 (3) 电机启动时，不得将电流表接入电路内。 (4) 使用直流电流表时，应该注意电表的正、负端，不要因接错而使指针偏转方向相 反，损坏指针。 (5) 使用前必须分清测量的电流是直流还是交流，使用的电流表应和被测电流的性质 相符。 2. 电压表 电压表是用来测量电压量值的表计，它分直流电压表和交流电压表两种。使用电压表 时应注意下列几点： (1) 本实验所量测的大致电压值应在所选择仪表的测量范围内。 (2) 电压表必须和负载并联。 (3) 使用直流电压表时应注意表计的正、负端，可先插一个试笔头，用另一个试笔头 轻轻插一下，看电压指针偏转方向是否正确，如果不对，把两试笔互换插入即可。 (4) 使用前必须分清测量的电压是直流还是交流，所用电压表应与被测电压性质相符 合。 3. 单相功率表 单相功率表是用来测量单相线路或负载的功率的，也称瓦特计。还有一种专用于测量 低功率因数的功率表。单相功率表具有一个电压线圈和一个电流线圈，所以接线时应接四 个接头，两个电流接头，两个电压接头，其原理图如图所示，使用时应注意下列几点：5* * U电 压 线 圈 电 流 线 圈 负 载图1 (1) 使用功率表时要与电压表及电流表联合使用，所测量的最大电压值及最大电流值 不得超过所选仪表的量测范围，两者有一个不符合时，应调换仪表。 (2) 接线时电压线圈与电流线圈不能接错，电压线圈应与负载并联，电流线圈应与负 载串联，同时同极性端（表上注有*号的）短接。 (3) 低功率因素功率表，在仪表刻盘上有 cos?0.1 或 cos?0.2 等字样。使用该表时必 须同时观察电流表及电压表所指标的值，因为可能发生电压及电流值没有超出量程，而功 率表指针已摆出满标；也可能发生电压或电流值已超出量程，而功率表指针还没有摆出满 标；上述两种情况会使仪表损坏。 (4) 在功率表的下部，常有一个可转动的旋钮，它具有两个位置，当量测功率时指针 偏转反了可将旋钮从一个位置转到另一个位置。 4. 三相功率表 三相功率表是用来测量三相交流电路的功率的，其内部结构原理和二瓦特计测量三相 交流电路功率的原理一样，其原理图如图 2 所示。三相功率使用时应注意以下几点：电流线圈 A * 电压线圈 C *A6BC图2 (1) 检查仪表电压、电流的量测范围是否适用于本实验所测之值。若超过，则应接互 感器，并根据仪表给定之允许电流，估计 cos? 最坏时线路的最大电流值，以此确定互感 器之变化比较是否合适，以免烧坏仪表。 (2) 测量功率时，应先将电压头（A、B、C）接入线路中，再将 A 相和 C 相的电流接入； 同时要注意仪表上“*”号应接到电路的电源端，这样读出的才是输入的三相功率。 (3) 使用时必须与电压、电流表同时接入电路中。、 5. 转速表 机械式转速表：把转速表的橡皮头插入电机转轴端小孔，插入时其转动轴应保持水平， 切勿上、下、左、右倾斜，以免把表的转动轴扭弯，损坏仪表。7第一章 实验一变压器 认识实验一、 实验目的 1、了解电机实验室概况，主要设备的使用方法，学生实验守则和安全技术规程等规章 制度。 2、通过做单相变压器的负载实验，学习进行电机实验的方法。 二、 实验内容 1、预习时，必须阅读以下资料 （1）实验指导书有关部分，了解本次实验所用仪器设备的正确使用方法。 （2）电机实验室的实验守则和安全制度。 2、由教师讲解下列内容 （1）电机实验室概况 （2）实验室的安全措施 （3）实验设备的结构和使用 3、由教师讲解实验典型示范线路，并做实验操作演示，同学听讲时注意以下问题 （1）实验中的注意事项。 （2）所用实验设备仪表的合理布置、线路联接的美观、准确、简洁。 （3）实验时组内成员如何分工配合，如何逐步增加和减小负载。 （4）测量方法及注意事项，如何同时读取数据。 （5）实验记录表格及内容。 4、按下列实验内容接线 二、实验项目。 做单变压器的负载实验，用电阻作变压器的负载。保持变压器原边电压为额定值、输出 电流为额定值左右、功率因数为 COS ? 2 =1 时，测量原、副边的电压、电流和功率。 （2）实验线路、仪表选择、实验步骤等参看“三、实验方法”。 （3）接线时，应按照（实验守则）的要求进行工作，接完线后，组内成员互相检查。 5、对照典型示范线路，改进本组的实验线路及仪表设备的布置，经教师检查同意后， 再接电源进行实验。实验完毕，自己先检查数据是否完全，再经教师复查签定后方可拆 线，归还仪表（注意对号入座）、设备、导线等，并整理好现场。（以后每次实验都应 这样）。 三、 实验方法 1、实验室单相变压器铭牌上主要数据如下 额定容量 231VA 额定电压 220/55V 额定电流 0.35/1.4A 额定频率 50Hz 2. 变压器外特性的测定 实验线路如图 1-1 所示。变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关 S1 接到负载电 阻 RL 上。RL 选用 MEL-03，功率因数表选用主控屏左侧交流功率表 W1、cos?1。 接通电源前，将交流电源调到输出电压为零的位置，负载电阻调到最大，然后接通交 流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输出电压 U1=UN，在保持 U1=UN 的条件下，逐渐增 加负载电流，即减小负载电阻 RL 的阻值，在 I2=0 和 I2=I2N 两点测取变压器的输出电压8U2 和电流 I1，P1 和 P2，记录于表 1-1 中.图 1-1 负载实验接线图 表 1-1 序 号cos?2 = 1U1 = UN =VU 2 (V)U 20 (V)U 2 （V）I 1 （A）I 2 （ A）P 1 （W）P2 （W）五、注意事项 1. 由于变压器作为升压变压器使用， 并用调压器提供原边绕组电压 U1， 故使用调压 器时应先调到零，升压时应用电压表监测调压器输出电压，防止被测变压器输出过 高电压而损坏实验设备。 2、合电源前要将调压器的手柄转到输出电压为零的位置。 3、在调节过程中随时观察电表的指示数值，不要使变压器过载。 4、加负载时应随时注意保持实验的条件，如 U 1 =U 1n =220 伏。 5、使用单相功率表时，电压、电流及功率都不要超过量程。 六、实验报告 1．列表整理实验数据。 2．计算被试变压器的变比 K，电压变化率△U 及效率 ? 值。K?U 20 U19, U1 N ? U 2 ?U ? ? N??p2 ? 3．实验体会。 七、教师演示用二表法测三相功率的方法 同学们在上述实验内容结束以后，可以自己动手操作一下。10实验二一、实验目的用实验方法测定变压器的参数。单相变压器二、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，仪表应怎样联接才能使测量误差最小？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)。 四、实验方法 1.空载实验 实验线路如图 2-1 所示，变压器 的低压线圈 2U1、2U2 接电源，高压线 圈开路。选好所有电表量程，调压旋 钮调到输出电压为零的位置，合上交 流电源并调节调压旋钮，使变压器空 载电压 Uo=1.2UN，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 Uo、Io、Po，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比，在 UN 以 下测取原方电压的同时测出副方电压，取三组数据记录 于表 2-1 中。 表 2-1 序 实 验 数 据 计算数据 号 Uo（V） Io（A） Po（W） U1U1.2U2（V） cos?O112.短路实验 实验线路如图 2-2 所示，变压器的 高压线圈接电源，低压线圈直接短路。 选好所有电表量程，接通电源前，先将 交流调压旋钮调到输出电压为零的位 置。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， 2. 共取 4～5 组数据记录于表 2-2 中， 0 其中 I=IK 的点必测。 并记下实验时周围环境温度（ C）。 表 2-2 序 实 号 室温θ ＝ 计 算 数 据 cos?K0C验 U(V)数据 I(A)P(W)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。 2.短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。六、实验报告1.计算变比 由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据，分别计算出变比，然后取其平均 值作为变压器的变比 K。 K=U1u1.1U2／U2u1.2u2 2.绘出空载特性曲线和计算激磁参数 (1)绘出空载特性曲线 Uo=f(Io)，Po=f(Uo)，cosφ o=f(Uo)。cos ?o ? Po UoIo（2)计算激磁参数 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)、cosφ K=f(IK)。 (2)计算短路参数。 折算到低压方 4.利用空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器折算到低压方的“Γ ”型等效电 路。 5．实验体会。12实验三一、实验目的三相变压器的联接组掌握用实验方法测定三相变压器的极性和判别联接组。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。 3.三相变压器绕组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 四、实验方法图 3-11.测定极性 (1)测定相间极性 被试变压器选用 MEL-02 三相芯式变压器，用其中高压和低压两组绕组， 额定容量 PN=152／152W， UN=220／55V， IN=0.4／1.6A， Y／Y 接法。 阻值大为高压绕组， 用 1U1、 1V1、 1W1、1U2、1V2、1W2 标记。低压绕组标记用 3U1、3V1、3W1、3U2、3V2、3W2。13按照图 3-1 接线，将 1U1、1U2 和电源 U、V 相连,1V2、1W2 两端点用导线相联，在 U、 V 间施加约 50％ UN 的电压，测出电压 U1V1.1V2、U1W1.1W2，U1V1.1W1,若 U1V1.1W1 =│U1V1.1V2-U1W1.1W2 │，则首末端标记正确；若 U1V1.1W1 =│U1V1.1V2 +U1W1.1W2│，则标记不对。须将 B、C 两相任 一相绕组的首末端标记对调。然后用同样方法，将 V、W 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 (2)测定原、副方极性 暂时标出三相低压绕组的标记 3U1、3V1、 3W1、3U2、3V2、3W2，然后按照图 3-2 接线。 原、副方中点用导线相连，高压三相绕组施加 约 50%的额定电压，测出电压 U1U1.1U2、U1V1.1V2、 U1W1.1W2、U3U1.3U2、U3V1.3V2、U3W1.3W2 、U1U1.3U1 、 U1V1.3V1 、U1W1.3W1，若 U1U1.3U1 = U1U1.1U2 - U3U1.3U2， 则 U 相高、 低压绕组同柱，并且首端 1U1 与 3U1 点为同极性；U1U1.3U1 = U1U1.1U2 + U3U1.3U2， 则 1U1 与 3U1 端点为异极性。 用同样的方法判 别出 1V1、1W1 两相原、副方的极性。高低压 图 3-2 三相绕组的极性确定后，根据要求连接出不同 的联接组。 2.检验联接组 (1)Y／Y-12 按照图 3-3 接线。1U1、3U1 两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的额定电压， 测出 U1U1.1V1、U3U1.3V1、U1V1.3V1、U1W1.3W1 及 U1V1.3W1，将数据记录于表 3-1 中。 表 3-1 实 验 数 据 计 算 数 据 U1U1.1V1 U3U1.3V1 U1V1.3V1 U1W1.3W1 U1V1.3W1 KL U1V1.3V1 U1W1.3W1 U1V1.3W1 (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V)图 3-3Y／Y-12 联接组14(2)Y／Y-6 将 Y／Y-12 联接组的副方绕组首、 末端标记对调， 1U1、 3U1 两点用导线相联， 如图 3-4 所示。 按前面方法测出电压 U1U1.1V1、U3U1.3V1、U1V1.3V1、U1W1.3W1 及 U1V1.3W1， 将数据记录于表 3-2 中。图 3-4 表 3-2 U1U1.1V1 (V)Y／Y-6 联接组 算 数 据 U1V1.3V1 U1W1.3W1 U1V1.3W1 (V) (V) (V) 计实 验 数 据 U3U1.3V1 U1V1.3V1 U1W1.3W1 (V) (V) (V)U1V1.3W1 (V)KL(3)Y／Δ -11 按图 3-5 接线。1U1、3U1 两端点用导线相连，高压方施加对称额定电压，测取 U1U1.1V1、 U3U1.3V1、U1V1.3V1、U1W1.3W1 及 U1V1.3W1，将数据记录于表 3-3 中 表 3-3 实 验 数 据 计 算 数 据 U1U1.1V1 U3U1.3V1 U1V1.3V1 U1W1.3W1 U1V1.3W1 KL U1V1.3V1 U1W1.3W1 U1V1.3W1 (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V)图 3-5 (4)Y／Δ -5Y／Δ -11 联接组15将 Y／Δ -11 联接组的副方线圈首、末端的标记对调，如图 3-6 所示。实验方法同前， 测取 U1U1.1V1、 U3U1.3V1、U1V1.3V1、 U1W1.3W1、U1V1.3W1，将数据记录于表 3-4 中。图 3-6 表 3-4 实 U1U1.1V1 (V) U3U1.3V1 (V) 验 数 据 U1V1.3V1 U1W1.3W1 (V) (V)Y／Δ -5 联接组 算 数 据 U1V1.3V1 U1W1.3W1 U1V1.3W1 (V) (V) (V) 计U1V1.3W1 KL (V)五、实验报告 1. 比较同一连接组的计算值与实测值，判别绕组连接是否正确,并作出结论。 2. 画出向量图,推导判定连接组类型的电压函数关系式. 3. 实验体会。16实验四一、实验目的三相变压器1.通过实验测定三相变压器的参数。 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。 3.如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。 三、实验项目 1.空载实验 测取空载特性 U0=f(I0)，P0=f(U0)，cos?0=f(U0)。 2.短路实验 测取短路特性 UK=f(IK)，PK=f(IK)，cos?K=f(IK)。 3.纯电阻负载实验 保持 U1=U1N，cos?2=1 的条件下，测取 U2=f(I2)。四、实验方法1.空载实验17图 4-1三相变压器空载实验接线图实验线路如图 4-1 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 交流电源调到输出电压为零的位置。接通电源，调节电压，使变压器的空载电压 U0=1.2UN， 然后逐次降低电源电压，在 1.2 ～0.5UN 范围内，测取变压器三相线电压、电流和功率， 共取 6～7 组数据，记录于表 4-1 中，其中 UO=UN 的点必测。 表 4-1 序 实 验 数 据 计 算 数 据 号 U0(V) I0(A) P0(W) UO IO PO cos?0 U3U1.3V1 U3V1.3W1 U3W1.3U1 I3U10 I3V10 I3W10 Po1 P02 (V) (A) (W)2.短路实验图 4-2三相变压器短路实验接线图18实验线路如图 4-2 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 4-2 中，其中 IK=IN 点必测。实验时，记 0 下周围环境温度（ C），作为线圈的实际温度。 O 表 4-2 θ = C 序 实 验 数 据 计 算 数 据 号 UK（V） IK（A） PK（W） UK IK PK cosφ K U1U1.1V1 U1V1.1W1 U1W1.1U1 I1U1 I1V1 I1W1 PK1 PK2 V A W3.纯电阻负载实验 实验线路如图 4-3 所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈经开关 S1 接负载电阻 RL， RL 选用 MEL-03 1800Ω 共三只。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，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 4-3 中，其中 I2=0 和 I2=IN 两点必测。图 4-3 三相变压器负载实验接线图 表 4-3 序 号 UUV=U1N= U1U1.1V1 U（V） U1V1.1W1 U1W1.1U1 U2 I1U1 V ；cos?2=1 I（A） I1V1 I1W1 I2六、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19作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。七、实验报告1.根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数 2.绘出短路特性曲线和计算短路参数 3.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。 4.变压器的电压变化率Δ U 5.绘出被试变压器的效率特性曲线 6．实验体会。20第二章 实验一一、实验目的 测定三相笼型异步电动机的参数。 二、预习要点异步电机三相笼型异步电动机参数的综合测试1.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？ 2.异步电动机参数的测定方法。 三、实验项目 1.测量定子绕组的冷态电阻。 2.判定定子绕组的首末端。 3.空载试验。 4.短路试验。 四、实验方法 1.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 1-1。 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％，即约为 50 毫安，因而直 流电流表的量程用 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 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 1-1 接线。将励磁电流源调至 25mA。 接通开关 S1， 调节励磁电流源使试验电流不超过 图 1-1 电机额定电流的 10％(为了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。 每一电阻测量三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻，记录于表 1-1 中。21表 1-1 绕 组 Ⅰ 绕 组 Ⅱ 绕 组 Ⅲ I(A) U(V) R(Ω ) 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。 (2)电桥法 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， 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 1-2 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 1-2 绕 组 Ⅰ 绕 组 Ⅱ 绕 组 Ⅲ R(Ω ) 2.判定定子绕组的首末端 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，施以单相低电压 U=80～100V，注意电流不应超过额定值，如图 1-2 所示，测出第三相绕组的电压，如测得 的电压有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联。反之，如测得的电压近似为零，则 表示两相绕组的末端与末端（或首端与首端）相联，用同样方法测出第三相绕组的首末端。图 1-2三相交流绕组末端测定3.空载试验 测量线路图为图 1-3，电机绕组Δ 接法。(额定电压 220V) 按图 1-3 接线。 首先把交流调压器退到零位，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。 注意：调整相序时，必须切断电源。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。调节电压由 1.2 倍额定电压开始逐渐降低，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，共读取 7～9 组数据， 记录于表 1-3 中。22图 1-3 表 1-3 序 号 UUV三相笼型异步电动机试验接线图U(V) UVW UWUUOIUI(A) IV IWIOPIP(W) PIIPOcos? cos?o注意：空载试验读取数据时，在额定电压附近应多测几点。 4.短路试验 测量接线图同图 1-3。 由测功机上端小孔插入一金属棒使转子堵转，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。在 这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率共读取 4～5 组数据，记录于表 1-4 中。表 1-4 序 号 UUVU(V) UVW UWUUKIUI(A) IV IWIKP1P(W) P11 PKcos? cos?K注意：先观察电机的转向，再堵住转子，防止制动工具抛出伤害周围人员。23五、实验报告 1.计算基准工作温度时的相电阻 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。 5．回答异步电机有哪些损耗？求出各项损耗值？ 6．回答思考题。 7．实验体会。六、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，各参数的物理意义？ 2.从短路试验数据我们可以得出哪些结论？24实验二一、实验目的三相异步电动机的起动与调速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 )起动。 3.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。 4.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。 四、 实验方法 1.三相笼型异步电机直接起动试验 按图 2-1 接线，电机绕组为Δ 接法。 实验前先把交流调压器退到零位， 然后接通电 源。 增加电压使电机起动旋转。 观察电机旋转方向。 调整电机相序，使电机旋转方向符合要求。调整相 序时，必须切断电源。 调节调压器，使输出电压达电机额定电压 220 伏，打开开关，等电机完全停止旋转后，再合上开 关，使电机全压起动，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 图 2-1 定性的比较。 要开开关，将调压器退到零位，把电机堵住，合上开关，调节调压器，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，试验时通电时间不应超过 10 秒，以免绕组过热。打开开关，对应于额定电压时的起动转矩 Tst 和起动电流 Ist 按下式 计算： Ist Tst ? ( ) 2 TK IK 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 ) IK UK式中 UK——起动试验时的电压值，V； UN——电机额定电压，V。 2.星形——三角形(Y—Δ )起动25实验线路原理图如图 2-2。 把调压器退到零位， 合上电源开关， 三相双掷开关合向右边（Y 接法），调节 调压器使逐渐升压至电机额定电压 220 伏， 打开电源开关，待电机停转后，再 合上电源开关， 再把 S 合向左边， （Δ 接 法）正常运行，整个起动过程结束。观察 起动过程中电流表的最大显示值以与其 它起动方法作定性比较。图 2-2 3.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动 实 验 线 路 图 如 图 2-3 ， 电 机 定 子 绕 组 Y 形 接 法 。 按 图 2-3 接 线 。 转 子 串 入 的电阻可由刷形开关来调节 调整相序使电机旋转方向符合要求，把调压器退到零位，用弹簧秤把电机堵住，（见 使用说明）定子加电压为 180 伏，转子绕组串入不同电阻时， 测定子电流和转矩。数据记 入表 2-1 中。 表 2-1 Rst(Ω ) 0 2 5 15 Ist(A) Tst(N· m) 注意：试验时通电时间不应超过 10 秒以免绕组过热。 4.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速 实验线路同 3。 使电机不堵转。转子附加电阻调至最大，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，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，测相应的转速记录于表 2-2。 图 2-3绕线式异步电机转子绕组串电阻起动26表 2-2 rst(Ω ) n（r/min） 0 2 5 15六、实验报告 1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。 2.由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩： (1)外施额定电压 UN。（直接法起动） (2)外施电压为 UN/ 3 。(Y—Δ 起动) 3.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. 5.回答思考题，实验体会。 七、思考题 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？27第三章 实验一一、实验目的同步电机三相同步发电机的运行特性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.空载试验。 2.三相短路试验。 3.纯电感负载试验。 4.外特性。 5.调整特性。 四、实验方法 被试电机为：三相凸极式同步电机 M08。 1.空载试验 按图 1-1 接线。同步发电机定子绕组 Y 形接法。 调节励磁电流源使输出电流在 100mA 左右，调节电枢调节电阻 Rst 至最大，用 180Ω /1.3A 电阻器，励磁调节电阻 Rf 至最小，把开关 S、S1 拨至断开位置，启动 220V 直流稳 压电源调 Rst 至最小，并调节 Rf 使电机转速达到同步发电机的额定转速 1500 转／分并保 持恒定；调节励磁电流源，读取同步发电机励磁电流和相应的输出电压。调节励磁电流源 时必须单方向调节，即励磁电流 If 从零开始逐步增加电流，使 If 单调递增直至输出电压 U0≈1.3UN 为止，而后逐步减小电流使 If 单调减少直至 If 等于零为止。读取励磁电流和 相应的空载电压，共取 7～9 组数据并记录于表 1-1 中。 表 1-1 序 号 UO(V) If(A) I = 0 n=nN=1500r/minf(A)28图 1-1三相同步发电机接线图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 1-2 。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 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Δ ?fo 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 1-3 所示。图 1-2 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。29图 1-32.三相短路试验 调节励磁电流源至最小值， 调节电机转速达额定转速 1500 转／分，且保持恒定，把 开关 S、S1 闭合于短路位置（RL 调至最小值 0Ω 位置），启动励磁电流源，调节励磁电流 源的输出电流，使同步发电机定子电流达 1.2 倍额定电流，读取励磁电流值和相应的定子 电流值，减小励磁电流使励磁电流和定子电流减小直至励磁电流为零，读取励磁电流和相 应的定子电流，取 4～5 组数据并记录于表 1-2 中。 表 1-2 U = 0V； n=nN=1500r/min 序 号 IK(A) If(A) 注意：调节电流时必须保持电机转速恒定且为额定值。 3.纯电感负载试验 调节励磁电流源到 100mA，调节可变电抗器使阻抗达最大，调节励磁电路可变电阻器 Rf 使电机转速达额定值 1500 转／分且保持恒定，把开关 S 打开，S1 闭合到可变电抗器负 载端，调节励磁电流源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。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，直至端电压为零，共读取 7～9 组数据并读取端 电压和相应的励磁电流，记录数据于表 1-3 中。 表 1-3 n=nN=1500r／min I=IN= A 序 号 U(V) If(A) 注意：调节励磁电流和可变电抗器时必须保持定子电流为额定值。 4.测同步发电机在纯电阻负载时的外特性 RL 用三相可变电阻器(每相为 900Ω +900Ω ) 三相可变电阻器 RL 接成三相 Y 接法，每相有两瓷盘电阻串联而成，调节其阻值为最大 值，把开关 S1 打开，S 闭合在负载电阻端，调节电机转速达同步发电机额定转速 1500 转 ／分。而且保持转速恒定，启动励磁电流源，调节电流输出和负载电阻 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， 保持这时的同步发电机励磁电流恒定不变， 调节负载电阻 RL，测同步发电机端电压和相应的负载电流，调节负载电流直至减小到零， 测出整条外特性。 记录 4～5 组数据于表 1-4 中。 表 1-4 n=nN=1500r／min I=If = A cos?=1 U(V) I(A) 注意：实测外特性时必须保持电机转速恒定且为额定值，保持同步发电机励磁电流恒 定。且三相电流平衡。 5.测同步发电机在负载功率因数为 0.8 时的外特性 在图 1-1 中接入功率表， 把可变电阻负载 RL 和可变电抗负载 MEL-08 并联使用作负载。 调节可变负载电阻 MEL-03 使阻值达最大， 调节可变电抗器 MEL-08 使电抗值达最大值， 闭合开关 S、S1，调节励磁电流源使其电流为最小值，调节 MEL-09 励磁电路可变电阻 Rf 使其阻值为最小值，启动 220V 直流稳压电源，调节 MEL-09 励磁电路可变电阻 Rf 使电机转 速达同步发电机额定转速 1500 转/分，且保持转速恒定，调节励磁电流源（0—2.5A）调节 输出电流， 调节负载电阻 RL 及可变电抗器 MEL-08 使同步发电机的端电压达额定值 220 伏, 负载电流达额定值且功率因数为 0.8，保持这时的同步发电机励磁电流恒定不变，调节负30载电阻 RL 和可变电抗器 MEL-08 使负载电流改变而功率因数保持不变为 0.8，测同步发电 机端电压和相应的负载电流，测出整条外特性。记录 4～5 组数据于表 1-5 中。表 1-5 n=nN=1500r/min If = A； cos?=0.8 序 号 U(V) I(A) 注意：实测外特性时必须保持电机转速恒定且为额定值，保持同步发电机励磁电流恒 定。三相电流平衡。 6.测同步发电机在纯电阻负载时的调整特性 仍把开关 S 闭合在电阻负载端，调节可变电阻负载 RL 使阻值达最大，电机转速仍为 额定转速 1500 转／分且保持恒定， 调节励磁电流源输出使发电机端电压达额定值 220 伏且 保持恒定。调节可变负载电阻 RL 改变负载电流，读取为了保持电压恒定的相应励磁电流， 测出整条调整特性。记录数据 4～5 组于表 1-6 中。表 1-6 U=UN=220V； n=nN=1500r／min cosφ =1 序 号 I(A) If(A) 注意：测调整特性时必须保持电机转速为额定值，保持同步发电机端电压为额定值。 三相电流为平衡电流。 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 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.求短路比。 10.由外特性试验数据求取电压调整率Δ U％。 11.回答思考题，写实验体会。 六、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 差别？造成这差别的因素是什么？31实验二一．实验目的三相同步电机参数的测定掌握三相同步发电机参数的测定方法，并进行分析比较加深理论学习。二．预习要点1.同步发电机参数 Xd、Xq、Xd′、Xq′、Xd″、Xq″、X0、X2 各代表什么物理意义？ 对应什么磁路和耦合关系？ 2.这些参数的测量有哪些方法？并进行分析比较。 3.怎样判定同步电动机定子旋转磁场的旋转方向和转子的方向是同方向还是反方向？三．实验项目1.用转差法测定同步发电机的同步电抗 Xd、Xq。 2.用反同步旋转法测定同步发电机的逆序电抗 X2 及负序电阻 r2。 3.用单相电源测同步发电机的零序电抗 X0。 4.用静止法测超瞬变电抗 Xd″、Xq″或瞬变电抗 Xd′、Xq′。四.实验方法用转差法测定同步发电机的同步电抗 Xd、Xq。 同步发电机定子绕组采用 Y 形接法。 （1）功率表电流线圈短接，可调直流稳压电源和直流电机励磁电源、同步电机励磁电 源处在断开位置，开关 S 合向 R 端。 （2）Rst 调至最大，Rf 调至最小，按下绿色“闭合”按钮开关，先接通直流电机励磁 电源，再接通电枢电源，启动直流电动机，观察电动机转向。 （3）断开直流电机电枢电源和励磁电源，使直流电机停机。调节三相交流电源输出， 给三相同步电机加一电压，使其作同步电动机起动，观察同步电机转向。 （4）若此时同步电机转向与直流电机转向一致，则说明同步电机定子旋转磁场与转子 转向一致，若不一致，将三相电源任意两相换接，使定子旋转磁场转向改变。 （5）调节调压器给同步发电机加 5-15%的额定电压,电压数值不宜过高，以免磁阻转 矩将电机牵入同步，同时也不能太低，以免剩磁引起较大误差。 （6）调节直流电机转速，使之升速到接近同步电机额定转速 1500r/min，直至同步发 电机定子电流表指针缓慢摆动（电流表量程选用 0.25A 档），在同一瞬间读取电流周期性 摆动的最小值与相应电压最大值，以及电流周期性摆动最大值和相应电压最小值。测此两 组数据记录于表 4-15 中。32表 4-15 序号 1 2 计算：Xq=Umin/（ 3 Imax） Xd=Umax/（ 3 Imin） Imax(A) Umin(A) Xq(Ω ) Imin(A) Umax(V) Xd(Ω )2．用反同步旋转法测定同步发电机的负序电抗 X2 及负序电阻 r2。（1）在上述实验的基础上，将同步发电机定子绕组任意两相对换，以改换相序使同步 发电机的定子旋转磁场和转子转向相反。 （2）开关 S 闭合在短接端，调压器旋钮退至零位，拆掉电流线圈的短接线,功率表处 于正常测量状态。 （3）启动直流电机，并使电机升至额定转速 1500r/min；顺时针缓慢调节调压器旋钮， 使三相交流电源逐渐升压直至同步发电机定子电流达 30-40%额定电流。读取定子绕组电 压、电流和功率记录于表 4-16 中。 表 4-16 序号 1 2 表中：P=PI+PII 计算：Z2=U/（ 3 I） r2=P/(3I2) X2=Z 2 2 ? r2 2I（A）U（V） P1（W） PII（W） P（W） r2（Ω ） X2（Ω ）3．用单相电源测 同步发电机的零序电 抗 X。（1） 按图 4-7 接线， 将同步电机的三相定子 绕组首尾依次串联，接 至单相交流电源 U 、N 端上。 调压器退至零位， 同步发电机励磁绕组短 接。 （2） 起动直流电动33图4-7 用单相电源测同步发电机的零序电抗接线图机并使电机升至额定转速 1500r/min。 （3）接通交流电源并调节调压器使同步电机定了绕组电流上升到额定电流值。 （4）测取此时的电压、电流和功率值并记录于表 4-17 中。 表 4-17 序号 U（V） I（A） P（W） XO（Ω ）表中 XO 的计算：Z0=U/（ 3 I） r0=P/(3I2) X 0= Z 0 2 ? r 0 24．用静止法测超瞬变电抗 Xd″、Xq″或降变电抗 Xd′、Xq′。（1）按图 4-8 接线，将同步电机三相绕组联接成星形，任取二相端点接至单相交流电 源 U、N 端上。图4-8 用静止法测瞬变电抗接线图（2）调压器退到零位，发电机处于静止状态。 （3）接通交流电源并调节调压器逐渐升高输出电压，使同步发电机定子绕组电流接近 20%IN。 （4）用手慢慢转动同步发电机转子，观察两只电流表读数的变化，仔细调整同步发电 机转子的位置使两只电流表读数达最大。读取这位置时的电压、电流、功率值并记录于表 4-18 中。从这数据可测定 Xd′或 Xd″。 表 4-18 序号 U（V） I（A） P（W） Xd″(Xd′)(Ω )表中 Xd″或 Xd′的计算：Zd″=U/（2I） r d″=P/(2I2)34X d″= Z d ' ' 2 -rd ' ' 2 （5）把同步发电机转子转过 45°角，在这附近仔细调整同步发电机转子的位置使二 只电流表指示达最小。 （6）读取这位置时的电压 U、电流 I、功率 P 值并记录于表 4-19 中，从这数据可测定 Xq″或 Xq′。 表 4-19 序号 U（V） I（A） P（W） Xq″(Xq′)(Ω )表中 Xd″或 Xd′的计算：Zq″=U/（2I） r q″=P/(2I2) X q″= Z d ' ' 2 -rd ' ' 2六．实验报告由实验数据计算 Xd、Xq、X-、X0、Xd 、Xq （或 Xd Xd、Xq、X2、r2、X0、Xd′、Xq′或 Xd″、Xq″。‘ ‘ ‘’、Xq‘‘）的欧姆值及标么值。七．思考题1.各电抗参数的物理意义是什么？ 2．转差法为什么励磁绕组开路？为什么转差要很少？为什么电枢只能加低电压？' 3．说明静止法测 X d 、 X q 的原理。'35第四章 实验一一、实验目的直流电机直流发电机研究1.掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性。 2.通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。 二、预习要点 1.什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线， 在实验中哪些物理量应保持不变， 而哪些物理量应测取。 2.做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？ 3.并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？ 三、实验项目 1.他励发电机 (1)空载特性 保持 n=nN 使 I=0，测取 Uo=f(If)。 (2)外特性 保持 n=nN 使 If =IfN，测取 U=f(I)。 (3)调节特性 保持 n=nN 使 U=UN ，测取 If =f(I)。 2.并励发电机 (1)观察自励过程 (2)测外特性 保持 n=nN 使 Rf2 =常数,测取 U=f(I)。 四、实验方法 1.他励发电机 按图 1-1 接线。图中 M 为 M03 直流电动机，G 为 M01 直流发电机，其额定值 PN=100W， UN=200V，IN=0.5A，nN =1600r／min。M、G 及 TG 由联轴器直接连接，R2 为发电机的负载电 阻，选用 MEL-03，采用串并联得 2250 欧，当负载电流大于 0.4 安时用并联部分，而将串 联部分调至最小。 Rf2 选用 MEL-04， 采用分压器接法， 阻值为 900Ω 。 开关 S1、 S2 选用 MEL-05 挂件，直流电流电压表选用 MEL-06 及主控屏左侧直流表。 (1)空载特性36图 1-1 直流他励发电机接线图 打开 S1、S2 开关，把 Rf2 调至输出电压最小的位置，选好电压电流表量程，起动直流 电动机，从转速表端观察转向应符合逆时针方向旋转的要求。调节电动机电枢串联电阻 R1 至最小值，电动机输入电压为 220 伏，调节电动机磁场调节电阻 Rf1，使发电机转速达额定 值，并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。合上发电机励磁电源开关 S1，调 节发电机磁场电阻 Rf2 ，使发电机空载电压达 Uo=1.20UN 为止。在保持 n=nN=1600r／min 条件下，从 Uo=1.20UN 开始，单方向调节分压器电阻 Rf2，使发电机励磁电流逐次减小，直 至 If2=0。每次测取发电机的空载电压 Uo 和励磁电流 If2，共取 7-8 组数据，记录于表 1-1 中。其中 Uo=UN 和 If2=0 两点必须测取，并在 Uo =UN 附近测点应较密。 表 1-1n=nN= 1600 r／minUo(V) If2(A) (2)外特性 在空载实验后，把发电机负载电阻 R2 调到最大值，合上负载开关 S2 ，同时调节电动 机的磁场调节电阻 Rf1， 发电机的磁场调节电阻 Rf2 和负载电阻 R2， 使发电机的 n=nN， U=UN， I=IN，该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流 If2N，在保持 n=nN 和 If2 =If2N 不变的条件下，逐次增加负载电阻 R2 ，即减小发电机负载电流。从额定负载到空 载运行点范围内，每次测取发电机的电压 U 和电流 I，直到空载（拉开开关 S2），共取 6-7 组数据，记录于表 1-2。其中额定和空载两点必测。 表 1-2 n = nN = r／min If2=f2N = A U(V) I(A) (3)调整特性 合上 S1 开关，调节发电机的磁场调节电阻 Rf2 ，使发电机空载时达额定电压，在保持 发电机 n=nN 条件下，合上负载开关 S2，调节负载电阻 R2 ，逐次增加发电机输出电流 I， 同时相应调节发电机励磁电流 If2，使发电机端电压保持额定值 U=UN,从发电机的空载至额37定负载范围内每次测取发电机的输出电流 I 和励磁电流 If2 ， 共取 5-6 组数据记录于表 1-3 中。 表 1-3 n=nN = r／min U=UN = V I(A) If2(A) 2.并励发电机 (1)自励过程 接线如图 1-2 所示。Rf2 选用 MEL-03(阻值为 3600Ω )并调至最大，打开开关 S1，S2， 起动电动机后，调节电动机的转速，使发电机的转速 n=nN ，用直流电压表测量发电机是 否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励法进行充磁。合上开关 S1，逐渐减 小 Rf2 观察发电机电枢两端的电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件，如果不能自励 建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。对应着一定的励磁电阻，逐步降低发电机转 速，使发电机电压随之下降，直至电压不能建立，此时的转速即为临界转速。图 1-2直流并励发电机接线图(2)外特性 在并励发电机建压后，调节负载电阻 R2 到最大，合上负载开关 S2，调节电动机的磁场 调节电阻 Rf1，发电机的磁场调节电阻 Rf2 和负载电阻 R2，使发电机 n=nN ，U=UN ，I=IN ， 保持此时 Rf2 的值和 n=nN 不变的条件下，逐步减小负载，直至 I=0，从额定到空载运行范 围内，每次测取发电机的电压 U 和电流 I，共取 6-7 组数据，记录于表 1-4 中，其中额定 和空载两点必测。 表 1-4 U(V) I(A) 五、注意事项n=nN=r／minRf2=常值1.起动直流电动机，R1 调到最大，Rf2 调到最小，起动完毕，R1 调到最小。382.做外特性时，当电流超过 0.4 安时，R2 中串联的电阻必须调至零，以免损坏。 六、实验报告 1.根据空载实验数据，作出空载特性曲线，由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系 数和剩磁电压的百分数。 2.在同一张座标上绘出他励、并励发电机的二条外特性曲线。分别算出二种励 磁方式的电压变化率： Δ U=U O ?U N UN?100?并分析差异的原因。 3.绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增加 时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。 4．回答思考题。 5．实验体会。 七、思考题 1.并励发电机不能建立电压有哪些原因？ 2.在发电机一电动机组成的机组中， 当发电机负载增加时， 为什么机组的转速会变低？ 为了保持发电机的转速 n=nN，应如何调节？39实验二一、实验目的直流并励电动机研究1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性。 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？ 2.直流电动机调速原理是什么？ 三、实验项目 1.工作特性 保持 U=UN 和 If =IfN 不变，测取 n、 T2 、n=f(Ia)。 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)。 四、实验方法图 2-11.并励电动机的工作特性和机械特性 实验线路如图 2-1 所示。按照实验一方法起动直流并励电动机，其转向应符合要求。 将电动机电枢调节电阻 R1 调至零，调节电枢电压调压旋钮 、MEL-13 挂箱上的转矩设定旋 钮(将开关置“转矩控制”)和电动机的磁场调节电阻 Rf，调到其电机的额定值 U=UN，I=IN ，n=nN，其励磁电流即为额定励磁电流 IfN ，在保持 U=UN，If =IfN 不变的条件下，逐次减小电动机的负载。测取电动机电枢电流 Ia，转速 n 和转矩 T2，共取 6-7 组数据，记录于表 2-1 中。表 2-1 实 验 数 据U=UN = Ia（A） n（r/min） T2（N?m）VIf=IfN=ARa=ΩIa(A） P2（W） η （?） O 表中 Ra 对应于环境温度为 0 C 时电动机电枢回路的总电阻，可由实验室给出。 计算 数据402.调速特性 (1)改变电枢端电压的调速 直流电动机起动后，将电阻 R1 调至零，同时调节负载、电枢电压及电阻 Rf，使 U=UN， I=0.5IN，If =IfN，保持此时的 T2 值和 If =IfN，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，共取 5-6 组数据，记录于表 2-2 中。 表 2-2 Ua(V) n(r/min) Ia(A) If =IfN = A T2 = N·m(2)改变励磁电流的调速 直流电动机起动后,将电阻 R1 和电阻 Rf 调至零，同时调节电枢电压调压旋钮和转矩设 定旋钮使之加载，使电动机 U=UN，I=0.5IN，If=IfN 保持此时的 T2 值和 U=UN 的值，逐次增 加磁场电阻 Rf 阻值，直至 录于表 2-3 中。 表 2-3 n（r/min） If(A) Ia(A）n=1.3nN，每次测取电动机的 n、If 和 Ia，共取 5-6 组数据，记U=UN = V T2= N·m五、实验报告1.由数据计算出 P2 和η ，并绘出 n、T2、η =f(Ia )及 n=f(T2)的特性曲线。 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. 回答思考题。 4．实验体会。六、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“飞车”？为什么？41第五章 实验一一、实验目的控制电机 步进电机1.加深了解步进电动机的驱动电源和电机的工作情况。 2.步进电动机基本特性的测定。 二、实验项目 1．单步运行状态 2．角位移和脉冲数的关系 3．平均转速和脉冲频率的关系 4．矩频特性的测定 三、实验方法及步骤 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信 号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是 以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定 位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的 目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用 于各种开环控制。42步进电动机的参数： 相数：三相 每相绕组电阻：0.45Ω 每相静态电流：3A 直流励磁电压：24V 1．单步运行状态 接 通 电 源 ，按 下 述 步 骤 操 作 ：按 下“ 单 步 ”琴 键 开 关 ， “ 复 位 ”按 钮 ， “清零”按钮，最后按下“单步”按钮。每按一次“单步”按钮，步进电 机将走一步距角，绕组相应的发光管发亮，不断按下“单步”按钮，电机 转子也不断作步进运行，改变电机转向，电机作反向步进运动。 2．角位移和脉冲数的关系43按下“置数”琴键开关，给拔码开关预置步数，分别按下“复位”、“清零”按钮（操 作以上步骤须让电机处于停止状态），记录电机所处位置。按下“启动/停止”开关，电机 运转，观察并记录电机偏转角度，填入下表。再重新预置步数，重复观察并记录电机偏转 角度，填入下表，并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。 序 1 2 3．平均转速和脉冲频率的关系 电机处于连续运行状态，改变“调频”旋钮，测量频率 f（由频率计读出）与对应的转速 n， 则 n=f（f），填入下表中 序 1 2 3 4 5 4．矩频特性的测定 电机处于连续空载运行状态，缓慢顺时针调节“转矩设定”旋钮，对电机逐渐增大负 载，直至电机失步，读出此时的转矩值。改变频率，重复上述过程得到一组与频率 f 对应 的转矩 T 值，即为步进电机的矩频特性 T=f（f），记录于表中。 号 f（Hz） n(r/min) 号 预置步数 实际转子偏转角度 理论电机偏转角度序 1 2号f（Hz）T（N.m）443 4 5四、思考题： 1、 什么是步进电动机的静态运行？什么为步进运行状态，什么是连续运行状态？ 2、 怎样改变步进电动机的转向？ 3、 反应式步进电动机的步距角是什么概念？45实验二一．实验目的力矩式自整角机实验1．了解力矩式自整角机精度和特性的测定方法。 2．掌握力矩式自整角机系统的工作原理和应用知识。 二．预习要点 1．力矩式自整角机的工作原理。 2．力矩式自整角机精度与特性的测试方法。 3．力矩式自整角机比整步转矩的测量方法。 三．实验项目 1．测定力矩式自整角发送机的零位误差。 2．测定力矩式自整角机静态整步转矩与失调角的关系曲线。 3．测定力矩式自整角机比整步转矩（又称比力矩）及阻尼时间。 4．测定力矩式自整角机的静态误差。 四．实验方法 1． 测定力矩式自整角发送机的零位误 差??0 测量线路如图 6-2 所示。 励磁绕组两端 L1L2 施加额定激励电压 UN(220V)；将整步绕组 T2-T3 端接数字式交 流电压表，测输出电压。 旋转刻度盘，找出输出电压为最小的 位置作为基准电气零位。从基准电气零位 开始，刻度盘每转过 60?，整步绕组中有 一线间电势为零的位置。此位置称作理论 电气零位。 整步绕组三线间共有 6 个零位。实验时，对应 T2-T3，转子从基准电气零位正方向转动 0?、180?；则 T3-T1 转至 60?、240?；T1-T2 转至 120?、300?。实测整步绕组三线间 6 个输出 电压为最小值的相应位置角度与电气角度并记录于表 6-5 中。 表 6-5 理论上应转角度 刻度盘实际转角46交 流 电 源 输 出图6-2 测定力矩式自整角机零位误差基准电气零位+180?+60?+240?+120?+300?误差 注意：机械角度超前为正误差，滞后为负误差，取其正、负最大误差绝对值之和的一 半，此误差值即为发送机的零位误差??0，以角分表示。力矩式自整角发送机的精度由零位 误差来确定。 2．测定静态整步转矩与失调角的关系 T=f(?) 实验接线如图 6-3 所 示。 将发送机和接收机的 励磁绕组加额定励磁电压 220V，待稳定后，把发送 机和接收机调整在 0? 位 置，固定发送机刻度盘在 该位置不动。 在接收机的指针园盘 上吊砝码，记录砝码重量 以及接收机指针偏转角 度。 然后增加砝码，逐次 记录砝码重量以及接收机 转轴偏转角度。 在偏转角? 从零至 90?之间取 7?9 组 数据，记录于表 6-5 中。 实验完毕后，应先取下砝码，再断开励磁电源。 表 6-5 T(g.cm)?(deg)图6-3 力矩式自整角机实验接线图表中:T=G×R 式中 G──砝码重量，单位为（g） 3．力矩式自整角机比整步转矩 T?的测定 R──园盘半径=2cm在力矩式自整角系统中，接收机与发送机在协调位置附近，单位失调角所产生的整步 转矩称为力矩式自整角机比整步转矩，以 T?表示，单位为 g·cm/deg。 测定发送机或接收机的比整步转矩时，可将电机安装在分度盘上，轴伸端紧固带有指 针的轮盘，在励磁绕组 Wf 两端上施加额定电压。实验接线如图 6-3 所示。 将接收机整步绕组 T1、T3 端短接，用细线将适当重量的砝码绕挂在指针园盘上，使指 针偏转 5?左右，测得整步转矩。47实验应在正、反两个方向各测一次，两次测量的平均值应符合标准规定。 比整步转矩 T?按下式计算 T T? ? 2? 式中 T=G R──整步转矩，单位为(g·cm); ?──指针偏转的角度，单位为 deg； G──砝码重量，单位为 g； R──轮盘半径，单位为 cm。 4．测定力矩式自整角机的静态误差??jt 在力矩式自整角机系统中， 静态协调时， 接收机与发送机转子转角之差即静态误差??jt， 以角度表示。 实验接线仍如图 6-3 所示。将发送机和接收机的励磁绕组加额定励磁电压 220V，待稳 定后，把发送机和接收机调整在 0?位置，缓慢旋转发送机刻度盘，每转过 20?，测取接收 机实际转过的角度并记录于表 6-6 中。 表 6-6 发送机转角 接收机转角 误差 发送机转角 接收机转角 误差 注意：接收机转角超前为正误差，滞后为负误差，正、负最大误差绝对值之和的一半 为力矩式接收机的静态误差。 5．阻尼时间的测定 阻尼时间 tn 是指在力矩式自整角系统中，接收机自失调位置至协调位置，达到稳定状 态所需时间。 测定阻尼时间可按图 6-4 接线。 在发送机和接收机的励磁绕组两端 L1、L2 施加额定电压； 180? 200? 220? 240? 260? 280? 300? 320? 340? 0? 20? 40? 60? 80? 100? 120? 140? 160?48使发送机的刻度盘和接收机的指针指在 0?位置；固定发送机转轴不动，用手旋转接收 机指针园盘，使系统失调角为 177?；然后，松手使接收机趋于平衡位置，用数字示波器拍 摄（或慢扫描示波器观察）取样电阻两端的电流波形，测得阻尼时间 tn。 六．实验报告 1．根据实验结果，求出被试力矩式自整角发送机的零位误差??0。 2．作出静态整步 转矩与失调角的关系 曲线 T=f(?)。 3．根据实验结果 计算出该力矩式自整 角机的比整步转矩 T? 的数值。 4．此次实验所用 接收机的阻尼时间 tn 的实测数值是多少？ 5． 根据实验结果， 求出被试力矩式自整 角接收机的静态误差??jt。图6-4 测定力矩式自整角机阻尼时间接线图49实验三一．实验目的1．掌握用实验方法配圆磁场交流伺服电机实验2．掌握交流伺服电动机机械特性及调节特性的测量方法二．预习要点1．为什么三相调压器输出的线电压 Uuw 与相电压 Uvn 在相位上相差 90°？ 2．二相交流伺服电动机在什么条件下可达到圆形旋转磁场？ 3．对交流伺服电动机有什么技术要求？在制造与结构上采取什么相应措施。 4．交流伺服电动机有几种控制方式？ 5．何为交流伺服电动机的机械特性和调节特性。三．实验项目1．观察伺服电动机有无“自转”现象。 2．测定交流伺服电动机采用幅值控制时的机械特性和调节特性。 3．用实验方法配堵转圆形磁场 4．测定交流伺服电动机采用幅值――相位控制时的机械特性和调节特性。四．实验方法实验线路见图 6－9。主控制屏U'交流伺服电机UV'VW'励 磁 绕 组 控制绕组W N转 矩 、 转 速 的 测 量 与 控 制图6-9 交流伺服电机幅值控制接线图图中，交流伺服电机采用 M13，额定功率 PN=25W, 额定控制电压 UN=220V，额定激磁50电压 UN=220V，堵转转矩 M=3000g.cm,空载转速=2700 r/min。 隔离变压器输出的固定电压（V 相调压器的输入电压）UV′N 接至交流伺服电机的励磁绕 组。 三相调压器输出的线电压 Uuw 经过开关 S（MEL—05）接交流伺服电机的控制绕组。 G 为测功机，通过航空插座与 MEL—13 相连。1．观察交流伺服电动机有无“自转”现象测功机和交流伺服电机暂不联接（联轴器脱开），调压器旋钮逆时针调到底，使输出 位于最小位置。合上开关 S。 接通交流电源，调节三相调压器，使输出电压增加，此时电机应启动运转，继续升高 电压直到控制绕组 Uc=127V。 待电机空载运行稳定后，打开开关 S，观察电机有无“自转”现象。 将控制电压相位改变 180°电角度，观察电动机转向有无改变。2．测定交流伺服电动机采用幅值控制时的机械特性和调节特性（1）测定交流伺服电动机 a=1（即 Uc=UN=220V）时的机械特性 把测功机和交流伺服电动机同轴联接，调节三相调压器，使 Uc=Ucn=220V，保持 Uf、 Uc 电压值，调节测功机负载，记录电动机从空载到接近堵转时的转速 n 及相应的转矩 T 并 填入表 6－14 中 表 6－14 n(r/min) T(N.m） U f=UfN=220V Uc=Ucn=220V（2）测定交流伺服电动机 a=0.75（即 Uc=0.75UN=165V）时的机械特性 调节三相调压器，使 Uc=0.75Ucn=165V，保持 Uf、Uc 电压值，调节测功机负载，记录 电动机从空载到接近堵转时的转速 n 及相应的转矩 T 并填入表 6－15 中 表 6－15 n(r/min) T(N.m） （3）测定调节特性 保持电机的励磁电压 Uf=220V，测功机不加励磁。 调节调压器， 使电机控制绕组的电压 Uc 从 220V 逐渐减小至到 0V， 记录电机空载运行 的转速 n 及相应的控制绕组电压 Uc，并填入表 6－15 中 表 6－15 n(r/min) T(N.m) Uf=UfN=220V T=0N.m U f=UfN=220V Uc=Ucn=220V仍保持 Uf＝220V，调节调压器使 Uc 为 220V，调节测功机负载，使电机输出转矩 T＝ 0.03N.m 并保持不变，重复上述步骤，记录转速 n 及相应控制绕组电压 Uc 并填入表 6－16 中。51表 6－16 n(r/min) Uc(V)Uf=Ufn=220VT=0.03N.m3．用实验方法配堵转园磁场实验线路见图 6－10。 A1、A2 选用交流电流表 0.75A 档。 V1、V2、V3 选用交流电压表 300V 档。 R1、R2 选用 MEL—04 中 90Ω 并联 90Ω 共 45Ω 阻值，并用万用表调定在 5Ω 阻值。 可变电容选用电机电容箱，位于下组件。 调压器 T2 选用 MEL—08 或单配。 示波器两探头的地线应接 N 线，X 踪和 Y 踪幅值量程一致。 a．使电机堵转。 b．接通交流电源，调节 T1、T2 使 V1、V2 电压指示为 220V。 c．改变电容 Cf（约为 4Uf），使 A1、A2 电流接近相等，示波器显示的两个电流波形相 位相差 90°（或 Y2 改接 X 端子，示波器显示为园图）。4．测定交流伺服电动机采用幅值――相位控制时的机械特性和调节特性。1）测定机械特性 接线仍如图 6－10 所示。 接通交流电源，调节调压器 T1，使 V1 指示为 127V。52转 矩 、 转 速 的 测 量 与 控 制主控制屏U'UV'交流伺服电机 励 磁 绕 组 控制绕组VW'WN图6-10 交流伺服电机幅值—相位控制接线图调节 T2 使 V2 指示为 220V。 保持 V1、V2 值不变，改变测功机负载，记录电机从空载到接近堵转时的转速 n 及转矩 T 并填入表 6－17 中. 表 6－17 U 1＝127 U2＝220V n(r/min) T(N.m) 调节 T2 使 Uc＝0.75Ucn＝165V，重复上述实验，记录电机转速 n 及转矩 T 并填入表 6 －18 中。 表 6－18 U1＝127V U2＝165V N(r/min) T(N.m) 2）测定调节特性 调节调压器 T1，使 U1＝127V。 调节调压器 T2，使 U2＝220V。 调节测功机负载使电机输出转矩 T＝0.03N.m，保持 U1＝127V 及 T＝0.03N.m 不变， 逐渐减小 Uc 值，记录电机转速 n 及控制绕组电压 Uc 并填入表 6－19 中。 表 6－19 U 1＝127V T＝0.03N.m n(r/min)53Uc(V) 使测功机和交流伺服电机脱开，调节 U1＝127V，调节 U2＝220V，逐渐减小 Uc 值， 记录电机空载转速 n 及电压 Uc 并填入表 6－20 中。 表 6－20 U1＝127V T＝0N.m n(r/min) Uc(V)六．实验报告1．根据幅值控制实验测得的数据作出交流伺用电动机的机械特性 n=f(t)和调节特性 n=f(Uc)曲线。 2． 根据幅值―相位控制实验测得的数据作出交流伺服电动机的机械特性 n=f(T)和调节 特性 n=f(Uc)曲线。 3．实验体会。54实验四一．实验目的正余弦旋转变压器实验1．研究测定正余弦旋转变压器的空载输出特性和负载输出特性。 2．研究测定二次侧补偿、一次侧补偿的正余弦旋转变压器的输出特性。 3．了解正余弦旋转变压器的几种应用情况。 二．预习要点 1．正余弦旋转变压器的工作原理。 2．正余弦旋转变压器的主要特性及其实验方法。 3．了解正余弦旋转变压器应用中的注意事项。 三．实验项目 1．测定正余弦旋转变压器在空载时的输出特性。 2．测定负载对输出特性的影响。 3．二次侧补偿后负载时的输出特性。 4．一次侧补偿后负载时的输出特性。 5．正余弦旋转变压器作线性应用时的接线图。 四．实验方法 1．测定正余弦旋转变压器空载时的输出特性 接线如图 6-7 所示。 R、RL 均采用 MEL-03 上 900Ω 串联 900Ω 共 1800Ω 电阻，并调定在 1200 阻值。 开关 S1、S2、S3 采用 MEL-05 上单刀双掷开关。 D1、D2 为激磁绕组，D3、D4 为补偿绕组，Z1、Z2 为余弦绕组，Z3、Z4 为正弦绕组。图6-7 正余弦旋转变压器空载及负载实验接线图a．S1、S2、S3 均断开。55b．定子激磁励磁绕组 D1、D2 两端施加额定电压 UN(60V、400Hz)且保持恒定 c．用手柄缓慢旋转刻度盘，找出正弦输出绕组输出电压为最小值的位置，此位置即 为起始零位，使刻度盘的 0?对准该起始零位位置。 d．在 0??180?间刻度盘，每转角 10?，测量转子正弦空载输出电压 Ur10 与刻度盘转角? 的数值并记录于表 6-9 中。 表 6-9?(deg)0?10?20?30?40?50?60?70?80?90?Ur10(v)?(deg)100? 110? 120? 130? 140? 150? 160? 170? 180?Ur10(v) 2．测定负载对输出特性的影响 在接线图 7-7 中，把开关 S3 闭合，开关 S1、S2 仍打开，使正余弦旋转变压器带负载电 阻 RL 运行。 按上述实验 1 的方法测量正弦负载输出电压 UR1 与转角?的数值并记录于表 6-10 中。 表 6-10?(deg)0? 100?10? 110?20?30?40?50?60?70?80? 90?UR1(v)?(deg)120? 130? 140? 150? 160? 170? 180?UR1(v) 3．测量二次侧补偿后负载时的输出特性 在接线图 6-7 中，开关 S1 断开，S3 闭合接通负载电阻 RL，S2 闭合，使二次侧余弦输出 绕组 Z3、Z4 经补偿电阻 R 闭合。 仍按上述实验 1 的方法测量正弦负载输出电压 Ur1 与转角?的数值并记录于表 6-11 中。 在实验时注意一次侧输入电流的变化。 表 6-11?(deg)0?10?20?30?40?50?60?70?80? 90?Ur1(v)?(deg)100? 110? 120? 130? 140? 150? 160? 170? 180?Ur1(v) 4．测量一次侧补偿后负载时的输出特性 在接线图 6-7 中，开关 S2 断开，S3 闭合接通负载电阻 RL，S1 闭合，使一次侧接成补偿 电路。 仍按上述实验 1 的方法测量正弦负载输出电压 Ur1 与转子转角?的数值并记录于表 6-12 中。在实验中注意一次侧输入电流的变化。56表 6-12?(deg)0?10?20?30?40?50?60?70?80?90?Ur’1(v)?(deg)100? 110? 120? 130? 140? 150? 160? 170? 180?Ur’1(v) 5．正余弦旋转变压器作线性应用 接线如图 6-8 所示。图6-8 正余弦旋转变压器作线性应用实验接线图仍按上述实验 1 的方法，在 0?~90?间，每转角 10?记录输出电压 Ur 与转角?的数值并记 录于表 6-13 中。 表 6-13?(deg)0?10?20?30?40?50?60?70?80?90?Ur(v) 六．实验报告 1．根据表 6-9 的实验记录数据，绘制正余弦旋转变压器空载时输出电压 Ur10 与转子转 角?的关系曲线，即 Ur10=f(?)。 2．根据表 6-10 的实验记录数据，绘制负载时输出电压 Ur1 与转子转角?的关系曲线， 即 Ur1=f(?)。 3． 根据表 6-11 的实验记录数据， 绘制二次侧补偿后负载时的输出电压 U?r1 与转子转角?的关系曲线，即 Ur1=f(?)。4．根据表 6-12 的实验记录数据，绘制一次侧补偿后负载时的输出电压 Ur1 与转子转角?的关系曲线，即 Ur1=f(?)特性。5．根据表 6-13 的实验结果，绘制一次侧补偿的线性旋转变压器带负载时的输出电压57Ur 与转子转角?的关系曲线，即 Ur=f(?)特性。分析正余弦旋转变压器作一次侧补偿线性旋 转变压器运行情况。 6、实验体会。58综合实验部分 实验一一、实验目的学习变压器投入并联运行的方法。研究阻抗电压对负载分配的影响。单相变压器的并联运行二、预习要点1.单相变压器并联运行的条件。 2.如何验证两台变压器具有相同的极性。 3.阻抗电压对负载分配的影响。三、实验项目1.将两台单相变压器投入并联运行。 2.阻抗电压相等的两台单相变压器并联运行，研究其负载分配情况。 3.阻抗电压不相等的两台单相变压器并联运行，研究其负载分配情况。四、实验线路和操作步骤实验线路如图 1-1 所示。图中单相变压器Ⅰ和Ⅱ选用三相组式变压器中任意两台，变 压器的高压绕组并联接电源，低压绕组经开 关 S1 并联后，再由开关 S2 接负载电阻 RL。 由于负载电流较大，RL 可采用并串联接法。 为了人为地改变变压器Ⅱ的阻抗电压，在其 副方串入电阻 R。 1. 两台单相变压器空载投入并联运行 步骤。 (1)检查变压器的变比和极性。接通电 源前，将开关 S1、S3 打开，合上开 关 S2，接通电源后， 调节变压器输 入电压至额定值，测出两台变压器 副方电压 U2U1.2V2 和 U2V1.2V2 若 图 1-1 U2U1.2V2=U2V1.2V2 则两台变压器的变比相等，即 KI= KII。测出两台变压器副方的 2U1 与 2V1 端点之间的电压 U2U1.2V1，若 U2U1.2V1＝U2U1.2U2 - U2V1.2V2，则首端 1U1 与 1V1 为同极 性端，反之为异极性端。 (2)投入并联：检查两台变压器的变比相等和极性相同后，合上开关 S1，即投入并联。 若 KI 与 KⅡ不是严格相等，将会产生环流。 2.阻抗电压相等的两台单相变压器并联运行。 投入并联后，合上负载开关 S3，在保持原方额定电压不变的情况下，逐次增加负载电59流，直至其中一台变压器的输出电流达到额定电流为止，测取 I、II、IⅡ，共取 5～6 组数 据记录于表 1-1 中。 表 1-1 I1（A） IⅡ（A） I（A）3. 阻抗电压不相等的两台单相变压器并联运行。 打开短路开关 S2，变压器Ⅱ的副方串入电阻 R，R 数值可根据需要调节，重复前面实验 测出 I、II、IⅡ，共取 5～6 组数据，记录于表 1-2 中。 表 1-2 I1（A） IⅡ（A） I（A）五、实验报告1.根据实验(2)的数据，画出负载分配曲线 II = F(I)及 IⅡ= F(I)。 2.根据实验(3)的数据，画出负载分配曲线 II = F(I)及 IⅡ= F(I)。 3.分析实验中阻抗电压对负载分配的影响。 4.实验体会。60实验三一、实验目的三相笼型异步电动机的工作特性用直接负载法测取三相笼型异步电动机的工作特性。二、预习要点1.异步电动机的工作特性指哪些特性？ 2.工作特性的测定方法。三、实验项目负载试验。四、实验方法 选用设备与空载试验相同。 测量接线图同图空载试验。 调节调压器使之逐渐升压至额定电压（在做试验时保持电压恒定），并调节测功机转 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，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、转距 T2 等数据，共读取 5～6 组数据，记录于表 3-1 中。 表 3-1 UN=220V（△） If = A 序 I(A) P(W) T2(N.m n(r/mi P2(W) 号 IU IV IW I1 P1 P11 PK ) n)注意：在做负载试验时应保持定子输入电压为额定值，直流电机的励磁电流为规定值。 五、实验报告 1. 作工作特性曲线 P1、I1、n、η 、S、cos?1 = f(P2) 由负载试验数据计算工作特性，填入表 3-2 中。61表 3-2 序号U1 = 220V（△） If = 电动机输入 电 动 机 输 出 计 算 值 I1(A) P1(W) T2 (N·m) n(r／min) P2（W） S (％) η (％) cos?1A2.实验体会七、思考题1、 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？62实验四异步电动机 SPWM 与电压空间矢量变频调速系统一、实验目的 1. 通过实验掌握异步电动机变压变频调速系统的组成及工作原理。 2. 加深理解用单片机通过软件生成 SPWM 波形的工作原理与特点。以及不 同调制方式对系统性能的影响。 3. 熟悉电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）的工作原理与特点。 4. 掌握异步电动机变压变频调速系统的调试方法。 二、实验内容 1. 连接有关线路，构成一个实用的异步电动机变频调速系统。 2. 过压保护、过流保护环节测试。 3. 采用 SPWM 数字控制时，不同输出频率、不同调制方式（同步、异步、 混合调制）时的磁通分 量、磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT 两端电压波形 测试。 4. 采用电压空间矢量控制时，不同输出频率、不同调制方式时的磁通分量、 磁通轨迹、定子电流与电压、IGBT 两端电压波形测试。 三、实验系统组成及工作原理 变频调速系统原理框图如图 1 所示。它由交-直-交电压源型变频器，16 位单 片机 80C196MC 所构成的数字控制器，控制键盘与运行指示、磁通测量与保护 环节等部分组成。63L1 L2 L3IPMUVW电压检测电流检测电流检测微机控制系统磁通 检测逆变器功率器件采用智能功率模块 IPM（Intel Ligent Power Modules），型 号为 PM10CSJ060（10A/600V）。IPM 是一种由六个高速、低功耗的 IGBT，优 化的门极驱动和各种保护电路集成为一体的混合电路器件。由于采用了能连接 监测电流的有传感功能的 IGBT 芯片，从而实现高效的过流和短路保护，同时 IPM 还集成了欠压锁定和过流保护电路。该器件的使用，使变频系统硬件简单 保护，同时 IPM 还集成了欠压锁定和过流保护电路。该器件的使用，使变频系 统硬件简单紧凑，并提高了系统的可靠性。 数字控制器采用 Intel 公司专门为电机高速控制而设计的通用性 16 位单片机 80C196MC。 它由一个 C196 核心、 一个三相波形发生器以及其它片内外设构成。 其它片内外设中包含有定时器、A/D 转换器、脉宽调制单元与事件处理阵列等。 在实验系统中 80C196MC 的硬件资源分配如下： 1. P3、P4 口：用于构成外部程序存储器的 16bit 数据和地址总线。 2. WGI~WG3 和 WG1~WG3： 用于输出三相 PWM 波形， 控制构成逆变器的64IPM。 3. EXTINT：用于过流、过压保护。 4. 通过接于 A/D 转换器输入端 ACH2 和 ACH1 设之输入频率和改变 u/f （低 频补偿）。 5. 利用 P0 和 P1 口的 P0.4~P0.7 和 P1.0~P1.3，外接按钮开关，用于起动、 停止、故障复位两种调制方法、三种调制模式的选择。 6. 利用 P2、P5、P6 口的 P2.4~P2.7，P5.4 与 P6.6，P6.7，外接指示灯，用 于指示系统所处状态。 7. 磁通观 测器用于 电机气隙磁通测量。其前半部分为 3/2 变换电器，将 三相电压 VA、VB、VC 从三相静止坐标系 A、B、C 变换到二相静止坐标系?、 ?上，成为 V?、V?。电路的后半部分则分别对 V?、V?积分。在忽略定子漏磁 和定子电阻压降的前提下，两个积分器的输出分别是二相静止坐标系中电机气 隙磁通在?、?轴上的分量??、??；它们的波形形状相似，相位差 90°。将两个 积分的输出分别接入示波器的 X 轴输入和 Y 轴输入，即可得到 电机气隙磁通 的圆形轨迹。 四、实验设备和仪器 1. MCL-I1 型电机控制数学实验台 2. MCL-09 变频调速系统组件 3. 电机导轨及测速发电机 4. 慢扫描示波器 5. 双踪示波器 五、实验方法 按图 5-4 连接线路，经检查无误后，合上电源，实验系统缺省设置为 SPWM 控制，同步调整方式，对应指示灯亮。若指示灯与上述不符，可按复位按钮， 使系统处于上述缺省状态，此时系统即可进行实验。若系统采用 SPWM 控制并 工作在同步调制方式，即可按起动按钮，电动机即可起动，起动后可调节频率65设定电位器，即可改变电动机转速。 在电动机运行中，如按了空间矢量、异步调制，混合调制等按钮，系统将不 会响应，必须先按停止按钮，使电动机停止运行，才能转到空 间矢量控制以及 其它调制方式。 低频补偿电位器在电机运行时，可按需要任意调节。 系统出现故障停机时，可在拆除故障条件下，按故障复位按钮，使红色故障 指示灯灭，系统即可按要求继续运行。 1. 过压与过流保护环节测试。 （这里只需合上控制电源， 主回路电源不加。 ） (1) 断开过压保护检测线，红色故障指示灯发亮，同时微机输出驱动脉冲被 封锁，表示过压保护环节工作正常。测试完毕后，按一下故障复位按钮，故障 指标灯灭。 (2) 断开过流检测线，红色故障指示灯发亮，同时驱动脉冲被封锁，表示过 流保护环节工作正常。测试完毕后，按一下复位按钮，故障指示灯灭。 2. 采用 SPWM 控制，分别在输出频率为 50Hz、30Hz 条件下，测量与描绘 不同调制方式时的电机气隙磁通分量、电机气隙磁通轨迹、定子电流、IGBT 两 端波形（输出 U、V、W 与 N 端之间）与定子端电压等波形，以及观察电机运 行的平衡与噪声大小。 (1) 同步调制：系统设定的载波比 N=12。 (2) 异步调制：系统设定的载波频率 ft=600Hz。 (3)混合调制：分三段执行。第一段 0Hz~12.5Hz，载波比 N1=100；第二段 12.5Hz~25Hz，载波比 N2=80；第三段，25Hz~50Hz，载波比 N3=60。 当在低频 2Hz 时，若电机无法转动时，可调节低频补偿电位器（顺时针旋 转时，低频补偿电压增大），直到电动机能旋转时止。 3. 采用电压空间矢量控制 实验条件及观察与描绘的波形同方法 2。 4. 低频补偿性能测试 低频时定子压降的补偿度可通过电位器连续调节，在输出频率为 1~2Hz 时，66调节补偿度直到电动机能均匀旋转时止， 同时观察与记录直流母线电流的变化。 六、实验报告 1. 列出 SPWM 控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形与电机工 作情况。 2. 列出电压空间矢量时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形与电机 工作情况。 3. 调节低频补偿度，列出电机能均匀旋转的最低工作频率。 4. SPWM 控制，电压空间矢量控制，不同调制方式时的电机气隙磁通轨迹， 定子电流及电机平稳性与噪声比较。 5. 对实验中感兴趣现象的分析、讨论。 6. 实验的收获、体会与改进意见。 七、思考题 1. 低频时定子压降的补偿度是否越大越好？过大了会造成何种不良结果？ 应该如何调节才算恰到好处？ 2. SPWM 控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，那么 电压空 间矢量控制的目标是什么？它与 WPWM 控制相比，有哪些特点？ 3. 设单机输入的交-直-交变频调速系统的直流母线电压 310V， 按 SPWM 控 制时电机组一电压的最大值为几伏？如要达到电机线电压为 220V 有否可能？ 如何实现？ 八、注意事项 1. 转换不同控制与调制方式，要等到电动机转速接近于零时，再按起动按 钮，以免对电动机造成冲击。 2. 主回路中的保险丝为 1A，不要任意放大。67实验五 三相同步发电机并网运行一、实验目的 １. 学习同步发电机投入电网并联运行及解列的操作方法。 ２. 学习调节并联到电网上运行的同步发电机有功功率及无功功率的方法。 二、预习 根据被试电机的铭牌数据，自行设计实验接线图，仪表选用和记录表格。 三、实验内容 １.将同步发电机投入电网并联运行。 (1) 用电压表测量发电机和电网电压是否相等。 (2) 用暗灯法或灯光旋转法检查是否满足并联条件。确实全部满足并联条件后，将同 步发电机投入电网并联运行。 (3) 解列。 （以上各项每人轮流操作一遍） ２.作 V 形曲线Ｉ＝f(if)；保持Ｕ＝常数。 作Ｐ２＝０、Ｐ２＝（1/6～1/3）ＰＮ两条 V 形曲线。 四、实验原理 三相同步发电机与电网并联和脱网有严格 的操作规程，并网必须满足是四条件： 1． 电压相等 2． 频率相等 3． 相序相同 4． 相位一致 脱网必须满足以下条件： 三相同步发电机电枢电流接近等于零。 四、 实验说明 整步表（同步指示仪）的使用方法，见电机学实验指导书中有关内容。 a) 三相功率表的使用方法，见电机学实验指导书有关内容。 五、注意事项 1、 实验线路比较复杂，使用仪表多，预习时应拟好线路图及仪表、刀闸、 电流插口等在实验桌上的实体布置图。 2、 同步发电机投入电网并联运行时，应将整步表和指示灯配合使用，互相 对证，以免出错。 3、并联前用电压表检查发电机和电网电压是否相等，然后再通过整步表和相灯检查。 当确知并联条件完全满足， 即整步表的指针慢慢转到 红色标记处时果断合闸。 4、做Ｕ形曲线时，应先找到曲线的最低点（即 cos?=1），然后再增加及减少发电机的励磁场电流，在过励及欠励部分均匀地各取几点，直到达到额定电流值为止。 取数时应保证有功功率Ｐ＝常数，电压Ｕ＝常数。注意电流不能超过功率表的电流 额定值。68在做Ｕ形曲线的欠励段时，应注意防止发电机因过分欠励而失去同步。 和做空载实验一样，调节发电机励磁电流时，只能单方向进行，不要来回调节。 5、解列时应调节直流电动机和发电机的励磁电流，使有功功率和无功功率的输出 都很接近于零时，再切断刀闸。 六、 思考题 1、 同步发电机和电网并联的条件是什么？如何检查是否满足这些条件？ 2、 旋转灯光接线和暗灯法怎样接法？两种方法各如何判断相序是否正确， 何时并车？ 3、 实验中，如何调节同步发电机的有功功率和无功功率的输出？在调节无 功功率时，为何有功功率会随之有些变化？ 4、 用灯光旋转法能否判断发电机的频率比电网的频率高还是低？这与Ａ、 Ｂ、Ｃ相序是否正确有关系吗？ 5、 讨论同步发电机调节有功功率和无功功率的方法。 七、 实验报告要求 1． 画 V 形曲线Ｉ＝Ｉ(if)（Ｐ＝常数）。 2． 画 V 形曲线Ｉ＝Ｉ(if)（Ｐ＝0）。 3． 回答思考题。 4． 实验体会。69自选实验部分 实验一一、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。三相三绕组变压器二、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、实验说明1.空载实验 低压绕组连接法按铭牌标出的连接，其他两绕组开路。实验方法与三相双绕组变压器 相同。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)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 （cos? = 0.8 ） 中压绕组接纯电阻负载 （cos?2 = 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。五、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／U2 K13 =U1／U3 K23 =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。70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： ZK 12' ? 低压绕组的参数 Z 3 ?ZK 122 K 13? rK 12'? jXK 12'1 (ZK 31 ? ZK 32 ? ZK12' ) 2 r3 ? 1 (rK 31 ? rK 32 ? rK12' ) 2 1 X 3 ? ( XK 31 ? XK 32 ? XK12' ) 2 1 中压绕组的参数 Z 2' ? (ZK 32 ? ZK12'?ZK 31' ) 2 1 r 2' ? (rK 32 ? rK12'?rK 31) 2 1 X 2' ? ( XK 32 ? XK12'? XK 31' ) 2 1 高压绕组的参数 Z 1' ? (ZK 31 ? ZK12'?ZK 32) 2 1 r1' ? (rK 31 ? rK12'?rK 32) 2 1 X 1' ? ( XK 31 ? XK12'? XK 32) 2 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 ?U 31 ? UKr cos?1 ? UKX sin?1 ? Ur 2 cos? 2 ? UX 2 sin? 2)式中UKr 31 ?I 1' rK 31 ? 100% U 3N? I 1' XK 31 UKX 31 ? ?100% U 3N? I 1' r 3 Ur 2 ? ?100% U 3N? I 2' x3 Ux 2 ? ?100% U 3N? I 2' rK 32 UKr 32 ? ?100% U 3N? I 2' XK 32 UKX 32 ? ?100% U 3N? I 1' r 3 Ur1 ? ?100% U 3N?71I 1' X 3 ?100% U 3N? 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,I1′、 I2′ 分别为折算到低压方的高压和中压方的负载电流。 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。 UX 1 ?72实验二一、实验目的三相变压器的不对称短路研究1 研究三相变压器不对称短路。 2 观察三相变压器不同绕组连接法和不同铁心结构对空载电流和电动势波形的影响。二、预习要点1．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。 2．相变压器绕组的连接法和磁路系统对空载电流和电动势波形的影响。三、实验项目1 不对称短路 (1)Y／Y0-12 单相短路 (2)Y／Y-12 两相短路 2 测定 Y／Y0 连接的变压器的零序阻抗。 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。四、实验方法。 (1)Y／Y0 连接单短路 ① 三相心式变压器 实验线路如图 2-1 所示。被试变压器 选用三相心式变压器。接通电源前，先将 交流电压调到输出电压为零的位置， 然后 接通电源，逐渐增加外施电压，直至副方 短路电流 I2K≈I2N 为止， 测取副方短路电 流和相电压 I2K、U3U1、U3V1、U3W1 原方电 流和电压 I1U1、I1V1、I1W1、U1U1、U1V1、 U1W1、U1U1.1V1、U1V1.1W1、U1W1.1U1，将数据记 录于表 2-1 中图 2-1 表 2-1 I2K(A) U3U1(V) U3V1(V) U3W1(V) I1U1(V) I1V1(V) I1W1(A)73U1U1(V)U1V1(V)U1W1(V)U1U1.1V1(V)U1V1.1W1(V)U1W1.1U1(V)②三相组式变压器 被试变压器改为三相组式变压器，重复上述实验，在外施电压 U 1 ? UN 3 的条件下 测取数据，记录于表 2-2 中。 表 2-2 I2K(A) U2U1(V) U2V1(V) U2W1(V) I1U1(V) I1V1(V) I1W1(A) U1U1(V) U1V1(V) U1W1(V) U1U1.1V1(V) U1V1.1W1(V) U1W1.1U1(V)(2)Y／Y 联接两相短路 ①三相心式变压器 实验线路如图 2-2 所示。接通 三相心式变压器电源前，先将电压 调至零，然后接通电源，逐渐增加 外施电压，直至 I2K≈I2N 为止，测 取变压器原、副方电流和相电压 I2K、U3U1、U3V1、U3W1、I1U1、I1V1、 I1W1、U1U1、U1V1、U1W1，将数据记录 于表 2-3 中。图 2-2 表 2-3 I2K(A) I1V1(A) U3U1(V) I1W1(A) U3V1(V) U1U1(V) U3W1(V) U1V1(V) I1U1(A) U1W1(V)②三相组式变压器 被试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 2-4 中。 表 2-4 I2K(A) U3U1(V) U3V1(V) U3W1(V) I1U1(A) I1V1(A) I1W1(A) U1U1(V) U1V1(V) U1W1(V)4.测定变压器的零序阻抗 (1)三相心式变压器 实验线路如图 2-3 所示。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。接通电源前，将电压调至零, 接通电源后，逐渐增加外施电74图 2-3 压，在输}