电机实验

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、预习要点

1．掌握三相旋转磁场产生原理。

2．根据Z=36、2P=6、a=1整步60°相带，绘出三相单层迭绕组展示图。

五、实验说明

1、单层绕组的每个槽中只嵌一个绕圈有效边，绕组的成圈数等于总槽数的一半。

2、一个极距内所有导体的电流方向必须一致，相邻两个极距内所有导体的

边流方向必须相反。

3、在选线时，由于有效边是产生电磁作用的主要部分，所以只要保持有效的电流以流向不变，端部连接方式改变，不会改变电磁情况。

4、通电时，电流小于3安。

5、用指南针检查旋转磁场时，指南针平放并且尽量靠近木槽。

六、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=36/4×3=2槽 槽间电角度 α=P360/Z=3×360/36=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

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

七、报告要求

验证完成后，写出体会。

本实验主要是研究三相交流电机的定子绕组的构成方法。通过这个实验加深了我对三相绕组的构成方式的了解，也加深了我们对旋转磁场产生原理的理解。

八、实验思考

1、哪些接线错误可能建立不起旋转磁场？

答：①当两个线圈（或线圈组）之间的连接顺序不正确的时候将不能产生

旋转磁场；②当线圈在定子槽中放的位置不正确的时候不能产生旋转磁场；③当各相绕组的端接线连接不正确时不能产生旋转磁场。

2、采用木模定子，绕组电阻很小，须直接加电网电压吗？

答：不能，当采用木模定子时，磁路的磁阻很大，即励磁电抗很小。则绕组产生的磁场很小，加之绕组电阻很小，当直接加电网电压时，线圈中的励磁电流将很大，绕组很容易烧坏。

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“*”。

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。 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 16 ℃ 绕组V、W I（mA） 150 100 200 U（V） 1.2 0.8 1.6 R（Ω） 8 8 8 绕组W、U 100 150 200 0.8 1.2 1.6 8 8 8 绕组U、V 200 100 150 1.6 0.8 1.2 8 8 8 图7-1 三相交流绕组电阻的测定

10V 可调直流稳定电源 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

N

N

80-100V

U U

U≠0

80-100V

U=0

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

序号 1 2 3 4 5 6 7 UOC（V） UAB 440 400 380 360 340 2 220 UBC 440 400 380 360 340 2 220 UCA 440 400 380 360 340 2 220 UOL 440 380 IA 3 2 IOL（A） IB 3 2 1.8 1.6 1 IC 3 2 1.8 1.6 1 IOL 3 2 1.8 1.6 1 PO（W） PO 380 300 280 260 240 210 200 cos 0.183 0.192 0.213 0.232 0.255 0.399 0.525 400 2.25 2.25 2.25 2.25 360 1.8 340 1.6 220 1 2 1.15 1.15 1.15 1.15

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 UOC（V） UAB UBC UCA UK IA 120 120 120 120 4.4 104 104 104 104 3.9 100 100 100 100 3.7 82 60 42 22 82 60 42 22 82 60 42 22 82 60 42 22 2.9 2.1 1.6 1.2 IOL（A） IB 4.4 3.9 3.7 2.9 2.1 1.6 1.2 IC 4.4 3.9 3.7 2.9 2.1 1.6 1.2 IK 4.4 3.9 3.7 2.9 2.1 1.6 1.2 PO（W） cosK PK 560 440 400 240 120 60 40 0.612 0.626 0.624 0.583 0.550 0.515 0.875

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）

序号 1 2 3 4 5 6 7 IA 4.6 4.2 3.7 3.4 3.0 2.6 2.0 IOL（A） IB IC 4.6 4.6 4.2 4.2 3.7 3.7 3.4 3.4 3.0 3.0 2.6 2.6 2.0 2.0 I1 4.6 4.2 3.7 3.4 3.0 2.6 2.0 PO（W） P1 2480 2200 1880 1680 1320 1080 320 n（r/min） P2（W） 1377 1391 1410 1420 1438 1452 14

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：

rlefrlc235ref235c8235759.9

23516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； θref——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、cos0=f(U0) 空载电流与空载电压的关系：

空载损耗与空载电压的关系：

空载时的功率因数与空载电压的关系：

3.作短路特性曲线：IK、PK=f(UK) 短路电流与短路电压的关系

短路损耗和短路电压的关系：

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UkIk10033.715.6

短路电阻 RkPk4009.74 223Ik33.7短路电抗 XkZk2Rk215.629.74212.19

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RkR19.7481.74 定、转子漏抗 X1X2Xk6.1 2(2)由空载试验数据求激磁回路参数 空载阻抗 Z0U0220110 I02空载电阻 R0P028023.33 223I03222空载电抗 X0Z0R0110223.332107.5

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107.56.1101.4 激磁电阻 RmPFe19516.25 223I032式中 PFe为额定电压时的铁耗，由图7-4确定。

图7-4 电机中的铁耗和机械损耗

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：①各个实验仪表存在一定得误差，数据测量时也会引起一定的误差；②实验原理存在误差，如短路实验时忽略了励磁支路的影响；③空载实验时转子的转速会随输入电压的改变而改变等。

2.从短路试验数据我们可以得出哪些结论？

答：通过短路试验，可以求出等效电路的电阻和漏抗。

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。 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。

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。）

图8-1 异步电机直接起动实验接线图

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

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。

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

△直接（220V） 31 Y/△ 9.8 降压155V 21 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）

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。

0 31 3 14.5 6 11 表8-3中 U=380伏 T2= N.m

Rst（Ω） n（r/min） 0 1446 1.5 1396 3 1343 4.5 1296 6 1252 七、实验报告

1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。

（1）直接起动：起动方法简单；起动时的起动电流大，转矩小，当电机的容量大时将会导致电网电压下降。

（2）星形——三角形起动：起动电流和起动转矩同倍数下降；只能降低为原来值得1/3，并且只适用于最后工作在转子为三角连接的电机。

（3）自耦降压起动：起动电流和起动转矩同倍数下降，并且降低倍数可调；但要额为增加一台变压器。

（4）转子串电阻起动：起动电流小，起动转矩大；是有级调速，转矩变化较大，机械冲击较大，控制设备庞大，维修不变。

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31A (2)外施电压为UN/

。(Y—Δ起动) Ist9.8A

(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21A

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：当串入较小的电阻时，异步电机的起动电流下降，电机的起动转矩上升；如串入较大电阻，则起动转矩又会减小。

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：在异步电动机转子绕组中串入电阻后，电机稳定运行时转速会下降。

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，转子串电阻起动，定子串电阻起动时成立。 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：实验结果和理论值基本相符，由于各种误差的影响，导致了这些差异的存在。

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。

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） 本机控制（013）选1 功锁定（20）选1 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

U 1 224 2 260 3 296 4 332 5 372 f n I P

30 842 2.65 800 35 996 2.65 840 40 1148 2.65 920 45 1300 2.65 1040 50 1450 2.65 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：该实验是在保持电动机的输出转矩不变的情况下进行的，为了保持电机磁场不变，需要保证U/f的值不变，当输入电压的频率升高时，输入电压，转速和输出功率都相应的升高。

2、作出补偿后的U/f曲线。

3、作出控转矩调速的PL、f曲线。

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：因为在低频时，电源的电压也比较低，这是定子电阻就不能忽略，这时的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：从额定频率向下调速时，电源电压也要同步下降，此时为恒转矩调速；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。

实验十 三相同步发电机的运行特性

一、实验目的

1、用实验方法测取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、实验项目

1、测定电枢绕组室温下的电阻。 2、空载实验。 3、三相短路实验。 4、纯电感负载实验。 5、求取外特性曲线。 6、求取调整特性曲线。

三、设备与仪表

1、直流电动机-交流同步发电机机组

2、交直流电流表 5块 3、交直电压表 2块 4、三相调压器 2台 5、负载灯箱 1个 6、转速测试表 1个 7、可调电位器 3台 8、电抗器 1台

四、预习要点

1、同步发电机在对称负载下运行有哪些基本特性？这些基本特性曲线大致形状如何？它们各在什么条件下测得？

2、怎样用实验数据和特性曲线计算对称运行时的稳态参数？

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、检查直流电动机转向。 3、电动机励磁回路一定要接牢。 4、调电机转速时要慢调。

5、空载时，同步发电机励磁回路电流要增加到一定程度，才有明显电压。 6、加负载时，三相要对称时才读数。

7、负载时：从空载380V时加负载，做下降的外特性，以免烧负载灯泡。

六、实验线路及操作步骤

每一电机实验机组配置情况可能不同，实验时应根据具体机组情况决定实验中仪表和设备的量程及其接线方式。下面介绍本实验机组数据情况，以供参考。

本实验机组，被试的同步发电机，以并励直流电动机作为原动机，同步发电机自身带直流励磁发电机。其额定数据为：

交流同步发电机：SN=3kVA，m1=3，UN=380V（△），IN=6.7A，nN=1500r/min，f=50Hz，cosφN=0.9，IfN=6.8A，E级绝缘，连续运行。

直流励磁发电机：PN=0.3kW，nN=2100r/min，UN=43V，IN=6.98A，E级绝缘，连续运行。

并励直流发电机：PN=5.5W，UN=220V，IN=30.9A，nN=1500r/min，IfN=0.84A，UfN=220V，E级绝缘，连续运行。

1、测定电枢绕组在室温下的直流电阻

本实验用伏安法。测量志计算方法参考第五章实验一。 2、空载实验

实验接线如图10-1所示。

图10-1 同步发电机空载短路负载实验接线图

同步发电机的负载开关S1、S2处于断开位置（若无两只开关可用一只并车开关代替，先后分别按每种实验内容接线），调节可变电阻器R1、rf使阻值为最大，rf1阻值为最小，合上直流电源开关KM2，启动直流电动机M，使同步发电机的转速达到额定转速1500r/min，并保持不变；改变rf和R1，逐渐单调增加同步发电机的励磁电流，直至发电机的端电压达到1.1倍UN为止，测取此时的三相电压及励磁电流；然后逐渐单调减小励磁电流If直至等于零为止。在这个过程中，测取励磁电流If和相应的空载电压U0共7-8组数据，记录于表10-1中，便可得空载特性曲线的下降分支。在测取实验数据时，应在额定电压附近多测几点，而且U0=UN和If=0两点为必测点。

表10-1 I=0，n=nN=1500r/min

序号 1 2 3 4 5 6 空载电压 Uuv(V) 440 390 380 3 248 184 Uvw(V) 440 390 380 3 248 184 Uuw(V) 440 390 380 3 248 184 U0(V) 440 390 380 3 248 184 U*0 1.158 1.026 1 0.958 0.653 0.484 If(A) 4.1 2.8 2.7 2.35 1.2 0.8 励磁电流 I*f 1.519 1.037 1 0.870 0.444 0.296 7 136 136 136 136 0.358 0.3 0.111

表中，U0=（Uuv+Uvw+Uuw）/3；U*0=U0/UN；I*f=If/If0。

式中，UN为同步发电机的额定电压，单位V；If0为空载额定电压时的励磁电流，单位A。

3、短路实验 实验接线图如10-1。

调节R1、rf使阻值为最大，将开关S1合向短路侧，使发电机电枢三相绕组短路，调节电机转速保持不变，逐渐增加同步发电机的励磁电流If，使同步发电机短路电流Ik=1.2IN，然后逐渐减小励磁电流If=0，在这个过程中，测取同步发电机的励磁电流和电枢绕组三相短路电流，共测取4-5组数据，记录于表10-2中。

表10-2 U=0，n=nN=1500r/min

序号 1 2 3 4 5 6 7 短路电流 Iu(A) 7.2 6.7 5.8 4.7 3.6 2.6 1.7 Iv(A) 7.2 6.7 5.8 4.7 3.6 2.6 1.7 Iw(A) 7.2 6.7 5.8 4.7 3.6 2.6 1.7 IK(A) 7.2 6.7 5.8 4.7 3.6 2.6 1.7 I*K 1.075 1 0.866 0.701 0.537 0.388 0.253 If(A) 3.3 3.1 2.7 2.1 1.6 1.1 0.6 励磁电流 I*f 1.222 1.148 1 0.778 0.593 0.407 0.222

表中，IK=（Iu+Iv+Iw）/3；I*K=IK/IN；I*f=If/If0。 5、测取同步发电机在纯电阻负载时的外特性 实验接线图同图10-1。

调节R1，使If减小，将自耦变压器转盘置于使输出电压达到最小值位置，打开开关S2，将变阻器RL调到最大值，将开关S1合向负载电阻RL侧；同时调节同步发电机转速n、励磁电流If和负载电阻RL，使同步发电机转速n，电枢电流I和端电压U均达到额定值。然后保持此时发电机的励磁电流以If和转速n=nN不变，逐渐增大负载电阻RL使电枢电流逐渐减小，直到空载I=0，在减小电枢电流过程中，测取三相电压和三相电流共5-6组数据，记录于表10-4中。

注意：空载电压为必测点。

表10-4 n=nN= 1500 r/min，I=If 0.84 A cosφ=1

序号 1 2 3 4 5 6 三相电压 Uuv(V) 380 376 368 352 332 304 Uvw(V) 380 376 368 352 332 304 Uuw(V) 380 376 368 352 332 304 U(V) 380 376 368 352 332 304 Iu(A) 0 1 1.7 2.5 3.3 3.95 三相电流 Iv(A) 0 1 1.7 2.5 .3.3 3.95 Iw(A) 0 1 1.7 2.5 3.3 3.95 I(A) 0 1 1.7 2.5 3.3 3.95 表中，U=（Uuv+Uvw+Uuw）/3；I=（Iu+Iv+Iw）/3。

七、实验报告

1、根据实验数据绘出同步发电机的空载特性曲线、短路特性曲线、外特性曲线。

空载特性曲线：

短路特性曲线：

外特性曲线：

实验十一 三相同步发电机的并联运行

一、实验目的

1．掌握三相同步发电机投入电网并联运行的条件和操作方法。 2．掌握三相同步发电机与电网并联运行时有功和无功率的调节。

二、预习要点

1．三相同步发电机投入电网并联运行时，必须满足哪些条件？如何满足这些条件？不满足这些条件将产生什么后果？

2．三相同步发电机投入电网并联运行时，如何调节有功功率和无功功率？并说明其物理过程。

三、实验设备与仪表

1．三相同步发电机 1台 2．直流电动机 1台 3．交直流电压表 4台 4．交直流电流表 5台 5、功率因素表 1台 6、可调电阻器 3台 7、电阻器 1台 8、三相同步指示灯 1组 9、转速测试表 1台

四、实验项目

1．用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。 2．用自同步法将三相同步发电机抽入电网并联运行。 3．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节。

4．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节。 (1)测取当输出功率等于零时三相同步发电机的V形曲线。

(2)测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线。

五、实验说明

1、三相同步发电机与电网并联运行应满足的条件是，发电机电压的相序与电网一致，发电机端电压的大小和相位与电网相同，发电机电压的频率与电网相同。除第一点必须满足外，实验中庆调节发电机电压和频率与电网尽可能接近时再投入并联运行。

2、用作三相同步指示灯的额定电压应按二倍发电机额定电压选取。 3、进行无功功率调节的操作过程中，发电机励磁电流不可欠励太多，以防止发电机失步。

六、实验线路及操作步骤

实验接线如图11-1所示。

1．用准同步法将三相同步发电机投入电网并联运行 三相同步发电机与电网并联运行时必须满足的条件如下： (1)

羰电压与电网电压大小和相位相同，即EoⅡ=U1； (2)

的频率与电网频率相同，即fⅡ=f1； (3)

与电网的相序相同。

本实验灯光旋转法接线，即指示灯按图11-1接线。图中电压表与指示灯（两只指示灯串联）应按2倍电网额定电压选择，苦味电压表分别测量发电机电压和电网电压时，则电压表的量程只按电网额定电压选择。

合上开关KM2，启动原动机（并励直流电动机），使同步发电机的转速接近额定值；调节同步发电机的励磁电流，使同步发电机的羰电压等于电网电压；按灯光旋转法接线时，若三相相灯集资明灭形成旋转灯光，则表示发电机与电网的相

发电机发电机发电机

序相同。如发现三相的相灯同时发亮，同时熄灭，这说明发电机与电网的相序不一致，应将开关KM1打开，然后将发电机（或电网）任意两相互换，使相序一致；当发电机转速接近同步转速，发电机羰电压与电网电压相等或接近，各相灯光依次明灭而旋转的速度达到最慢，待直接相连的一相（即A相）灯光熄灭时，立即合上S1，把同步发电机投入电网并联运行。

图11-1准同步法同步发电机与电网并联实验接线图

2．三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节 实验接线同图11-1。

在同步发电机并入电网后，同时调节同步发电机的励磁电流和直流电动机的励磁电流，使同步发电机电枢电流接近零，这时相应的同步发电机的励磁电流

Ⅰf=Ⅰf0。保持Ⅰf=Ⅰf0不变，调节直流电动机的励磁电流，使同步发电机的输出功率P2增加，在同步发电机的电枢电流从接近于零增大到额定电流范围内，测取发电机的三相电流、三相功率和功率因数共5～6组数据，记录于表11-1中。

表11-1 n=nN=1500r/min，U=UN=380V,If0= A

序号 1 2 3 4 5 6 7

输出电流 Iu（A） 0.6 1.0 1.6 2.0 2.5 3.2 3.8 Iv（A） 0.6 1.0 1.6 2.0 2.5 3.2 3.8 Iw（A） 0.6 1.0 1.6 2.0 2.5 3.2 3.8 I（A） 0.6 1.0 1.6 2.0 2.5 3.2 3.8 输出功率 P(W) 0 400 880 1200 1520 1960 2240 功率因数 cosφ 0 0.608 0.836 0.912 0.924 0.931 0.6 表中，Ⅰ=（Ⅰu+Ⅰv+Ⅰw）/3；P2=3P1。

4.三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节

（1）测取当输出功率等于零（P2≈0）时三相同步发电机V形曲线 实验接线图11-1。

在同步发电机并入电网后，调节直流电动机的励磁电流，使同步发电机的输出功率P2≈0。

在保持P2=0条件下，增加同步发电机的励磁电流Ⅰf，使同步发电机的电枢电流增加到6.7A额定值，记录此点的励磁电流、电枢电流，然后减少同步发电机的励磁电流Ⅰf，使发电机的电枢电流减小到最小值，并记录此点数据，继续减小发电机的励磁电流，则电枢电流又将增大，直到接近额定值，在这个过励和欠励的范围内测取5～6组数据，记录于表11-2中。

注意：在实验的过程中，电流应单方向调节。

表11-2 n=nN=1500r/min，U=UN=380V, P2≈0, PI≈ A

序号 1 2 3 三相电流 Iu（A） 0.7 3.5 6.8 Iv（A） 0.7 3.5 6.8 Iw（A） 0.7 3.5 6.8 I（A） 0.7 3.5 6.8 励磁功率 If（A） 2.5 4.5 6.5 4 5 1.6 3.7 1.6 3.7 1.6 3.7 1.6 3.7 1.8 0.6

表中，Ⅰ=（Ⅰu+Ⅰv+Ⅰw）/3。

（2）测取当输出功率等于0.5倍额定功率时三相同步发电机的V形曲线 调节直流电动机的励磁电流，使同步发电机的输出功率P2=0.5倍额定功率。在保持P2=0.5PN条件下，增加同步发电机的励磁电流，使同步发电机电枢电流增加至接近额定值，记录此点的励磁电流，电枢电流和功率因数；然后减小发电机的励磁电流，使发电机的电枢电流减小到最小值，并记录此点数据，继续减小同步发电机的励磁电流，则电枢电流又将增大，直至接近额定值，但不可欠励过多，以防同步发电机失步，若出现失步，应立即增加发电机励磁电流，以便牵入同步，同时注意电枢电流不应超过额定值。在这个过励和欠励的范围内测取5～6组数据，记录于表11-3中。

注意：在实验的过程中，电流应单方向调节。

表11-3 n=nN=1500r/min，U=UN=380V, P2≈0.5PN(PI≈0.17PN)

序号 1 2 3 4 5 三相电流 Iu（A） 2.3 3.9 6.9 4.2 5.5 Iv（A） 2.3 3.9 6.9 4.2 5.5 Iw（A） 2.3 3.9 6.9 4.2 5.5 I（A） 2.3 3.9 6.9 4.2 5.5 励磁电流 If（A） 3.1 4.7 6.7 1.3 0.6 功率因数 cosφ 0.991 0.584 0.330 0.543 0.414 表中，Ⅰ=（Ⅰu+Ⅰv+Ⅰw）/3；P2=3P1。

七、实验报告

1、试叙述三相同步发电机投入电网时，若不满足投入电网并联运行条件将引起什么后果？

答：当发电机的电压和电网不相等，频率不相等或相位不一致时，将会在发电机中产生很大的电流，可能导致电机烧毁。

2、试说明三相同步发电机投入电网并联运行时，有功功率和无功功率的调节方法。

答：有功功率调节调节的方法是保持If=If0不变，调节直流电动机的励磁

电流，可以改变同步发电机的有功功率输出；无功功率的调节方法是调节同步发电机的励磁电流，可以改变同步发电机的无功功率输出。

3、绘出P2≈0和P2≈0.5PN时同步发电机的V形曲线并加以说明。

八、思考题

1．试说明用自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时，先把同步发电机的励磁绕组与10倍励磁绕组电阻组成闭合回路的作用；附加电阻值太大或太小有什么缺点？

答：串联电阻太小，则会产生很大的电流烧毁绕组，且电机的起动转矩小；串联电阻太大则迁入转矩小，也不能起动电机。

2．三相同步发电机与电网并联运行调节无功功率时，除了调节同步发电机的励磁电流外，为何还要同时调节直流电动机的励磁电流？

答，调节直流电机的励磁电流的目的是为了保持发电机的转速不变，即电压频率恒定。

3．自同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时，先把发电机带动到接近同步转速，若发电机实际转速与同步转速相差太多，将产生什么后果？

答：当发电机实际转速与同步转速相差太多时，绕组中会感应出很高的单相电动势。

实验十二 三相同步电动机

一、实验目的

（1）熟悉三相同步电动机的异步起动方法。

（2）掌握三相同步电动机V形曲线及工作特性曲线的测取方法。

二、实验内容

（1）三相同步电动机的异步起动。

（2）测取三相同步电动机V形曲线I1=f（If）。

（3）测取三相同步电动机工作特性曲线I1、T2、cosφ、η=f(P2)。

三、实验设备与仪表

（1）三相调压器 1台 （2）功率表 2块 （3）凸极式三相同步电动机 1台 （4）功率因数表 1块 （5）交流电流表 3块 （6）交流电压表 1块 （7）直流电压表 2块 （8）转速表或测速仪 1台 （9）直流电流表 2块 （10）可调电阻器 3台 （11）涡流测功机 1台 或电机及电气技术实验装置 1台

四、实验预习内容

（1）了解三相同步电动机异步起动的原理。

（2）了解三相同步电动机异步起动和测取V形曲线的实验线路。 （3）预习三相同步电动机的V形特性曲线及测取的条件。 （4）预习三相同步电动机的工作特性及测取的条件。

五、实验说明

（1）三相同步电动机的负载用直流发电机带灯箱作为负载。

（2）三相同步电动机的定子绕组为△联结，测量电动机三相功率可以用“二表法”或“三表法”，用一个电压表通过电压转换开关测量电动机三相电压。

（3）起动前应注意电动机转向是否符合规定的方向，同时将电流表、功率表和功率因数表的电流圈短接，以免起动时冲击电流损坏仪表。

（4）起动时电动机转子励磁回路不允许开路，应在转子励磁回路患联一个限流电阻R，其阻值约为转子绕组电阻的8-10倍。

六、实验操作方法

三相同步电动机的实验线路如图12-1所示，同步电动机MS的转子与直流发电机转子机械连接。

1、三相同步发电机的异步起动

（1）断开涡流测功机电源开关Q4，将同步电动机转子励磁回路双向开关Q2投向电阻R侧位置，使三相同步电动机的转子经串联电阻R成为闭合回路，闭合电动机转子励磁电源开关Q3。

（2）将调压器T输出电压置于零值位置，闭合电源开关Q1起动同步电动机，调节调压器逐步增加电动机端电压直至U=UN为止。

（3）待电动机转速上升至额定转速附近时，迅速将双向开关Q2投向接通转子励磁电流的位置，使电动机牵入同步。同时调节励磁回路电阻Rf1，使电动机电枢电流I达最小值，完成起动过程。

图12-1 三相同步电动机的实验线路

2、测取三相同步电动机的V形曲线 （1）输出功率P2≈0时的V曲线

1）在按上述步骤起动同步电动机后，保持电动机端电压U=UN、频率f=fN和输出功率P2≈0（空载）不变。

2）调节同步电动机励磁回路电阻Rf1使励磁电流If增加，此时电动机电枢电流也随之增加，直至电枢电流达到I1=IN为止，电动机处于过励状态。

3）调节同步电动机励磁电流If使之逐步减小，此时电动机电枢电流以也随之减小，直至电枢电流达到最小值I1=Imin。记录该点的励磁电流If及电枢电流I1数据，该点是V形曲线中的最低点。

4）继续减小同步电动机的励磁电流If，此时电动机电枢电流反而增加，直至电枢电流达到I1=IN为止，电动机处于欠励状态。

5）在以上三相同步电动机处于过励和欠励的状态过程中，读取励磁电流If、电枢电流I1和输入功率P1的数据，共各读取5-6组，将所读数据记入表12-1。

（2）输出功率P2≈0.5PN时的V形曲线

1）按前述方法起动同步电动机。给直流发电机加上负载，使同步电动机加

载，在电动机端电压U=UN和频率f=fN的条件下，并保持同步电动机输出功率P2≈0.5PN不变。

2）重复上述实验步骤，读取同步电动机励磁电流If、电枢电流I1及输入功率P1的数据，对过励和欠励状态各读取5-6组，将所读数据记入表12-2。

表12-1 P2≈0时的V形曲线实验数据 U=UN，n= 1500r/min 序号 1 2 3 4 5 I/A IA 6.7 3.6 1 2.5 5 IB 6.7 3.6 1 2.5 5 IC 6.7 3.6 1 2.5 5 I1 6.7 3.6 1 2.5 5 If/A If 6.3 4.5 2.3 1.2 0.6 注：表中，I1=（IA+IB+IC）/3为电枢电流平均值，P1= PI + PⅡ为三相输入功率。

表12-2 P2≈0.5PN时的V形曲线实验数据 U=UN，n= 1500r/min 序号 1 2 3 4 5 I/A IA 6.7 4 2.9 3.9 5 IB 6.7 4 2.9 3.9 5 IC 6.7 4 2.9 3.9 5 I1 6.7 4 2.9 3.9 5 If/A If 5.85 4 2.5 1.5 1 注：表中，I1=（IA+IB+IC）/3为电枢电流平均值，P1= PI + PⅡ为三相输入功率。

七、实验报告与要求

（1）绘出三相同步电动机异步起动、测取V形曲线和工作特性曲线实验的实际接线图，列出被试同步电动机的主要额定数据。

答：实验接线图如图12—1

（2）根据实验数据绘出P2=0和P2≈0.5PN时的同步电动机V形曲线I1=f（If）。

八、实验思考

1）三相同步电动机异步起动时，为什么转子励磁回路不允许开路或直接短接？

答：因为三相同步电动机异步起动时，将会在转子的励磁回路中感应出电动势，开路的时候将可能导致绝缘击穿，直接短路将会产生很大的短路电流烧坏励磁绕组。

2）三相同步电动机的V形曲线是在什么条件下测出的？为什么同步电动机功率因数可以人为进行调节？

答：V形曲线是在保持有功输出不变的条件下，改变转子励磁电流时测出的电枢电流I的曲线；当调节励磁电流时，由于有功输出没变而定子电流发生了变化，这样功率因数就发生了改变。

3）在保持电动机恒功率输出条件下测取V形曲线时，三相同步电动机的输入功率有什么变化？

答：输入的有功功率几乎没有什么变化，因为发电机的有功输出没有发生变化。