电机及控制实验pdf

  目 录 DDSZ-1 型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明………………………………4 第一章 电机及电气技术实验的基础要求………………………………………………………6 实验的基础要求………………………………………………………………………………6 第二章 直流电机实验……………………………………………………………………………8 2-1 认识实验 ……………………………………………………………………………………8 2-2 直流发电机…………………………………………………………………………………13 2-3 直流并励电动机……………………………………………………………………………19 2-4 直流串励电动机……………………………………………………………………………24 第三章 变压器实验……………………………………………………………………………28 3-1 单相变压器…………………………………………………………………………………28 3-2 三相变压器…………………………………………………………………………………35 3-3 三相变压器的联接组和不对称短路………………………………………………………43 3-4 三相三绕组变压器…………………………………………………………………………56 3-5 单相变压器的并联运行……………………………………………………………………60 3-6 三相变压器的并联运行……………………………………………………………………63 第四章 异步电机实验…………………………………………………………………………66 4-1 三相鼠笼异步电动机的工作特性…………………………………………………………66 4-2 三相异步电动机的起动与调速……………………………………………………………76 4-3 单相电阻起动异步电动机…………………………………………………………………81 4-4 单相电容起动异步电动机…………………………………………………………………85 4-5 单相电容运转异步电动机…………………………………………………………………89 4-6 双速异步电动机……………………………………………………………………………93 4-7 三相异步发电机……………………………………………………………………………96 第五章 同步电机实验…………………………………………………………………………101 5-1 三相同步发电机的运行特性………………………………………………………………101 5-2 三相同步发电机的并联运行………………………………………………………………107 5-3 三相同步电动机……………………………………………………………………………113 5-4 三相同步电机参数的测定…………………………………………………………………118 第六章 电机机械特性的测定…………………………………………………………………123 6-1 直流他励电动机在各种运作时的状态下的机械特性…………………………………………123 2 6-2 三相异步电动机在各种运作时的状态下的机械特性…………………………………………128 第七章 控制微电机实验………………………………………………………………………134 7-1 永磁式直流测速发电机…………………………………………………………………134 7-2 步进电动机………………………………………………………………………………136 7-3 旋转变压器………………………………………………………………………………134 7-4 伺服电动机………………………………………………………………………………150 7-5 自整角机…………………………………………………………………………………159 第八章 电力拖动继电接触控制………………………………………………………………167 8-1 三相异步电动机点动和自锁控制线路 ………………………………………………167 8-2 三相异步电动机的正反转控制线路……………………………………………………171 8-3 工作台自动往返循环控制线路…………………………………………………………176 8-4 顺序控制线路……………………………………………………………………………179 8-5 两地控制线路……………………………………………………………………………183 8-6 三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路…………………………………………185 8-7 三相线绕式异步电动机的起动控制线路………………………………………………191 8-8 双速异步电动机的控制线路……………………………………………………………193 8-9 三相异步电动机的制动控制线路………………………………………………………195 8-10 C620 车床的电气控制线路……………………………………………………………199 8-11 M7130 平面磨床的电气控制线路 ……………………………………………………201 8-12 电动葫芦的电气控制线路 ……………………………………………………………204 8-13 X62W 铣床模拟控制线路的调试分析 ………………………………………………207 3 DDSZ-1 型电机及电气技术实验装置 交流及直流电源操作说明 实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。 一、开启三相交流电源的步骤为： 1）开启电源前。要检查控制屏下面 “直流电机电源”的 “电枢电源”开关 （右下角）及 “励 磁电源”开关 （左下角）都须在 “关”断的位置。控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零 位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。 2）检查无误后开启 “电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源， 但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔 U 、V 、W 及 N 上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相 四线制插孔中取得。输出线V （可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。 当电压表下面左边的 “指示切换”开关拨向 “三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电 压；当 “指示切换”开关拨向 “三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔 U 、V 、W 和 N 输 出端的线）实验中若需要改接线路，必须按下 “关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。 实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。 将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。 二、开启直流电机电源的操作： 1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源， 即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。 2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A 不可调的直流电压输出。 接通“电枢电源”开关，可获得 40～230V、3A 可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢 电源电压都可由控制屏下方的 1 只直流电压表指示。当将该电压表下方的 “指示切换”开关拨 向 “电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向 “励磁电压”时，指示励磁电源电压。但 在电路上 “励磁电源”与 “电枢电源”，“直流电机电源”与 “交流三相调压电源”都是经过三 相多绕组变压器隔离的，可独立使用。 3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不 使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时，从电枢 电源开合闸到直流电压输出约有3～4 秒钟的延时，这是正常的。 4 4）电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。当输出电压出现过压时，会自动切断输 出，并告警指示。此时需要恢复电压，必须先将 “电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常 值 （约 240V 以下），再按 “过压复位”按钮，即能输出电压。当负载电流过大 （即负载电阻过 小）超过 3A 时，也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流 （即 调大负载电阻）即可。有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低 负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线 （空载）开机，待直流 输出电压正常后，再插回导线加正常负载 （不可短路）工作。若在空载时开机仍发生过流告警， 这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器 TIL117 漏电使过流保护起控点改变所致，一 般经过空载开机 （即开启交流电源后，再开启 “电枢电源”开关）予热几十分钟，即可停止告 警，回到正常状态。所有这些操作到直流电压输出都有 3～4 秒钟的延时。 5）在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在关 机时，则要先关 “电枢电源”而后关 “励磁电源”的次序。同时要注意在电枢电路中串联起动 电阻以防止电源过流保护。 具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。 5 第一章 电机及电气技术实验的基础要求 电机及电气技术实验课的目的是培育学生掌握基本的实验方法与操作技能。培育学生 学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测 取所需数据，做多元化的分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须 集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基础要求。 一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、 项目、方法与步 骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号， 使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实 验。 认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作上的能力，提高实验质量和保护实验设 备都是很重要的。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位做,每组由 2～3 人组成，实验进行中的接线、调节负载、保 持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确 可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件 和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接 串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线、起动电机，观察仪表 在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察 所有仪表是不是正常(如指针正、反向是否超满量程等)。假如慢慢的出现异常，应立即断电，并 排除一些故障；如果一切正常，即可真正开始实验。 5、测取数据 预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐 6 次测取数据。 6、认真负责，实验有始有终 实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的 组件、导线及仪器等物品整理好。 三、实验报告 实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论 后写出的心得体会。 实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。 实验报告包括以下内容： 1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。 2) 列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据(P 、U 、I 、n ）等。 N N N N 3) 列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编 号等。 4) 数据的整理和计算 5) 按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线cm，曲线要用曲线 尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。 6) 依据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是不是满足，可对某些问题提出 一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。 7) 每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。 7 第二章 直流电机实验 2-1 认识实验 一、实验目的 1、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。 2、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,会产生什么难以处理的后果? 4、直流电动机调速及改变转向的方法。 三、实验项目 1、了解DD01 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 挂 件 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1 台 2 DJ23 校正直流测功机 1 台 3 DJ15 直流并励电动机 1 台 4 D31 直流数字电压、毫安、安培表 2 件 5 D42 三相可调电阻器 1 件 6 D44 可调电阻器、电容器 1 件 7 D51 波形测试及开关板 1 件 8 D41 三相可调电阻器 1 件 2、控制屏上挂件排列顺序：D31 、D42 、D4 1、D51 、D31 、D44 8 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 解电机实验的基础要求，安全操作和需要注意的几点。 2、用伏安法测电枢的直流电阻 + R 220V V M 电枢电源 - A S 图 2-1 测电枢绕组直流电阻接线Ω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，测量没有办法进行；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 2-1 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2-1 中。 取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值 1 Ra (Ra 1 +Ra 2 +Ra 3 ) 3 表 2-1 室温 ℃ 序号 U （V ） I （A ） R （平均）（Ω） Ra （Ω） Raref （Ω） Ra11= 1 Ra12= R = a1 Ra13= Ra21= 2 Ra22= R = a2 Ra23= Ra31= 3 Ra32= R = a3 Ra33= 表中： 1 1 1 R a 1 (R a 11 +R a 12 +R a 13 ) Ra2 (Ra21 +Ra22 +Ra23 ) Ra3 (Ra31 +RA32 +Ra33 ) 3 3 3 9 （4）计算基准工作时候的温度时的电枢电阻 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 算到基准工作时候的温度时的电枢绕组电阻值： 235 +θ ref R R aref a 235 +θ a 式中Raref ——换算到基准工作时候的温度时电枢绕组电阻。（Ω）。 Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）。 θ ——基准工作时候的温度，对于E级绝缘为 75 ℃。 ref θ——实际冷态时电枢绕组的温度。（℃） a 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 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A 可选用直流电流表的 5A 3 量程档；额定励磁电流小于 0.16A，电流表A 选用 200mA量程档。 1 （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 R 可选用D44 挂件的 1.3A的 90Ω与 90Ω串联电阻,磁场回路R 可选用D44 挂件的 0.41A的 900 1 f1 Ω与900Ω串联电阻。 4、直流他励电动机的起动准备 按图 2-2 接线。图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率P =185W，标称电压U=220V，额 N N 定电流I=1.2A,额定转速n=1600r/min,额定励磁电流I ＜0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使 N N fN 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。R 选用D42 的 1800Ω阻值的变阻器。作为MG励磁回路串接的电阻。R 选 f2 1 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之间是不是 用联轴器直接联接好。 10 5 、他励直流电动机起动步骤 （1）检查按图2-2 的接线是不是正确，电表的极性、量程选择是不是正确， 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R 、测功 1 励磁电源 + － 220V 阻 If2 A2 组 绕 绕 If A1 磁 励 并 Rf2 并 Rf1 V2 IF A4 R1 I A3 S V1 220V － + 电枢电源 图 2－2 直流他励电动机接线图 机MG 的负载电阻R 、及MG 的磁场回路电阻R 调到阻值最大位置，M 的磁场调节电阻R 调到 2 f2 f1 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，接通其下方左边的励磁电源 开关，观察M及MG 的励磁电流值，调节R 使I 等于校正值（100mA ）并保持不变，再接通控 f2 f2 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 R 阻值，直至短接。 1 （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T 改变（按不同的I 值，查对应于I =100mA时的校正曲线T =f(I ) ， 2 F f2 2 F 可得到M不同的输出转矩T 值）。 2 （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R 和励磁回路的调节电阻R ，观察转速变化情 1 f1 况。 （6 ）改变电动机的转向 将电枢串联起动变阻器R 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 1 11 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R 调至最大,然后方可接通电枢电源。使电动机正 1 常起动。起动后，将起动电阻R 调至零，使电机正常工作。 1 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R 调回到最大值，励磁回路串联的电阻R 调回到最小值。给下次起动作好准 1 f1 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R 和磁 1 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、为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？起动时电枢回路必须串联起动变 阻器？ 12 2-2 直流发电机 一、实验目的 1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被 试电机的有关性能。 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？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变， 哪些物理量应测取。 2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？ 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？ 4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？ 三、实验项目 1、他励发电机实验 （1）测空载特性 保持n=n 使I =0 ，测取U =f （I ）。 N L 0 f （2 ）测外特性 保持n=n 使I =I ，测取U=f （I ）。 N f fN L （3 ）测调节特性 保持n=n 使U=U ，测取I =f （I ）。 N N f L 2 、并励发电机实验 （1）观察自励过程 （2 ）测外特性 保持n=n 使R =常数，测取U=f （I ）。 N f2 L 3 、复励发电机实验 积复励发电机外特性 保持n=n 使R ＝常数，测取U ＝f （I ）。 N f2 L 四、实验设备及挂件排列顺序 1、实验设备 序号 型 号 挂 件 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1 台 2 DJ23 校正直流测功机 1 台 3 DJ13 直流复励发电机 1 台 4 D31 直流电压、毫安、安培表 2 件 5 D44 可调电阻器、电容器 1 件 6 D51 波形测试及开关板 1 件 7 D42 三相可调电阻器 1 件 2、屏上挂件排列顺序：D31 、D44 、D31 、D42 、D5 1 13 五、实验方法 1、他励直流发电机 励磁电源 + － 220V R 阻 f2 绕 If1 A1 磁 组 I 励 A3 f 绕 励 Rf1 并 R 1 V 2 A 2 IL A4 V 1 S 220V － R2 + 电枢电源 图 2－3 直流他励发电机接线 接线。图中直流发电机G选用DJ13，其额定值P ＝100W，U ＝200V，I ＝0.5A， N N N nN ＝1600r/min。校正直流测功机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。MG、G及TG由联轴 器直接连接。开关S选用D51 组件。R 选用D44 的 1800Ω变阻器，R 选用D42 的 900Ω变阻器， f1 f2 并采用分压器接法。R 选用D44 的 180Ω变阻器。R为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联 1 2 接法 （900Ω与 900Ω电阻串联加上 900Ω与 900Ω并联），阻值为 2250Ω。当负载电流大于 0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。直流电流表、电压表选用 D31、并选择合适的量程。 （1）测空载特性 1 ）把发电机G的负载开关S打开，接通控制屏上的励磁电源开关，将Rf2调至使G励磁电压 最小的位置。 2 ）使MG 电枢串联起动电阻R 阻值最大，R 阻值最小。仍先接通控制屏下方左边的励磁 1 f1 电源开关，在观察到MG 的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关， 起动直流电动机MG ，其旋转方向应符合正向旋转的要求。 3 ）电动机MG起动正常运转后，将MG 电枢串联电阻R 调至最小值 ，将MG 的电枢电源 1 电压调为220V ，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。 4 ）调节发电机励磁分压电阻R ，使发电机空载电压达U ＝1.2U 为止。 f2 0 N 5 ）在保持n=n ＝1600r/min条件下，从U ＝1.2U 开始，单方向调节分压器电阻R 使发电 N 0 N f2 14 机励磁电流逐次减小，每次测取发电机的空载电压U 和励磁电流I ，直至I ＝0 （此时测得的电 0 f f 压即为电机的剩磁电压）。 6 ）测取数据时U ＝U 和I ＝0 两点必测，并在U ＝U 附近测点应较密。 0 N f 0 N 7 ）共测取7～8 组数据，记录于表 2-2 中 表 2-2 n=n ＝1600r/min I =0 N L U0 （V ） If （mA ） （2）测外特性 1 ）把发电机负载电阻R 调到最大值，合上负载开关S。 2 2 ）同时调节电动机的磁场调节电阻R ，发电机的分压电阻R 和负载电阻R 使发电机的 f1 f2 2 I ＝I ，U ＝U ，n=n ，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I ，记录 L N N N fN 该组数据。 3 ）在保持n=n 和I ＝I 不变的条件下，逐次增加负载电阻R ，即减小发电机负载电流I ， N f fN 2 L 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 （断开开关S， L 此时I =0 ），共取 6-7 组数据，记录于表 2-3 中。 L 表 2-3 n ＝n ＝ r/min I ＝I ＝ mA N f fN U （V ） IL （A ） （3 ）测调整特性 1 ）调节发电机的分压电阻Rf2 ，保持n=nN ，使发电机空载达额定电压。 2 ）在保持发电机n=n 条件下，合上负载开关S，调节负载电阻R ，逐次增加发电机输出 N 2 电流 I ，同时相应调节发电机励磁电流I ，使发电机端电压保持额定值U ＝U 。 L f N 3 ）从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流I 和励磁电流I ，共取 L f 5-6 组数据记录于表 2-4 中。 表 2-4 n=nN ＝ r/min U ＝UN ＝ V IL （A ） If （mA ） 2、并励发电机实验 （1）观察自励过程 1）按实验 2-1 六中注意事项 2 使电机MG停机，在断电的条件下将发电机G的励磁方式 15 从他励改为并励，接线Ω电阻两只相串联并调至最大阻值， f2 打开开关S。 2 ）按实验2-1 六中注意事项 1 起动电动机，调节电动机的转速，使发电机的转速n=nN ， 用直流电压表量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接成他励方式进行 充磁。 3 ）合上开关S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。 4 ）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。 （2 ）测外特性 励磁电 源 + － 220V 组 If1 A 1 绕 磁 Rf1 励 If A3 Rf2 R 1 V2 A2 IL A4 V 1 S 220V － + 电枢电源 R2 图2 －4 直流并励发电机接线 接线。调节负载电阻R 到最大,合上负载开关S。 2 2 ）调节电动机的磁场调节电阻R 、发电机的磁场调节电阻R 和负载电阻R ，使发电机的 f1 f2 2 转速、输出电压和电流三者均达额定值，即n=n ，U=U ，I =I 。 N N L N 3 ）保持此时R 的值和n=n 不变，逐次减小负载，直至I =0 ，从额定到空载运行范围内每 f2 N L 次测取发电机的电压U和电流I 。 L 4 ）共取6-7 组数据,记录于表 2-5 中。 表 2-5 n ＝nN ＝ r/min Rf2 ＝常值 U （V ） IL （A ） 16 3 、复励发电机实验 （1）积复励和差复励的判别 1 ）接线 Ω阻值。C 、C 为串励绕组。 f2 1 2 2 ）合上开关S 将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述并励发电机外特性 1 试验方法，调节发电机输出电流I =0.5I 。 L N 3 ）打开短路开关S ,在保持发电机n, R 和R 不变的条件下,观察发电机端电压的变化,若 1 f2 2 此时电压升高即为积复励,若电压降低则为差复励。 励磁 电源 + － 220V 组 If A3 Rf2 If1 A1 绕 并励绕组 磁 Rf1 励 C1 组 R1 S 1 绕 励 串 C2 V2 A2 IL A4 V1 S 220V + 电枢电源 － R2 图2 －5 直流复励发电机接线 ）如要把差复励发电机改为积复励 ,对调串励绕组接线 ）积复励发电机的外特性 1 ）实验方法与测取并励发电机的外特性相同。先将发电机调到额定运行点，n=nN ，U=UN ， I =I 。 L N 2 ）保持此时的R 和n=n 不变，逐次减小发电机负载电流，直至I =0 。 f2 N L 3 ）从额定负载到空载范围内，每次测取发电机的电压U和电流I ，共取 6-7 组数据，记 L 录于表 2-6 中。 表 2-6 n ＝nN ＝ r/min Rf2 ＝常数 U （V ） IL （A ） 17 五、注意事项 1 、直流电动机MG起动时，要注意须将R 调到最大，R 调到最小，先接通励磁电源，观 1 f1 察到励磁电流I 为最大后，接通电枢电源，MG起动运转。起动完毕，应将R 调到最小。 f1 1 2 、做外特性时，当电流超过 0.4A时,R 中串联的电阻调至零并用导线短接, 以免电流过大 2 引起变阻器损坏。 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、在同一座标纸上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。分别算出三种励磁 方式的电压变化率： U − U 0 N ∆ % 100 % U U N 并分析差异原因。 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。 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？ 18 2-3 直流并励电动机实验 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=U 和I =I 不变，测取n 、T 、η=f （I ）、n=f （T ）。 N f fN 2 a 2 2 、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U 、I =I =常数，T =常数，测取n=f （U ）。 N f fN 2 a （2 ）改变励磁电流调速 保持U=U ，T =常数，测取n=f （I ）。 N 2 f （3 ）观察能耗制动过程 四、实验方法 1、实验设备 序号 型 号 挂 件 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1 台 2 DJ23 校正直流测功机 1 台 3 DJ15 直流并励电动机 1 台 4 D31 直流电压、毫安、电流表 2 件 5 D42 三相可调电阻器 1 件 6 D44 可调电阻器、电容器 1 件 7 D51 波形测试及开关板 1 件 2、屏上挂件排列顺序： D31 、D42 、D51 、D3 1、D44 3、并励电动机的工作特性和机械特性 19 1）按图 2-6 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。R 选用D44 的 1800 Ω阻值。R 选用D42 的 900Ω串联 900 f1 f2 Ω共1800Ω阻值。R 用D44 的 180Ω阻值。R 选用D42 的 900Ω串联 900Ω再加 900Ω并联 900 1 2 Ω共2250Ω阻值。 励磁电源 + － 组 220V 绕 Rf1 励 组 If2 A2 绕 并 A1 磁 If 励 Rf2 V1 V2 R 1 IF A4 A3 Ia S I 220V － + R2 电枢电源 图 2－6 直流并励电动机接线 ）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R 调至最小值，电枢串联起动电阻R 调至最大值， f1 1 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R 调至零，调节电枢电源的电压为 220V ，调节校 1 正直流测功机的励磁电流I 为校正值 （50mA或 100 mA ），再调节其负载电阻R 和电动机的磁 f2 2 场调节电阻Rf1 ，使电动机达到额定值： U ＝U ，I ＝I ，n ＝n 。此时M 的励磁电流I 即为额定励磁电流I 。 N N N f fN 4 ）保持U ＝U ，I =I ，I 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 N f fN f2 枢输入电流I ，转速n和校正电机的负载电流I （由校正曲线查出电动机输出对应转矩T ）。共 a F 2 取数据 9-10 组，记录于表 2-7 中。 表 2 －7 U ＝U ＝ V I =I = mA I = mA N f fN f2 实 Ia （A ） 验 n （r/min ） 数 IF （A ） 据 T2 （N ·m ） 计 P2 （W ） 算 P1 （W ） 数 η（％） 据 Δ n （％） 4、调速特性 20 （1）改变电枢端电压的调速 1 ）直流电动机M运行后，将电阻R 调至零，I 调至校正值，再调节负载电阻R 、电枢电 1 f2 2 压及磁场电阻R ，使M 的U=U ，I=0.5I ，I ＝I 记下此时MG 的I 值。 f1 N N f fN F 2 ）保持此时的I 值（即T 值）和I ＝I 不变，逐次增加R 的阻值，降低电枢两端的电压 F 2 f fN 1 U ，使R 从零调至最大值，每次测取电动机的端电压U ，转速n和电枢电流I 。 a 1 a a 3）共取数据 8-9 组，记录于表 2-8 中 表 2 －8 I ＝I ＝ mA T ＝ N ·m f fN 2 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R 和磁场调节电阻R 调至零，将MG 的磁场 1 f1 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 ＝0.5I 记下此时的I 值。 N F 2 ）保持此时MG 的I 值 （T 值）和M 的U ＝U 不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至n ＝1.3n ， F 2 N N 每次测取电动机的n 、I 和I 。共取 7 －8 组记录于表 2 －9 中。 f a 表 2 －9 U ＝U ＝ V T ＝ N ·m N 2 n （r/min ） If （mA ） Ia （A ） （3）能耗制动 1）实验设备 序 号 型 号 挂 件 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1 台 2 DJ23 校正直流测功机 1 台 3 DJ15 直流并励电动机 1 台 4 D31 直流电压、毫安、安培表 2 件 5 D41 三相可调电阻器 1 件 6 D42 三相可调电阻器 1件 7 D44 可调电阻器、电容器 1 件 8 D51 波形测试及开关板 1 件 2）屏上挂件排列顺序： 21 D31 、D42 、D51 、D41 、D31 、D44 3）按图 2-7 接线 端，合上控制屏下方右边的电枢电源开关，把M 的R 调 1 f1 至零，使电动机的励磁电流最大。 4 ）把M 的电枢串联起动电阻R 调至最大，把S 合至电枢电源，使电动机起动，能耗制动 1 1 电阻R选用D41 上 180Ω阻值。 L 5 ）运转正常后，从S 任一端拔出一根导线插头，使电枢开路。由于电枢开路，电机处于 1 自由停机，记录停机时间。 励磁电源 + － 组 220V 绕 组 Rf1 励 If2 A2 绕 并 磁 A3 If 励 Rf2 RL V2 R1 IF A4 2 S1 1 S I 220V + － R2 电枢电源 图 2－7 并励电动机能耗制动接线 ）重复起动电动机，待运转正常后，把S 合向R 端，记录停机时间。 1 L 7 ）选择R 不同的阻值，观察对停机时间的影响。 L 五、实验报告 1 、由表2-7 计算出P 和η，并给出n 、T 、η＝f （I ）及n ＝f （T ）的特性曲线 电动机输出功率： P ＝0.105nT 2 2 式中输出转矩T 的单位为N.m （由I 及I 值，从校正曲线T =f （I ）查得），转速n 的单位为 2 f2 F 2 F r/min 。 电动机输入功率： P =UI 1 输入电流： I=I +I a fN P 电动机效率： η 2 ×100% P 1 n −n 0 N 由工作特性求出转速变化率： ∆n% ×100% n N 2 、绘出并励电动机调速特性曲线n ＝f （U ）和n=f （I ）。分析在恒转矩负载时两种调速 a f 22 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R 的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？ L 六、思考题 1、并励电动机的速率特性n ＝f （I ）为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？ a 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？ 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？ 2-4 直流串励电动机实验 23 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 ＝U 的条件下，测取n 、T 、η＝f （I ）以及n ＝f （T ）。 N 2 a 2 2 、人为机械特性 保持U ＝U 和电枢回路串入电阻R =常数的条件下，测取n ＝f （T ）。 N 1 2 3 、调速特性 （1）电枢回路串电阻调速 保持U ＝U 和T ＝常值的条件下，测取n ＝f （U ）。 N 2 a （2 ）磁场绕组并联电阻调速 保持U ＝U 、T ＝常数及R ＝0 的条件下，测取n ＝f （I ）。 N 2 1 f 四、实验线、实验设备 序 号 型 号 挂 件 名 称 数 量 1 DD03 导轨、测速发电机及转速表 1 台 2 DJ23 校正直流测功机 1 台 3 DJ14 直流串励电动机 1 台 4 D31 直流电压、毫安、安培表 2 件 5 D41 三相可调电阻器 1 件 6 D42 三相可调电阻器 1 件 7 D51 波形测试及开关板 1 件 2、屏上挂件排列顺序： D31、D42 、D5 1、D31 、D41 励磁电源 C1 组 + 220V － 绕 Rf1 励 C2 串 组 A2 绕 S1 A1 If If2 磁 24 图 2－8 串励电动机接线 所示，图中直流串励电动机选用DJ14，校正直流测功机MG作为电动 机的负载，用于测量M的转矩，两者之间用联轴器直接联接。Rf1也选用D41 的 180Ω和 90Ω串 联共 270Ω阻值，R 选用D42 上 1800Ω阻值，R 用D41 的 180Ω阻值， R 选用D42 上 900Ω和 f2 1 2 900Ω串联再加上 900Ω和 900Ω并联共 2250Ω阻值，直流电压表、电流表选用D31。 1、工作特性和机械特性 1）由于串励电动机不允许空载起动，因此校正直流测功机MG先加他励电流I 为校正值， f2 并接上一定的负载电阻R2，使电动机在起动过程中带上负载。 2 ）调节直流串励电动机M 的电枢串联起动电阻R 及磁场分路电阻R 到最大值，打开磁场 1 f1 分路开关S ，合上控制屏上的电枢电源开关，起动M ，并观察转向是不是正确。 1 3 ）M运转后，调节R 至零，同时调节MG 的负载电阻值R ，控制屏上的电枢电压调压旋 1 2 钮，使M 的电枢电压U =U 、I=1.2I 。 1 N N 4 ）在保持U =U ，I 为校正值的条件下，逐次减小负载（即增大R ）直至n1.4n 为止, 1 N f2 2 N 每次测取I 、n 、IF ，共取数据 6-7 组，记录于表 2-10 中。 表 2-10 U =U =____ V I =_____mA 1 N f2 I(A) 实验数据 n(r/min) IF(A) T (N.m) 2 计算数据 P (W) 2 η(%) 5）若要在实验中使串励电动机M停机，须将电枢串联起动电阻R1调回到最大值，断开控 25 制屏上电枢电源开关，使M失电而停止。 2、测取电枢串电阻后的人为机械特性 1 ）保持MG 的他励电流I 为校正值，调节负载电阻R 。断开直流串励电动机M 的磁场分 f2 2 路开关S ，调节电枢串联起动电阻R 到最大值，起动M （若在上一步骤1，实验中未使M停机， 1 1 可跳过这步接着做）。 2 ）调节串入M 电枢的电阻R 、电枢电源的调压旋钮和校正电机MG 的负载电阻R ，使M 1 2 的电枢电源电压等于额定电压（即U=U ）、电枢电流I=I 、转速n=0.8n 。 N N N 3 ）保持此时的R 不变和U=U ，逐次减小电动机的负载，直至n1.4n 为止。每次测取U 、 1 N N 1 I 、n 、I ，共取数据 6-7 组，记录于表 2-11 中。 F 表 2-11 U=U =____V R =常值 I =_____mA N 1 f2 U (V) 2 实 验 I(A) 数 I (A) F 据 n(r/min) T (N.m) 计 2 算 P (W) 2 数 据 η(%) 3 、绘出串励电动机恒转矩两种调速的特性曲线) 电枢回路串电阻调速 1) 电动机电枢串电阻并带负载起动后,将R 调至零,I 调至校正值。 1 f2 2 ）调节电枢电压和校正电机的负载电阻，使U=UN ，I ≈IN ，记录此时串励电动机的n 、I 和电机MG 的I 。 F 3 ）在保持U=U 以及T （即保持I ）不变的条件下，逐次增加R 的阻值，每次测量n 、I 、 N 2 F 1 U 。 2 4 ）共取数据6-8 组，记录于表 2-12 中。 表 2-12 U=U =_____V I =_____mA I =_____A N f2 F n(r/min) I(A) U (V) 2 （2 ）磁场绕组并联电阻调速 26 1 ）接通电源前，打开开关S ，将R 和R 调至最大值。 1 1 f1 2 ）电动机电枢串电阻并带负载起动后，调节R 至零，合上开关S 。 1 1 3 ）调节电枢电压和负载，使U=U ，T =0.8T 。记录此时电动机的n 、I 、I 和校正直流 N 2 N f1 测功机电枢电流I 。 F 4 ）在保持U=U 及I (即T )不变的条件下，逐次减小的R 的阻值，注意R 不能短接，直 N F 2 f1 f1 至n1.4n 为止。每次测取n 、I 、I ，共取数据 5-6 组，记录于表 2-13 中 N f1 表 2-13 U=U =_____V I =_____mA I =_____A N f2 F n(r/min) I （A ） If1 （A ） 五、实验报告 1、绘出直流串励电动机的工作特性曲线n 、T 、η=f(I ) 。 2 a 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=U 和T 不变条件下调速时 N 2 电枢电流变化规律。比较两种调速方法的优缺点。 六、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？ 第三章 变压器实验 27 3-1 单相变压器实验 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U =f(I ) ，P =f(U ) , cos φ=f(U ) 。 0 0 0 0 0 0 2、短路实验 测取短路特性U =f(I ) ，P =f(I ), cos φ =f(I ) 。 K K K K K K 3、负载实验 （1）纯电阻负载 保持U =U ，cos φ=1 的条件下，测取U =f(I ) 。 1 N 2 2 2 （2）阻感性负载 保持U =U ，cos φ=0.8 的条件下，测取U =f(I ) 。 1 N 2 2 2 四、实验方法 1、实验设备 序号 型 号 挂 件 名 称 数 量 1 D33 交流电压表 1 件 2 D32 交流电流表 1 件 3 D34-3 单三相智能功率、功率因数表 1 件 4 DJ11 三相组式变压器 1 件 5 D42 三相可调电阻器 1 件 6 D43 三相可调电抗器 1 件 7 D51 波形测试及开关板 1 件 2、屏上排列顺序：D33 、D32 、D34-3 、DJ11、D42 、D43 28 * * A * * WW AA 源源 I0 U 电电 U 流流 交交 压压 V V 调调 VV11 55V VV22 UAX 相相 U0 三三 11 W W 00 DD DD x X 图 3-1 单相变压器空载实验接线）在三相调压交流电源断电的条件下，按图 3-1 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 P =77W，U /U =220/55V， I /I =0.35/1.4A。 N 1N 2N 1N 2N 变压器的低压线圈a、x接电源，高压线）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U =1.2U ，然后逐次降低电源电压，在 1.2～0.2U 的范围内，测取 0 N N 变压器的U 、I 、P 。 0 0 0 4）测取数据时，U=U 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 N 于表 3-1 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 3-1 中。 表 3-1 序 实 验 数 据 计算数据 号 U (V) I (A) P (W) U (V) cosφ 0 0 0 AX 0 4、短路实验 29 1）按下控制屏上的 “关”按钮，切断三相调压交流电源，按图 3-2 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。 * * A a * AA * WW 源源 IK PK U 电电 U 流流 交交 压压 V V VV11 调调 UK 相相 三三 W 11 W 00 DD DD x X 图 3-2 单相变压器短路实验接线）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 1.1I 为止，在(0.2～1.1)I N N 范围内测取变压器的UK 、IK 、PK 。 4）测取数据时，I =I 点必须测，共测取数据 6-7 组记录于表 3-2 中。实验时记下周围环 K N 境温度(℃)。 表 3-2 室温 ℃ 序 实 验 数 据 计 算 数 据 号 U （V ） I （A ） P （W ） cos φ K K K K 5、负载实验 实验线 所示。变压器低压线圈接电源，高压线圈经过开关S 和S ，接到负载电阻 1 2 R 和电抗X 上。R 选用D42 上 900Ω加上 900Ω共 1800Ω阻值，X 选用D43，功率因数表选用 L L L L D34-3，开关S 和S 选用D51 挂箱 1 2 ** CO SФ a A A ** WW A AA1 A2 源 UU 电 流 交 30 调 VV a 图 3-3 单相变压器负载实验接线）将调压器旋钮调到输出电压为零的位置，S 、S 打开，负载电阻值调到最大。 1 2 2）接通交流电源，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U =U 。 1 N 3）保持U =U ，合上S ，逐渐增加负载电流，即减小负载电阻R 的值，从空载到额定负 1 N 1 L 载的范围内，测取变压器的输出电压U 和电流I 。 2 2 4）测取数据时，I =0 和I =I =0.35A必测，共取数据 6-7 组，记录于表 3-3 中。 2 2 2N 表 3-3 cos φ=1 U =U = V 2 1 N 序 号 U2 （V ） I2 （A ） （2）阻感性负载（cos φ=0.8） 2 1）用电抗器X 和R 并联作为变压器的负载，S 、S 打开，电阻及电抗值调至最大。 L L 1 2 2 ）接通交流电源，升高电源电压至U =U 1 1N 3 ）合上S 、S ，在保持U =U 及cos φ=0.8 条件下，逐渐增加负载电流，从空载到额定负 1 2 1 N 2 载的范围内，测取变压器U 和I 。 2 2 4 ）测取数据时，其I =0 ，I =I 两点必测，共测取数据 6-7 组记录于表 3-4 中。 2 2 2N 表 3-4 cos φ=0.8 U =U = V 2 1 N 序 号 U2 （V ） I2 （A ） 五、需要注意的几点 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。 31 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）绘出空载特性曲线U =f(I ) ，P =f(U )，cos φ=f(U ) 。 0 0 0 0 0 0 P 0 式中： cos Φ0 U I 0 0 （2）计算激磁参数 从空载特性曲线上查出对应于U =U 时的I 和P 值，并由下式算出激磁参数 0 N 0 0 P 0 r m I 2 0 U Z 0 m I 0 X Z 2 − r 2 m m m 3 、绘出短路特性曲线）绘出短路特性曲线U =f(I ) 、P =f(I ) 、cos φ =f(I ) 。 K K K K K K （2 ）计算短路参数 从短路特性曲线上查出对应于短路电流I =I 时的U 和P 值由下式算出实验环境温度为 K N K K (℃) 时的短路参数。 θ U Z K K I K P K r K 2 I K X Z 2 − r 2 K K K 折算到低压方 Z K Z K 2 K r K r K 2 K X X K K 2 K 由于短路电阻r 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 K 75℃时的阻值。 234 .5 +75 r r K 75°C K θ 234 .5 +θ Z r 2 +X 2 K 75°C K 75°C K 32 式中：234.5 为铜导线的常数,若用铝导线。 计算短路电压(阻抗电压)百分数 I Z N K 75°C u ×100% K U N I r N K 75°C u ×100% Kr U N I X N K u ×100% KX U N 2 IK=IN 时短路损耗PKN= IN rK75℃ 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cos φ=1 和 cos φ=0.8 两条外特性曲线U =f(I ) ，由特性曲线计算出I =I 时的 2 2 2 2 2 2N 电压变化率 U −U ∆u 20 2 ×100% U 20 （2 ）根据实验求出的参数，算出I =I 、cos φ=1 和I =I 、cos φ=0.8 时的电压变化率Δ 2 2N 2 2 2N 2 u 。 ∆u u cosϕ +u sinϕ Kr 2 KX 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U 的影响。 2 6、绘出被试变压器的效率特性曲线)用间接法算出cos φ=0.8 不同负载电流时的变压器效率,记录于表 3-5 中。 2 P +I ∗2 P 0 2 KN η (1− ∗ ∗2 ) ×100% I P ϕ P I P cos + + 2 N 2 0 2 KN 式中： I ∗P cos ϕ P ( W ) 2 N 2 2 P 为变压器I =I 时的短路损耗(W) ； KN K N P 为变压器U =U 时的空载损耗(W) 。 0 0 N * I 2 I 2 I 2N 为副边电流标么值 表 3-5 cos φ=0.8 P = W P = W 2 0 KN * I P (W) η 2 2 33 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)计算被试变压器η= η 时的负载系数β 。 max m P βm 0 P KN 3-2 三相变压器实验 34 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U =f(I ) ，P =f(U ), cos φ=f(U ) 。 0L 0L 0 0L 0 0L 3 、短路实验 测取短路特性U =f(I ) ，P =f(I ) ，cos φ =f(I ) 。 KL KL K KL K KL 4 、纯电阻负载实验 保持U =U ，cos φ=1 的条件下，测取U =f(I ) 。 1 N 2 2 2 四、实验方法 1、实验设备 序号 型 号 挂 件 名 称 数 量 1 D33 交流电压表 1 件 2 D32 交流电流表 1 件 3 D34-3 单三相智能功率、功率因数表 1 件 4 DJ12 三相心式变压器 1 件 5 D42 三相可调电阻器 1 件 6 D51 波形测试及开关板 1 件 2 、屏上排列顺序： D33、D32 、D34 －3、DJ12 、D42 、D51 a A 3 、测定变比 x X 源源 电电 UU 流流 交交 压压 VV b y Y B 调调 35 相相 图3-4 三相变压器变比实验接线 所示，被测变压器选用DJ12 三相三线圈心式变压器，额定容量 P =152/152/152W，U =220/63.6/55V，I=0.4/1.38/1.6A， Y/△/Y接法。实验时只用高、低 N N N 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 3-6 中。 表 3-6 高压绕组线电压(V) 低压绕组线电压(V) 变比(K) UAB Uab KAB UBC Ubc KBC UCA uca KCA U U U 计算：变比 K ： K AB K BC K CA AB BC CA U U U ab bc ca 1 平均变比： K (K AB +K BC +K CA ) 3 4 、空载实验 * a x X A 源 * W 1 A 1 U 电 U 流 V 1 V3 交 压 V b y Y B V 调 A2 相 三 W V2 1 W 0 D c z Z C D * W2 A3 * 图3-5 三相变压器空载实验接线) 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, 36 在断电的条件下，按图 3-5 接线。变压器低压线圈接电源，高压线) 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U =1.2U 。 0L N 3) 逐次降低电源电压，在(1.2～0.2)U 范围内， 测取变压器三相线电压、线) 测取数据时，其中U =U 的点必测,且在其附近多测几组。共取数据 8-9 组记录于表 3-7 0 N 中。 表 3-7 实 验 数 据 计 算 数 据 序 U (V) I (A) P (W) 0L 0L 0 U0L I0L P0 号 cosΦ0 Uab Ubc Uca Ia0 Ib0 Ic0 P01 P02 (V) (A) (W) 5 、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 3-6 接线。变压器高压线圈接电源，低压线) 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 I =1.1I 。 KL N * X A W A a 1 x 1 U U * V 3 V 1 V V Y A B 2 y W W V 2 Z A C c W z 3 * 2 * 图3-6 三相变压器短路实验接线) 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I =I 点必测，共取数据 5-6 组。记录于表 3-8 中。实验时记下周围 KL N 37 环境温度(℃) ，作为线 室温 ℃ 实 验 数 据 计 算 数 据 序 U (V) I (A) P (W) KL KL K 号 UKL IKL PK cos Φ K (V) (A) (W) UAB UBC UCA IAK IBK ICK PK1 PK2 6、纯电阻负载实验 a x X A A 1 U V b y Y B A2 W c C S z Z A3 R L U 1 V V U2 图3-7 三相变压器负载实验接线) 将电源电压调至零值，按下“关”按钮，按图 3-7 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R ，R 选用D42 的 1800Ω变阻器共三只，开关S选用D51 挂件。将负 L L 载电阻R 阻值调至最大，打开开关S。 L 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U =U 。 1 N 3) 在保持U =U 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， 1 1N 测取三相变压器输出线) 测取数据时，其中I =0 和I =I 两点必测。共取数据 7-8 组记录于表 3-9 中。 2 2 N 38 表 3--9 U =U = V ； cos φ=1 1 1N 2 序 U2 （V ） I2 （A ） 号 UAB UBC UCA U2 IA 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。 U U U K AB K BC K CA AB , BC , CA U U U ab bc ca 2 、根据空载实验数据作空载特性曲线) 绘出空载特性曲线U =f(I ) ，P =f(U ) ，cos φ=f(U ) 0L 0L 0 0L 0 0L 表 3-7 中 U U U + + U ab bc ca 0L 3 I I I + + I a b c 0L 3 P P +P 0 01 02 P 0 cosφ0 3U I OL OL (2)计算激磁参数 39 从空载特性曲线查出对应于U =U 时的I 和P 值，并由下式求取激磁参数。 0L N 0L 0 P 0 r m 3I 2 0ϕ U 0ϕ U0L Z m I 0ϕ 3I 0L X Z 2 −r 2 m m m U 式中 U 0L , I I ，P ——变压器空载相电压，相电流，三相空载功率（注： 0ϕ 0ϕ 0L 0 3 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) 绘出短路特性曲线 U =f(I ) ，P =f(I ) ，cos φ =f(I ) KL KL K KL K KL 式中 U +U +U U AB BC CA KL 3 + + I I I I AK BK CK KL 3 P P +P K K 1 K 2 P cosφK K 3U I KL KL (2) 计算短路参数 从短路特性曲线查出对应于I =I 时的U 和P 值，并由下式算出实验环境温度θ℃时的 KL N KL K 短路参数 P K r K 2 3I Kϕ UKϕ UKL Z K I Kϕ 3I KL X Z 2 −r 2 K K K U 式中 UKϕ KL , IKϕ IKL IN , P ——短路时的相电压、相电流、三相短路功 3 K 率。 40 折算到低压方 Z Z K K 2 K r K r K 2 K X X K K 2 K 换算到基准工作温度下的短路参数 ｒ 和Z ，(换算方法见 3-1 内容)计算短路电压百分数 K75℃ K75℃ I Z Nϕ K 75°C u ×100% K U Nϕ I r N K 75°C u ×100% Kr U Nϕ I X N K u ×100% KX U Nϕ P 3I 2 r 计算I =I 时的短路损耗 KN Nϕ K 75°C K N 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cos φ=1 时的特性曲线U =f(I ) ，由特性曲线计算出I =I 时的电压 2 2 2 2 2N 变化率 U −U ∆u 20 2 ×100% U 20 (2) 根据实验求出的参数，算出I =I ，cos φ=1 时的电压变化率 2 N 2 ∆u β u ϕ +u ϕ ( Kr cos 2 KX sin 2 ) 6 、绘出被试变压器的效率特性曲线) 用间接法算出在cos φ=0.8 时，不同负载电流时变压器效率，记录于表 3-10 中。 2 表 3-10 cos φ=0.8 P = W P = W 2 0 KN I * P (W) η 2 2 41 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 ∗2 P +I P 0 2 KN η (1− * *2 ) ×100% cos + + I P ϕ P I P 2 N 2 0 2 KN 式中 I* P cos φ=P 2 N 2 2 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= η 时的负载系数β 。 max m P βm 0 P KN 3-3 三相变压器的联接组和不对称短路实验 一、实验目的 42 1 、掌握用实验方法测定三相变压器的极性。 2 、掌握用实验方法判别变压器的联接组。 3 、研究三相变压器不对称短路。 4 、观察三相变压器不同绕组联接法和不同铁心结构对空载电流和电势波形的影响。 二、预习要点 1 、联接组的定义。为什么要研究联接组。国家规定的标准联接组有哪几种。 2 、如何把Y/Y-12 联接组改成 Y/Y-6 联接组以及把 Y/ Δ-11 改为 Y/ Δ-5 联接组。 3 、在不对称短路情况下，哪种联接的三相变压器电压中点偏移较大。 4 、三相变压器绕组的连接法和磁路系统对空载电流和电势波形的影响。 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 3 、不对称短路 ( 1) Y/Y0-12 单相短路 (2) Y/Y-12 两相短路 4 、测定Y/Y 连接的变压器的零序阻抗。 0 5 、观察不同连接法和不同铁心结构对空载电流和电势波形的影响。 四、实验方法 1 、实验设备 序号 型号 名 称 数 量 1 D33 交流电压表 1 件 2 D32 交流电流表 1 件 3 D34-3 单三相智能功率、功率因数表 1 件 4 DJ11 三相组式变压器 1 件 5 DJ12 三相心式变压器 1 件 6 D51 波形测试，开关板 1 件 7 单踪示波器（另配） 1 台 2 、屏上排列顺序：D33 、D32 、D34-3 、DJ12 、DJ11、D51 3 、测定极性 ( 1) 测定相间极性 43 被测变压器选用三相心式变压器DJ12，用其中高压和低压两组绕组，额定容量 P =152/152W，U =220/55V，I =0.4/1.6A，Y/Y接法。测得阻值大的为高压绕组，用A、B、C、 N N N X、Y、Z标记。低压绕组标记用a、b、c、x、y、z。 1) 按图 3-8 接线。A、X 接电源的 U、V 两端子，Y、Z 短接。 2) 接通交流电源，在绕组A 、X 间施加约 50%U 的电压。 N 3) 用电压表测出电压UBY 、UCZ 、UBC ，若UBC= │UBY-UCZ │，则首末端标记正确；若UBC= │UBY+UCZ │，则标记不对。须将B 、C两相任一相绕组的首末端标记对调。 4) 用同样方法，将 B 、C 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。 A X x a 源 电 U 流 交 压 V B Y y b 调 相 三 1 W 0 D D C Z z c 3-8 测定相间极性接线) 测定原、副方极性 A X x a 源 电 U 流 交 压 b V B Y y 调 相 三 1 W 0 D D C Z z c 图3-9 测定原、副方极性接线) 暂时标出三相低压绕组的标记 a、b、c、x、y 、z,然后按图 3-9 接线，原、副方中点 用导线) 高压三相绕组施加约 50%的标称电压，用电压表测量电压UAX 、UBY 、UCZ 、Uax 、Uby 、 Ucz 、UAa 、UBb 、UCc ，若UAa=UAx-Uax ，则A相高、低压绕组同相，并且首端A与a端点为同极性。 若UAa=UAX+Uax ，则A与a 端点为异极性。 3) 用同样的方法判别出 B 、b 、C、c 两相原、副方的极性。 4) 高低压三相绕组的极性确定后，根据要求连接出不同的联接组。 4 、检验联接组 44 ( 1) Y/Y-12 A X x a B 源 EAB 电 U 流 交 压 V B Y y b b 调 Eab 相 Z X 三 Y 1 0 W D D C Z z c A c C (b) ( α)接线图 (b) 电势相量图 图3-10 Y/Y-12 联接组 按图 3-10 接线。A、a 两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的标称电压，测出 UAB、 Uab、UBb、UCc 及 UBc，将数据记录于表 3-11 中。 表 3-11 实 验 数 据 计 算 数 据 UAB Uab UBb UCc UBc UAB UBb UCc UBc K L (V) (V) (V) (V) (V) Uab (V) (V) (V) 根据 Y/Y-12 联接组的电势相量图可知： UBb UCc (K L −1)Uab U U K 2 K 1 − + Bc ab L L U K L AB 为线电压之比 U ab 若用两式计算出的电压UBb ，UCc ，UBc 的数值与实验测取的数值相同，则表示绕组连接正 确，属Y/Y-12 联接组。 (2) Y/Y-6 45 A X a x B 源 * * EAB 电 U 流 交 压 V B Y y 调 * * Z X 相 三 Y 1 W 0 c A D D C Z c z a C * (a) (b) Eab b ( α)接线图 (b) 电势相量图 图3-11 Y/Y-6 联接组 将 Y/Y-12 联接组的副方绕组首、末端标记对调,A、a 两点用导线 所示。 按前面方法测出电压UAB 、Uab 、UBb 、UCc及UBc ，将数据记录于表 3- 12 中。 表 3-12 实 验 数 据 计 算 数 据 U AB UAB Uab UBb UCc UBc K UBb UCc UBc L U ab (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V) 根据 Y/Y-6 联接组的电势相量图可得 UBb UCc (K L +1)Uab U U (K 2 +K +1) Bc ab L L 若由上两式计算出电压UBb 、UCc 、UBc 的数值与实测相同，则绕组连接正确，属于Y/Y-6 联接组。 (3)Y/△-11 按图 3-12 接线。A 、a两端点用导线相连，高压方施加对称标称电压，测取UAB 、Uab 、 UBb 、UCc及UBc ，将数据记录于表 3-13 中 A X a 源 * * B U 电 U EAB 流 交 压 V B Y V 调 b 相 * * Eab Z X 三 1 W Y W 0 c D D C Z c a * 46 * A C ( α)接线图 (b) 电势相量图 图3-12 Y/ Δ-11 联接组 表 3-13 实 验 数 据 计 算 数 据 UAB Uab UBb UCc UBc UBb UCc UBc U AB (V) (V) (V) (V) (V) K L (V) (V) (V) U ab 根据 Y/ Δ-11 联接组的电势相量可得 U U U U K 2 − 3K +1 Bb Cc Bc ab L L 若由上式计算出的电压UBb 、UCc 、UBc 的数值与实测值相同，则绕组连接正确，属Y/ Δ-11 联接组。 (4) Y/ Δ-5 将Y/ Δ-11 联接组的副方绕组首、末端的标记对调，如图 3-13 所示。实验方法同前，测 取UAB 、Uab 、UBb 、UCc和UBc ，将数据记录于表 3-14 中。 A X a B 源 * EAB 电 U * 流 交 压 V B Y 调 相 * * Z X 三 Y 1 0 W A D D C Z c a C * * c (b) (a) Eab b ( α)接线图 (b) 电势相量图 图3-13 Y/ Δ-5 联接组 表 3-14 实 验 数 据 计 算 数 据 U AB UAB Uab UBb UCc UBc K UBb UCc UBc L U ab 47 (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V) (V) 根据 Y/ Δ-5 联接组的电势相量图可得 U U U U K 2 + 3K +1 Bb Cc Bc ab L L 若由上式计算出的电压UBb 、UCc 、UBc 的数值与实测相同，则绕组联接正确，属于Y/ Δ-5 联接组。 5 、不对称短路 ( 1) Y/Y0连接单相短路 1 三相心式变压器 按图 3-14 接线。被试变压器选用三相心式变压器。将交流电压调到输出电压为零的位置， 接通电源，逐渐增加外施电压, 直至副方短路电流I ≈I 为。