電機(jī)學(xué)實驗講義

1三相異步電動機(jī)的參數(shù)測定及工作特性4.1實驗?zāi)康臏y定三相鼠籠式異步電動機(jī)的參數(shù)。4.2預(yù)習(xí)要點（1） 異步電動機(jī)的等效電路有哪些參數(shù)？它們的物理意義是什么？（2） 工作特性和參數(shù)的測定方法。4.3實驗項目（1） 測量定子繞組的冷態(tài)電阻。（2） 空載實驗。（3） 短路實驗。4.4實驗方法4.4.1測量定子繞組的冷態(tài)直流電阻將電機(jī)在室內(nèi)放置一段時間，用溫度計測量電機(jī)繞組或鐵心的溫度。當(dāng)所測溫度與冷卻介質(zhì)溫度之差不超過2K時，即為實際冷態(tài)。記錄此時的溫度和測量定子繞組的直流電阻，此阻值即為冷態(tài)直流電組。采用伏安法測定，測量線路圖如圖4.1。量程的選擇：測量時通過的測量電流小于電機(jī)額定電流的20%，即約為1A。每一電阻測量三次，取其平均值，測量定子三相繞組的電阻，記錄于表4-1中。圖4.1 三相交流繞組電阻測定

表4-1直流電阻測定實驗數(shù)據(jù)記錄表繞組I繞組II繞組mI(A)U(V)R(Q)注意事項：（1） 在測量時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子須靜止不動。（2） 測量通電時間不應(yīng)超過1分鐘。4.4.2空載實驗（1） 按圖4.2接線，電機(jī)繞組為Y接法（UN=220V），負(fù)載電機(jī)不接。（2） 把交流調(diào)壓器調(diào)至電壓最小位置，接通電源，逐漸升高電壓，使電機(jī)起動旋轉(zhuǎn)。（3） 保持電動機(jī)在額定電壓下空載運行數(shù)分鐘，使機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定后再進(jìn)行試驗。（4） 調(diào)節(jié)電壓由1.2倍額定電壓開始逐漸降低電壓，直至電流或功率顯著增大為止。在這范圍內(nèi)讀取空載電壓、空載電流、空載功率。（5） 在測取空載實驗數(shù)據(jù)時，在額定電壓附近多測幾點，共取數(shù)據(jù)7?9組記錄于表4-3中。表4-3空載實驗數(shù)據(jù)記錄表序號U0(V)I0(A)P0(W)COS00UABUBCBCUCAU0IAIBIcI0PIPIP04.4.3短路實驗（1） 測量接線圖同4.2,用制動工具把三相電機(jī)堵住。（2） 調(diào)壓器退至零，合上交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器使之逐漸升壓至短路電流到1.2倍額定電流，再逐漸降壓至0.3倍額定電流為止。表4-4短路實驗數(shù)據(jù)記錄表序號UK（V）Ik（A）PK(W)COS、KUABUBCBCUCAUK】B】c】KPnPk（3） 在這范圍內(nèi)讀取短路電壓、短路電流、短路功率。（4） 共取數(shù)據(jù)4—5組記錄于表4-4中4.5實驗報告（1）計算基準(zhǔn)工作溫度時的相電阻由實驗直接測得每相電阻值，此值為實際冷態(tài)電阻值。冷態(tài)溫度為室溫。按下式換算到基準(zhǔn)工作溫度時的定子繞組相電阻：r=r2351ref1C235+0C式中r?——換算到基準(zhǔn)工作溫度時定子繞組的相電阻。r1C——定子繞組的實際冷態(tài)相電阻，Q;0,——基準(zhǔn)工作溫度，對于E級絕緣為75°C。0廠——ref C

實際冷態(tài)時定子繞組的溫度，°c。作空載特性曲線：I0、P0、cos60=f(U0)作短路特性曲線：IK、PK=f(UK)由空載、短路實驗數(shù)據(jù)求異步電機(jī)的等效電路參數(shù)。由短路實驗數(shù)據(jù)求短路參數(shù)短路阻抗Z《=虹KIK短路電阻r=里K312K短路電抗 XK=WK-rK式中UK、IK、PK—由短路特性曲線上查得，相應(yīng)于IK為額定電流時的相電壓、相電流、三相短路功率。轉(zhuǎn)子電阻的折合值f “ “r2 rK-ri定、轉(zhuǎn)子漏抗2)定、轉(zhuǎn)子漏抗2)由空載試驗數(shù)據(jù)求激磁回路參數(shù)空載阻抗Z”=%0I0空載電阻r=土03I3空載電抗X0=\:Z02-r0式中u010p0——空載額定相電壓、相電流、三相空載功率。激磁電抗Xm=X0-X1。激磁電阻r=^Ee.m3120激磁電阻式中PFe為額定電壓時的鐵耗，由圖4.3確定。>—3尸Rk100110^1圖4.3圖4.3電機(jī)中鐵耗和機(jī)械耗（5）作工作特性曲線P1、11、n、S、cos?1=f（p2）由負(fù)載試驗數(shù)據(jù)計算工作特性，填入表4-5中。表4-6 U1=220V（A） If= A序號電動機(jī)輸入電動機(jī)輸出計算值I1（A）P1（W）T2(N?m)n(r/min)P2(W)S(%)ncos?1計算公式為:Ii1500—nS= x100%1500co(s1co(s13U111P2=0.10&T2門=Px100%P1式中I1——定子繞組相電流，A；U1——定子繞組相電壓，V；S——轉(zhuǎn)差率；門效率（2）由損耗分析法求額定負(fù)載時的效率電動機(jī)的損耗有：鐵耗戶處，機(jī)械損耗Pmec，定子損耗PCU1=3垢r1，轉(zhuǎn)子損耗P=PemS，雜散損耗P取為額定負(fù)載時輸入功率的0.5%。式中Pem一cu2 100 ad—電磁功率，W；Pem=P1-Pcu1-PFe鐵耗和機(jī)械損耗之和為：P0=PFe+Pmec=P0-312「為了分離鐵耗和機(jī)械損耗，作曲線P0=fU2）如圖4.4。延長曲線的直線部分與縱軸相交于K點，K點的縱坐標(biāo)即為電動機(jī)的機(jī)械損耗Pmec，過K點作平行于橫軸的直線，可得不同電壓的鐵耗Pfe。電機(jī)的總損耗ZP=Pfe+Pcu1+Pcu2+Pad+Pmec于是求得額定負(fù)載時的效率為：門=Pi-ZPX10%

P1式中Pi、S、I1由工作特性曲線上對應(yīng)于P2為額定功率PN時查得。4.6思考題（1） 由空載、短路實驗數(shù)據(jù)求取異步電機(jī)的等效電路參數(shù)時，有哪些因素會引起誤差？（2） 從短路實驗數(shù)據(jù)我們可以得出哪些結(jié)論？附加實驗三相異步電動機(jī)的起動與調(diào)速實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握異步電動機(jī)的起動和調(diào)速的方法。預(yù)習(xí)要點（1） 復(fù)習(xí)異步電動機(jī)有哪些起動方法和起動技術(shù)指標(biāo)。（2） 復(fù)習(xí)異步電動機(jī)的調(diào)速方法。實驗項目（1） 直接起動。（2） 自藕變壓器法起動。（3） 線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器起動。（4） 線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器調(diào)速。實驗方法（1）三相異步電機(jī)直接起動試驗1） 按圖1接線，電機(jī)繞組為Y接法。2） 把交流調(diào)壓器退到零位，開啟電源總開關(guān)，按下“開”按扭，接通三相交流電源。圖1圖1異步電動機(jī)直接起動U2V2W23） 調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸出電壓達(dá)電機(jī)額定電壓380V，使電機(jī)起動旋轉(zhuǎn)。4） 按下“關(guān)”按扭，斷開三相交流電源，待電動機(jī)停止旋轉(zhuǎn)后，按下“開”按扭，接通三相交流電源，使電機(jī)全壓起動，觀察電機(jī)起動瞬間電流值。（2） 自藕變壓器法起動1） 按圖1接線，電機(jī)繞組為Y接法。2） 三相調(diào)壓器退到零位，開關(guān)S合向左邊。3） 合上電源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器使輸出電壓達(dá)電機(jī)額定電壓380V，斷開電源開關(guān)，待電機(jī)停轉(zhuǎn)。4） 合上電源開關(guān)，使電機(jī)由自藕變壓器降壓起動（自藕變壓器抽頭輸出電壓分別為電源電壓的80%、60%和40%）并經(jīng)一定時間再使電機(jī)按額定電壓正常運行，整個起動過程結(jié)束。觀察起動瞬間電流以作定性的比較。（3） 線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器調(diào)速圖2線繞式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串電阻起動1） 實驗線路圖同圖2。電路接好后，將轉(zhuǎn)子附加電阻調(diào)至最大。2） 合上電源開關(guān)，電機(jī)空載起動，保持調(diào)壓器的輸出電壓為電機(jī)額定電壓220V。改變轉(zhuǎn)子附加電阻（每相附加電阻分別約為0。、2。、5。、15。），測相應(yīng)的轉(zhuǎn)速記錄于表1中。表2線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器調(diào)速記錄表Rst（。）02515n（r/min）（4）變頻調(diào)速1） 按圖3接線2） 改變變頻器的輸出頻率，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況，并記錄變頻器的輸出頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速于表3中。表3變頻調(diào)速實驗數(shù)據(jù)記錄表頻率（Hz）n（r/min）實驗報告（1） 比較異步電動機(jī)不同起動方法的優(yōu)缺點。（2） 由起動試驗數(shù)據(jù)求下述三種情況下的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩：1） 外施額定電壓un。（直接法起動）2） 外施電壓為UJq。（Y—A起動）3） 外施電壓為Uk/Ka，式中KA為起動用自偶變壓器的變比。（自藕變壓器起動）。（3） 線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入電阻對起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的影響。（4） 線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串入電阻對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。思考題（1） 起動電流和外施電壓成正比，起動轉(zhuǎn)矩和外施電壓的平方成正比在什么情況下才能成立？（2） 起動時的實際情況和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？1同步發(fā)電機(jī)的運行特性5.1實驗?zāi)康恼莆杖嗤桨l(fā)電機(jī)對稱運行時工作特性的測量方法。5.2預(yù)習(xí)要點同步發(fā)電機(jī)在對稱負(fù)載在下有哪些基本特性？這些基本特性各在什么情況下測得？怎樣用實驗數(shù)據(jù)計算對稱運行時的穩(wěn)態(tài)參數(shù)5.3實驗內(nèi)容空載特性：n=nN，I=0時，測?。篣0=f(If)。短路特性：n=nN，U=0時，測?。篖=f(If)。外特性：n=nN，If=IfN，COS件1或COS件0.8時，測取U=f(I)。5.4實驗步驟及方法5.4.1空載特性實驗接線圖如5.1所示。接通電源，起動直流電動機(jī)M，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使機(jī)組轉(zhuǎn)速n=nN并保持不變。調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵磁電流使U=1.35Un，逐次減少勵磁電流If到0，測取7組數(shù)據(jù)記錄于表5-1中。注意：勵磁電流只能單方向變化，并用低電壓表讀出剩磁電壓。表5-1空載特性數(shù)據(jù)記錄表U(V)1(A)UABUBCBCUcaU0U*0IfI*f5.4.2短路特性在發(fā)電機(jī)勵磁電流等于零的情況下，在圖5.1中將發(fā)電機(jī)的電樞三相繞祖短路，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)運調(diào)到額定值并保持不變，逐步增加發(fā)電機(jī)勵磁電流，使短路電流Ik=In,然后逐步減少勵磁電流If到0，測取6組數(shù)據(jù)，記錄于表5-2中。表5-2短路特性數(shù)據(jù)記錄表U(V)1(A)UABUBCBCUcaUKU*KIfIf5.4.3外特性（電阻負(fù)載）在圖5.2中，發(fā)電機(jī)的電樞三相繞組接燈箱，將燈炮數(shù)調(diào)到最小數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)到額定運行狀態(tài)（即額定轉(zhuǎn)速，額定電壓和額定電流），然后保持勵磁電流If和轉(zhuǎn)速n=nN不變，逐步增大負(fù)載，直到調(diào)到最大負(fù)載，共測取5組數(shù)據(jù)（包括空載電壓），記錄表5-3中。表5-3外特性數(shù)據(jù)記錄U(V)1(A)UABUBCBCUcaUIaIbIci5.5實驗報告要求（1） 作出空載特性U0=f（If）曲線。（2） 作出短路IK=f（If）特性曲線。（3） 作出COS件1和COS件0.8的外特性U=f（I）曲線。5.6實驗思考題（1） 同步發(fā)電機(jī)的短路特性為什么是一條直線？（2） 同步發(fā)電機(jī)負(fù)載電流為超前電流，外特性形狀如何？AU有什么變化?

2三相同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運行6.1實驗?zāi)康恼莆杖嗤桨l(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)的條件和操作方法。掌握同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后無功功率的調(diào)節(jié)。6.2預(yù)習(xí)要點三相同步發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)并聯(lián)運行有哪些條件？不滿足這些條件將產(chǎn)生什么后果？如何滿足這些條件？三相同步發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)并聯(lián)運行時怎樣調(diào)節(jié)有功功率和無功功率？6.3實驗內(nèi)容用燈光熄滅法將三相同步發(fā)電機(jī)并人電網(wǎng)。測取同步發(fā)電機(jī)(1)P=0時；(2)P=0.5Pn時的V形曲線I=f(If)，并觀察研究振蕩現(xiàn)象。6.4實驗步驟和方法6.4.1用燈光熄滅法將三相同步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)實驗接線圖如6.1。并網(wǎng)斷路器網(wǎng)電(尸網(wǎng)電旋燈網(wǎng)電(尸網(wǎng)電旋燈圖6.1并網(wǎng)實驗接線圖起動直流電動機(jī)使轉(zhuǎn)速接近額定值。(2)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流If,使發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓相等。（3）檢查并網(wǎng)必須滿足的條件：1） 檢查相序：若三相指示燈出現(xiàn)同時滅、同時亮，說明發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的相序一致。若指示燈交替亮、滅，則表示二者相序不一致，必將發(fā)電機(jī)（或電網(wǎng)）的任意兩相對調(diào)，重新檢查燈光是否同時亮、滅。2） 檢查頻率：調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使燈光亮、滅變化緩慢，說明發(fā)電機(jī)頻率接近電網(wǎng)頻率。3） 檢查電壓：細(xì)調(diào)發(fā)電機(jī)勵磁電流If，使其電壓與電網(wǎng)電壓相等。4） 掌握并網(wǎng)瞬間：在指示燈同時熄滅同時電壓表指零）時，說明此瞬間對應(yīng)的相電壓差為零，合上并網(wǎng)開關(guān)Q，發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)。6.4.2測取發(fā)電機(jī)的V形曲線I=f（If）（1）P=0時在圖九中，保持同步發(fā)電機(jī)的輸出功率P=0，先增加勵磁電流If，使電樞電流上升到IN，逐次減小If，直到1達(dá)到最小。繼續(xù)減小If，I又將增加，直到I=IN，在過勵與欠勵情況下各測取5組數(shù)據(jù)，記錄于表6-1中。注意：欠勵時，機(jī)組可能會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，此時應(yīng)停止減少If應(yīng)及時增加If使發(fā)電機(jī)再進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)。表6-1P=0的V形曲線的數(shù)據(jù)記錄I(A)If(A)IAIBICI（2）P=0.5Pn時調(diào)節(jié)原動機(jī)輸入，增加發(fā)電機(jī)輸出，直至P=0.5Pn使發(fā)電機(jī)電樞電流I=0.5In，此后試驗方法同（l）一樣，改變發(fā)電機(jī)勵磁電流If，先過勵，再欠勵，各測取5組數(shù)據(jù)，記錄于表6-2中。表6-2P=0.5Pn的V形曲線的數(shù)據(jù)記錄I(A)If(A)IAIBICI6.5實驗報告要求（1） 作出同步發(fā)電機(jī)的兩條V形曲線I=f（If），從V形曲線上，分別說明發(fā)電機(jī)和電動機(jī)在過勵和欠勵時對電網(wǎng)的作用。（2） 說明同步發(fā)電機(jī)振蕩對電網(wǎng)的危害性，如何避免振蕩？6.6實驗思考題（1） 在事故狀態(tài)下要求發(fā)電機(jī)迅速并網(wǎng)，技術(shù)人員提出了“自整步法”，如圖所十示。勵磁繞組合向限流電阻R（阻值約為勵磁繞組本身電阻的10倍）。在機(jī)組轉(zhuǎn)速接近額定時，先合上并網(wǎng)開關(guān)Q］，隨即將Q2合向電源加上勵磁，機(jī)組在整步作用下拉入同步。試考慮下面兩種情況的沖擊電流：（a）轉(zhuǎn)子N極正好對準(zhǔn)定子旋轉(zhuǎn)磁場的S極。（b）轉(zhuǎn)子N極對準(zhǔn)定子N極。（2） 甲、乙兩機(jī)組容量機(jī)同（或相近）并聯(lián)后機(jī)組甲分別按下面情況操作，試考慮兩機(jī)組的電壓、電流、轉(zhuǎn)遨即頻率）等有什么變化。（a）增加機(jī)組甲的輸入功率；（b）增加機(jī)組甲的勵磁電流。（3） 試考慮同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)開關(guān)用接觸器來代替，畫出控制線路。（4） 并網(wǎng)后，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流，為什么它的端電壓不變化？調(diào)原動機(jī)輸入，轉(zhuǎn)速是否變化？電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機(jī)輸出功率如何變化？（5） 在調(diào)節(jié)無功功率時，為何有功功率會隨之變化？3三相同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)測定7.1實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)三相同步發(fā)電機(jī)各種參數(shù)的測定方法。7.2預(yù)習(xí)要點（1） 同步發(fā)電機(jī)參數(shù)X、X>X'、X'、X〃、X〃、X、X各代表什dqd q dq0 2么物理意義？對應(yīng)什么磁路和耦合關(guān)系？（2） 這些參數(shù)的測量有哪些方法？并進(jìn)行分析比較。（3） 怎樣判別同步電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是同方向還是反方向？7.3實驗內(nèi)容（1） 用轉(zhuǎn)差法測定同步電抗Xd，Xq。（2） 用逆同步旋轉(zhuǎn)法測定負(fù)序電抗\和負(fù)序電阻。（3） 用單相電源測定零序電抗X0。 -、"一一、'⑷用靜止法測超瞬變電抗Xd,Xq或瞬變電抗X『Xq。7.4實驗步驟和方法7.4.1用轉(zhuǎn)差法測定實驗接線圖如圖7.1。起動直流電動機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至接近同步轉(zhuǎn)速，然后給同步發(fā)電機(jī)加一定的勵磁電流，判斷定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向是否一致，若一致后，將同步發(fā)電機(jī)的勵磁繞組開路，然后給定子繞組加三相低電壓，約為5%-15%UN，共測取3組數(shù)據(jù)。記錄于表7-1中。表7-1轉(zhuǎn)差法數(shù)據(jù)記錄Upmax（V）件）Xd（。）Upmin（V）…）Xq（。）注：X="中皿x,x="中血。dI qJpmax pmin

\U網(wǎng)電、v變頻器2VAAV\U網(wǎng)電、v變頻器2VAAV網(wǎng)電F+圖7.1轉(zhuǎn)差法參數(shù)測定接線圖7.4.2用逆同步旋轉(zhuǎn)法測X-和r—實驗接線圖如圖7.1。