电机学实验指导书(2015) (1)

《电机学》 电机实验指导书

华北水利水电大学电力学院

2015年9月

目 录

实验一、单相变压器及校验三相变压器联接组实验 . ..................................................................... 3 实验二、三相异步电动机的工作特性及起动与调速实验 . ........................................................... 11 实验三、三相同步发电机的运行特性及并联运行实验 . ............................................................... 19 实验四、直流发电机及直流电动机实验 . ....................................................................................... 30 附录：瓦特表、电流表、智能数字电量测量仪接线图

实验课要求：

1、实验前必须先预习实验课的内容，写预习报告，掌握实验的方法。

2、本实验属强电实验，有一定的危险性，实验过程中必须听从实验指导老师的指挥，按实验规程操作。实验时注意人身安全，不能随意走动和触摸设备。 3、进入实验室不能穿拖鞋，必须穿有胶底的鞋。

4、因实验设备台件数有限，必须按照实验课表的人数进行实验，不得超过规定的人数。实验分组按成绩表序号排列，每班分成两组。

实验一、单相变压器及校验三相变压器联接组实验

一、测试项目：

1、测变比、

电源经调压器接至低压线圈，高压线圈开路，合上电源开关后将低压线圈外施电压调至50%额定电压左右，测量低压线圈电压U ax 及高压线圈电压U AX ，取三组数据的平均值。

2、空载试验 测取空载特性 U 0 = f (I0 ); P 0 = f ( U0 ); COS φ0 = f ( U0 )

一般在变压器的低压线圈端接电源，高压线圈端开路。中小型电力变压器空载电流I 0≈4～16%IN ，变压器空载运行时功率因数甚低，一般在0.2以下，应选用低功率因数瓦特表测量功率，以减少功率测量误差。

3、短路试验 测取短路特性 P k = f ( Ik ); U k = f ( Ik ); COS φk = f ( Ik )

变压器短路试验时，一般高压线圈接电源，低压线圈则直接短路。短接导线要接牢，其导线截面积应较大。

中小型电力变压器短路电压数值约为3～8%UN ，为避免过大的短路电流，接通电源前，必须将调压器调至输出电压为零的位置，然后合开关逐渐增加电压使短路电流升至1.1I N 。本试验应尽快进行，否则线圈发热会导致线圈电阻增加。

测量变压器的周围环境温度θ℃，作为试验时线圈的实际温度。 4、校验三相变压器Y/Y-12、Y/Y-6、Y/△-11、Y/△-5的联接组。 二、实验目的

通过空载、短路确定单相变压器的参数及运行特性。 掌握校验变压器联接组的方法。 三、实验设备、测量仪表

单相调压器： 0～250V 一台 单相变压器： DGC — 1000F 一台 一次电压 ：220V 电流 ：4.54A 二次电压 ：127V 电流 ：7.87A 三相试验变压器一台

单相瓦特表：D34 – W型 额定电压：150～600V / 额定电流：1～2A 一块 D51型 额定电压：48～480V / 额定电流：5～10A 一块 交流电流表：T51型 1～2A 一块 D9 – A型 5～10A 一块

交流电压表：L2 – V型 7.5～750V 一块 实验电源： 交流220V 四、预习内容

1、参考《电机学》原理，拟定实验电路。

2、确定在单相变压器空载、短路试验中各种仪表怎样联接才能使测量误差最系小？ 3、如何用试验方法测定变压器的铁耗及铜耗？

4、变压器空载及短路试验时应注意哪些问题？一般电源应接在那一方比较合适？ 5、国产电力变压器有哪几种标准联接组？

6、如何把联接组Ｙ/Ｙ-12改成Ｙ/Ｙ-6及把联接组Ｙ/Δ-11改接成Ｙ/Δ-5

7、按实验内容和所给定的实验设备、仪表和测试项目自行设计试验电路，并准备好现场测试数据的记录表格。

五、实验报告要求 （一）计算变比。

（二）根据空载试验数据作空载特性曲线和计算激磁参数。 （三）根据短路试验数据作短路特性曲线和计算短路参数。

（四）根据空载和短路试验测定的参数，画出被试变压器的简化等值电路图。

（五）将不同联接组时实测的电压U Bb 、U Cc 、U Bc 值与计算值列表进行比较，并画出各联

接组的电压向量图。

（六）对实验数据进行整理、计算、将所测试数据描点画出各自的特性曲线（用方格纸）。

变比实验接线图

1、实验步骤：

① 按变比实验图接线，变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。 ② 电源开关K 合闸前，调压器BT 要调至输出电压为0V 。

③ 合开关K ，调节BT 输出电压分别为1.2U N 、U N 、0.5U N 时，测量和记录变压器低压线圈

电压U ax 、高压线圈电压U AX ，共测3点。（注：变压器低压线圈额定电压U N =127V。）

2、实验数据记录表格

3、实验报告数据表格

4、计算变比（取三次测量的平均值）。

空载实验接线图

1、实验步骤：

① 按空载实验图接线，变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。 ② 电源开关K 合闸前，调压器BT 要调至输出电压为0V 。

③ 合开关K ，调节BT 输出电压到1.2U N ，记录空载电压U 0、电流I 0、空载损耗P 0，然后

逐次降压，每次记录相应的数据，共取9点。（注：变压器低压线圈额定电压U N =127V。）

2、实验数据记录表格

3

*

4、 （1）计算U 0=

0*

，I 0=0，cos ϕ0=0 。 U N I N U 0I 0

**

（2）作空载特性曲线 U 0=f (I 0) ，P 0=f (U 0) ，cos ϕ0=f (U 0) 。

5、计算激磁参数。

短路实验接线图

1、实验步骤：

① 按短路实验图接线，变压器高压线圈接电源，低压线圈短路。 ② 电源开关K 合闸前，调压器BT 要调至输出电压为0V 。

③ 合开关K ，缓慢调节调压器BT 输出电压，使短路电流升至1.1 IN ，在1.1 IN ~0.5 IN 范围

内进行测量，共记录5组数据。（注：变压器高压线圈额定电流I 1N =4.54A，低压线圈额定电流I 2N =7.87A。）

2、实验数据记录表格

3、实验报告数据表格

4、作短路特性曲线U K =f (I K ) ，P K =f (I K ) ，cos ϕK =f (I K ) 5、计算短路参数。

实验要求：画出等值电路图

根据空载和短路实验测定和计算的数据，画出被测变压器的简化等值电路图。

实验4、三相变压器连接组别校验实验

（一）Y/Y—12连接组别校验

Y/Y—12连接组接线

1、实验步骤：

① 按Y/Y—12实验图接线，三相220V 输入电压接高压绕组线圈，用导线把A —a 两点联

接，注意高、低压线圈的同名端符号。 ② 合电源开关K 。

③ 测量电压U AB 、U ab 、U Bb 、U Cc 、U Bc ，记录数据。

2、实验数据记录表格

3、画向量图。

4、计算U Bb 、U Cc 、U Bc ，把实测值与计算值比较，判断线圈联接是否正确。

（二）Y/Y—6连接组别校验

Y/Y—6连接组接线

1、实验步骤：

① 按Y/Y—6实验图接线，三相220V 输入电压接高压绕组线圈，用导线把A —x 两点联接，

注意高、低压线圈的同名端符号。

② 合电源开关K 。

③ 测量电压U BC 、U By 、U Cz 、U Bc 、 U xy ，记录数据。

2、实验数据记录表格

3、画向量图。

4、计算U By 、U Cz 、U BC ，把实测值与计算值比较，判断线圈联接是否正确。

（三）Y /△—11连接组别校验

Y /△—11连接组接线

实验步骤：① 按Y /△—11实验图接线，三相220V 输入电压接高压绕组线圈，用导线把A —

a 两点联接，注意高、低压线圈的同名端符号。 ② 合电源开关K 。

③ 测量电压U AB 、U ab 、U Bb 、U Cc 、U Bc ，记录数据。

（1）实验数据记录表格

（2）画向量图。

（3）计算U Bb 、U Cc 、U Bc ，把实测值与计算值比较，判断线圈联接是否正确。

（四）Y /△—5连接组别校验

Y /△—5连接组接线

实验步骤：① 按Y /△—5实验图接线，三相220V 输入电压接高压绕组线圈，用导线把A —x

两点联接，注意高、低压线圈的同名端符号。 ② 合电源开关K 。

③ 测量电压U xy 、U By 、U Cz 、U Bz ，记录数据。

（1）实验数据记录表格

（2）画向量图。

（3）计算U By 、U Cz 、U Bz ，把实测值与计算值比较，判断线圈联接是否正确。

实验二、三相异步电动机的工作特性及起动与调速实验

一、测试项目：

1、异步电动机的空载试验

接通电源前将调压器调至零位，然后闭合电源开关，逐渐升高电压，起动电动机。保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，待机械摩擦稳定后再进行实验，调节外施电压由1.2 U N 逐渐降低，直到转差率显著增大，定子电流开始回升为止。 2、异步电动机的短路试验

先检查电动机转动方向，再堵住转子，注意防止制动工具抛出伤害周围人员，调节电动机外施电压，使短路电流迅速升到1.2 IN ，再逐级降低至0.3 IN 。

此试验动作要迅速，因为此时电机不转，散热条件差，定子绕组可能过热。 3、异步电动机的负载试验

由直流发电机作电动机的负载。起动电动机—直流发电机组，逐步增加直流发电机负载，使电动机负载电流上升到1.25 IN ，然后保持电动机外施电压U 1 = U N ，调节直流发电机励磁电流到规定值并保持不变，逐步减少负载电流，记录电动机的三相电流、输入功率、转速以及直流发电机的电枢电流和转速，直至空载。 4、线绕式异步电动机转子接入起动变阻器起动

电动机转子接入变阻器，外施额定电压，合上开关直接起动。记录起动瞬间的电流，改变起动变阻器的位置，如1、1/2、0重复以上起动步骤。 5、线绕式异步电动机转子串入电阻调速

电动机转子接入变阻器，将电动机带一定负载起动后，改变转子电阻如1、1/2、0，分别测出各位置时变阻器的电阻值及相应的电动机转速。 二、实验目的

掌握三相异步电动机的工作特性及参数的测量方法。 通过实验掌握异步电动机的起动和调速方法。 三、实验设备、测量仪表

1、试验机组：由交流异步电动机联接直流发电机（直流发电机作为电动机的负载） 三相滑环式异步电动机 （ 转子为绕线式的异步电动机 ）

型号：JR 2 51 – 48 / 3kW

额定电压：380V 额定电流：6.9A 额定转速：1400转/分 直流发电机

型号：Z 2-32 1.9kW 额定电压：230V 额定电流：8.3A

励磁电压：220 V 励磁电流：0.487A 额定转速：1450转/分

1、定子绕组 2、转子绕组 3、转子滑环

三相滑环式异步电动机接线示意图

H 1、H 2 - 电枢绕组；C 1、C 2 - 串激绕组；F 1、F 2 - 励磁绕组

直流发电机接线示意图

2、三相调压器

型号：TSGC - 15 / 0.5 输入电压：380V 输出电压：0 – 430V 输出容量：10KV A 最大输出电流：20A

3、三相变阻器

型号：BT2 – 003 相流：12.5 – 19.3A

相阻：0 – 2.99Ω 4、数字电能表 型号：PF9830

5、交流电流表 型号：T15 – A型 25 – 100A 6、直流电流表 型号：C31 - A型 7.5mA – 30A 7、直流电压表 型号：C31 – V型 45mV – 600V 8、光电转速表 型号：DT-234

9、滑线变阻器 型号：BX4 – 510 / 2 电阻：290Ω 电流1.76A 10、负 载 箱 （纯电阻负载） 11、闸刀开关

12、试验电源 三相交流：380V ； 直流：220V （ 直流发电机励磁电压 ） 四、预习要点

1、参考《电机学》原理。拟定实验电路。

2、作异步电动机的空栽、短路试验应注意哪些事项？ 3、如何用空栽、短路试验数据求参数？

4、掌握实验室电动机加负载的方法，测取工作特性应保持哪些数据不变？测量哪些数据？ 5、求异步电动机的工作特性有哪些方法？并比较其优缺点。 6、复习异步电动机的起动和调速方法。

7、如何利用短路试验数据求取起动电流和起动转矩？

8、按实验内容和所给定的实验设备、仪表和测试项目自行设计试验电路，并准备好现场测试数据的记录表格。 五、实验报告要求

1、计算基准工作温度时的相电阻（定子绕组冷态电阻r 1=1.9Ω） 2、空载特性曲线 I 0、P 0、CO S φ0 = f （U 0） 3、短路特性曲线 I K 、P K 、= f （ U K ） 4、由空载、短路试验数据求简化的等值线路参数

5、计算工作特性

6、用损耗分析法求效率η、

7、分析上述直接负载法、损耗分析法所得效率值的误差。 8、对实验数据进行整理、计算、描点画出特性曲线（用方格纸）

1、实验步骤

（1）按右图接线，合上电源前先将三相 调压器BT 输出电压调至零位（逆时针方 向至尽头）。

（2）合上电源开关K ，缓慢调节调压器 BT ，逐渐升高电压，起动电动机。保持电 动机在额定电压下空载运行数分钟，待机 械摩擦稳定后再进行试验。

（3）调节调压器输出电压到1.2U N （即 456V ），记录第1组数据，然后调节BT 逐渐降低电压，在BT 输出电压为1.1U N 、 1.0U N 、0.9U N 、0.8U N 、0.7U N 、0.6U N 、 0.5U N 时, 分别测量空载电压、空载电流、 空载功率, 共读取8组数据。 （4）把调压器输出电压调回零位。

2、实验数据记录表格：

空载试验接线图

3、数据处理，作出空载特性曲线 I 0、P 0、cos φ0 = f (u 0 )

1、实验步骤

（1）接线图与空载试验相同，先检查电动机旋转方向的指示标志，然后堵住电动机转子，使 其不能转动，（要注意防止制动工具抛出伤害周围人员）。

（2）将调压器BT 输出电压调至零位，合开关K ，缓慢调节调压器（注意！不能调节过快，防止电流突然过大），并注意观察仪表指示的电流值，调节使短路电流迅速升到1.2I N ，（8A 左右）再逐级渐降低至0.3I N ，分别读取1.2I N 、1.0I N 、0.8I N 、0.5I N 、0.3I N 时的电压、电流、功率共5组数据。（要注意记录短路电流等于或接近额定值的那一点数值）。

注意事项：短路实验时间要快，防止时间过长而使电动机定子绕组过热。读取数据时，要同时读取三相短路电流、短路电压、短路功率。 2、实验报告数据表格：

3、数据处理，作出短路特性曲线 I K 、P K = f (u K )

异步电动机的负载试验接线图

1、实验步骤

（1）按负载试验接线图接线，将调压器BT 输出电压调至零位

（2）合上开关K 1、K 2，缓慢调节调压器，逐渐升高电压，起动电动机——直流发电机组。 （3）逐个合上负荷开关K ，逐步增加发电机负载，使电动机负载电流上升至1.2I N ，然后保持电动机外施电压在额定值U 1= UN ，调节直流发电机励磁电流到规定值并保持不变，逐步减小负载电流，每次记录记录电动机的三相电流、输入功率、转速以及直流发电机的电枢电流和转速，直至空载（负载箱开关全断开) ，共读取6组数据。 2、实验报告数据表格：

U 1= V , I f = A

3、数据处理，计算工作特性。

实验4、线绕式异步电动机转子接入起动变阻器起动实验

变阻器起动实验接线图

1、实验步骤

（1）按上图接线，电流表选择适当的量程，将变阻器R L 的手柄放在电阻最大位置，作好起动准备。

（2）合上开关电源K ，观察起动瞬间的电流及电机转速，接着再断开电源开关K 。 （3）转动变阻器手柄，减小起动电阻。把变阻器手柄分别置于最大位置、中间位置和最小位置时，重复以上操作。观察每次串接不同起动电阻时的起动电流，并记录各次起动瞬间的电流值，共读取3组数据。

当R L 在最小位置（ R L =0）时，即起动变阻器被切除，转子绕组被短路，电机便进入稳定运行，起动过程结束。 2、实验数据记录表格：

3、数据处理与分析。

实验5、线绕式异步电动机转子串入电阻时的调速实验

1、实验步骤

（1）接线与实验4相同，将变阻器R L 的手柄放在电阻最大位置，作好起动准备。 （2）合上开关K ，起动电动机，将电机带上一定的负载（操作与实验三相同，合上K 2和负载开关K ）。待转速稳定后，测量R L 最大位置时的转速。

（3）缓慢转动变阻器手柄，改变转子电阻，观察转速变化。变阻器手柄分别置于最大位置、1/2位置和最小位置时，分别测出各位置时的R L 值及相应的电动机转速，记录各转速值，共读取3组数据。

注意：改变电阻值后，由于电机转动的惯性，电机的转速可能没有稳定，因此调节变阻器后要等一段时间，待转速稳定后再进行测量。 2、实验数据记录表格：

3、数据处理与分析。

实验三、三相同步发电机的运行特性及并联运行

一、

测试项目：

1、空载试验 在n = nN I = I N 的条件下，测取空载特性曲线 U 0 = f ( IL )。

起动原动机（直流电动机），将同步发电机调至额定转速n N ，并保持不变；随后给同步发电机送入励磁电流I L ，并逐渐增加励磁电流，直至发电机端电压U 0=1.3 UN 为止，然后逐步减少励磁电流，测取空载特性曲线的下降分支。

2、三相短路试验 在n = nN 、U = 0的条件下，测取三相短路特性曲线I K = f ( IL ) 在发电机励磁电流等于零的情况下，将它的电枢三相绕组短路，将发电机转速调到额定值并保持不变，逐步增加发电机励磁电流I L ，使短路电流I K = 1.25IN ，然后逐次减少励磁电流I L ，直至I L = 0 ，记录所得数据。

3、用准整步法（灯光熄灭法）将同步发电机投入并网并联运行； 三相同步发电机与电网并联运行时必须满足下列条件： 发电机电压与电网电压相同；

发电机电压的频率与电网电压的频率相同； 发电机的相序与电网相序相同。

4、三相同步发电机与电网并联运行时有功功率的调节 在I L =IL0 的条件下，测取I ，COS φ= f ( P )。

同步发电机并入电网后，调节发电机的励磁电流及原动机输出功率，使同步发电机输出电流ΙF = 0，相应的励磁电流I L = IL0 ，保持I L = IL0 不变，逐次增加原动机输出功率（可升高原动机的电枢电压或减少它的励磁电流），使同步发电机输出功率P 增加，在发电机输出电流Ι从零增到I N 的过程中，记录测量数据。

5、三相同步发电机与电网并联运行时无功功率的调节。

在n =常数，U =常数，P ≈0和P ≈0.5 PN 条件下，测取同步发电机的V 型曲线Ι = f ( IL ) 。 ① 测 P ≈ 0 时的V 形曲线

试验时，保持同步发电机的输出功率P ≈0，先增加励磁电流I L ，使电枢电流上升到I N ，记下此点励磁电流、电枢电流，然后逐次减少励磁电流I L ，使电枢电流减少到最小值（注意记下此点数据），此后继续减少励磁电流I L ，电枢电流又将增加，直到I ≈I N ，在过励和欠励的情况下读取数据。

② 测P ≈ 0.5 PN 时的V 形曲线

调节原动机输入，增加发电机输出，直至P = 0.5P N ，试验方法同上。

减少励磁时，不可欠励太多，以防电机失步，如果出现该情况，应立即增加励磁电流I L ，以便牵入同步，同时应注意电枢电流不要超过额定值。

二、实验目的

掌握三相同步发电机对称运行特性的测量方法。 学会三相同步发电机对称运行时稳态参数的测量

掌握三相同步发电机投入并网并联运行的条件与操作方法。 掌握三相同步发电机并联运行时有功功率与无功功率的调节。

三、实验设备、测量仪表

1、试验机组：由直流电动机作原动机联接交流同步发电机 直流电动机 型号：Ζ2 – 42 / 4 KW

额定电压：220 V 额定电流：22.7 A 额定转速：1500 rpm

交流同步发电机 型号：72 – 54 – 3 / 3KW

额定电压：400 / 230 V 额定电流：5.45 A

励磁电流：6 A 额定转速：

1500 rpm

直流电动机接线示意图

H 1、H 2 - 电枢绕组；C 1、C 2 - 串激绕组；F 1、F 2 - 励磁绕组

三相交流同步发电机接线示意图

1——发电机定子线圈 4——励磁机电枢线圈 2——发电机转子线圈 5——励磁机励磁线圈 3——发电机集电环 6——励磁机变阻器

2、直流电动机起动变阻器 型号：Ζ – 107 起动电阻：0 – 1.546 Ω 起动电流：40 – 60 A 3、调节变阻器 型号：ZB20 – 003 电流：10 – 25 A 电阻：0 – 5 Ω 4、滑线变阻器 型号：BX4 – 510 / 2 电阻：290Ω 电流1.76A BX4 – 510 电阻：145Ω 电流1.76A 5、数字电能表 型号：PF9830 6、光电转速表 型号：DT-234

7、试验电源 直流：220V 并网电源：380V

四、预习要点

1、同步发电机的运行特性曲线有哪几条？曲线的大致形状如何？

2、怎样利用空载、短路和零功率因数负载特性曲线求取同步发电机乘数？ 3、同步发电机并联运行的条件有哪些？

4、同步发电机并联运行时如何调节有功功率和无功功率？试说明其物理过程。 5、按实验内容和所给定的实验设备、仪表和测试项目自行设计试验电路，并准备好现场测试数据的记录表格。

五、实验报告要求

1、根据实验数据绘出三相同步发电机运行特性曲线。 2、求短路比。

3、利用特性曲线求X d (不饱和值) ，X p 。

4、说明三相同步发电机与电网并联运行时有功功率和无功功率的调节方法。 5、画出P ≈0及P ≈0.5 PN 时同步发电机的V 形曲线，并对V 形曲线进行解释说明。

实验1、三相同步发电机的空载试验

在n=nN 、I=0的条件下，测取空载特性曲线u 0 = f (I L ) 。

1、空载试验接线图

空载试验接线图

2、实验步骤

（1）按上图接线，调节电动机磁场串联电阻R f1在最小位置，调节电动机起动变阻器R 1

及发电机磁场串联电阻R 2在最大位置。

（2）合上开关K 2，起动原动机ZD 。起动后将R 1调至最小位置（R 1=0），同时调节R f 1，把同步发电机转速调至额定转速n N , 并保持不变。

（3）合上开关K 1，给同步发电机送入励磁电流I f ，调节R 2逐渐增加励磁电流，直至发电机的端电压U 0 = 1.25U N 为止，读取此时三相电压U AB 、U BC 、U CA 及励磁电流I L ，得到曲线的第一点。

（4）调节R 2逐渐减小励磁电流，测取空载特性曲线的下降分支，共读取8组数据。 注意：在额定电压附近应多测几点，在I L =0时(断开励磁回路) ，记下剩磁电压。在测取空载特性曲线时，为防止磁滞现象的影响，只能单方向调节励磁电流，不能中途来回调节。

3、实验报告数据表格：

式中：U 0 =1/3（U AB +U BC +U CA ）

U 0﹡= U 0 /U N （U N 为同步发电机的额定电压） ﹡

I L = I L / IL N （I L N为空载额定电压时的励磁电流）

4、数据处理，作出空载特性曲线 u 0 = f (IL ) 。

实验2、三相同步发电机的短路试验

在n=nN 、u = 0的条件下，测取短路特性曲线I K = f (I L ) 。

1、短路试验接线图

短路试验接线图

2、实验步骤

（1）按上图接线，把发电机三相定子绕组短路，调节电动机磁场串联电阻R f1在最小位置，调节电动机起动变阻器R 1及发电机磁场串联电阻R 2在最大位置。

（2）合上开关K 2，起动原动机ZD 。起动后将R 1调至最小位置（R 1=0），同时调节R f 1，把同步发电机转速调至额定转速n N , 并保持不变。

（3）合上开关K 1，给同步发电机送入励磁电流I L ，调节R 2逐渐增加励磁电流，使短路电流I K = 1.2I N 为止，读取此时三相短路电流I A 、I B 、I C 及励磁电流I L 。

（4）调节R 2逐渐减小励磁电流，每次测取短路电流及励磁电流I L ，共读取5组数据。 注意：短路实验动作要快，防止时间过长而使发电机定子绕组过热。读取数据时，要同时读取三相短路电流。

3、实验报告数据表格：

式中：I K =1/3（I A +I B +I C ）

I K﹡= I K /I N （I N 为同步发电机的额定电流）

I L= I L/ I LN （I L N为空载额定电压时的励磁电流）

﹡

4、数据处理，作出短路特性曲线I K = f (I L ) 。

实验3、三相同步发电机的并网运行实验

一、发电机与电网并联运行实验

用准整步法（灯光熄灭法）将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下列条件：

① 发电机电压与电网电压相同；

② 发电机电压的频率与电网电压的频率相同； ③ 发电机的相序与电网相序相同。

1、实验接线图

同步发电机并网实验接线图

2、实验步骤

（1）按上图接线，调节电动机磁场串联电阻R f1在最小位置，调节电动机起动变阻器R 1在最大位置，同步发电机转子线圈串联电阻R 2及励磁机磁场串联电阻R f 在最大位置，把并网开关K 2断开。

（2）合上开关K 1，起动原动机，调节R f1，使同步发电机的转速接近额定值，即n = n N 。

（3）合上开关电网电源开关K （注意此时的K 2一定要断开），调节R L 改变同步发电机的励磁电流，使同步发电机的电压等于电网电压（U l =380V ）。用电压表测量开关K 2两端的电压，电压相等时应有U A1B1 = UA2B2，U B1C1 = UB2C2，U C1A1 = UC2A2。

（4）观察三只指示灯，如果不是同时明亮和熄灭，则表示发电机与电网的相序不一致，必须把开关K 断开和停机，调换发电机（或电网）的任意两相，然后再按上述步骤进行实验。 （5）相序一致后，再调节R L ，使同步发电机的电压等于电网电压。

（6）调节R f1，进一步细调转速，使两者的频率非常接近，频率表指示在50Hz 左右。观察三只指示灯应同时缓慢地熄灭，同时渐亮。

（7）当三只指示灯同时熄灭，电压表指示为零的瞬间（U A12 =0），合上并网开关K 2，完成发电机与电网的并列过程。（注意：为了准确选取这一瞬间，可观察灯光熄灭情况，放过几次合闸时机，以便确定合闸时机，及时合上开关K 2，投入并联运行）。

3、思考：发电机与电网并网为什么要满足并联运行条件才能进行并列？

二、并联运行时有功功率的调节实验

在I L = I L 0 的条件下，测取I 、cos φ = f (P ) 。 1、实验步骤

在同步发电机并入电网后，调节发电机的励磁电流（改变R L 、R 2）及原动机输出功率（改变R f1）， 使同步发电机输出电流I = 0， 相应的励磁电流I L = I L 0 ，保持I L = I L 0不变，逐次增加原动机输出功率（可减小R 1或增大R f1），使同步发电机输出功率P 增大，在同步发电机输出电流I 从零增到I N 的过程中，读取三相电流I A 、I B 、I C 及功率P ，共记录6组数据。 2、实验报告数据表格：

A + B +C ），

3、数据处理，作出特性曲线I = f (P ) 、cos φ = f (P ) 。

三、并联运行时无功功率的调节实验

在n=常数，U=常数，P ≈0和 P ≈0.5P N 的条件下，测取同步发电机的V 形曲线I = f (IL ) 。

1、测P ≈0时的V 形曲线

（1）实验步骤：试验时，保持同步发电机的输出功率P ≈0，先增加励磁电流I L （调节R L 、R 2），使电枢电流上升到I N （6A ），记下此点励磁电流、电枢电流，然后逐次减小励磁电流I L ，使电枢电流减小到最小位置（注意记下此点数据, 该点就是曲线的拐点），此后继续减小励磁电流I L ，电枢电流又将增加，直到I ≈I N ，在过励与欠励情况下各读取和记录一组数据。

（2）P ≈0实验数据记录表格 ：

（3）数据处理，作出P ≈0时的V 形曲线 。

2、测P ≈0.5P N 时的V 形曲线

（1） 实验步骤：调节原动机输入，增加发电机输出，直至发电机的输出功率P =0.5P N ，试验方法同上，每次测取励磁电流、电枢电流和功率因数，并记录一组数据。

要注意，在减小励磁时，不可欠励太多，以防电机失步。如将失步，应立即增加励磁电流I L ，以便牵入同步。同时应注意电枢电流不要超过额定值。 （2）P ≈0.5P N实验数据记录表格 ：

（3）数据处理，作出P ≈0.5P N时的V 形曲线 。

实验四、直流发电机及直流电动机实验

一、测试项目：

1、他励发电机空载特性保持 n = nN I = 0 测取 U 0 = ƒ（ I F ）起动后，调节电动机电枢串联电阻R 1及磁场串联电阻R f 1，使发电机转速达额定值，然后，建立发电机电压，步骤是调节发电机磁场串联电阻R f 2到最大位置，合上励磁回路的电源开关（他励），

2、并励发电机

外特性保持 n = nN R f 2 = 常数 测取 U = ƒ（ I ） 3、并励电动机的工作特性与机械特性

保持 U = UN I f = IN 测取 n 、M 2 、η = ƒ（ I a ）及 n = ƒ（ M 2 ） 4、调速特性

(1) 改变电枢电压调速

保持U = UN I ƒ = IN = 常数，M 2 = 常数，测取及 n = ƒ（ U a ） (2)改变励磁电流调速

保持U = UN 、 M 2 = 常数，测取 n = ƒ（ I F ）

请做好以下实验内容的预习准备及实验数据的记录表格： 一、测试项目

直流发电机：1、用他励方式进行发电机的空载试验 U 0 = f ( If ) 2、用并励方式进行发电机的外特性试验 U = f ( I ) 直流并励电动机：1、工作特性与机械特性 n = f ( Ia )

2、调速特性 （1） 改变电枢电压调速 n = f ( Ua )

（2） 改变励磁电流调速 n = f ( If ) 二、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，并根据所得的运行特性评定被试电机的有关性能。

2、掌握直流发电机的自励条件并观察自励过程。

3、掌握测定直流并励电动机的工作特性与机械特性的方法。 4、掌握直流并励电动机的调速方法。 三、实验设备、测量仪

1、试验机组：由直流电动机联接直流发电机 直流电动机 型号：Ζ2 – 32 / 2.2 KW

额定电压：220 V ； 额定电流：12.1 A

励磁电压：220 V； 励磁电流：0.64 A 额定转速、1500转/分

直流发电机 型号：Ζ2 – 32 / 1.9 KW

额定电压：220 V ； 额定电流：8.3 A

励磁电压：220 V ； 励磁电流；0.487 A 额定转速、1450转/分

直流电机接线示意图

H 1、H 2 - 电枢绕组；C 1、C 2 - 串激绕组；F 1、F 2 - 励磁绕组

2、直流电动机起动变阻器 型号：Ζ - 208 起动电阻：0- 6.184 Ω 起动电流：20 – 30 A

3、调节变阻器 型号：ZB20 – 003 ； 电阻：0 – 5 Ω ； 电流：10 – 25 A 4、滑线式变阻器 型号：BX8 – 15 型 电阻：0 - 300Ω 电流：2 A 5、滑线变阻器 型号：BX4 – 510 / 2 电阻：290Ω 电流：1.76A 6、直流电流表 型号：C31 - A型 7.5mA – 30A 7、直流电压表 型号：C31 – V型 45Mv – 600V 8、转 速 表 型号：LZ – 30型 30 – 12000 r / min 9、闸刀开关

10、负载箱 （纯电阻负载） 11、试验电源 直流：220V

四、预习要点

1、在求取直流发电机的各种特性曲线时，应搞清楚须保持哪些量不变，读取哪些数据。 2、做空载特性试验时励磁电流为何不能忽大忽小，而要保持单方向调节？ 3、并励直流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、并励电动机励磁回路断线会产生什么后果？ 5、并励电动机的调速原理是什么？调速方法有哪些？

6、按实验内容和所给定的实验设备、仪表和测试项目自行设计试验电路，并准备好现场测试数据的记录表格。

五、实验报告要求

1、根据空载试验数据，作出空载特性曲线；由曲线计算该电机饱和系数和剩磁电压百分数。

2、绘画并励外特性曲线。

3、根据试验的数据计算并绘出并励直流电动机的工作特性与机械特性曲线。 4、画出直流并励电动机调速特性，扼要分析两种调速方法的优缺点。

实验1、直流他励发电机空载特性实验

实验条件：保持 n=nN ，I F =0 ，测取 U F = f ( IL ) 1、实验接线图

2、实验步骤

（1）按上图接线，检查无误后，调节电动机磁场串联电阻R f1在最小位置，调节电动机电枢串联电阻R 1及电机磁场串联电阻R f2在最大位置，将发电机负载开关K 打开，做好起动前的准备工作。

（2）合上电源开关K 1，转动直流电动机起动变阻器至锁定位置，起动直流电动机（注意转动方向是否正确）。 （3）合上励磁电源开关K 2（他励），调节电动机电枢串联电阻R 1及磁场串联电阻R f 1，使发电机转速达额定值，即n=1450 r/min 。调节发电机磁场串联电阻R f2，使发电机空载电压U F =1.25UN ，即U F =275V。 （4）在保持发电机转速为额定值的条件下，从U F =1.25UN 开始，将发电机励磁电流逐次减小，每次记录发电机空载电压U F 及励磁电流I L ，直至I L =0（即打开发电机励磁回路开关K 2）。 （注意：I L =0时测得的电压为发电机的剩磁电压，减小励磁电流时只能单方向调节） 3、实验数据记录：

F L

实验2、直流并励发电机外特性实验

实验条件：保持n=nN ， R f2 =常数， 测取U F = f ( IF )

1、实验接线图

2、实验步骤

（1）按上图接线，检查无误后，调节电动机磁场串联电阻R f1在最小位置，调节电动机电枢串联电阻R 1及发电机磁场串联电阻R f 2在最大位置，将发电机负载开关K 打开，做好起动前的准备工作。

（2）合上电源开关K 1，转动直流电动机起动变阻器至锁定位置，起动直流电动机。 （3）合上励磁电源开关K 2（并励），调节电动机电枢串联电阻R 1及磁场串联电阻R f 1，使发电机转速达额定值（n=1450 r/min）。调节发电机磁场串联电阻R f2，将发电机电压调节在额定值左右。

（4）逐个合上负载开关K ，逐步增加发电机负载，同时调节发电机电压与电动机转速，使发电机的n=nN ，U F =UN ，I F =IN ，三者达到额定值，保持此时的R f2及n=nN 不变，逐步减小负载，直至I F =0，每次记录负载电压U F 及电流I F 。

3、实验数据记录：

=1450 r/min， R = 常数

4、数据处理，作出U= f ( I ) 特性曲线。

实验3、直流并励电动机的工作特性与机械特性实验

实验条件：保持U =UN 、I f 1 =I f N 不变，测取n 、M 2、η= f ( Ia ) 及n= f ( M2)

1、实验接线图

2、实验步骤

（1）按上图接线，检查无误后，调节电动机磁场串联电阻R f1在最小位置，调节电动机电枢串联电阻R 1及发电机磁场串联电阻R f 2在最大位置，将发电机负载开关K 打开，做好起动前的准备工作。

（2）合上电源开关K 1，转动直流电动机起动变阻器至锁定位置，起动直流电动机。 （3）合上励磁电源开关K 2（并励），发电机建压。

（4）调节电动机磁场串联电阻R f1，使发电机转速达额定值（1450 r/min）。调节发电机励磁电流，即逐步减少R f2，使发电机电压为额定值左右（U F =220V）。

（5）逐个合上负载开关K ，逐步增加发电机负载电流，使电动机的负载增加，直到电动机输入电流达到额定电流I =IN （12A ）为止，该点即为电动机的额定运行点（n=nN ，U =UN ，I =IN ），而此时的励磁电流即为电动机的额定励磁电流I L1 =IL1N , 记录电动机输入电流I 、转速n 和发电机负载电流I F 及发电机励磁电流I L 。

（6）在保持电动机电压U =UN 、励磁电流I L 1 =Il1N 和发电机励磁电流I L 不变的条件下，逐步减小发电机负载电流I F ，直至I F =0为止（当I F =0时，同时断开发电机励磁开关K 2，记下此时电动机的电枢电流及转速），共读取6组数据。

3、实验数据记录：

=220(V)， I= (A)， = (A)

表中：I a = I -If 1

4、数据处理，作出n = f ( Ia ) 特性曲线。

实验4、直流并励电动机的调速特性实验

（一）改变电枢电压调速：

实验条件：保持U =UN 不变、I L 1 =I L1N =常数，M 2=常数，测取n= f ( Ua )

1、实验接线图（与实验3相同）

2、实验步骤：

（1）起动前把电动机磁场串联电阻R f1调至最小位置，电动机电枢串联电阻R 1及发电机磁场串联电阻R f2调至最大位置，将发电机负载开关K 打开。

（2）合上电源开关K 1，转动直流电动机起动变阻器至锁定位置，起动直流电动机，此时电动机的电枢电压U a =UN ，调节磁场串联电阻R f1，使电动机励磁电流为额定值，即I L 1 =IL1N 。 （3）合上发电机励磁电源开关K 2，调节励磁电流，即逐步减少R f2，使发电机电压为额定值左右（即U F =220V）。 （4）逐个合上负载开关K 2，逐步增加发电机负载电流，增加电动机负载，使电动机电流I ≈0.5I N （6A 左右），记下此时的发电机负载电流I F 。 （5）在保持I L 1 =IL1N 、I F 不变、I L 为规定值（即M 2=常数）的条件下，逐次调节R 1 ，以改变电压U a ，电动机转速逐次减小，每次测量U a 、n 、I 共读取5组数据。

4、数据处理，作出n = f ( Ua ) 特性曲线，分析该方法的优缺点。,

（二）改变励磁电流调速：

实验条件：保持U =UN 不变、I L1 =I L1N =常数，M 2=常数，测取n= f ( IL1 )

1、实验接线图（与实验3相同）

2、实验步骤：

（1）起动前把电动机磁场串联电阻R f1调至最小位置，电动机电枢串联电阻R 1及发电机磁场串联电阻R f2调至最大位置，将发电机负载开关K 2打开。

（2）合上电源开关K 1，转动直流电动机起动变阻器至锁定位置，起动直流电动机，此时电动机的电枢电压U a =UN ，调节磁场串联电阻R f1，使电动机励磁电流为额定值，即I f 1 =IfN 。 （3）合上发电机励磁电源开关K 3，调节励磁电流，即逐步减少R f2，使发电机电压为额定值左右（即U N =220V）。

（4）逐个合上负载开关K ，逐步增加发电机负载电流，增加电动机负载，使电动机电流I ≈0.5I N （6A 左右），记下此时的发电机负载电流I F 以及电动机的n 、I 、I L 1 。

（5）在保持电动机的U =UN 、发电机的I F 不变、I L 为规定值（即M 2=常数）的条件下，缓慢地减小电动机励磁电流I L 1 ，电动机转速逐次增加，一直做到n=1.2nN 为止，共读取5组

数据。

4、数据处理，作出n = f ( I L 1) 特性曲线，分析该方法的优缺点。,

附录：瓦特表、电流表、智能数字电量测量仪接线图

一、D34-W 型低功率因数瓦特表接线图

D34-W 型低功率因数瓦特表接线图

瓦特表指示值读数计算： P=C α

二、D51-W 型瓦特表接线图

电源

电流量限变换

高量限

低量限

P — 功率单位瓦特；C — 仪表常数（刻度每格所代表之瓦特）；α — 仪表指示格数

P — 功率单位瓦特；C — 仪表常数（刻度每格所代表之瓦特）；α — 仪表指示格数

刻度每格所代表之瓦特数计算：

C =

V N I N

αm

V N — 瓦特表电压量限；

I N — 瓦特表电流量限；

αm — 瓦特表标度尺满刻度的分格数。

三、电流表接线图 电源 负荷

电流表低量限接线（最大电流5A ）

电源 负荷

四、PF9830三相智能电量测量仪接线图

PF9830三相智能电量测量仪表使用方法: （1）按下电源开关(ON)；

（2）选择线制为“3Ф3W ” ； （3）量程选择均为“自动”；

（4）A 窗口选为电压“V ” （相序选1）；

B 窗口选为电流“A ” （相序选1）； C 窗口选为功率“W ” （相序选∑）

（一）实验三接线

A 接系统 接电动机

三相三线系统（3Ф3W ）接线图

（二）实验四接线

A 接发电机 接系统

三相三线系统（3Ф3W ）接线图