电机试验 2

一、实验目的

1、测定他励直流电动机的工作特性。

2、掌握他励直流电动机的调速方法。

3、了解和测定他励直流电动机在各种运转状态之间的机械特性。（扩展实验，在开放实验时间做，不占用本次课堂实验时间。）

二、预习要点

1、直流电动机的启动方法。

2、改变直流电动机的机械特性有哪些方法？

3、直流电动机的调速方法，弱磁调速的注意事项。

4、直流电动机在能耗制动时，能量传递关系、电动势平衡方程式以及机械特性。（扩展实验）

三、实验项目

1、工作特性和机械特性

保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、

n=f（T2）。

2、改变励磁电流调速

保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。

四、实验步骤

1、测定他励直流电动机的工作特性与机械特性

（1）按图2-1接线，检查电表的极性（+，-）是否正确，量程是否正确，电动机励磁回路接线是否按牢靠。然后，将电动机电枢所串联的电阻和发电机G的磁场回路电阻调到最大位置，电动机M的磁场调节电阻调到最小位置，断开开关S，并断开电枢电源开关，做好启动准备。

（2）开启励磁电源开关，观察M及G的励磁电流值，调节

使，并保持不变，再按通电枢电源开关，使电动机M 启动。

（3）电动机上外加电压为220V ，当电动机M 启动后，逐渐减小电动机电阻值，即启动时电阻放在最大位置，启动完毕后将短接。

（4）调节电动机的励磁电阻，使得电动机的励磁电流。

图2-1 直流他励电动机接线图

（5）合上开关S ，调节负载电阻，使得电动机转速为1500r/min ，电流I ＝12.5A ，至此成功找到电机的稳定运行点:U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N ，其励磁电流均为额定励磁电流。

（6）保持电动机电压为额定电压220V ，励磁电流为额定励磁电流，发电机的励磁电流为不变。调节发电机的负载电阻，测定电动机的电枢电流，转速n 和发电机的负载电流，并从校正曲线查出电动机的对应输出转矩，记录数据7组于表2-1。

表2-1 工作特性和机械特性实验所测数据

（A ）

电动机电枢电流 转速（r/min ） 发电机负载电流

计算值

1）直流电动机正常启动后，将磁场调节电阻R f1调至零（或调到励磁电流表满偏为止），将MG的磁场调节电阻I f2调至额定值，再调节MG的负载电阻，使电动机M的U=U N，I＝0.5I N记下此时的I2值。

2）保持此时MG的I2值（T2值）和M的U＝U N不变，逐次增加磁场电阻阻值，直至n＝1.3n N，每次测取电动机的n、I f和I a。共取 7－8组记录于表2-2中。

表2-2 U＝U N＝ V T2＝ N·m

n（r/min）

I f（mA）

I a（A）

3、能耗制动（扩展实验）

图2-2 能耗制动接线图

1）按图接线, R L=180Ω。2）按照上述实验步骤，启动电机。3）将开关S1断开电源，连接至负载电阻R L上，调节R L大小，观察电机转速、电压表、电流表的数值。

五、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R f1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R1调至最大，然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。

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R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻R f1调回到最小值。给下次起动作好准备。

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（额定值），以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。

六、实验报告

1、由表2-1计算出P2和η，并给出n、T

2、η＝f（I a）及n＝

f（T2）的特性曲线。

电动机输出功率： P2＝πnT2/30

式中输出转矩T2的单位为N.m（由I f2及I2值，从校正曲线

T2=f（I2）查得），转速n的单位为r/min。

电动机输入功率： P1=UI

输入电流： I=I a+I fN

电动机效率：

由工作特性求出转速变化率：

2、绘出他励电动机调速特性曲线n=f（I f）。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、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？

4、用什么方法可以改变直流电动机的转向？

5、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？

6、能耗制动时间与制动电阻R L的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？

实验三 三相同步发电机的并网运行

一、实验目的

1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；

2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法；

3．熟悉同步发电机准同期并列过程；

4．观察、分析有关波形。

二、原理与说明

将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。

正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。

手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。

自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。

三、实验项目和方法

（一）机组启动与建压

1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；

2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；

3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮；

4．励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关；

5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置；

6．合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；

7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速；

8．当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。

（二）观察与分析

1．操作调速器上的增速或减速按钮调整机组转速，记录微机准同期控制器显示的发电机和系统频率。观察并记录旋转灯光整步表上灯光旋转方向及旋转速度与频差方向及频差大小的对应关系；观察并记录不同

频差方向，不同频差大小时的模拟式整步表的指针旋转方向及旋转速度、频率平衡表指针的偏转方向及偏转角度的大小的对应关系；

2．操作励磁调节器上的增磁或减磁按钮调节发电机端电压，观察并记录不同电压差方向、不同电压差大小时的模拟式电压平衡表指针的偏转方向和偏转角度的大小的对应关系；

3．调节转速和电压，观察并记录微机准同期控制器的频差闭锁、压差闭锁、相差闭锁灯亮熄规律；

4．将示波器跨接在“发电机电压”测孔与“系统电压”测孔间，观察正弦整步电压（即脉动电压）波形，观察并记录整步表旋转速度与正弦整步电压的周期的关系；观察并记录电压幅值差大小与正弦整步电压最小幅值间的关系；观察并记录正弦整步电压幅值达到最小值得时刻所对应的整步表指针位置和灯光位置；

5．用示波器跨接到“三角波”测孔与“参考地”测孔之间，观察线性整步电压（即三角波）的波形，观察并记录整步表旋转速度与线性整步电压的周期的关系；观察并记录电压幅值差大小与线性整步电压最小幅值间的关系；观察并记录线性整步电压幅值达到最小值得时刻所对应的整步表指针位置和灯光位置。

（三）手动准同期

1．按准同期并列条件合闸

将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。

观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至“压差闭锁”灯熄灭。

观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至 “频差闭锁”灯熄灭。

此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0º 位置前某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。

具体实验步骤如下：

（1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；

（2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器

上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；

（3）按调速器上的“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮；

（4）缓慢调节“模拟调节”电位器指针，使原动机转速达到起额定；

（5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关；

（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V，并维持原动机转速为其额定；

（7）合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；

（8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”档；

（9）测同期表，其频差，压差和相差指针在中间平衡位置时合

上“发电机开关”按钮。

2．偏离准同期并列条件合闸

本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！！！

实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况：

具体实验步骤如下：

（1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；

（2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器

上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭状态；

（3）按调速器上的“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮；

（4）缓慢调节“模拟调节”电位器指针，使原动机转速达到起额定；

（5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关；

（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V，并维持原动机转速为其额定；

（7）合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；

（8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”档；

（9）观测同期表，按下a，b，c三种情况实验并记录数据填入表1-1。

a．电压差、相角差条件满足，频率差不满足，在f F>f X和f F0.5Hz）。

b．频率差、相角差条件满足，电压差不满足，V F>V X和V Fc．频率差、电压差条件满足，相角差不满足，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表1-1（注意：相角差不要大于30 º）。

表1-1

f F>f X f FV X V FQ（kVAR）

注：有功功率P和无功功率Q也可以通过微机励磁调节器的显示观察。

（四）半自动准同期

将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，按下准同期控制器上的“同期”按钮即向准同期控制器发出同期并列命令，此时，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快。准同期控制器将给出相应操作指示信息，运行人员可以按这个指示进行相应操作。调速调压方法同手动准同期。

当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近0º 位置时，整步表圆盘中心灯亮，表示全部条件满足，准同期控制器会自动发出合闸命令，“合闸出口”灯亮，随后DL灯亮，表示已经合闸。同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁，进入待命状态。

具体实验步骤如下：

（1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；

（2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态。各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器

上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；

（3）按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮按下，即微机手动方式开机，调速器面板上“微机手动”灯亮；

（4）按住“增速”按钮，使原动机转速达到起额定（按住“增

速”或“减速”按钮5秒钟内微机会自动增，减速；

（5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关；

（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V，并维持原动机转速为其额定；

（7）合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；

（8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”档；

（9）观测同期表，其频差，压差和相差指针在中间平衡位置时合上“发电机开关”按钮。

（五）全自动准同期

将“同期方式”转换开关置“全自动”位置；按下准同期控制器的“同期”按钮，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快，此时，微机准同期控制器将自动进行均压、均频控制并检测合闸条件，一旦合闸条件满足即发出合闸命令。

在全自动过程中，观察当“升速”或“降速”命令指示灯亮时，调速器上有什么反应；当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，微机励磁调节器上有什么反应。当一次合闸过程完毕，控制器会自动解除合闸命令，避免二次合闸；此时同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁。

具体实验步骤如下：

（1）检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；

（2）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管显示发电机频率，调速器

上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；

（3）把调速器上的“模拟方式”和“微机方式自动/手动”按钮松开，使“微机自动”灯亮；

（4）按下“停机/开机”按钮，此时控制量开始缓慢增加，直至原动机转速达到额定；（5）励磁调节器选择“微机它励”方式，励磁调节器选择恒Uf方式，再合上励磁开关；

（6）调节“增磁”/“减磁”按钮使数码显示管上Ug参数为380，松

开“灭磁”按钮，使发电机电压达到380V；

（7）合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；

（8）选择实验台上“同期方式”为“微机全自动同期”档；

（9）调节“同期开关时间”与微机同期装置中参数一的时间整定相同，然后按下“同期命令”按钮，等待微机自动并网。

（六）准同期条件的整定

按“参数设置”按钮使“参数设置”灯亮进入参数设置状态，（再按一下“参数设置”按钮即可使“参数设置”灯熄退出参数设置状态）共显示8个参数，可供修改的参数共有7个，即开关时间、频差允许值、压差允许值、均压脉冲周期、均压脉冲宽度、均频脉冲周期、均频脉冲宽度。另第8个参数是实测上一次开关合闸时间，单位为毫秒。以上7 个参数按“参数选择”按钮可循环出现，按上三角或下三角按钮可改变其大小。改变某些参数来重复做一下全自动同期（参数整定参见《WDT-ⅢC电力系统综合自动化实验台说明书》）。

1．整定频差允许值△f=0.3Hz。压差允许值△U=3V超前时间

t yq=0.1s，通过改变实际开关动作时间，即整定“同期开关时间”的时间继电器。重复进行全自动同期实验，观察在不同开关时间t yq下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I m，填入表1-2。表1-2

0.10.20.30.4

整定同期开关时

间（s）

实测开关时间

（s）

冲击电流I m（A）

据此，估算出开关操作回路固有时间的大致范围，根据上一次开关的实测合闸时间，整定同期装置的越前时间。在此状态下，观察并列过程时的冲击电流的大小。

2．改变频差允许值△f，重复进行全自动同期实验，观察在不同频差允许值下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I m，填入表1-3。

注：此实验微机调速器工作在微机手动方式。

表1-3

0.40.30.20.1

频差允许值

△f（Hz）

冲击电流I m（A）

3．改变压差允许值△V，重复进行全自动同期实验，观察在不同压差允许值下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I m，填入表1-4。

表1-4

5432压差允许值

△V（V）

冲击电流I m（A）

（七）停机

当同步发电机与系统解列之后，按调速器的“停机/开机”按钮使“停机”灯亮，即可自动停机，当机组转速降到85%以下时，微机励磁调节器自动逆变灭磁。待机组停稳后断开原动机开关，跳开励磁开关以及线路和无穷大电源开关。

切断操作电源开关。

四、实验报告要求

1．比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程；

2．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关；

3．分析正弦整步电压波形的变化规律；

4．滑差频率f s，开关时间t yq 的整定原则？

注意事项：

1．手动合闸时，仔细观察整步表上的旋转灯，在旋转灯接近0º位置之前某一时刻合闸。

2．当面板上的指示灯、数码管显示都停滞不动时，此时微机准同期控制器处于“死机”状态，按一下“复位”按钮可使微机准同期控制

器恢复正常。

3．微机自动励磁调节器上的增减磁按钮按键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需调节则松开按钮，重新按下。

4．在做三种同期切换方式时，做完一项后，需做另一项时，断开断路器开关，然后选择“同期方式”转换开关。

五、思考题

1．相序不对（如系统侧相序为A、B、C、为发电机侧相序为A、C、B），能否并列？为什么？

2．电压互感器的极性如果有一侧（系统侧或发电机侧）接反，会有何结果？

3．准同期并列与自同期并列，在本质上有何差别？如果在这套机组上实验自同期并列，应如何操作？

4．合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压的变化规律如何？

5．当两侧频率几乎相等，电压差也在允许范围内，但合闸命令迟迟不能发出，这是一种什么现象？应采取什么措施解决？

6．在f F> f X或者f F V X 或者V F< V X下并列，机端有功功率表及无功功率表的指示有何特点？为什么？

实验四三相异步电动机的空载短路试验1、实验目的

1．熟悉三相异步电动机的运行，改变相序的概念，电机的启动，调速以及改变转向的方法；

2．测定三相异步电动机的参数（用空载实验、短路实验测定）。

2、实验项目

1．认识实验

(1) 异步电动机通过三相调压器接到电源上，在三线中串入电流表，在

三相间各并联一块电压表。如图4-1所示。

图4-1 三相异步电动机参数测定接线图

（2）利用调压器改变供给异步电动机的电压，异步电动机连接成Y 形。

（3）当施加电压从零逐渐增加，达到某值时，电机开始启动，然后逐渐增加电压到额定电压。测量其空载转速，观察其方向，再降低电压，使电机停下来。

（4）将三相交流供电线任意两相交换，再逐渐增加电压，观察电动机的转向，理解电源相序变化对电机转向的影响。

2． 参数测定

测量定子绕组的冷态直流电组，用数字万用表测量三个定子绕组值，取其平均数，即得冷态电阻。至于异步电动机的参数，可用空载和短路实验来测定。下面主要作这两个实验。

（1）空载实验

a. 按照图4-1接线。电机绕组为Y接，负载与电机脱开，即不加负

载。

b. 把交流调压器的电压调至最小位置，接通电源，逐渐升高电压，

使电动机旋转，并注意电机的旋转方向。

c. 保持电机在额定电压下，空载运行数分钟，使电机的机械损耗达到稳定后，再继续进行实验。

d. 调节电压有1.2倍的额定电压开始逐渐降低电压，同时读取空载电

压，空载电流，空载功率。在测定空载实验数据时，可取7~9组数据，并记录于表4-1。

e. 降低电源电压至0，断开交流电源。

表4-1 空载实验数据

序号U0（V）I0（A）P0（W）Z0R0X0 U AB U BC U CA U0I A I B I C I0P I P II P0

1

2

3

4

5

6

7

8

（2）短路实验

a. 测量接线图如图4-1所示，利用制动工具把三相异步电动机堵住

（即用扳手别在轴上，使电动机卡住而转不起来）。

b. 将调压器输出电压调至0，合上交流电源，逐渐增加调压器的电

压，使短路（线电流）达到1.2倍额定电流，然后再降低电压使电流达到0.3倍额定电流，在此范围内读取短路电压、短路电流和短路功率，并将数据记录于表4-2。

表4-2 短路堵转实验数据

序号U k（V）I k（A）P k（W）Z k R k X k U AB U BC U CA U k I A I B I C I k P I P II P k

1 23

4

5

6

7

8

3、实验报告

由空载实验，短路实验求取异步电动机的等效电路参数。

计算公式：

空载阻抗：；空载电阻：；空载电抗：，其中为空载相电压，相电流，三相空载功率之和。励磁电抗，由下列短路实验求得。励磁电阻：，式中为额定电压下的铁损耗，由图4-2确定。

图4-2 电机的铁损与机械损耗即作出曲线，在时对应的可取的延长线与纵轴的交点，线段OK的长度表示机械损耗。

由短路实验计算出短路参数：

短路阻抗；短路电阻：；短路电抗：，式中分别是短路相电压、短路相电流、三相短路功率之和。

转子绕组的折合值为，定、转子漏电抗为

最后画出完整的三相异步电动机等效电路图，并填入相关参数。

4、回答问题

１．空载电流大约是额定电流的百分之几？异步电动机的空载电流为什么比三相变压器大得多？

２．短路实验若把Ｕｋ误加上ＵＮ值，会导致什么严重结果？

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 N、U N、I N、n N）等。

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，图纸尺寸不小于8cm×8cm，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) 根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，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) 每次实验每人完成一份报告，按时送交指导教师批阅。