【導讀】機理論，使學生掌握電機實驗的方法和基本技能，培養(yǎng)學生嚴肅認真事實求是的科學作風。通過實驗，加深對電機學理論知識的理解。主，又照顧到工程實驗應用，在內容講述和編排上進行一些改革嘗試。隨著教學改革的不斷深化，電氣工程類各學科的教學內容和教學方式都產(chǎn)生了很大變化。加強實驗教學環(huán)節(jié)，提高學生的動手能力已經(jīng)成為人們的共識。從而達到培養(yǎng)學生在電機這門學科中具備分析問題和解決問題的初步能力。學校的《電機學》等課程的實驗教學。在內容上詳細介紹了實驗的方法，同時還增加了實驗。參加編寫工作的有劉毅力、李彥賓。劉重軒教授負責統(tǒng)稿和校正，最后，劉重軒教授審訂。由于編者的水平有限，難免有紕漏之處，敬請讀者批評指正。據(jù)，進行分析研究，得出必要結論，從而完成實驗報告。在整個實驗過程中，必須集。現(xiàn)按實驗過程提出下列基本要求。，合理分工每次實驗都以小組為單位進行，

　　

【正文】 nr 因為 2 TaT T C I??? ，而 TC? 為常數(shù)，則 aTI? ，為簡便起見，只要求畫()an f I? 特性。 24 2．電動及電勢反接制動特性 接線原理圖如前，只需將“發(fā)電機電樞”電源反向；或接線保持不變，電動機用“反轉啟動”按鈕操作 。 操作步驟如下： （ 1）電阻 1fR 置最小 值， 1R 、 2R 置最大值 ；閉合電源，按下“正轉啟動”按鈕，即 開關 2S 合向 11?? 端， 啟動直流電動機 。 （ 2）測量發(fā)電機的空載電壓看是否和直流穩(wěn)壓電源電壓極性相反，若極性相反可 按下“負載接入”按鈕，即 3S 合向 11?? 端。 （ 3）反復調節(jié) 電阻 1fR 、 1R 、 2R ，使 NUU? 、 Nnn? 、 aNII? ， 且保持 f fNII? ，即電動機的額定運行點。 （ 4）先將 2R 調至最 大 ，再將 1R 調至最大。 （ 5）逐漸減小 2R 阻值，電機速度將減至零，繼續(xù)減小 2R 阻值，此時電動機進入到電勢反接制動狀態(tài) (第 IV 象限 )。測取電機在 I、 IV 象限的 aI 、 n ，共取 56組數(shù)據(jù)記錄于 表 43。 表 43 電動及反接制動運行實驗數(shù)據(jù) 1 _____R ?? ____NUV? ____fNIA? ()aIA ( min)nr 為簡便起見，畫 ()an f I? 特性曲線。 特性 操作步驟如下： （ 1） 電動機作為發(fā)電機用（即 開關 2S 合向 22′ 端 ） ，電阻 1R 、 1fR 置最大值，電阻 2fR 置最小值 , 電阻 2R 置 最大 。 （ 2）起動發(fā)電機 G (此時作電動機用 ， 開關 3S 合向 11′ 端 )，調節(jié) 2R 使 其電樞 電壓 為額定 ，調節(jié) 1fR 使電動機的 f fNII? （前面已測出）。 （ 3） 將 2fR 調至最大，緩慢減小 2R ，電流 aI 增加到額定，再增加 2R ，使電流減至最小，在 電動機的制動電流減小的過程中測取 aI 、 n ,共取 56組數(shù)據(jù)記錄于表44。 表 44 1 _____R ??時能耗制動實驗數(shù)據(jù) _____fNIA? ()aIA ( min)nr (4) 改變電阻 1R , 重復實驗步驟 (3)， 減小 2R 阻值，使電流 aI 增加 額定 ，再逐漸增加 2R 阻值，使電流減小到最小，測取 aI 、 n ，共取 56組數(shù)據(jù)記錄于表 45 中。 25 表 45 1 _____R ??時能耗制動實驗數(shù)據(jù) _____fNIA? ()aIA ( min)nr 畫出以上二條能耗制動特性曲線 ()an f I? 。 電動機電動及正向回饋 電動及電勢反接制動 能耗制動曲線 制動時的機械特性曲線 時的機械特性曲線 圖 47 機械特性參考圖 六 、實驗報告 1． 根據(jù)表 4 42 畫出電動機運行于電動及回饋制動狀態(tài)時的特性曲線()an f I? 。 2． 根據(jù)表 43畫出電動機運行于電動及反接 制動狀態(tài)時的特性曲線 ()an f I? 。 3. 根據(jù)表 4 45 畫出電動機能耗制動時的特性曲線 ()an f I? 。 七 、思考題 1．回饋制動實驗中，如何判別電動機運行在理想空載點 ? 2．直流電動機從第 I 象限運行到第 II 象限轉子旋轉方向不變，試問電磁轉矩的方向是否也不變 ? 為什么 ? 3．電動機、發(fā)電機實驗機組， 當電動機 M 從第 I 象限運行到第 IV 象限，其轉向反了，而電磁轉矩方向不變，為什么 ? 作為負載的 G ，從第 I 到第 IV 象限其電磁轉矩方向是否改變 ? 為什么 ? 三相變壓器實驗 實驗五 三相變壓器的參數(shù)測量實驗 原 理 26 變壓器是用來變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。變壓器的工作原理是建立在電磁感應原理基礎之上的。變壓器鐵芯內產(chǎn)生的總磁通分為兩個部分，其中主磁通 ? 是以閉合鐵心為路徑，它同時匝鏈原、副繞組，分別感應電勢 1e 、 2e ，磁通 ? 是變壓器傳遞能量的主要因素。還有另一部分磁通通過非磁性物質而形成閉合回 路，變壓器負載運行時，原、副方都存在這部分磁通，分別用 1?? 和 2?? 表示。而變壓器空載運行時僅原方有 1?? ，這部分磁通屬于非工作磁通，其量值約占總磁通的1% ，故把這部分磁通稱為漏磁通。漏磁通 1?? 和 2?? 分別單獨匝鏈變壓器 的原繞組和副繞組，并在其中感應電勢 1e? 和 2e? 。實際變壓器中既有磁路問題又有電路問題，這樣將會給變壓器的分析、計算帶來困難。為此，對變壓器的電壓、電流和電勢的關系進行等值變換（即折算），可將同時具有電路和磁路的問題等值簡化為單一的電路問題，以便于計算。圖 51 為雙繞組變壓器的 “ T 型 ” 等值電路。變壓器的參數(shù)即為圖中的1R 、 1X? 、 2R? 、 2X?? 、 mR 和 mX 等。對于三相變壓器分析時化為單相，也使用圖的等值電路。因此，等值電路中所有參數(shù)包括各電壓、電流、電勢的值均為單相數(shù)值。變壓器歸算的基本方程式為： 111 1U E I Z? ? ? 222 2U E I Z? ? ??? 0 1 2I I I??? 式中 1 1 1Z R jX??? ， 2 2 2Z R jX ?? ? ??? 。三個方程式分別為 原 邊 的電壓平衡方程式 、 折算到原邊的副邊電壓平衡式 、 電流平衡方程式。 圖 51 變壓器的 T 型等值電路 分析變壓器性能的方法通常使用等效電路、方程式和相量圖。一般若作定性分析，用相量圖較方便；若作定量計算，則用等值電路較方便，故通常就是利用等效電路來求取變壓器在不同負載時的效率 、功率因數(shù)等指標的。 要得到變壓器的等效電路，一般是通過變壓器的空載實驗和負載損耗實驗（也叫短路實驗），再經(jīng)計算而得出其參數(shù)的。 由變壓器空載實驗，可以測出變壓器的空載電流和鐵心損耗，以及變壓器的變比，再通過計算得到變壓器勵磁阻抗?？蛰d時變壓器的損耗主要由兩部分組成，一 27 部分是因為磁通交變而在鐵心中產(chǎn)生的鐵耗 Fep ，另一部分是空載電流 0I 在原繞組中產(chǎn)生的銅耗 201IR。由于空載電流數(shù)值很小，此時銅耗 201IR便可以略去，而決定鐵耗大小的電壓可達到正常值，故近似認為空載損耗就是變壓器的鐵耗。空載實驗為考慮安全起見，一般都在低壓側進行，若要得到折算到高壓側的值，還需乘以變比平方。 由變壓器負載損耗實驗可以測出變壓器阻抗電壓 Ku 、短路電流 KI 和變壓器銅損耗 Kp 。再 通過一些簡單計算可求出變壓器一次和二次側繞組的電阻和漏電抗。負載損耗實驗時的損耗也由兩部分組成，一部分是短路電流在一次和二次側繞組中產(chǎn)生的銅耗 2212()K K KI R R I R???，另一部分是磁通交變而產(chǎn)生的鐵耗 Fep 。由于短路實驗所加電壓很低，因此這時鐵心中磁通密度很低，故鐵心損耗可以略去，而決定銅耗大小的電流可達正常值，所以近似認為負載損耗就是變壓器銅耗。 三相變壓器銘牌上的額定電壓 1NU 、 2NU 和額定電流 1NI 、 2NI 分別指線電壓和線電流的數(shù)值，所以三相雙繞組變壓器的額定容量為 3N N NS U I? 。 實驗內容 一、實驗目的 熟練地掌握空載、短路實驗方法。 通過空載和短路實驗，測定三相變壓器的變比和參數(shù)。 3．鞏固用瓦特表測量三相功率的方法 ，掌握低功率因數(shù) 瓦特表 的使用。 二、預習要點 如何用雙瓦特計法測三相 功率，空載和短路實驗應如何合理布置儀表。 三相 芯 式變壓器的三相空載電流是否對稱。 如何測定三相變壓器的銅耗和鐵耗。 三、實驗目的 1．記錄被試變壓器的主要銘牌數(shù)據(jù)。 2．選擇實驗時的儀表和設備，并能正確接線和使用。 3．測被試變壓器的電壓比。 4．空載實驗 測取空載特性 **00()U f I? 、 00()P f U? 和 00cos ( )fU? ? 三條曲線。 5．負載損耗實驗（短路 實驗） 測取短路特性 c o s ( )K K K KP U f I? ?、 、 四、使用的設備和儀表 變壓器 (新 ) 1KVA 電壓： 380+5％ /220V 接線 Y0/Y 電流： 變壓器 (舊 ) 2KVA 電壓： 380+5％ /220V 接線 Y0/Y 阻抗電壓 10％ 電流： 接觸調壓器 TSGC15 額定容量 15KVA 最大輸入 380V 相數(shù) 3 頻率 50Hz 輸出電壓0~430V 20A 等級 A 五 、實驗方法 28 在電力系統(tǒng)中大量使用的是三相變壓器 ，在研究聯(lián)結組和電力系統(tǒng)問題中，關于三相變壓器的電壓比是指一次、二次側線電壓之比，用 K 表示電壓比的大??；而分析電機原理（包含 “ 電機學 ” ）中的變壓器通常用的是單相變壓器，其一次、二次側的電壓之比，為一次、二次側的相電壓之比，亦即一、二次側匝數(shù)之比，為了方便，將此時的匝數(shù)之比稱為變比，用小寫字母 k 表示其大小。 K 和 k 含義不盡相同。 例如： 對于 /YY接法時的三相變壓器 33AB AXab axUUKkU U? ? ? (此時 Kk? ) 對于 /Y? 接法的三相變壓器 3 3A B A Xab axUUKk? ? ? (此時 Kk? ) 按圖 52 接線，電源經(jīng)開關 1S 、三相調壓器、開關 2S 接至高壓繞組，低壓繞組開路。首先將調壓器輸出調零，然后合上開關 1S 、 2S ，調節(jié)外施電壓到高壓側額定值，測出高、低壓側的各線電壓。填入表 51 中。再將低壓繞組改接成三角形接法，重復上述步驟。 圖 52 Y/ Y 連接的變壓器測電壓比接線圖 表 51 三相變壓器電壓比測定 聯(lián)接 ()ABUV ()abUV 電壓比1K ()BCUV ()bcUV 電壓比2K ()CAUV ()caUV 電壓比3K 電壓比K /YY /Y? 表中：1 2 31 ()3K K K K? ? ? 2．空載實驗 變壓 器的空載電流一般很小，對于中小型變壓器其約為 (4 16)% NI ，實驗時可根 29 據(jù)此范圍來選擇電流表和 瓦特表 的電流線圈的量程?？蛰d功率因數(shù)一般小于 ，因此用低功率因數(shù) 瓦特表 ，來減少測量誤差。采用插箱，用一只電流表，一只功率表測量三次的辦法進行。 實驗線路如圖，為安全起見，將低壓側經(jīng)調壓器和開關接至電源，高壓側開路。本實驗要求電源頻率應等于或接近被試變壓器的額定頻率，允許偏差規(guī)定不超過 1%? ，三相電壓基本對稱，且電壓波形應是正弦波。 接線無誤后，調壓器輸出調零，閉合電源開關 1S 和 2S ，調節(jié)調壓器使輸出電壓為低壓測額定電壓 220NUV? ，記錄該組數(shù)據(jù)于表 42 中，然后逐次改變電壓，在（ ～ ） 的范圍內測量三相空載電壓、電流及功率，共測取 7～ 9 組數(shù)據(jù)，記錄于表 52 中。 圖 53 三相變壓器空載實驗接線圖 表 52 空載實驗數(shù)據(jù) （低壓側 220NUV? ） 序號 記 錄 數(shù) 據(jù) 計 算 數(shù) 據(jù) abU bcU caU aI bI cI IP IIP 0U 0I *0U *0I 0P 0cos? 表中： 0U 為三相相電壓平均值； 0I 為三相相電流平均值； * 00NUU U?? * 00 NII I?? 0 I IIP P P?? 00 00cos PUI? ? 3．負載損耗實驗（又叫短路實驗） 為安全和方便起見，一般將變壓器低壓側用較粗導線短路，高壓側通以低電壓。變壓器在額定電流時的短路電壓都很低，一般約為 (3 5)%kNUU? 。 根據(jù)該范圍必須更換為相應的電壓表、電流表和功率表或改換量程。