西南交大 电气 电机学实验报告.docx
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西南交大电气电机学实验报告
电机学实验报告
班级：
学号：
姓名：
实验八三相异步电动机的起动与调速45
实验一单相变压器
一、实验目的
1、通过空载（也称开路实验、也称负载实验）和短路实验测定变压器的变化和参数。
2、通过不同性质的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、实验设备及仪表
1）单相变压器1台
2）三项调压器1台
3）交流电压表2块
4）交流电流表2块
5）低功率因数功率表1块
6）高功率因数功率表1块
7）负载灯箱1台
8）功率因数表1块
9）单相可调电抗器1台
或电机及电气技术实验装置1台
四、实验内容
1、空载实验：
测取空载特性U0=f（I0），P0=f（U0）。
2、短路实验：
测取短路特性Uk=f（Ik），Pk=f（Ik）。
3、负载实验：
（1）纯电阻负载：
保持U1=U1N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。
（2）阻感性负载：
保持U1=U1N，cosφ2=0.8的条件下，测取U2=f（I2）。
五、实验说明
1）中小型电力变压器的空载电流约为I0=（3～10）%IN，短路电压约为Uk=（5～10）%UN，以此选择电流表和功率表的量程。
2）空载实验应选择低功率因数功率表测量功率，短路实验选择高功率因数功率表测量功率，以减小测量误差。
实验时应辨明调压变压器的输入和输出端，以免错接而损坏实验设备。
3）空载和短路实验时，若电源电压加在变压器一次侧，由所测数据计算的参数不必归算到一次侧。
若电源电压加在变压器二次侧，由所测数据计算的参数应归算到一次侧。
4）空载实验时，应注意读取额定电压UN时的相关数据。
短路实验时，应注意读取额定电流IN时的相关数据。
5）变压器的铁耗与电源电压的频率及波形有关，实验要求电源电压的频率等于或接近被测试变压器的额定频率（允许偏差不超过±1%），其波形应属实际正弦波。
6）变压器短路实验时操作应尽快进行，以免线圈发热而引起电阻阻值的变化。
7）变压器负载实验时，所加负载不应超过变压器的额定容量。
六、实验线路及操作步骤
1、空载实验
实验线路如图1-1所示。
被试变压器选用单相变压器，其额定容量PN=1kw，U1N/U2N=380/220v，I1N/I2N=2.6A/4.5A。
变压器的低压线圈接电源，高压线圈开路。
低压边交流电压表选用250V挡，交流电流表选用0.5A挡，功率表选用量程选择300V、2.5A、cosφ=0.2挡。
接通电源前，选好所有电表量程，将交流电源调压旋钮调到输出电压为零的位置，然后打开钥匙开头，按下面板上“通”的按钮，此时变压器接入交流电源，调节交流电源调压旋钮，使变压器空载电压U0=1.2U2N，然后，逐渐降低电源电压，在1.2～0.2U2N的范围内，测取变压器的U0、I0、P0，计算功率因数，为了计算变压器的变化，共取6～7组数据，记录于表2-1中，其中U=U2N的点必侧，并在该点附近测的点应密些。
为了计算变压器的变比，在U2N附近测取三组原方电压和副方电压的数据，记录于表1-1中。
图1-1单相变压器空载实验接线图
表1-1
序号
实验数据
计算数据
U0（V）
I0（A）
P0（W）
UAX（V）
cosφ0
1
260
0.930
25.5
444.0
0.106
2
220
0.422
15
376.0
0.162
3
180
0.175
8.9
310.0
0.283
4
140
0.085
4.1
240.2
0.345
5
100
0.053
1.5
172.2
0.286
6
80
0.043
0.1
139.8
0.029
2、短路实验
变压器的高压线圈接电源，低压线圈直接短路，实验线路如图1-2所示。
图1-2单相变压器短路实验接线图
电压表选择15V档，电流表选择5A档，功率仍选择150V、5A、cosφ=0.2挡。
接通电源前，先将交流调压旋钮调到输出电压为零的位置，选好所有电表量程，按上述方法接通交流电源。
逐次增加输入电压，直至短路电流等于1.1I1N为止。
在0.3～1.1I1N（0～3A）范围内测取变压器的UK、IK、PK共取4-5组数据记录于表1-2中，其中IK=I1N的点必测。
并记下实验时周围环境温度θ（℃）。
注意：
调高电压时，切记应在观察电流表同时缓慢升高。
短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。
表1-2θ=24.5℃
序号
实验数据
计算数据
UK（V）
IK（A）
PK（W）
cosφK
1
12.31
2.975
35.0
0.956
2
10.91
2.6
26.5
0.934
3
10.60
2.55
25.0
0.925
4
8.49
2.025
15.0
0.872
5
6.11
1.505
6.5
0.707
6
3.85
0.91
1.1
0.314
3、负载实验
图1-3负载实验接线图
实验线路如图1-3所示。
变压器高压线圈接电源，低压线圈经过开关S1和S2，接到负载电阻RL和电抗XL上。
（1）纯电阻负载
接通电源前，将交流电源调节旋钮调到输出电压为零的位置，负载电阻调至最大（不开灯泡），然后合上S1，按下接通电源的按钮，逐渐升高电源电压，使变压器输入电压U1=U1N=380V，在保持U1=U1N的条件下，逐渐增加负载电流，即减少负载电阻RL的阻值（开灯泡），从空载到额定负载的范围内（0～5A），测取变压器的输出电压U2和电流I2，共取5-6组数据，记录于表1-3中，其中I2=0和I2=I2N两点必测。
表1-3cosφ2=1，U1=UN=380V
序号
U2（V）
I2（A）
1
220
0
2
218
0.855
3
215
1.75
4
214.8
2.6
5
214.2
3.46
6
213
4.35
七、实验报告
1、计算变化
由空载实验测取变压器的原、副方电压的三组数据，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、绘出空载特性曲线和计算激磁参数
（1）绘出空载特性曲线：
U0=f（I0），P0=f（U0），cosφ0=f（U0）。
其中cosφ0=P0/U0I0。
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线上查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式算出激磁参数
3、绘出短路特性曲线和计算短路参数
（1）绘出短路特性曲线：
UK=f（IK），PK=（IK），cosφ0=f（IK）。
（2）计算短路参数：
从短路特性曲线上查出对应于短路电流IK=IN时的UK和PK值，由下式计算出实验环境温度为θ（℃）下的短路参数。
然后，折算到试低压方：
经计算得K=1.709，则：
由于短路电阻rK随温度而变化，因此，算出的短路电阻应按国家标准换算到基准工作温度75℃时的阻值。
由计算得
=1.707（式中：
234.5为铜导线的常数，若用铝导线常数应改为228。
）
阻抗电压
IK=IN时的短路损耗为PKN=I2NγK75℃。
4．绘出被试变压器的效率特性曲线
（1）用间接法计算cosφ2=0.8，不同负载电流时的变压器效率，记录于表1-6中。
式中：
I*2SNcosφ2；
SN为变压器的额定容量，单位W；
PKN为变压器IK=IN时的短路损耗，单位W；
P0为变压器U0=UN时的空载损耗，单位W。
（2）由计算数据绘出变压器的效率曲线η=f（I2*）。
（3）计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm。
表1-6cosφ2=0.8，P0=15W，PKN=26.5W
I2*（A）
η
0.2
88.74%
0.4
92.59%
0.6
93.95%
0.8
94.64%
1.0
95.06%
1.2
95.35%
实验二三相变压器实验
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、三相芯式变压器的三相空载电流是否对称。
3、如何测定三相变压器的铁耗和铜耗。
三、实验设备及仪表
1、三相变压器3kw1台2、三相调压变压器15KVA1台
3、交流电压表2块4、交流电流表3块
5、低功率因数功率表2块6、高功率因数功率表2块
7、三相可调电阻器或灯箱1台8、三相可调电抗器1台
9、功率因数表1块或电机及电气技术实验装置1台
四、实验内容
1、测定变比。
2、空载实验：
测取空载特性U0=f（I0），P0=f（U0）。
3、短路实验：
测取短路特性UK==f（IK），PK=f（UK）。
4、纯电阻负载实验：
保持U1=U1N，cosφ2=1的条件下，测取U2=f（I2）。
五、实验说明
1、中小型电力变压器的空载电流以约为I0=（3～10）%IN，短路电压约为UK=（5～10）%UN，以此选择电流表和功率表的量程。
2、空载实验应选择低功率因数功率表测量功率，以减小测量误差。
3、空载和短路实验时，若电源电压加在变压器一次侧，由所测数据计算的参数不必归算。
若电源电压加在变压器二次侧，由所测数据计算的参数应归算到一次侧。
4、空载实验读取数据时，要注意读取额定电压UN时的相关数据。
短路实验要注意读取额定电流IN时的相关数据。
5、变压器一次和二次绕组接法不同时，参数计算应则注意对应的电压和电流。
6、感性负载实验时，功率因数测量使用一相测量的简单方法。
六、实验线路及操作步骤
1、测定变比
被试变压器选用三相三线圈芯式变压器，额定容量PN=3kw，U1N／U2N=380／220V，I1N／I2N=4.5／7.8A，Y-Y接法。
图
2-1三相变压器变比实验接线圈
实验线路如图2-1所示。
实验时只用高、低压两组线圈，接通交流电源的操作步骤和单相变压器实验相同，电源接通后，调节外施电压U1=0.5UN，通过电压表测取高、低压线圈的线电压UAB、UBC、UCA、Uab、Ubc、Ucn，记录于表2-1。
表2-1
U（V）
KA
U（V）
KB
U（V）
KC
K=
KA+KB+KC
UAB
Uab
UBC
Ubc
UCA
Uca
3
190
110
1．73
190
110
1.73
190
110
1.73
1.73
2、空载实验
图2-2三相变压器空载实验接线图
实验线路如图2-2所示，变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。
接通电源前，先将三相调压器调到输出电压为零的位置。
选好所有电表量程，电压表：
300V挡位，电流表：
150mA档位，功率表W：
U=300V、电流I=2.5A、cosφ=0.2挡位，这样每小格为1W。
电源接通后，调节调压旋钮，使变压器的空载电压U0=1.2U2N，并注意三相电压要基本对称，然后逐渐降低电源电压，在1.2U2N～0.2U2N（260V～60V）范围内，测取变压器三相线电压、电流和功率（注意功率表正负，总有功功率为功率表的代数和），共取6-7组数据，记录于表2-2中，
表2-2
序号
实验数据
计算数据
U（V）
I（A）
P（W）
U0（V）
I0（A）
P0（W）
cosφ0
Uab
Ubc
Uca
Iao
Ibo
Ico
P01
P02
1
254
254
254
0.147
0.147
-22
48
254
0.147
26
0.696
2
240
240
240
0.107
0.107
-10
34
240
0.107
24
0.935
3
220
220
220
0.087
0.087
-2.5
21
220
0.087
18.5
0.967
4
100
100
100
0.034
0.034
-1
3.3
100
0.034
2.3
0.971
5
60
60
60
0.021
0.021
0
1.2
60
0.021
1.2
0.952
3、短路实验
实验线路如图2-3所示。
变压器高压线圈接电源，低压线圈直接短路。
接通电源前，应将三相调压器调到输出电压为零的位置，选好所有电表量程，电压表：
60V挡位，电流表：
5A档位，功率表W：
U=150V、电流I=5A、cosφ=0.2挡位，这样每小格为1W。
接通电源后，逐渐增大电源电压，使变压器的短路电流IK=1.1I1N=5A，并注意三相电源电压基本对称。
然后逐渐降低电源电压，在1.1I1N～0.2I1N的范围内，测取变压器的三相输入电压、电流及功率，共取4-5组数据，记录于表2-3中，其中IK=I1N=4.5A点必测。
实验时，记下周围环境温度θ（℃），作为线圈的实际温度。
（注：
升高电压时，同时观测电流表变化，使电流表最大值不超过1.1I1N=5A，短路实验要快，否则线圈发热，会引起电阻变化
图2-3三相变压器短路实验接线图
表2-3θ=16℃
序号
实验数据
计算数据
U（V）
I（A）
P（W）
UK（V）
IK（A）
PK（W）
cosφK
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
PK1
PK2
1
17
17
17
5
5
5
92
52
17
5
144
0.978
2
15
15
15
4.5
4.5
4.5
74
41
15
4.5
115
0.984
3
14.7
14.7
14.7
4
4
4
59
33
14.7
4
92
0.903
4
12.8
12.8
12.8
3.6
3.6
3.6
45
25
12.8
3.6
70
0.889
5
8.8
8.8
8.8
2.5
2.5
2.5
23
12
8.8
2.5
35
0.919
4、纯电阻负载实验
实验线路如图2-4所示。
变压器低压线圈接电源，高压线圈经开关S1接负载电阻RL，RL选用灯箱。
负载灯箱开关全关。
合上开关S1，接通电源，调节三相调压旋钮，使加入变压器低压边的电压U1=U2N=220V，并且三相电源基本对称，在保持U1=U2N的条件下，逐次增加负载电流，对称开灯泡，从空载到额定负载范围内，测取变压器三相输出线电压和相电流，共取5组数据，记录于表2-4中，其中I2=0和I2=I1N=4.5A两点必测。
图2-4三相变压器负载实验接线图
表2-4U1=U1N=220V，cosφ2=1
序号
U（V）
I（V）
UAB
UBC
UCA
U2
IA
IB
IC
I2
1
376
376
376
376
0.395
0.395
0.395
0.395
2
372
372
372
372
1.31
1.31
1.31
1.31
3
368.4
368.4
368.4
368.4
2.165
2.165
2.165
2.165
4
364.4
364.4
364.4
364.4
2.31
2.31
2.31
2.31
5
360
360
360
360
3.85
3.85
3.85
3.85
6
354
354
354
354
4.5
4.5
4.5
4.5
注意：
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及量程选择。
U2=
，I2=
七、实验报告
1、计算变压器的变化
根据实验数据，计算出各项的变化，然后取其平均值作为变压器的变比。
K=190/110=1.73
2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数
（1）绘出空载特性曲线：
U0=f（I0）、P=f（U0）、cosφ0=f（U0）。
、
、P0=P01±P02、
（2）计算激磁参数
从空载特性曲线查出对应于U0=UN时的I0和P0值，并由下式求取激磁参数。
I0=0.09AP0=18W
=740.74
1411.30
=1201.28
3、绘出短路特性曲线和计算短路参数
（1）绘出短路特性曲线
UK=f（IK）PK=f（IK）cosφK=f（IK）
（2）计算短路参数
从短路特性曲线查出对应于IK=IN时的U=UK值，并由下式算出实验环境温度θ（℃）时的短路参数。
Uk=15VIK=4.5APk=115W
=1.89
=1.92
=0.51
折算到试低压方
=0.63
=0.64
=0.17
换算到基准工作温度的短路参数为γK75℃和ZK75℃，计算出阻抗电压
IK=IN时的短路损耗PKN=3I2NγK75℃=46.78W。
4、用空载和短路实验测算的参数，画出被试变压器的“г”型等效电路。
5、变压器的电压变化率△u
（1）根据实验数据绘出cosφ2=1时的特性曲线U2=f（I2），由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率△u。
（2）根据实验求出的参数，算出I2=IN、cosφ2=1时的电压变化率△u。
△u=（UK1cosφ2+UKXsinφ2）
6、对实验中出现的问题进行分析总结。
（1）用间接法计算cosφ2=0.8时，不同负载电流时的变压器效率，记录于表2-5中。
式中：
I*2SNcosφ2=P2；
SN为变压器的额定容量，单位W；
PKN为变压器IK=IN时的短路损耗，单位W；
P0为变压器U0=UN时的空载损耗，单位W。
（2）计算被试变压器η=ηmax时的负载系数βm；
表2-5cosφ2=0.8，P0=11.1W，PKN=75.1W
I2*（A）
P2（W）
η
0.2
480
97.15%
0.4
960
97.65%
0.6
1440
97.42%
0.8
1920
97.01%
1.0
2400
96.53%
1.2
2880
96.02%
八、思考题
1、通常做变压器的空载实验时在低压边加电源，而做短路实验时在高压边加电源，这是为什么？
答：
空载试验时，往往需要加到额定电压，而试验电流较小，低压侧的额定电压低，比较容易获得，所以从低压侧通电。
短路试验时，往往并不需要较高的电压，而电流一般是额定电流或接近额定电流，高压侧额定电流较小，比较容易得到，所以从高压侧通电。
2、在做变压器空载实验与短路实验时，仪表的布置有什么不同？
说明理由。
答：
在做变压器空载实验与短路实验时，电流表包含在电压表里的，即电压表所测电压包含电流表所分的压，若把电压表直接接在阻抗两端，由于阻抗的阻值很大，与电压表的阻值可比拟，这样电流表的值就包括了流过电压表和流过阻抗的电流，导致测量的电流值不准确。
3、为什么做空载实验时，所测量的数据中一定要包含额定电压点。
答:
空载试验的目的之一是测取励磁阻抗Zm，Zm的大小是随磁路饱和程度变化的。
变压器正常运行时，一次绕组外施电压是额定电压，主磁通和磁路饱和程度由一次额定电压决定，是基本不变的，因此Zm有确定的值。
若空载试验时不加额定电压，则测得的Zm就与正常运行时的值不同，也就不能用作等效电路中的参数。
实验三三相变压器的联接组实验
一、实验目的
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、观察三相变压器线圈不同的连接法和不同铁心结构对空载电源、电动势波形的影响。
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/△-11改为Y/△-5联接组。
3、三相变压器线圈的连接法和磁路系统对空载电流和电动势波形的影响。
三、实验设备及仪表
1）三相调压变压器1台
2）三相芯式变器1台
3）三相组式变压器1组
4）多量程交流电压表1块
5）可调电阻器1台
6）示波器1台
或电机及电气技术实验装置1台
四、实验内容
1、测定变压器的极性。
2、连接并判定以下联接组。
（1）Y/Y-12
（2）Y/Y-6
（3）Y/△-11
（4）Y/△-5
3、观察不同连接法和不同铁心结构对空载电流和电动势波形的影响（演示）。
五、实验说明
1）实验时应辨明三相调压器的输入和输出端，以免错接。
2）实验时外施电压不能过低（190V左右），以免引起仪表读数误差过大。
六、实验线路及操作步骤
1、测定极性
（1）测定相间极性
被试变压器选用三相芯式变压器，用其中高压和低压两组线圈，额定容量SN=3kvA，UN=380/220V，IN=4.5/7.8A，Y/Y接法。
用万用表的电阻挡测出高、低压线圈12个出线端之间哪两个相通，并观察其阻值。
阻值大为高压线圈，用A、B、C、X、Y、Z标出首末端。
低压线圈标记用a、b、c、x、y、z。
按照图3-1接线，将Y、Z两端点用导线相联，在A相施加约50%U1N的电压，测出电压UBY、UCZ、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两相任一相线圈的首末端标记对调。
然后用同样方法，将N、C两相中的任一相施加电压，另外两相末端相联，定出A相首、末端正确的标记。
图3-1测定相间极性接线图
（2）测定原、副边极性
暂时标出三相低压线圈的标记a、b、c、x、y、z，然后按照图3-2接线。
原、副方中点用导线相连，高压三相线圈施加约50%的额定电压，测出电压UAX、UBY、UCZ、Uax、Uby、Ucz、UAa、UBb、UCc，若UAa=UAX-Uax，则A相高、低压线圈同柱，并且首端A与a点为同极性；若UAa=UAX+Uax，则A与a端点为异极性。
用同样的方法判别出B、C两相原、副方的极性。
高低压三相线圈的极性确定后，根据要求连接出不同的联接组。
图3-2测定原、副边极性接线图
2、检验联接组
（1）Y/Y-12
图3-3Y/Y-12联接组
按照图3-3接线。
A、a两端点用导线联接，在高压方施加三相对称的0.5U1N=190V（线电压测出UAB、Uab、UBb、UCc及UBc，将数字记录于表3-1中。
表3-1
实验数据
计算数据
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