上海交通大学...

电机学实验指导书

电机学

实验指导书

上海交通大学

电气工程实验教学中心

2018 年 4 月


目录

实验一三相变压器参数测定及运行特性 ................................................................................... 1

一、实验目的 ......................................................................................................................... 1

二、预习要点 ......................................................................................................................... 1

三、实验项目 ......................................................................................................................... 1

四、实验设备及仪器 ............................................................................................................. 1

五、实验方法 ......................................................................................................................... 1

六、注意事项 ......................................................................................................................... 5

七、实验报告 ......................................................................................................................... 5

八、思考题 ............................................................................................................................. 6

实验二三相变压器极性与联接组标号 ....................................................................................... 7

一、实验目的 ......................................................................................................................... 7

二、预习要点 ......................................................................................................................... 7

三、实验项目 ......................................................................................................................... 7

四、实验设备及仪器 ............................................................................................................. 7

五、实验方法 ......................................................................................................................... 7

六、实验报告 ....................................................................................................................... 13

七、思考题 ........................................................................................................................... 13

实验三三相异步电动机参数及工作特性 ........................................................................................ 14

一、实验目的 ....................................................................................................................... 14

二、预习要点 ....................................................................................................................... 14

三、实验内容 ....................................................................................................................... 14

四、实验设备及仪器 ........................................................................................................... 14

五、实验方法 ....................................................................................................................... 15

六、实验报告 ....................................................................................................................... 18

七、思考题 ........................................................................................................................... 20

实验四同步发电机的运行特性 ...................................................................................................... 21

一、实验目的 ....................................................................................................................... 21

二、预习要点 ....................................................................................................................... 21

三、实验项目 ....................................................................................................................... 21

四、实验设备及仪器 ........................................................................................................... 21

五、实验方法及步骤 ........................................................................................................... 22

六、实验报告 ....................................................................................................................... 25

七、思考题 ........................................................................................................................... 25

实验五同步发电机的并网运行 ................................................................................................. 26

一、实验目的 ....................................................................................................................... 26

二、预习要点 ....................................................................................................................... 26

三、实验项目 ....................................................................................................................... 26

四、实验设备及仪器 ........................................................................................................... 26

五、实验方法及步骤 ........................................................................................................... 27

六、实验报告 ....................................................................................................................... 30

七、思考题 ........................................................................................................................... 30

实验六并励直流电动机 ............................................................................................................. 31


一、实验目的 ....................................................................................................................... 31

二、预习要点 ....................................................................................................................... 31

三、实验内容 ....................................................................................................................... 31

四、实验设备及仪器 ........................................................................................................... 31

五、实验方法 ....................................................................................................................... 32

六、实验报告 ....................................................................................................................... 34

七、思考题 ........................................................................................................................... 35

实验七直流发电机 ....................................................................................................................... 36

一、实验目的 ....................................................................................................................... 36

二、预习要点 ....................................................................................................................... 36

三、实验内容 ....................................................................................................................... 36

四、实验设备及仪器 ........................................................................................................... 36

五、实验方法 ....................................................................................................................... 37

六、实验报告 ....................................................................................................................... 40

七、思考题 ........................................................................................................................... 40

参考文献......................................................................................................................................... 41

1/41

实验一三相变压器参数测定及运行特性

一、实验目的

1. 掌握三相变压器空载和短路实验测定电压比及参数的方法。

2. 掌握三相变压器负载实验与运行特性计算。

二、预习要点

1. 预习三相变压器空载和短路实验的电气线路。

2. 了解用两功率表测量三相功率的方法。

3. 了解变压器空载和短路实验减小测量误差的测量仪表位置与连接方法。

4. 理解变压器空载和短路实验电源电压施加在变压器不同侧的原因。

三、实验项目

1. 测定三相变压器的电压比 K。

2. 由空载实验测定三相变压器的空载特性。

3. 由短路实验测定三相变压器的短路特性。

4. 纯电阻负载实验测定三相变压器的外特性。

四、实验设备及仪器

1. T 三相感应调压器额定容量 10kVA，额定输入电压 380V，额定输出电压 0~430V，额定

输出电流 13.4A

2. T1 三相变压器 3kVA 380V/220V 4.54A/7.87A

3. RL三相变阻器 15/300Ω 1/8A

4. 交流电压表 500V

5. 交流电流表 10A

6．功率表 500V 10A

7. 万用表

五、实验方法

1. 测定三相变压器电压比 K

2/41

(1)按图 1-1 接线，调压器 T 输出 U、V、W 端接至三相变压器 T1 的二次绕组，变压器

一次绕组开路，将三相调压器 T 输出电压调至零位。

(2)闭合电源开关，调节三相调压器使其端电压（输出线电压）逐渐升高到 U=220V，用

万用表测量变压器二次绕组电压和一次绕组电压，数据记于表 1-1 中。测量完毕后，调压器

电压调回零位，断开电源。

T

T1三

相

交

流

电

源

.

.

.

. .

.

.

.

a

b

c

x

y

z

X

Y

Z

A

B

C

U

V

W

图 1-1 测定三相变压器电压比实验线路图

表 1-1 测三相变压器电压比实验数据

UAB Uab KAB UBC Ubc KBC UCA Uca KCA K

表中 K=(KAB+KBC+KCA)/3

2. 三相变压器空载实验

(1)按图 1-2 接线，调压器 T 输出 U、V、W 端接至三相变压器 T1 的二次绕组，变压器

一次绕组开路，将三相调压器 T 输出电压调至零位。

(2)闭合电源开关，调节三相调压器使其端电压逐渐升高到 U=1.2UN，开始记录数据，逐

步降低到 0.5UN 为止，取 6 组数据，每次记下空载电压、空载电流和空载损耗功率数据，将

数据记入表 1-2 中。其中，U=UN 的点必须测。测量完毕后，调压器电压调回零位，断开电

源。

A

W

W

A

A

T

T1

V

VV

三

相

交

流

电

源

**

**

.

.

.

.

. .

.

.

. .

.

.

.

a

b

c

x

y

z

X

Y

Z

A

B

C

.

U

V

W

图 1-2 三相变压器空载实验线路图

3/41

表 1-2 三相变压器空载实验数据

序

号

U(V) I(A) P(W)

Uab Ubc Uca U0 Ia Ib Ic I0 p01 p02 p0

1

2

3

4

5

6

表中 U0=(Uab+Ubc+Uca)/3，I0=(Ia+Ib+Ic)/3，p0=p01+p02

3. 三相变压器短路实验

(1)按图 1-3 接线，调压器 T 输出 U、V、W 端接至三相变压器 T1 的一次绕组，变压器

二次绕组短路，将三相调压器 T 输出电压调至零位。

(2)闭合电源开关，调节三相调压器使其端电压逐渐升高，使短路电流增至 I=1.1IN，开

始记录数据，逐步降低到 0.5IN 为止，取 4 组数据，测量短路电压、短路电流和短路损耗功

率记入表 1-3 中。其中，I=IN 的点必须测。

A

W

W

A

A

T

V

VV

三

相

交

流

电

源

**

**

.

.

. .

. .

.

.

. .

.

.

.

A

B

C

X

Y

Z

x

y

z

a

b

c

T1

. .

图 1-3 三相变压器短路实验线路图

表 1-3 三相变压器短路实验数据温度 θ= 0C

序

号

I(A) U(V) P(W)

IA IB IC Ik UAB UBC UCA Uk Pk1 Pk2 Pk

1

2

3

4

4/41

表中 Ik=(IA+IB+IC)/3，Uk=(UAB+UBC+UCA)/3，pk=pk1+pk2

测量完毕后，调压器电压调回零位，断开电源。实验结束后记下环境温度。

4. 三相变压器负载实验

(1)按图 1-4 接线，调压器 T 输出 U、V、W 端接至三相变压器 T1 的一次绕组，变压

器二次绕组通过开关 S1 接至三相可调电阻 RL，改变负载电阻值可以进行纯电阻负载实验。

TT1

三

相

交

流

电

源

.

.

.

. .

.

.

.

A

B

C

X

Y

Z

x

y

z

a

b

c

RL S1

A

A

A

V

VV

.

.

.

U

V

W

图 1-4 三相变压器负载实验线路图

(2)将三相调压器 T 输出电压调至零位，三相可调负载电阻 RL调至最大。

(3)闭合电源开关，调节调压器使其输出端线电压逐渐升高到 UN，保持一次电压 U1=UN

不变，合上开关 S1，调节负载电阻 RL使负载电流增至 I2=IN（用万用表监视变压器一次测线

电压，低于额定值时要调节调压器），开始记录数据，逐步增大 RL直至空载（断开开关 S1）

为止，记下 6 组二次侧电压和电流数据于表 1-4 中，其中 I2=0 和 I2=IN 数据必须读取。

表 1-4 三相变压器纯电阻负载实验数据 U1=UN=380V，cosφ2=1

序

号

U(V) I(A)

Uab Ubc Uca U2 Ia Ib Ic I2

1

2

3

4

5

6

5/41

表中 U2=(Uab+Ubc+Uca)/3，I2=(Ia+Ib+Ic)/3

测量完毕后，调压器电压调回零位，断开电源。

六、注意事项

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。做短路实验时，在

接通电源前再次检查调压器是否在零位。短路实验操作要快，否则线圈发热会引起电阻变化。

七、实验报告

1. 计算三相变压器电压比 K。

2. 由表 1-2 实验数据作出变压器空载特性 U0=f(I0)和空载损耗特性 p0=f(U0) 曲线，根据空

载实验数据计算三相变压器的励磁参数 Rm、Xm、Zm。

由于变压器的空载电流 I0 很小，空载时铜耗可以忽略，故空载损耗 p0 即为变压器铁耗

pFe。励磁参数计算应取与额定空载电压 UN 对应的参数 I0 和 p0，励磁电阻参数 '

mR 、励磁阻

抗 '

mZ 和励磁电抗 '

mX 由下式求得。

' 0

2

03m

pR

I ' 0

03m

UZ

I

' '2 '2

m m mX Z R

因空载实验在变压器二次侧进行，故励磁参数归算到一次侧为

2 '

m mR K R 2 '

m mZ K Z 2 '

m mX K X

3. 由表 1-3 短路实验数据作出变压器短路特性 Uk=f(Ik)和短路损耗特性 pk=f(Ik) 曲线，根

据空载实验数据计算三相变压器的短路参数 Rk、Xk、Zk。

短路参数计算应取额定短路电流时对应的参数 Uk和 pk，短路电阻、短路阻抗和短路电

抗由下式求得

23

kk

N

pR

I

3

kk

N

UZ

I

2 2

k k kX Z R

将实验温度为 θ 时的电阻值换算到基准工作温度 75˚C 时的数值，则短路阻抗为

075

235 75

235c kk

R R

0 0

2 2

75 75C kk k CZ R X

4. 根据表 1-4 负载实验数据作出三相变压器电阻负载时的外特性曲线 U2=f(I2)。

5. 根据实验数据计算变压器的运行特性

(1)计算变压器的电压调整率 ΔU。

由变压器负载功率因数 cosφ2=1 时的外特性曲线 U2=f(I2)，计算其额定负载下的电压调

6/41

整率为

20 2

2

100%N

U UU

U

(2)计算变压器的效率 η。

用间接法计算负载功率因数 cosφ2=1 时变压器的效率特性曲线 η=f(I2)

2 2

1 2 02

100% 100%kN

P PP P p P

式中 P2=βSNcosφ2；

SN—变压器额定容量；

p0—额定电压下的空载损耗；

PkN—额定电流下的短路损耗；

β=I2/I2N—负载系数。

分别将 β=0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 时的计算结果记入表 1-5 中。

表 1-5 效率的计算数据

β 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

P2(W)

η

(3)计算被测变压器最大效率时的负载系数 βm

0

m

kN

p

P

八、思考题

1. 三相芯式变压器的三相空载电流是否对称，为什么？

2. 短路实验时，若变压器二次电流为额定值，一次电流是否也为额定值？

3. 计算变压器参数在折算前或折算后的标幺值，分析两者结果是否相同？

7/41

实验二三相变压器极性与联接组标号

一、实验目的

1. 掌握测定三相变压器极性的方法。

2. 通过实验和作图的方法确定三相变压器的联接标号。

二、预习要点

1. 明确三相变压器极性和联接组的定义。

2. 了解国家标准规定的电力变压器联接组标号。

3. 了解测定三相变压器极性和联接组标号的实验线路。

三、实验项目

1. 测定三相变压器的相间极性。

2. 测定三相变压器高压侧与低压侧的同名端(极性)。

3. 用时钟表示法确定三相变压器的联接标号。


1. T 三相感应调压器额定容量 10kVA，额定输入电压 380V，额定输出电压 0~430V，

额定输出电流 13.4A

2. T1 三相变压器 3kVA 380V/220V 4.54A/7.87A



5. 万用表

6. 毫欧计同惠直流低电阻测试仪 TH2513A，测量范围 20mΩ~200Ω。

7．过渡插座

五、实验方法

1. 三相变压器相间极性、高压侧和低压侧极性的测定

(1)测定高压侧相间极性

8/41

首先将三相变压器 T1 的 12 个出线端随机接到过渡插座的 12 个接头上，用万用表电阻

档和毫欧计测出三相变压器 T1 高压侧和低压侧属于同一绕组的出线端子，其中万用表可用

来判断出属于一相的两个端子，毫欧计用来区分高压绕组和低压绕组，对 12 个出线端子暂

定标记为 A、B、C、X、Y、Z 和 a、b、c、x、y、z。

按图 2-1 连线，将三相调压器 T 输出电压调至零位。闭合电源开关，调节三相调压器使

其端电压逐渐升高到 UAB=100V，读取 UCZ电压值，若 UCZ≈0，表明 A、X、B、Y 标记正确。

若 UCZ≈100V，表明 B、Y 标记错误，应将 B、Y 标记互换。同样方法确定 C、Z 标记。

T

三

相

交

流

电

源

.

.

.

.

.

.

A

B

C

X

Y

Z

x

y

z

a

b

c

V

V

T1

图 2-1 测定三相变压器相间极性接线图

(2)测定低压侧相间极性

将调压器输出端接到变压器低压侧 a、b 端，x、y 端用导线短接。闭合电源开关，调节

三相调压器使其端电压逐渐升 Uab=100V，读取 Ucz电压值，若 Ucz≈0，表明 a、x、b、y 标记

正确。若 Ucz≈100V，表明 b、y 标记错误，应将 b、y 标记互换。同样方法确定 c、z 标记。

(3)测定属于同一铁芯柱的绕组

实验线路图如图 2-2 所示，将变压器高压与低压绕组均接成 Y 接法，同时中性点用导

线连接。将三相调压器 T 输出电压调至零位。闭合电源开关，调节三相调压器使其端电压逐

渐升 U=100V，测量 UAa、UAb、UAc 电压值，其中二个电压值相等，另外一个就是同一铁芯

柱。同样方法确定另外二个铁芯柱。

TT1三

相

交

流

电

源

.

.

.

. .

.

.

.

A

B

C

X

Y

Z

x

y

z

a

b

c

9/41

A

a

A

BCB

C

bc

a

bc

A与a端点极性相同 A与a端点极性相反

oo

图 2-2 测定三相变压器初、次级极性接线图及相量图

(4) 测定初、次级极性

实验线路图如图 2-2 所示，将三相调压器 T 输出电压调至零位。闭合电源开关，调节三

相调压器使其端电压逐渐升高到 U=100V，测量 UAX、UAa、Uax电压值，若所测电压值为 UAa

=UAX-Uax 表明 UAX 与 UAa 是同相位，说明初、次标号正确。若所测电压值为 UAa =UAX+Uax

表明 UAX 与 UAa 是反相位，应将次级标记互换。

2. 确定三相变压器的联接组标号

(1)确定 Yy0 联接组标号

实验线路图如图 2-3 所示，将三相调压器 T 输出电压调至零位。闭合电源开关，调节三

相调压器使其端电压逐渐升高到 U=100V，测量 UAB、Uab、UBb、UCc、UBc 电压值。将所测

数据记入表 2-1 中。

根据 Yy0 联接组的电压相量图可知

( 1)Bb Cc abU U K U

12 KKUU abBc

式中 K=UAB/Uab 为变压器线电压比。

若实测电压 UBb、UCc 及 UBc 与按上两式计算值相同，则表明该变压器的联接组标号为

Y/y0。

T

T1三

相

交

流

电

源

.

.

.

. .

.

.

.

A

B

C

X

Y

Z

x

y

z

a

b

c

*

*

*

*

*

*

10/41

A

a

B

C

b

c

Yy0联接组接线图与电压向量图

X

Y

Z

UAB

Uab

图 2-3 测定 Yy0 联接组标号接线图及相量图

(2)确定 Yy6 联接组标号

实验线路图如图 2-4 所示，将三相调压器 T 输出电压调至零位。闭合电源开关，调节

三相调压器使其端电压逐渐升 U=100V，测量 UAB、Uab、UBb、UCc、UBc 电压值。将所测数

据记入表 2-1 中。

根据 Yy6 联接组的电压相量图可知

( 1)Bb Cc abU U K U

12 KKUU abBc


若实测电压 UBb、UCc、及 UBc 与按上两式计算值相同，则表明该变压器的联接组标号为

Yy6。

T

T1三

相

交

流

电

源

.

.

.

.

.

.

.

.

A

B

C

X

Y

Z

a

b

c

x

y

z

*

*

*

*

*

*

.

.

11/41

A

a

B

C

b

c

Yy6联接组接线图与电压向量图

X

Y

Z

UAB

Uab

图 2-4 测定 Yy6 联接组标号接线图及相量图

(3)确定 Yd11 联接组标号


三相调压器使其端电压逐渐升高到 U=100V，测量 UAB、Uab、UBb、UCc、UBc 电压值。将所

测数据记入表 2-1 中。

为避免低压绕组连接错误而造成短路，在低压绕组三角形内串一电流表，高压侧由零

逐渐调高，观察电流表读数，若连接方法正确，则电流表读数应为零或接近零。

根据 Yd11 联接组的电压相量图可知

132 KKUUUU abBcCcBb


若实测电压 UBb、UCc、及 UBc 与按上两式计算值相同，则表明该变压器的联接组标号

为 Yd11。

T

T1三

相

交

流

电

源

.

.

.

.

.

.

.

A

B

C

X

Y

Z

x

y

z

a

b

c

*

*

*

*

*

*

.

. A

12/41

A

ay

B

C

bz

cx

Yd11联接组接线图与电压向量图

X

Y

Z

UAB

Uab

图 2-5 测定 Yd11 联接组标号接线图及相量图

(4)确定 Yd5 联接组标号


三相调压器使其端电压逐渐升 U=100V，测量 UAB、Uab、UBb、UCc、UBc 电压值。将所测数

据记入表 2-1 中。

为避免低压绕组连接错误而造成短路，在低压绕组三角形内串一电流表，高压侧由零

逐渐调高，观察电流表读数，若连接方法正确，则电流表读数应为零或接近零。

根据 Yd5 联接组的电压相量图可知

132 KKUUUU abBcCcBb


若实测电压 UBb、UCc、及 UBc 与按上两式计算值相同，则表明该变压器的联接组标号

为 Yd5。

T

T1三

相

交

流

电

源

.

.

.

.

.

.

.

A

B

C

X

Y

Z

a

b

c

x

y

z

*

*

*

*

*

*

.

. A

13/41

A

ay

B

C

bz

cxYd5联接组接线图与电压向量图

X

Y

Z

UAB

Uab

图 2-6 测定 Yd5 联接组标号接线图及相量图

表 2-1 三相变压器联接组实验数据

实验数据计算数据

UAB Uab UBb UCc UBc K UBb UCc UBc

Yy0

Yy6

Yd11

Yd5

六、实验报告

1. 将不同联接组电压UBb、UCc、UBc值与计算值进行比较，分析误差原因。

2. 画出测定低压侧相间极性的接线图。

七、思考题

1. 测定三相变压器联接组标号时为什么将高压、低压绕组的A、a两端子用导线连接？

2. 为什么同类(Yy或Dd)联接组的标号是偶数，而不同类(Yd或Dy)联接组标号为奇数？

14/41

实验三三相异步电动机参数及工作特性

一、实验目的

1．掌握三相异步电动机空载、堵转实验及参数计算的方法。

2．用实验的方法测定三相异步电动机的工作特性。

二、预习要点

1. 预习由三相异步电动机实验数据求取电动机参数的方法。

2. 预习三相异步电动机的工作特性的定义及求取工作特性的方法。

三、实验内容

1．三相异步电动机空载实验。

2．三相异步电动机堵转实验。

3．三相异步电动机负载实验。




2.M 绕线转子三相异步电动机 PN=3kW(R1=2Ω) UN=380V IN=7.1A nN=1390r/min

3.G 直流发电机 3kW (或 ZJ 转矩传感器 50N∙m，CZ 磁粉制动器 50N∙m)

4. RL单相变阻器 8.8/108Ω 2/25A



7. 功率表 500V 10A

8. 直流电压表 400V

9. 直流电流表 30A

10. 直流电流表 4A

11. 励磁电源（或张力控制器）

12. 转矩转速显示仪(或转速显示仪)

15/41

五、实验方法

1．三相异步电动机空载实验

(1)根据实验平台的负载类型选择图 3-1 中图 a 或图 b 接线，将三相调压器 T 输出

电压调至零位。闭合电源开关，调节三相调压器使其端电压逐渐升高到 U=UN，起动电

动机。

(2)保持电动机在额定电压 UN下空载运行数分钟，待机械摩擦损耗稳定后再进行实

验。

(3)调节三相异步电动机外施端电压，使其端电压 U=1.1UN，开始记录数据，逐步

降低到 0.5UN 为止，每次记下空载电压、空载电流和空载损耗功率数据，在额定电压

UN 附近应多测几点，共读取 8 组数据记入表 3-1 中。停机时，将调压器调回零位，关

闭电源。

M

~

A

W

W

A

A G

¯

A1

A2

A

AB1

RL

S2

励

磁

电

源

+

三

相

交

流

电

源

T

B2

-

图a 三相异步电动机— 直流发电机负载

ZJ CZ

张

力

控

制

器

+

-

图b 三相异步电动机— 转矩传感器—磁粉制动器

转

子

V

VV

*

**

*

M

~

A

W

W

A

A

三

相

交

流

电

源

T

转

子

V

VV

*

**

*

V

图 3-1 三相异步电动机接线图

16/41

表 3-1 空载实验数据

序

号

U(V) I(A) P(W)

cosφ0

UAB UBC UCA U0 IA IB IC I0 PІ PІІ p0

1

2

3

4

5

6

7

8

注：表中 U0和 I0 分别为相电压和相电流平均值，p0=PІ+PІІ 为空载时三相输入功率

2．三相异步电动机堵转实验

(1)按图 3-1 接线，用制动工具卡住电动机转子并确保接入电源时转子不能转动，将三相

调压器 T 输出电压调至零位，堵转控制开关拨至电机堵转位置。闭合电源开关，调节三相调

压器使其端电压逐渐升高，直到异步电机定子三相电流 I=IN 为止，开始记录数据。

(2)降低调压器输出电压使电动机堵转电流从 IN 逐步降低到 0.3IN 为止，额定电流的点必

须要测到，每次记下堵转电压、堵转电流和堵转损耗功率数据，共读取 6 组数据记入表 3-2

中，并记下环境温度。

表 3-2 堵转实验数据温度 θ= 0C

序

号

U(V) I(A) P(W)

cosφk

UAB UBC UCA Uk IA IB IC Ik PІ PІІ pk

1

2

3

4

5

6

表中 Uk和 Ik 分别为相电压和相电流平均值，pk=PІ+PІІ 为堵转时三相输入功率。

17/41

(3)三相调压器 T 输出电压调至零位，断开电源开关，堵转控制开关拨至堵转解除位置，

去除电机转子制动工具。

3．三相异步电动机负载实验

三相异步电动机-直流发电机负载实验步骤如下。

(1)按图 3-1a 接线，将三相调压器 T 输出电压调至零位。负载直流发电机励磁电源调至

零位，负载电阻RL调至最大值，闭合电源开关，调节三相调压器使其端电压逐渐升高到U=UN，

起动电动机。

(2)保持三相异步电动机端电压 U=UN 不变，闭合 S2 开关，将 RL 调节至最小值，逐渐

增大电机励磁电源，使电动机定子三相电流上升到额定值。记录电动机三相输入电流 I、输

入功率 P1以及电动机的转速 n 和输出转矩 T2的数据于表 3-3 中。需要根据力矩测试摆锤的

指针位置读取输出力矩值，并注意指针初始位置是否为 0，如果不为 0，需要在测量结果上

加以修正，并注意换算单位。

(3)逐步减小励磁电源，使电动机负载减小直至励磁电源为 0。共读取 6 组数据。

(4)测试结束停机时，将发电机励磁调节到 0，调压器调零，断开电源开关，关闭总开关。

表 3-3 负载实验数据

序

号

I(A) P(W) T2

( )

n

(r/min) IA IB IC I1 PІ PІІ P1

1

2

3

4

5

6

表中 I1 为定子三相线电流平均值，P1=PІ+PІІ为负载时三相输入功率。

三相异步电动机-转矩传感器-磁粉制动器负载实验步骤如下。

(1)按图 3-1b 接线，将三相调压器 T 输出电压调至零位。将调节磁粉制动器负载大小的

张力控制器调至零位(逆时针旋转到底)，打开冷却水水龙头，闭合电源开关，调节三相调压

器使其端电压逐渐升高到 U=UN，起动电动机。

(2)保持三相异步电动机端电压 U=UN 不变，调节张力控制器使电动机定子三相电流上

18/41

升到额定值，记录电动机三相输入电流 I、输入功率 P1 以及电动机的转速 n 和输出转矩 T2

的数据于表 3-3 中。

(3)逐步减小张力控制器电流，使电动机负载减小直至张力控制器电流数值为 0。共读取

6 组数据。

(4)测试结束后，张力控制器调节到 0，调压器调零，断开电源开关，关闭总开关，关闭

冷却水水龙头。

六、实验报告

1. 根据空载实验数据绘出空载特性曲线 U0=f(I0)、p0=f(U0)、cosφ0=f(U0)。其中，空载功率

因数为 0

0 0

cos3

op

U I 。

2. 根据堵转实验数据绘出堵转特性曲线 Uk=f(Ik)、pk=f(Uk)、cosφk=f(Uk)。其中，堵转功

率因数为 cos3

k

k

k k

p

U I 。

3．根据空载实验数据计算三相异步电动机的励磁参数 Rm、Xm、Zm。

为求励磁参数，应先分离铁损耗 pFe 和机械损耗 pmec。由于三相异步电动机的空载电

流 I0 较变压器大得多，空载铜损耗 2

0 13I R 不能忽略，故应求出 ' 2

0 0 0 13P p I R 并作曲线

' 2

0 0( )P f U ，如图 3-2 所示。延长曲线交至纵坐标 K 点，K 点的纵坐标即为电动机的机械

损耗 pmec，过 K 点作平行与横坐标的直线，即可求得相应于不同电压值时的铁耗 pFe。

'

0P

2

0U

mecp

Fep

2

NU

K

图 3-2 由空载损耗分离铁损耗与机械损耗

空载阻抗 Z0、励磁电阻 Rm、励磁电抗 Xm和励磁阻抗 Zm应由与空载额定电压 U0=UN

相对应的空载电流 I0 和空载铁损耗 pFe 实验数据计算求得(其中 Z0≈X0，定子漏电抗 X1 由

堵转实验求得)。

19/41

0

0

0I

UZ

2

03I

pR Fe

m

10 XXXm 22

mmm RXZ

4．根据堵转实验数据计算三相异步电动机的堵转参数 Rk、Xk、Zk

实验温度为 θ 时的短路电阻 Rk、短路电抗 Xk 和短路阻抗 Zk 应与短路电流 Ik=IN 相对

应的短路电压 Uk和短路损耗 pk计算求得

k

kk

I

UZ

23 k

kk

I

pR

22

kkk RZX

将实验温度为 θ 时的电阻值换算到基准工作温度 75˚C 时的数值，则短路阻抗为

22

7575 00 kCkCkXRZ

235

75235075 kck

RR

转子电阻的归算值为 1

'

2 RRR k ，定子、转子漏电抗为2

'

21

kXXX 。

5. 根据负载实验所测数据计算三相异步电动机的工作特性，并将实验和计算数据记

入表 3-4 中。输出功率 P2、功率因数 cosφ1 和效率 η 可由下式求得：

22 105.0 nTP

11

11

3cos

IU

P %100

1

2 P

P

表 3-4 工作特性数据

电动机输入电动机输出计算值

I1(A) P1(W) T2(N∙m) n(r/min) P2(W) η cosφ1

6. 由表 3-4 中数据绘出三相异步电动机的工作特性曲线 I1、T2、n、cosφ1、η=f(P2)。

20/41

七、思考题

1. 堵转实验中电动机定子三相电流达到额定值时，为什么电动机的电磁转矩并不大？

2. 定性分析异步电动机效率特性曲线。

21/41

实验四同步发电机的运行特性

一、实验目的

1. 掌握用实验方法测取三相同步发电机对称运行特性的方法。

2. 掌握用实验数据获取同步发电机稳态参数的方法。

二、预习要点

1. 同步发电机运行特性曲线有哪几条？曲线的大致形状如何？

2. 如何利用空载、短路和零功率因数负载特性求取同步发电机参数？

3. 三相饱和电抗器的结构和工作原理是什么？如何调节电抗器的电抗值？

三、实验项目

1. 测取发电机的空载特性。

2. 测取发电机的短路特性。

3. 测取额定电流条件下发电机的零功率因数负载特性。


1. G 同步发电机 PN=2kW UN=400V IN=3.61A IfN=3.6A nN=1500r/min

2. M 直流电动机 PN=2.2kW UN=220V IN=12.4A UfN=220V nN=1500r/min

3.励磁变阻器 Rf1 0/200Ω 1A

4. XL三相饱和电抗器

5.直流电流表 30A(电枢)

6.直流电流表 4A(励磁)

7.直流电压表 400V

8.交流电压表 500V

9.交流电流表 10A

10.功率表 500V 10A

11.直流稳压电源型号 LP305DE， 0-30V，0-5A 连续可调

22/41

五、实验方法及步骤

测取三相同步发电机对称运行特性的实验线路如图 4-1 所示，发电机 G 的转子与直流

电动机 M 的转子机械连接，转子励磁绕组接励磁电源，电枢绕组为 Y 形连接。XL三相饱和

电抗器用于测取零功率因数负载特性的实验。

A

AB1

B2

Rf1

可

调

直

流

电

枢

电

源

+

-

V G

~

M

¯

H1

H2

S1

A

W

W

A

A

V

VV

**

**

.

.

.

.

.

A

B

C

B1 B2

A

同步电机

励磁电源

.

+ -

+

-

直流电动

机

励磁

电源

直流稳压电

源

X

Y

Z

A

B

C

XL

+

-

图 4-1 三相同步发电机运行特性接线图

1. 空载特性

空载特性是测取发电机在转速 n=nN、电枢电流 I=0 条件下的特性曲线 U0=f(If)。

（1）未接通电源前，将同步电机励磁电源调节旋钮逆时针到底，直流电机励磁电源电压

和直流电机电枢电压调至零位（逆时针到底）。开关 S1断开，励磁回路电阻 Rf1 为最小值。

（2）按下电源控制“闭合”按钮开关，增大直流电机励磁电压使得励磁电流在 0.6A 左

右，再调节电枢电压，启动直流电动机使其转速达到 1500r/min 并保持恒定。

(3) 缓慢增加同步发电机励磁电压，使同步发电机电枢绕组空载线电压为 1.1UN 为止，

读取此时三相电压和同步发电机励磁电流，得到曲线上的第一点，然后逐步减小同步发电机

励磁电压，测取空载特性曲线的下降分支，取 8 组数据记录于表 4-1 中，在额定电压附近应

多测几点，在 If=0 时，记下剩磁电压。注意在测空载特性曲线时，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。

23/41

(4) 实验完成后，按照以下步骤停机：将同步发电机励磁电源逆时针旋转到 0，减小直

流电机电枢电源电压为 0，电机停机后，将直流电机励磁电源逆时针旋转到 0，按下电源控

制“断开”按钮，关闭实验台总开关。

表 4-1 空载特性实验数据 n=nN= 1500r/min I=0

序

号

U(V) I(A)

UAB UBC UCA U0 If

1

2

3

4

5

6

7

8

表中相电压 0 / 3 3AB BC CAU U U U

2. 短路特性

短路特性是测取发电机在转速 n=nN、电枢电压 U=0 条件下的特性曲线 Ik=f(If)。

(1) 按前述方法起动直流电动机并保持发电机转子以同步转速旋转。

(2) 检查同步电机励磁电源是否为 0，开关 S1 合向右侧，使同步发电机电枢绕组短路。

(3) 增加发电机励磁电压，使同步发电机三相电流为 Ik=IN 为止，读取此时三相电枢电

流和励磁电流，然后逐步减小同步电机励磁电压，使得励磁电流减小，每次测取发电机三相

短路电流和励磁电流，其中短路电流为 Ik=IN 时的励磁电流应当测取，直至励磁电流为零，

实验时需要维持电机转速恒定，测取 6 组数据记录于表 4-2 中。

表 4-2 短路特性实验数据 n=nN= 1500r/min U=0

序

号

I(A) I(A)

IA IB IC Ik If

1

2

3

24/41

4

5

6

表中 Ik=(IA+IB+IC)/3


流电机电枢电源电压为 0，电机停机后，将直流电机励磁电源逆时针旋转到 0，按下电源控

制“断开”按钮，关闭实验台总开关，并将 S1 开关断开（拨至中间位置）。

3. 零功率因数负载特性

零功率因数负载特性是测取发电机在转速 n=nN、发电机电枢电流 I=IN 及负载功率因数

cosφ=0 条件下的特性曲线 U=f(If)。

(1) 按前述方法起动直流电动机并保持发电机转子以同步转速旋转。

在同步电机励磁电压为 0 的情况下，将 S1 开关合到左侧，使得同步电机输出和三相电

抗器连接。直流稳压电源电压调节旋钮逆时针旋转到底，使得直流稳压电源电压调至零位，

按下直流稳压电源开关，此时稳压电源输出电压显示为 0。

(3) 增加同步发电机励磁电压，使得同步发电机输出电压为额定电压，增加直流稳压电

源的输出电压，使得电抗器的电抗值减小，同步发电机三相电枢电流增加为 I=IN，读取此时

三相电压和励磁电流。然后逐步减小同步发电机励磁电流使得发电机端电压降低，同时减小

电抗器的电抗值（增加直流稳压电源的输出电压），保持发电机定子三相绕组电流为额定电

流不变，每次测取发电机三相电压和励磁电流，共测取 6 组数据记录于表 4-3 中。

表 4-3 零功率因数负载特性实验数据 n=nN= 1500r/min I=IN= 3.61A

序

号

U(V) I(A)

UAB UBC UCA U If

1

2

3

4

5

6

表中U 为相电压， / 3 3AB BC CAU U U U

25/41


流电机电枢电源电压为 0，电机停机后，将直流电机励磁电源逆时针旋转到 0，直流稳压电

源的电压调节为 0，关闭直流稳压电源，按下电源控制“断开”按钮，关闭实验台总开关。

六、实验报告

1. 根据实验数据作出同步发电机的空载特性曲线 U0=f(If)、短路特性曲线 Ik=f(If)、零功

率因数负载特性 U=f(If)。

2. 利用空载特性和短路特性确定同步电机的直轴同步电抗 Xd(不饱和值)以及短路比。

3. 根据空载特性和零功率因数负载特性求发电机保梯电抗 Xp。

七、思考题

1. 同步发电机的短路特性为什么是一条直线？

2. 由空载特性和零功率因数负载特性求出的保梯电抗 Xp 与电枢漏抗 Xσ有什么区别？

26/41

实验五同步发电机的并网运行

一、实验目的

1. 掌握三相同步发电机投入电网并联运行的方法和操作过程。

2. 掌握三相同步发电机投入电网并联运行时无功功率的调节方法。

二、预习要点

1. 预习三相同步发电机并网运行的条件及如何满足并网运行的条件。

2. 理解调节励磁电流改变同步发电机输出无功功率的物理过程。

三、实验项目

1．用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行。

2．三相同步发电机与电网并联运行时无功功率调节。

(1) 测取输出功率等于零时三相同步发电机的 V 形曲线。

(2) 测取输出功率等于 0.5 倍额定功率时三相同步发电机的 V 形曲线。




2. G 同步发电机 PN=2kW UN=400V IN=3.61A IfN=3.6A nN=1500r/min

3. M 直流电动机 PN=2.2kW UN=220V IN=12.4A UfN=220V nN=1500r/min

4. 变阻器励磁变阻器 Rf1 0/200Ω 1A

5. 并车开关

6. 直流电流表 30A(电枢)

7. 直流电流表 4A(励磁)



10.交流电流表 10A

11.功率表 500V 10A

27/41

五、实验方法及步骤

三相同步发电机与电网并联运行的实验线路如图 5-1 所示，发电机 G 的转子与直流电

动机 M 的转子机械连接，发电机转子励磁绕组接励磁电源，电枢绕组为 Y 形连接。并车开

关作为将发电机投入电网并联运行的合闸开关，同时作为三相同步指示器，一端接发电机端

子 A、B、C，另一端接电网的三个端子(三相调压器输出)。

三相同步发电机与电网并联时必须满足三个条件：1. 发电机电势与电网电压的大小与

相位相同。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。

为了检查这三个条件是否满足，可用电压表检查电压，用灯光熄灭法或灯光旋转法检查

相序和频率。

1. 用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行

G

~

并车开关

A

A

A

V

.

.

A

B

C

B1 B2

A

断

开

闭

合

。。

三

相

交

流

电

源

T

1

23

V

.

.0A

0B

0C

gA

gB

gC

+ -

fI

W

W

**

**

.

A

AB1

Rf1

可

调

直

流

电

枢

电

源

+

-

V M

¯

A1

A2

+

-

直流电动

机

励磁

电源

同步电机

励磁电源

0A gA

gB

0C

0B

gC

B2

图 5-1 三相同步发电机与电网并联运行接线图

用准确同步法将三相同步发电机投入电网并联运行时三相同步指示灯有两种接法，一为

灯光熄灭法，另一为灯光旋转法。本实验装置采用灯光旋转法。

28/41

(1) 按图 5-1 接线，未接通电源前，将同步电机励磁电源调节旋钮逆时针到底，直流电

机励磁电源电压和直流电机电枢电压调至零位（逆时针到底），将三相调压器 T 输出电压调

至零位，励磁回路电阻 Rf1 为最小值。

（2）按下电源控制“闭合”按钮开关，调节三相调压器使其端电压逐渐升高到 380V。

增大直流电机励磁电压使得励磁电流在 0.6Ａ左右，再调节电枢电压，启动直流电动机使其

转速达到 1500r/min 并保持恒定。

(3) 增加发电机励磁电压，使发电机电枢绕组电压等于电网电压，观察并车开关板上三

相同步指示灯，若三相同步指示灯依次熄灭形成灯光旋转状况，则表明发电机与电网的相序

一致。如果三相同步指示灯灯光不旋转，而是同明同暗，则说明发电机与电网相序不一致，

需要将发电机的任意两根引出线调换，使相序与电网相序一致。

(4) 在发电机与电网的相序一致的情况下，调节发电机励磁电流使其端电压等于电网电

压，调节发电机转速（调节直流电机电枢电压）使发电机频率与电网频率非常接近。

(5) 在三相同步指示灯旋转非常缓慢的条件下，当相灯 1 熄灭，相灯 2 和相灯 3 亮度相

同的瞬间，闭合并车开关将发电机投入电网并联运行。

2. 发电机并网运行时无功功率的调节

同步发电机并网运行时无功功率的调节，是在保持发电机输出有功功率不变的情况下改

变发电机励磁电流以改变发电机输出的无功功率。

(1) 测取发电机输出功率 P2≈0 时的 V 形曲线

1) 按前述方法将同步发电机投入电网并联运行。

2) 发电机投入电网并联运行后，此时若同步发电机三相电流接近于 0，即同步发电机

定子输出功率 P2≈0。

3) 在保持同步发电机输出功率 P2≈0 的条件下(即不调节直流电动机)，先增加发电机

励磁电流 If，使发电机定子三相电流上升到额定值 IN，记下此时励磁电流、三相电流，然后

逐次减小发电机励磁电流 If，使发电机定子三相电流减小到最小值(注意记下此点数据)，此

后继续减小励磁电流 If，定子三相电流又将增加，直到励磁电流减小到零，在过励与欠励情

况下各取 5 组数据，记入于表 5-1 中。

4)脱网时，注意先调节发电机励磁电流 If 使得定子三相电流减小，在发电机定子三相

电流最小时脱网。脱网后，将电枢电源调至 0，停机，调压器调到零位，发电机励磁电源调

到 0，电动机励磁电源调到 0，断开电源。

29/41

表 5-1 P2≈0 时无功功率调节实验数据 U=UN= V P2≈0

序号 IA (A) IB(A) IC(A) I (A) If (A) cosφ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

表中 I=(IA+IB+IC)/3

(2) 测取发电机输出功率 P2=1

3PN时的 V 形曲线

1) 按前述方法将同步发电机投入电网并联运行。

2) 发电机投入电网并联运行后，调节直流电动机励磁电阻 Rf1 即调节原动机输出功率，

使发电机定子三相电流为额定电流的三分之一，此时同步发电机定子输出功率 P2=1

3PN。

3) 在保持同步发电机输出功率 P2=1

3PN 的条件下(即不调节直流电动机)，先增加发电

机励磁电流 If，使发电机定子三相电流上升到额定值 IN ，记下此时发电机励磁电流、发电

机定子三相电流，然后逐次减小发电机励磁电流 If ，使发电机定子三相电流减小到最小值

(注意记下此点数据，接近额定电流的三分之一)，此后继续减小励磁电流 If ，定子三相电流

又将增加，直到 I≈IN(接近额定电流即可)，在过励与欠励情况下各取 4 组数据，记入于表 5-

2 中。

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，以便

牵入同步。

4)脱网时，需在发电机定子三相电流最小时脱网。具体操作是先调节励磁电流 If，使得

定子三相电流减小到 V 型曲线的最低点，之后将励磁调节电阻 Rf1 调回到最小值，此时的发

电机定子三相电流近似等于并网时的电流值，按下脱网按钮。脱网后，将电枢电源调至 0，

30/41

待机组停机后，将调压器调到零位，发电机励磁电源调到 0，电动机励磁电源调到 0，断开

电源。

表 5-2 P2=1

3PN 时无功功率调节实验数据 U=UN= V P2=

1

3PN

序号 IA (A) IB(A) IC(A) I (A) If (A) cosφ

1

2

3

4

5

6

7

8

表中 I=(IA+IB+IC)/3

六、实验报告

1. 根据实验操作过程，简要说明发电机与电网并联运行时无功功率调节的方法。

2. 绘出 P2≈0 和 P2=1

3PN 时同步发电机的 V 形曲线 I=f(If)，发电机电枢电流取三相实验

数据的平均值。

七、思考题

1. 如何根据灯光旋转法中灯光旋转的方向判断发电机的频率是高于还是低于电网频率？

2. 为什么同步发电机投入电网后，改变直流电动机的励磁电流，可以改变直流电动机

和同步发电机的输出功率？

31/41

实验六并励直流电动机

一、实验目的

1. 掌握用实验方法测取并励直流电动机的工作特性和机械特性。

2. 掌握并励直流电动机的调速方法。

3. 观察并励直流电动机的能耗制动过程。

二、预习要点

1. 预习并励直流电动机的工作特性和机械特性的定义及测定条件。

2. 预习并励直流电动机的调速原理及各种调速方法的特点。

3. 了解能耗制动的基本原理。

三、实验内容

1. 测定并励直流电动机的工作特性和机械特性

在保持电动机端电压 U=UN 和 If=IfN 的条件下，测取电动机的转速特性 n=f(Ia)、转

矩特性 T2=f(Ia)、效率特性 η=f(Ia)和机械特性 n=f(T2)。

2. 测定并励直流电动机的调速特性

(1)改变电动机电枢电压调速

保持 U=UN、If=IfN=常数、T2=常数的条件下，测取电动机的调速特性 n=f(Ua)。

(2)改变电动机励磁电流调速

保持 U=UN、T2=常数的条件下，测取电动机的调速特性 n=f(If)。

3. 观察能耗制动过程


1. M1 直流电动机 PN=185W UN=220V IN=1.1A nN=1500r/min

2. B 测功机

3. 单相变阻器 Ra 4×90Ω 1.3A，励磁变阻器 Rf1 1800Ω 0.41A，Rn 1800Ω 0.41A

4. 直流电流表 A(电枢)

5. 直流电流表 mA(励磁)


32/41

五、实验方法

1. 并励直流电动机的工作特性和机械特性

(1)按图 6-1 接线， S1 开关拨至右侧（电阻侧），电动机电枢回路电阻 Ra 为最大值，励

磁回路电阻 Rf1 为最小值，负载用测功机，打开电源开关，按下闭合按钮，按下电枢电源复

位按钮，调节电枢电源至 220V, S1 开关拨至左侧（电源侧），起动并励电动机。

M1

A1

A2

A

mA

B

F1

F2

Ra

Rf1

直

流

稳

压

电

源

+

-

S1

V

Rn

测功机

图 6-1 并励直流电动机机械特性实验接线图

(2) 调节电阻 Ra逐步减小至零，即电动机电枢电压为额定值 Ua=UN，电动机起动结束。

(3)保持电动机端电压 U=UN，调节测功机加载旋钮，直到电动机输入电流达到额定电流，

调节励磁电阻 Rf1，使得转速达到额定转速，此时即为电动机的额定运行状态(即 U=UN、I=IN、

n=nN)，而此时的励磁电流即为电动机的额定励磁电流 If=IfN，开始记录数据，数据填入表 6-

1 中，以后在 U=UN，If=IfN 不变的条件下，逐步减小负载直至空载为止。共读取 6 组数据。

表 6-1 工作特性和机械特性数据 UN= 220V IfN= A

序号 Ia(A) n(r/min) T2(N·m) I(A) P1(W) P2(W) η(%)

1

2

3

4

5

6

表中 I=Ia+IfN ，P1=UI，P2=0.105nT2，η=(P2/P1)*100%

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2. 并励直流电动机的调速特性

(1)改变电动机电枢电压 Ua调速

1)电动机电枢回路电阻 Ra 为最大值，励磁回路电阻 Rf1 为最小值，合上电源起动并励

电动机。

2)将电枢回路电阻 Ra 调至零，此时电枢端电压 Ua=UN，调节励磁回路电阻 Rf1，使励

磁电流 If=IfN 并保持不变。

3)调节测功机励磁电流给电动机施加负载，使电动机输入电流 I=0.5IN，并保持负载转

矩 T2不变。

4)在上述条件下，逐步增加电枢回路电阻 Ra 值，降低电枢端电压 Ua，使电动机转速减

小。每次读取电枢电压 Ua、转速 n、电流 Ia 的数据，共读取 6 组数据记入表 6-2 中。

表 6-2 改变电枢电压调速实验数据 IfN= A T2= N·m

序号 Ua(V) n(r/min) Ia(A) I (A)

1

2

3

4

5

6

(2) 改变电动机励磁电流 If 调速

1)电动机电枢回路电阻 Ra为最大值，励磁回路电阻 Rf1 为最小值，合上电源起动并励电

动机。

2)将电枢回路电阻 Ra调至零，此时电枢端电压 Ua=UN，调节励磁回路电阻 Rf1，使励磁

电流 If=IfN。

3)调节测功机励磁电流给电动机施加负载，使电动机输入电流 I=0.5IN，并保持负载转矩

T2 不变。

4)在上述条件下，逐步增大励磁回路电阻 Rf1 值，以减小励磁电流 If使电动机转速增加

直至 n=1.2nN 为止。每次读取励磁电流 If、转速 n、电流 Ia 的数据，共读取 6 组数据记入表

6-3 中。

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表 6-3 改变励磁电流调速实验数据 UN= V T2= N·m

序号 If(A) n(r/min) Ia(A) I (A)

1

2

3

4

5

6

3. 观察能耗制动过程

电动机电枢回路电阻 Ra 为最大值，励磁回路电阻 Rf1 为最小值，合上电源起动并励电动

机。将电枢回路电阻 Ra调至零，此时电枢端电压 Ua=UN，调节励磁回路电阻 Rf1，使励磁电

流 If=IfN。待电机转速稳定后，调节 Rn 在不同的位置时，将双刀双掷开关 S1 向右合闸，观

察 Rn 在不同电阻值时的停车时间 T，读取 3 组数据记入表 6-4 中。但要注意，每次起动电

机前，仍要将 Ra调到最大位置。

表 6-4 能耗制动过程实验数据

Rn(Ω) T(停机时间)

225

1800

∞

六、实验报告

1. 根据实验数据作出转速特性曲线 n=f(Ia)、转矩特性曲线 T2=f(Ia)、效率特性曲线 η=f(Ia)

和机械特性曲线 n=f(T2)。

2. 根据工作特性实验数据计算被测电动机的转速变化率 Δn=(n0-nN)/nN×100%

3. 根据实验数据作出改变电枢电压和励磁电流的调速特性曲线 n=f(Ua)、n=f(If)。

4. 分析并励直流电动机两种调速方法的优缺点。

35/41

七、思考题

1. 测定并励直流电动机的工作特性时为什么要求保持励磁电流 If=IfN 不变？

2. 测定并励直流电动机的调速特性时为什么要求电动机的输出转矩 T2 保持不变？

3. 如何理解并励直流电动机在 Ua=UN 和负载转矩一定时，减小励磁电流 If 时电枢电流 Ia

会变大？

36/41

实验七直流发电机

一、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，并根据所测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。

二、预习要点

1．预习并励直流发电机的自励条件及达到自励条件应采取的措施。

2．预习直流发电机的空载特性和外特性的定义及测定条件。

三、实验内容

1. 他励直流发电机

(1) 空载特性保持 n=nN，I=0 时，测取 U0=f(If)。

(2) 外特性保持 n=nN，If=IfN 时，测取 U=f(I)。

(3) 调节特性保持 n=nN，U=UN时，测取 If=f(I)。

2. 并励直流发电机

(1) 自励过程

(2) 外特性保持 n=nN，Rf2=常数时，测取 U=f(I)。


1. M1 直流电动机 PN=2.2kW UN=220V IN=12A UfN=220V IfN=0.68A nN=1500r/min

M2直流发电机PN=1.9kW UN=230V IN=8.3A UfN=220V IfN=0.65A nN=1500r/min

TG 测速发电机 8W 90V 1500r/min

2. M 直流电动机 PN=1.1kW UN=220V IN=6.68A UfN=220V IfN=0.295A nN=1500r/min

M2 直流发电机 PN=0.8kW UN=230V IN=3.48A UfN=230V IfN=0.245A nN=1450r/min

TG 测速发电机 4.4W 55V 2000r/min (39.88V 1450r/min)

3. 变阻器 R1 0/204Ω 0/17A ，变阻器 RL 8.8/108Ω 2/25A，励磁变阻器 Rf2 0/500Ω 1A

4 .直流电流表 30A(电枢)

5. 直流电流表 4A(励磁)


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五、实验方法

1. 他励直流发电机

(1) 空载特性

1)按图 7-1 图 a 发电机他励接线，将直流电动机 M1 电枢回路的电阻 R1调至最大值，发

电机励磁回路电阻 Rf2 调至最小值，负载电阻 RL调至最大值，断开负载开关 S2。

2)合上电源，将开关 S1 拨至左边，增加电动机励磁电压，使励磁电流至额定值，调节

电枢电源起动直流电动机，并注意观察电机转向是否与规定的转向一致(规定的转向标志在

电机机壳表面)。如果转向与规定的转向不一致，需要停机，改变电动机励磁绕组连接极性

后，重新起动电机。

3)将电枢电源升至 220V，将开关 S1 拨至右边，调节 R1，观察测速发电机输出的电压

值，使得发电机转速达到 n=nN。

4)调节发电机励磁电源，使发电机空载电压 U0=1.25UN=287.5V。

5)在保持发电机转速为额定值不变的情况下(通过调节电阻 R1 以及微调电枢电源实现)，

从 U0=1.25UN 开始，单方向逐步减小励磁电源电压，使发电机励磁电流 If2 逐步减小，直至

If2=0(此时所测的即为剩磁电压)。读取发电机空载电压 U0 和励磁电流 If2 的 8 组数据记入表

7-1 中(在 U0=UN 的附近测点应较密)。

表 7-1 他励发电机空载实验数据

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

U0(V)

If2(A)

M1

A1

A2

A

A

M2

A1

A2

A

AB1

B2

B1

B2

R1

电

枢

电

源

+

-

S1

S2

励

磁

电

源

+

-

TG V

励

磁

电

源

+

-

V

图a 发电机他励

电动

机

发电

机f2IRf2

RL

38/41

M2

A1

A2

A

AB1Rf2

RL

S2

V

图b 发电机并励

B2

图 7-1 直流发电机接线图

(2) 外特性

1)如前述起动直流电动机并保持发电机转速 n=nN，调节发电机励磁电源，使发电机输

出电压为 U0=UN=230V。

2)将发电机负载电阻 RL调至最大值，合上负载开关 S2。

3)逐步减小负载电阻 RL值，使负载电流逐步增加，调节发电机励磁电源以调节发电机

输出电压，同时调节转速(通过调节电阻 R1 以及微调电动机电枢电源实现)，使 U=UN，n=nN，

I=IN，此时为发电机的额定运行点。额定运行点对应的励磁电流为额定励磁电流 If2=If2N，记

录下该组数据。

4)在保持直流发电机 n=nN和 If2=If2N 不变的条件下，逐步增加负载电阻 RL值，使发电

机负载电流逐步减小，每次记下发电机输出电压 U、负载电流 I 直至空载(即断开负载开关

S2)的数据，共读取 6 组数据，填入表 7-2 中。

表 7-2 他励发电机外特性实验数据 n=nN= r/min If2=If2N= A

序号 1 2 3 4 5 6

U(V)

I(A)

(3)调整特性

1)如前述起动直流电动机并保持发电机转速 n=nN，调节发电机励磁电源，使发电机输

出电压为 U0=UN=230V。

2)将发电机负载电阻 RL调至最大值，合上负载开关 S2。

3)逐步减小负载电阻 RL值，使负载电流逐步增加，调节发电机励磁电源以调节发电机

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输出电压，同时调节转速，使 U=UN，n=nN，I=IN，此时为发电机的额定运行点。

4)在保持直流发电机 n=nN 和 U=UN 不变的条件下，逐步增加负载电阻 RL 值，使发电

机负载电流逐步减小，为保持发电机输出电压 UN 不变，要相应调节发电机励磁电流 If2，在

负载电流 I=IN 至 I=0 的范围内，每次记下发电机负载电流 I 和发电机励磁电流 If2 的数据，

共读取 6 组数据，填入表 7-3 中。

表 7-3 他励发电机调整特性实验数据 n=nN= r/min U=UN= V

序号 1 2 3 4 5 6

I(A)

If2(A)

2．并励发电机

(1)自励过程。

1)按图 7-1 图 b 发电机并励接线，将直流电动机 M1 电枢回路的电阻 R1 调至最大值，

发电机励磁回路电阻 Rf2 调至最大值，负载电阻 RL调至最大值，断开负载开关 S2，合上电

源，将开关 S1 拨至左边，增加电动机励磁电压，使励磁电流至额定值，调节电枢电源起动

直流电动机，并注意观察电机转向是否与规定的转向一致。

2)将电枢电源升至 220V，将开关 S1 拨至右边，调节 R1，观察测速发电机输出的电压

值，使得发电机转速达到 n=nN。

3)检查直流发电机有无剩磁的方法：用电压表测量发电机电枢两端有无剩磁电压。若

无剩磁电压，需断开电源，待机组停机后，将发电机励磁回路接至他励位置进行充磁即可。

4)在发电机空载且转速 n=nN 的状态下，逐步减小励磁回路电阻 Rf2 值，观察发电机电

枢两端的电压 Ua的变化情况。若电枢电压 Ua 上升，即发电机励磁绕组与电枢绕组的连接极

性正确。若电枢电压 Ua 下降，即发电机励磁绕组与电枢绕组的连接极性错误。此时应断开

电源，待机组停机后，对调发电机励磁绕组的连接极性。

5)并励直流发电机在有剩磁、励磁绕组极性接法正确和励磁回路总电阻小于临界电阻

的条件下，才能建立起稳定的电压。

(2) 外特性保持 n=nN，Rf2=常数时，测取 U=f(I)。

1)按照以上方式起动电机，使发电机转速达到 n=nN。调节 Rf2 使得发电机输出电压达

到额定值。RL调至最大值，合上负载开关 S2，逐步减小发电机的负载电阻 RL，同时通过调

节发电机励磁电阻 Rf2 调节发电机电压，并调节电动机转速(调节电阻 R1 以及微调电动机电

40/41

枢电源)，使发电机达额定值，即 n=nN，U=UN，I=IN，开始记入数据。

3)保持发电机励磁电阻 Rf2 及 n=nN不变，逐步增加负载电阻 RL值，以减小发电机的负

载电流直至 I=0(即断开负载开关 S2)，记下不同负载电阻值时发电机电压 U 与电流 I 的数

据，共读取 6 组数据记入表 7-4 中。

表 7-4 并励发电机外特性实验数据 n=nN= r/min Rf2=常数

序号 1 2 3 4 5 6

U(V)

I(A)

六、实验报告

1. 根据实验数据作出他励直流发电机的空载特性U0=f(If)、外特性U=f(I)、调节特性 If=f(I)

及并励发电机外特性 U=f(I)曲线。将他励和并励发电机的外特性曲线 U=f(I)绘在同一坐标纸

上。

2．根据实验数据求出他励和并励发电机的电压调整率 ΔU

3. 对他励和并励情况下发电机电压调整率 ΔU 的差异原因进行分析。

七、思考题

1. 直流发电机空载实验时，其励磁电流为什么必须单方向调节？

2. 直流发电机外特性实验时，当发电机负载电流增加，机组转速发生变化的原因是什

么？

0 100%N

N

U UU

U

41/41

参考文献

郑治同.1981.电机实验.北京：机械工业出版社

杜世俊,唐海源,张晓江.2007.电机及拖动基础实验.北京：机械工业出版社

上海交通大学...

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