電機拖動實驗指導書

鄭三元

深圳大學機電與控制工程學院

二00八年八月

目錄

DZSZ-1型電機及自動控制實驗裝置受試電機銘牌數據一覽表

DZSZ-1型電機及自動控制實驗裝置交流及直流電源操作說明

第一章電機及電氣技術實驗的基本要求和安全操作規程??…

1-1實驗的基本要求....................................

1-2實驗安全操作規程.................................

第二章電機及拖動基礎實驗中基本物理量的測量..........

第三章實驗...........................................

實驗一、直流電機的認識實驗..........................

實驗二、他勵直流電機機械特性..........................

實驗三、單相變壓器的空載，短路與負載特性實驗........

實驗四、三相異步電動機的起動與調速...................

附錄DZSZ-1型電機及自動控制實驗裝置說明

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DZSZ-1型電機自動控制實驗裝置交流及直流電源操作說明

實驗中開啟及關閉電源都在控制屏上操作。開啟三相交流電源的步驟為：

1）開啟電源前。要檢查控制屏下面“直流電機電源”的“電樞電源”開關（右

下角）及“勵磁電源”開關（左下角）都須在“關”斷的位置。控制屏左側端面上

安裝的調壓器旋鈕必須在零位，即必須將它向逆時針方向旋轉到底。

2）檢查無誤后開啟“電源總開關”，“停止”按鈕指示燈亮，表示實驗裝置的

進線接到電源，但還不能輸出電壓。此時在電源輸出端進行實驗電路接線操作是

安全的。

3）按下“啟動”按鈕，“啟動”按鈕指示燈亮，表示三相交流調壓電源輸出

插孔U、V、W及N上已接電。實驗電路所需的不同大小的交流電壓，都可適當

旋轉調壓器旋鈕用導線從這三相四線制插孔中取得。輸出線電壓為0-450V（可調）

并可由控制屏上方的三只交流電壓表指示。當電壓表下面左邊的“電壓指示切換”

開關撥向“三相電網輸入”時，它指示三相電網進線的線電壓；當“電壓指示切

換”開關撥向“三相調壓電壓”時，它指示三相四線制插孔U、V、W和N輸出

端的線電壓。

4）實驗中如果需要改接線路，必須按下“停止”按鈕以切斷交流電源，保證

實驗操作安全。實驗完畢，還需關斷“電源總開關”，并將控制屏左側端面上安裝

的調壓器旋鈕調回到零位。將“直流電機電源”的“電樞電源”開關及“勵磁電

源”開關撥回到“關”斷位置。

開啟直流電機電源的操作：

1）直流電源是由交流電源變換而來，開啟“直流電機電源”，必須先完成開

啟交流電源，即開啟“電源總開關”并按下“啟動”按鈕。

2）在此之后，“勵磁電源”開關撥向“開”位置，可獲得約為220V、0.5A

不可調的直流電壓輸出。“電樞電源”開關撥向“開”位置，可獲得40?230V、

3A可調節的直流電壓輸出。勵磁電源電壓及電樞電源電壓都可由控制屏下方的1

只直流電壓表指示。當將該電壓表下方的“電壓指示切換”開關撥向“電樞電壓”

時，指示電樞電源電壓，當將它撥向“勵磁電壓”時，指示勵磁電源電壓。但在

電路上“勵磁電源”與“電樞電源”，“直流電機電源”與“交流三相調壓電源”

都是經過三相多繞組變壓器隔離的，可獨立使用。

3）“電樞電源”是采用脈寬調制型開關式穩壓電源，輸入端接有濾波用的大

電容，為了不使過大的充電電流損壞電源電路，采用了限流延時的保護電路。所

以本電源在開機時，從電樞電源開合閘到直流電壓輸出約有3?4秒鐘的延時，這

是正常的。

4）電樞電源設有過壓和過流指示告警保護電路。當輸出電壓出現過壓時，會

自動切斷輸出，并告警指示。此時需要恢復電壓，必須先將“電壓調節”旋鈕逆

時針旋轉調低電壓到正常值（約240V以下），再按“過壓復位”按鈕，即能輸出

電壓。當負載電流過大（即負載電阻過小）超過3A時，也會自動切斷輸出，并告

警指示，此時需要恢復輸出，只要調小負載電流（即調大負載電阻）即可。有時

候在開機時出現過流告警，說明在開機時負載電流太大，需要降低負載電流，可

在電樞電源輸出端增大負載電阻或甚至暫時拔掉一根導線（空載）開機，待直流

輸出電壓正常后，再插回導線加正常負載（不可短路）工作。若在空載時開機仍

發生過流告警，這是由于氣溫或濕度明顯變化，造成光電耦合器TIL117漏電使過

流保護起控點改變所致，一般經過空載開機（即開啟交流電源后，再開啟“電樞

電源”開關）予熱幾十分鐘，即可停止告警，恢復正常。所有這些操作到直流電

壓輸出都有3~4秒鐘的延時。

5）在做直流電動機實驗時，要注意開機時須先開“勵磁電源”，后開“電樞

電源”；在關機時，則要先關“電樞電源”而后關“勵磁電源”的次序。同時要注

意在電樞電路中串聯起動電阻以防止電源過流保護。具體操作要嚴格遵照實驗指

導書中有關內容的說明。

第一章電機及電氣技術實驗的基本要求和安全操作規程

1-1實驗的基本要求

電機及拖動基礎實驗教學是專業結構培養的重要環節之一。其基本任務是進

行實驗技能的基本訓練，加深對所學基本理論的認識，提高分析問題和解決問題

的能力，開發創新思維能力，培養理論聯系實際的作風和實事求的科學態度，獲

得科學研究的初步訓練。具體來說，電機拖動基礎實驗的目的在于培養掌握基本

的實驗方法和操作技能，學會根據實驗目的擬定實驗線路，選擇所需設備、儀表

及量程，測驗實驗數據，并對實驗數據進行分析研究，得出實驗結論，從而完成

實驗報告。在整個實驗過程中，必須集中精力，及時認真做好實驗。現按實驗過

程提出下列基本要求。

一、實驗前的準備

實驗前應復習電機與拖動課程中的有關內容，認真研讀實驗指導書，了解實

驗目的、項目、方法與步驟，明確實驗過程中應注意的問題（有些內容可到實驗

室對照實驗預習，如熟悉組件的編號，使用及其規定值等），并按照實驗項目準

備記錄抄表等。

實驗前應寫好預習報告,經指導教師檢查認為確實作好了實驗前的準備，方

可開始作實驗。

認真作好實驗前的準備工作，對于培養同學獨立工作能力，提高實驗質量和

保護實驗設備都是很重要的。

二、實驗的進行

1、建立小組，合理分工

每次實驗都以小組為單位進行,每組由3?4人組成，每人都有明確的分工，

如計算機的操作、數據記錄、接線、線路自檢、負載調節、轉速調節等工作，以

保證實驗操作協調，記錄數據準確可靠。每人都要有計劃地輪換操作，在實驗中

全面鍛煉。實驗數據要求準確，實驗數據不容更改，實驗數據如有疑問，只能使

用原有設備和儀器、儀表重新進行實驗。

2、選擇設備、儀器、儀表及其量程

實驗前先熟悉該次實驗所用的組件，記錄電機銘牌和選擇儀表量程，然后按

實驗指導書上列出的順序依次排列組件和儀表以便于實驗操作及測取數據。

3、按圖接線

根據自擬線路圖或本書提供的參考線路圖進行接線，線路力求簡明準確。

接線原則是先接串聯主回路，再接并聯支路，一個回路一個回路進行。先從

電源開始連接主要的串聯電路（如果樞電路、電流表），再接并聯電路（如勵磁

電路、電壓表）。如果是三相，應三根線同時往下接；如果是直流或單相，則從

一極開始，經主要線路及其各段設備、儀器、儀表，然后返回另一極。根據電流

的大小，主電路用粗導線連接（包括電流表及功率表的電流線圈），并聯支路用

細導線連接（包括電壓表及功率表的電壓線圈）。全部接完后請同組的另一個人

檢查是否有錯，如有錯改正。最后經指導老師檢查無誤后方可進行下一步。

4、接通實驗設備，注意觀察

實驗之前，檢察設備及儀器是否處于正確狀態，比如儀表是否在零位、調壓

氣是否在所要求的位置、電機是否有機械卡住等。熟悉儀表刻度，并記下倍率，

指導老師許可后才能接通電源，觀察所有儀表是否正常（不容許超過量程、指針

反向等），對于三相電機要特別注意是否有斷相情況，并觀察電機運轉是否正常。

然后按一定規范起動電機，觀察所有儀表是否正常（如指針正、反向是否超滿量

程等）。如果出現異常，應立即切斷電源，并排除故障；如果一切正常，即可正

式開始實驗。

5、測取數據

預習時對電機的試驗方法及所測數據的大小作到心中有數。正式實驗時,實

驗數據要求準確，特別是一些重要重要數據，如額點附近數據應多測幾組。

6、認真負責，實驗有始有終

實驗完畢，須將數據交指導教師審閱。經指導教師認可后，再斷開電源，整

理導線和實驗臺，歸還儀器、儀表、工具等，打掃實驗場地。

三'實驗報告

整理實驗數據、寫出實驗報告是實驗課的重要環節。實驗報告是技術文件，

要求簡明扼要、字體清楚、圖表簡潔、結論明確。其具體內容應包括：

1）實驗名稱、專業班級、學號、姓名、實驗日期、室溫。C。

2）實驗設備及儀器、儀表的名稱、型號、規格、編號，銘牌數據。

3）實驗目的及項目。

4）實驗線路圖，并注明儀表量程，電阻器阻值，電源端編號等。

5）實驗內容及步驟。

6）整理計算的實驗數據。數據如果是計算所得，還應列出計算公式。

7）實驗曲線。所有曲線應在坐標紙上繪制或由計算機公式。

8）實驗結果分析、計算以及結論和心得體會。這是對所學知識再提高的過

程，是實驗報告的重要部分。可以對根據不同實驗方法所得到的結果進行比較，

對各種實驗方法的優缺點進行探索。比較實驗結果與理論分析是否相符，如果有

偏差，找出原因。根據國家標準或技術條件與判斷被試對象是否合格。

7）實驗報告要求用實驗報告紙書寫，每次實驗每人獨立完成一份報告，一

人一份，并按時送交指導教師批閱。

1.2電機與拖動實驗的安全操作規程

為了保證電機拖動實驗的順利進行，確保人身安全和設備安全，實驗時應嚴

格遵守實驗室的安全操作規程。

電機與拖動實驗安全操作規程如下：

（1）進入實驗室，態度要認真，注意力要高度集中，嚴禁大聲喧嘩、大鬧。

（2）人體不可接觸任何帶電部位與轉動零件；接觸電機外殼，應用手背接

觸。

（3）遵守實驗室各項規章制度，使用設備、儀器必須遵守操作規程，不準

動用與本次實驗無關的設備和儀器。經老師許可后方可動用其它儀器、儀表、設

備和接通電源進行操作。

（4）實驗進行時，不準離開實驗崗位，并密切注視各儀器、儀表的變化。

（5）電源必須經過開關（或接觸機）、熔斷器后接如實驗設備；電源進線應

接到開關進線端；切斷電源后，方可拆線或改接電路。

（6）完成接線或改接線路后，必須經指導老師檢查，并在招呼其它同學引

起注意后，方可接通電源。實驗中如發生事故，應保持冷靜，首先切斷電源，防

止事故擴大并保護現場，報告指導老師，待查明事故原因和妥善處理后，才能重

新實驗。

（7）實驗時，不準圍圍巾，不準戴手套，不準穿拖鞋；注意衣服及導線不

要卷入電機旋轉部分；不得用手或腳去促使電機轉動或停轉，以免發生危險。

（8）電動機直接起動時，電流表及功率表電流線圈應從線路中拆離或經過

并聯開關短路。

(9)實驗中不得隨意調換電流表量程，電流互感器二次測不允許開路，以

免產生高電壓損壞儀器、儀表和危及人身安全。電容器使用后應進行放電。

(10)完成實驗后，應按照分斷程序依次斷開各個開關，方可拆線。

(11)總電源應由實驗室工作人員掌控，其他人不準操作。

第二章電機及拖動基礎實驗中基本物理量的測量

2.1絕緣體電阻和絕緣介電強度

絕緣體電阻和絕緣介電強度的測量是電機產品檢驗項目之一。通過絕緣體電

阻和絕緣介電強度的試驗，可以檢查出電機絕緣是否良好，有無局部缺陷等。絕

緣電陰的測量屬于非性試驗，而絕緣介電強度則屬于破壞性試驗，一旦電機絕緣

有缺陷即有可能發生繞陰擊穿，故絕緣電阻應該在絕緣介電之前進行測量。

一.絕緣電阻的測量

絕緣電阻用兆歐表進行測量，兆歐表分手搖兆歐表和數字兆歐表兩種，這里僅介

紹手搖兆歐表

L兆歐表的選用

根據電機額定電壓，可按表2—1選用兆歐表。

表2-1兆歐表的使用

電機額定電壓兆歐表規格

500V以下500V

500-3000V1000V

3000V以上2500V

2.測量方法

如電機各相繞組的始末端均引出機殼外，則應分別測量各組相繞對機殼（或

鐵心）以及相間的絕緣電阻。各繞組在電機內部已經聯接好，允許僅測量所有繞

組對機殼的絕緣電阻。如果是繞線式電機，還必須測量轉子繞組對機殼的絕緣電

阻.

3.兆歐表的使用

兆歐表內有一永磁式的手搖發電機,發電機的電壓與手搖的速度有關。因此,

測量時應以兆歐表規定的轉速均勻地搖動，待指針穩定后方可計數。

4.絕緣電阻的有關規定

國家標準規定：在熱態時，電機的絕緣電阻應不低于下式所確定的數值：

U

R=N

1000+上

100

式中：

UN——電機繞組的額定電壓，單位為V；

PN——電機的額定功率，對直流電機和交流電動機，單位為KW,對于交流發電

機和補償機，單位為KVA

二.絕緣介電強度的測量

電機在系統工作時，經常受到電網和自身過電壓的影響，如果電機繞陰絕緣

有缺陷，將有可能被擊穿。所以，電機制造時必須考慮到電機可能受到的最高過

電壓的作用，從而選擇各部分的絕緣結構以及絕緣材料。因此，電機出廠之前或

者電機修理之后必須做絕緣介電強度(俗稱耐壓)試驗。

1.試驗電源要求

試驗電源電壓的頻率為50HZ,波形為實際正弦波。

2.試驗變壓器容量的選擇

對于低壓電機，每Ikv試驗電壓，試驗變壓器容量應不小于1KVA。對于高壓電

機，當其容量較大時，試驗變壓器容量應大于由下式求得的計算容量ST(KVA)

ST=2兀fCUTUTN/1000

式中：C——初試電機的電容量，單位為F;

UT——試驗電壓，單位為V;

UTN——試驗變壓器高壓側的額定電壓，單位為V。

或者按每5KV不小于1KVA進行估算

對于分馬力電機，每1KV試驗電壓，試驗變壓器的容量應不小于0.5KVA

3.試驗方法

試驗電壓值應該符合各類電機標準的規定。試驗時間為1min。.

試驗時，電機應在靜止狀態下進行。施加的電壓應從不超過試驗電壓的1/2

開始，然后穩步地增加至全壓，電壓自1/2增加至全壓值的時間應不少于10s,

全壓試驗時間應維持1min.進行絕緣介電強度試驗時應注意安全，試驗結束后，

應將試驗變壓器高壓側進行放電。

2.2直流電阻

在電機試驗中，為了計算電機的效率，確定繞組的升溫以及校核電機的設計

值，需要測量電機繞組的電阻。電阻的大小隨溫度的變化而變化，因此，在測量

繞組是實際冷態的直流電阻時，同時要測量繞組的溫度，以便測得的電阻換算到

基準工作溫度或所需工作溫度下的數值。

電機繞組直流電阻的測量有伏安法和電橋法兩種。

一、伏安法

伏安法就是利用電壓表和電流表測量繞組的直流電阻。測量時應采用蓄電

池或其他電壓穩定的直流電源。通過電機繞組的電流不要超過其額定值的百分之

十，通電時間不應超過一分鐘，以免繞組發熱而影響測量的準確度。伏安法測量

電阻的原理圖如圖2-1所示。

C

C

E

(a)

圖2-1伏安法測定電機統組的直流電阻

1、測量小電阻

測量小電阻的接線圖如圖2-1(a)所示。設電壓表的內阻為口，則被測繞組

UU

的直流電阻為廠=~U,若忽略則所測的電阻廠比繞組的實際電阻偏

小，在rv一定的情況下，繞組的電阻越小，測量的精度越高。故這種接法適合于

測量小電阻。

2、測量大電阻

測量大電阻的接線圖如圖2-1(b)所示。設電流表內阻為rA,則被測量繞

u-LU_

組的直流電阻為「,若忽略IrA,則所測的電阻廠,比繞組的實際電

阻偏大，在rA一定的情況下，繞組的電阻越大，測量的精度越高。故這種接法

適合于測量大電阻。

二、電橋法

電橋有單臂電橋和雙臂電橋兩種。用電橋測量繞組的直流電阻時，采用雙臂

電橋還是單臂電橋，取決于被測繞組電阻的大小和精度的要求，雙臂電橋的測量

精度較高。當繞組的電阻小于1C時，必須采用雙臂電橋進行測量，不允許采用

單臂電橋測量。因為單臂電橋所測的數值中，包括了聯接導線的電阻和接觸電阻,

這就給低電阻的測量帶來較大的誤差。

用電橋測量繞組的直流電阻時，應先估計被測電阻的大小，，并將刻度盤調

到電橋能大致平衡的位置。然后先按下電池按鈕，再按下檢流計按鈕，旋轉刻度

盤，使檢流計指針指在零處，這是旋鈕刻度指示的數值即為被測量的電阻值。測

量完畢后，應先松開檢流計按鈕，在松開電源按鈕，以免檢流計受到沖擊。

用電橋法測量繞組的直流電阻，具有準確度及靈敏度和直接讀數的優點。

無論用哪種方法測量，電機的轉子應靜止不動。每一電阻測量3次，每次讀

數與3次讀數的平均值之差在平均值的±0.5%范圍內，測量才認為是準確的，

取3次平均值作為電阻的實際值。

三、電機繞組直流電阻的計算

1、在電機拖動實驗中，電機繞組有單相、三相或多相繞組

在繞組的聯接方式上，有星形聯接、三角形聯接等。有的電機在外部無法將

它們的各個繞組分開，僅引出a、b、c三個出線端，如圖2-2所示，止匕時，各繞

組的相電阻應按下列方法確定：

（3）星型持法

圖2―2電機三相繞組的聯接方式

對于星形接法的繞組:

Ra—Rav-Rbc

Rb=Rav—Rea

Re=Rav-Rab

對于三角形接法的繞組:

Rbc?Rca

+Rab~Rav

Rav—Rab

Rab*Rbc

+Rca

R,—Rav

Rav—Rca

式中：Rab、Rbc、Rea，分別為出線端a與b、b與c、c與a間測得的電阻值,

單位為Q；Rav=5+?+履,單位為Q。

2、實際冷態直流電阻與基準工作溫度時直流電阻的換算

測得的實際冷態直流電阻可按下式換算到基準工作溫度式的電阻:

酌+%

rref="

式中：r0----實際冷態時繞組的電阻，單位為Q；

8ref——基準工作溫度，對于A、E、B級絕緣為75℃；對于F、H級絕緣為115℃；

——實際冷態時繞組的溫度，單位為℃;

h——常數，銅繞組為235；鋁繞組為225。

注：實際冷態指當所測溫度與冷卻介質溫度之差不超過2K時。

2.3溫度

電機中絕緣材料的使用壽命主要取決于運行時的溫度。為了保證電機安全，

可靠地運行，必須對電機各部分進行測量。國家標準也對不同絕緣材料的最高工

作溫度和升溫做出了限制。表2-2是我國常用幾種絕緣等級的最高工作溫度和升

溫限額。

表2-2絕緣等級的最高工作溫度和溫升限額

絕緣等級環境溫度/℃最高工作溫度/℃溫升限額/K

A4010560

E4012075

B4013080

F40155100

H40180125

目前，對電機各部分溫度的測量的常用方法有3中，即溫度計法、電阻法和埋

置檢溫計法。

一、溫度計法

1、溫度計的選擇

溫度計有膨脹式溫度計（如水銀。酒精溫度計）、半導體溫度計及額熱電

偶或電阻溫度計。用溫度計可以測量電機的機殼、鐵心、軸承、集電環、換向

器等以及周圍介質溫度。用溫度計法具有簡單、可靠、直觀等優點。

2、測量方法

測量時，溫度計應該緊貼被測點表面，并用絕熱材料（如橡膠泥）覆蓋好

溫度計的測量部分，以免受周圍冷卻介質的影響。有交變磁場的部位（如交流

電機的定子鐵心），不能采用水銀溫度計。對大中型電機，溫度計的放置時間

應不少于15min。

二、電阻法

1、帶電側溫裝置測量電機繞組的溫度

根據電阻隨溫度的變化而變化的基本原理，可測得電機繞組的溫度。設電

機繞組的熱態為Rm,,冷態電阻為RO,則可按下式計算出繞組的溫度。t：

R_R

尺0

式中：Rm-----------繞組的熱態電阻，單位為Q；

R0-----------繞組的實際冷態電阻，單位為Q；

90-----------繞組的實際冷態溫度，單位為℃;

K0----------常數，銅繞組為235,鋁繞組為228。

2、非帶電測溫裝置所測溫度的修正

如果不能進行帶電測量，電機繞組（或其他部分）的溫度，只能在電機切斷

電源后測量。因此,所測量的溫度應該修正到斷電瞬間或標準所規定時間的溫度。

修正方法是外推法，即電機切斷電源時，應測量出斷電瞬間的時間t（單位為s）

以及相應的電阻R（單位為Q）。并用半對數坐標紙繪制電阻冷卻曲線R=f（t）,如

圖2-3（a）所示，冷卻曲線延長到與縱軸相交，交點的縱坐標即為斷電瞬間繞組

的電阻值。注意：測量第一點電阻的時間盡可能地短，或按國家標準規定測取第

一點讀數的時間進行。

如果沒有半對數坐標紙，也可以利用普通坐標紙繪制電阻冷卻特性曲線或溫

度曲線。取橫坐標為時間的對數，縱坐標為電阻或溫度的對數，如圖2-3（b）所

Zj\O

RIgR

圖2-3冷卻曲線

如果斷電后測得的電阻（或溫度）先下降后上升，則去測得電阻（溫度的最

大值作為斷電瞬間的電阻（或溫度）。

電阻法具有準確度高的優點，但它只能測量繞組的平均溫度。

三、埋置檢溫計法

大中型電機中，常常在可能出現溫度較高或者用在其他無法測量的地方埋

置了熱電偶或者熱電阻等感溫元件。例如在導體與槽底之間、道題的上下層之

間。它可以通過二次儀表直接讀出所測部位的溫度，也可通過A/D轉換器或其

他數字式儀表進行測量和監視。

熱電偶是有成分不同的兩種金屬A和B組成，如圖2-4所示。當聯接點和

儀表具有不同溫度t和tO時，回路中就產生熱電動勢，溫差越大，熱電動勢越

大。熱電偶就是利用這個原理

來測溫的。

熱電阻是利用金屬導體或

半導體的電阻隨溫度而變化

的特性來測量溫度的。熱電阻

埋置設在被測點，測出熱電阻

的電阻值,再在元件材料分度

表上查出相應溫度，也可用電圖2-4熱電偶測溫

子測量轉換成直接顯示溫度數值。止匕外，還有紅外線測溫儀，可以測電機轉子

表面溫度分布情況，這里不作介紹。

2.4轉速和轉差率

電機的轉速或轉差率是電機運行中的一個重要物理量，如何準確地測量

電機的轉速或轉差率是十分重要的。隨著科學技術的發展，特別是電子技術的發

展，轉速或轉差率的測量方法不斷地得到改進，測量精度也越來越高，這里僅介

紹幾種常用的測量方法。

一、轉速的測量

1、手持式離心式轉速表

這種轉速表的工作原理就是利用離心器旋轉后，產生慣性離心力與反作用的

拉力彈簧相平衡，由傳動機構使指針在分度盤上指示相應的轉速。使用時，將轉

速的端頭插入電機軸端的的中心孔內，接觸緊密后，即可讀出電機的實際轉速。

它具有操作簡單、直觀等優點，但它精度較低，一般應用于精度要求不同的場合。

使用這種轉速表的注意事項：

（1）電機的實際轉速應在轉速表某一量程的最大值與最小值之間。特別注意

的是：使用過程中不允許改變量程，以免損壞齒輪。如預先不知道電機的實際轉

速，最好選用最大的量程。

（2）使用前，應先清理電機軸端的油污。使用時，應保持轉速表軸線與電機

軸線一致，不得偏斜。否則，一則容易損壞轉速表，二則影響測量精度。

（3）使用時，不能用猛力將轉速表端頭頂住軸孔，以免損壞轉速表。

（4）應盡量可能間歇的使用轉速表，以免齒輪的磨損與發熱。

（5）微電機不宜使用這種轉速表。因為轉速表增加了電機的附加轉矩，改

變了電機的實際運轉特性。

2、手持式數字轉速表

手持式數字轉速表是利用接觸式光電感應原理，將轉速信號轉換成數字信

號，直接顯示在液晶屏上。它是一種袖珍型高精度轉速表，它不僅可以用來測量

轉速和線速度，還可以作為頻率計使用。如DT2235A型就是其中的一種，它的

使用方法和注意事項與離心式轉速基本相同，但它不需要操作者更換量程。

3、日光燈法測轉速。

（1）日光燈法測同步轉速

測量前，在被測電機的軸端畫上標記圖案（或在軸端裝上1個圓盤，并畫上

標記圖案），如圖2-5所示。2極電機畫2個黑色扇形，4極電機畫上4個黑色圖

案，依此類推。

①如果是2極電機，標記圖案見圖2-5(a)o電機同步轉速為

ns=3000r/min=50r/s□這是，日

光燈電流頻率為50Hz,日光燈

每秒閃亮100次，即電機每轉

動半圈日光燈閃亮一次。如日

光燈一次才、閃亮時黑色扇形(a)*(c)

在a處,當日光燈第一次閃亮到

第二次閃亮，二個扇形交換了

位置。我們用眼睛看到的圖案好像靜止不動。

②同理，當電機是4極電機，同步轉速為ns=1500r/mian=25r/s,若電機以同

步轉速旋轉，日光燈閃亮一次，電機轉過1/4圈。標記圖案應為4個黑色的扇形,

如圖2-5(b)所示，顯然，電機級數越多，黑色扇形也就越多，瑞圖2-5所示。

(2)日光燈法測轉差率較小的轉速。

實際上，大多數電機不是在同步轉速下運轉。如果電機的旋轉速度為n,日

光燈的閃光頻率為f,電機軸端黑色扇形的數目為2p,但2pn=mf是(m取正整

數)，標記圖案好像靜止不動，則有m/2p=n/f為一整數比，此時n=na(na為同

步轉速)，則m=na/fX2po若m/2P不是整數比，而是略有偏差時，就可以看到

電機端的圖形也會以相同的轉向慢慢轉動。設標記圖案的時間t秒內轉動的圈數

為N,則這時電機的轉速n可以用下式來表示：

m?,60,60.

n-——/±-~N-n±-N(r/min)

2ptst

上式中若標記圖案的旋轉方向相同去“+”，相反時取為號。

顯然，當電機轉差率大時，標記圖案的旋轉速度也高，這給實際測量帶來困

難。所以用這種方法只能測量轉差率小的轉速。當然，對多極電機(12極)，測

量起來也十分困難。這種方法測量精度取決于閃光頻率的精度。

有時為了方便于記錄標記圖案的圈數，常常對標記圖案中的扇形個數減半。

2極電機只畫2個扇形，4極電機畫2個扇形，依此類推，如圖2-6所示。這樣,

日光燈的閃光頻率也應減半。最簡單的方法是在日光燈線路中串入一個整流二極

管V和繞線電阻R,如圖2-7所示。端坐于R阻值的選擇以整流后的的電流不

超過日光燈正常工作電流為原則。當日光燈發亮后，需要測量速度時，打開開關

S,使二極管串在電路中，這樣，日光燈的負半波被切除，如日光燈接到50Hz

的電源上，則日光燈每秒閃亮50次。這樣就可以測量轉差率較大和極數較多的

電機。這是電機的轉速仍表示為：

(a)2p=2(b)2p=4

圖2-6日光燈半波整流后軸端標記

圖2-7二極管整流后日光燈線路圖

4、閃光測速儀

日光燈法側轉速，雖然設備簡單,使用方便，但只能測轉差率較小的電機，

故有一定的局限性。為了測量范圍較廣的轉速，制成了閃光測速儀。它的原理類

似于日光燈法測量電機的同步轉速，不同的是閃光測速儀具有可調脈沖頻率的專

用電源供給閃光燈，從而擴大測速的范圍。

使用這種儀器時，首先在被測物上做出標記，估計電機的轉速確定分級轉換

開關的位置，然后微調閃光頻率的旋鈕，觀察到電機上的標記靜止不動為止，即

可讀出電機的實際轉速。

使用這種儀器應注意的是：

(1)當電機的轉速n比閃光頻率f大整數K倍時，觀察到的標記仍然靜止

不動為止，但這是一種假象。使用時，閃光頻率從低往高調節，以第一次出現標

記靜止為準。

(2)當閃光頻率比電機的轉速大整數K倍時，我們觀察的是圓周出現K個

標記靜止不動。這時，應將閃光哦了調低，直到只出現一個標記為準如果閃光頻

率調不下來，則在有K個標記時的轉速記下來，然后初除以K,記得電機實際

轉速。

5、測速發電機測速

我們知道：測速發電機的感應電動勢為

E=Ceen

式中：Ce-------測速發電機的電動勢常數；

6-------測速發電機的每極磁通，單位為Wb；

n-------測速發電機的轉速，單位為r/min/。

一般測速發電機的軸端裝一臺測速發電機，將測速發電機安裝比較困難，故

一般只應用于閉環控制的電機上。

6、數字式轉速以與光電傳感器測速

隨著電子技術的飛速發展，研制出紅外線光電傳感器與數字式轉速儀，精度

也越來越高。如SZGB-5型光電傳感器和XJP-10B型數字式轉速儀，其測量精度

達到1X10"±1個字，其工作原理是將轉速信號變成脈沖信號，以測量電機的

轉速。它采用側頻法（測出轉速信號的頻率）和測周法（測出轉速信號的周期）

測量出電機的轉速。下面以測頻法為例，簡要介紹它的工作原理。測頻法工作原

理如圖2-8所示。

圖2-8測頻法工作原理

頻率是單位時間內信號變化的周波數。為了測頻，光電傳感器的紅外光，從

被測物上定向反射紙反向射到光電轉換器，轉換后得到電信號，經過放大整形后

輸出脈沖信號，最后送入數字式轉速儀內的計數器等待處理。而數字式轉速儀內

的石英振動器產生lOOkHZ的標準頻率，經時基分頻器多級分頻，等到0.1s、1s、

2s、3s、6s、10s、20s、30s、60s^9個標準時間基準信號。經過時間選擇開

關S及控制電路得到相應的控制命令，用來控制分頻器、計數器，寄存器的工作,

實現對光電傳感器轉換來的脈沖進行計數、寄存、復零等一系列操作。最后驅動

數碼管顯示出測量結果。

儀器使用方法如下：

(1)被測電機上貼上相應數目的定向反射紙，安裝光電傳感器，并用

信號將光電傳感器與數字式轉速儀連接好。

(2)打開電源，將“測量選擇”開置于“測頻位置。

(3)將“測量時間”開關選擇到所需要的時間。選取的測量時間t有

t=60/Nt確定，式中Nt為貼在被測電機上的定向反射紙的數目。

(4)按下“復零”按鈕。

(5)在數碼管窗口讀取轉速(r/min)o

7、模擬式電子轉速表

從轉速傳感器得到的脈沖信號，經放大整形后，轉換成具有一定幅值

和寬度的脈沖信號，對這一脈沖信號積分后輸出與脈沖頻率成正比的直流

電壓信號，由直讀式電表直接讀出轉速的數值，如圖2-9所示。這種旋轉表

的輸入信號是與轉速成正比的頻率信號，能輸出較好的線形信號，在工業

上應用較為廣泛。但它會有人為誤差影響測量精度。

總之，測速的方法很多，特別是智能儀表的出現，不僅測量十分方便，

而且測量精度極高，如JW-IA型扭矩儀，PNZ型智能測速儀等、這里不一

一介紹。

圖2-9模擬式電子轉速表方框圖

二、轉差率的測量

轉差率S是異步電動機的主要參數，所以異步電動機常常姚測量它的轉差

率。一般有以下幾種方法。

1、由實測轉速計算轉差率S

測量電動機的轉差率，一般采用電動機的轉速n,求出電動機的轉差率。

n—n

s二」一xlOO%

%

式中：ns--------被測電機的同步轉速(r/min)；

n--------電機的同步轉速(r/min)。

轉差率S一般用百分數來表示。

2、用日光燈測轉差率S

在電機軸端做如圖2-5所示的標記圖案在時間t(s)內轉動的圈數N。則電

機的轉差率為：

s=￡^xl00%

ft

式中：f-----------電源頻率(Hz)；

p----------電機極對數。

3、用感應線圈測轉差率

在電動機軸伸端附近，放置一只匝數較多的帶鐵心的線圈，線圈與零點在中

間的磁電式檢流計聯接，當轉子繞組的漏磁通在線圈中感應出電動勢時，使檢流

計指針發生周期性擺動。如果在時間t(s)內檢流計擺動的次數為N。則電機的轉

差率為：

N

s=」xl00%

ft

式中：f--------電動機電源頻率。

4、轉子電流頻率法測量電機的轉差率

這種方法時通過直接測出轉子電流的頻率，來計算出電機的轉差率。顯然，

這種方法只適用于繞線式異步電機。方法是在轉子繞組回路中任一相串接一個零

點在中間的磁電式安培計，其量程應大于轉子電流的額定值。當電機正常運轉時,

轉子電流頻率很低，一般在1~5Hz左右。如果時間t（s）內電流表指針擺動的次數

上N

為N,則轉子電流頻率，力=7故電機的轉差率S為：

式中：f-----------電動機電源頻率。

2.5功率

功率的測量一般采用瓦特表測量。但隨著電子技術的不斷發展，數字式儀表

在功率測量中的應用越來越廣泛，特別是計算機在電機及拖動基礎實驗中也得到

廣泛應用。

瓦特表又稱為功率表，一般采用電動式功率表。根據測量要求選用不同的精

度等級。功率表內有電壓線圈和電流線圈，電壓線圈和電流線圈的同名端都標有

*,電壓線圈利用多個電阻的串聯做成了多個電壓量程（常用的是三個量程）。電

流線圈內有兩個電流線圈的低量程。另外，功率表上還裝有一個極性開關，扭動

它可以改變指針的偏轉方向。

一、功率表的選擇與使用

1.功率表的選擇

功率表的選擇原則是：被測線路的電壓和電流應小于功率表電壓量程和電

流量程。同時，還要根據被測線路的性質決定選擇普通功率表（又稱高功率因數

瓦特表，俗稱高瓦特表），還是低功率因數瓦特表（俗稱低瓦特表）。

功率表的功率常數Cw可表示為：CW=UNINCOS（PN

aN

式中：Cw——功率常數，單位為W/格；

UN---功率表的電壓量程，單位為V；

IN---功率表的電流量程，單位為A；

aN——功率表的滿刻度格數；

cosWN——額定功率因數，在功率表的面板上標注，未標注者為cos3N=1。

功率常數與額定功率因數有關。在量程UN、IN和aN都相同的條件下，用

cos山N=1的高功率因數瓦特表的功率常數是cosWN=0.2的低功率因數瓦特表的5

倍。顯然，在功率因數較低的線路中（如變壓器、異步電動機空載運行），使用

低功率因數瓦特表測量功能，可提高測量精度。

在實際線路中，電壓和電流高于功率表的電壓和電流量程，必須采用電壓互

感器和電流互感器，此時功