第二章 电机实验中常用物理量的测量
§2—1绝缘电阻的测定
绝缘电阻的测定是电机电器绝缘检验项目之一，通过绝缘电阻的测定可以检查绝缘是否受潮。有无局部缺陷等。为了确保电机安全运行，其绕组对机壳间及绕组相互间的绝缘电阻必须符合一定的要求。因此在型式试验、检查试验和正常运行中，要对绝缘电阻进行测定。
一、绝缘电阻的大小
影响绝缘电阻大小的因素很多，如绝缘材料的质量，受潮程度及温度等等。根据国家标准规定，电机绕组的绝缘电阻在热态时，应不低于下式确定的数值。
(兆欧）
式中:U—电机绕组的额定电压（伏）；
PN—电机的额定功率，直流电机和交流电动机功率单位为千瓦；对交流发电机和同步补偿机单位为千伏安。
由上式可知，500伏以下的低压电机电器，热态时其绝缘电阻不低于0.5兆欧。如果低于这个数值，应分析原因，采取相应措施，以便提高绝缘电阻。否则，强行投入运行，可能会造成人身和设备事故。
二、测量方法
1．绝缘电阻用兆欧表测定，所用兆欧表的规格，根据被测电机的额定电压按表2-1选用。
电机额定电压 | 兆欧表规格 |
500伏以下 | 500伏 |
500～3000伏 | 1000伏 |
3000伏以上 | 2500伏 |
表2-1
2．测量绝缘电阻时。如果交流电机的各相绕组或直 流电机的各种绕组分别有出线端引出，则应分别测量各绕组对机壳及各绕组相互间的绝缘电阻。若各绕组已在电机内部联接起来，允许仅测量所有相连绕组对机壳的绝缘电阻。
3．常用的手摇兆欧表，表内有一手摇发电机，发电机发出的电压与速度有关，因此，为了维护施加在被测设备上的电压一定，测量时应以兆欧表规定的转速均匀地摇动兆欧表，待指针稳定后方可读数。
§ 2-2 绕组直流电阻的测量
在电机试验中，有时需要测定绕组的直流电阻，用以校核设计值，计算效率、调整率以及确定绕组的温升等。绕组的电阻大小是随温度变化的，为此，需要测定各种绕组在实际冷状态下的直流电阻及相应的温度，以便将该电阻换算至基准工作温度时数值。
一、绕组在实际冷状态下温度的测定
1．用温度计测量电机绕组端部或铁芯或轴伸的表面温度，若此温度与周围空气温度相差不大于±3C，则上述温度计所量得的温度即为绕组在实际冷状态下的温度。
2．在测量绕组直流电阻以前，如果已将电机在空气中静置下列时间：额定功率在10千瓦以下的电机不少于8小时，100千瓦至1000千瓦的电机不少于16小时，此时周围空气的温度即可作为电机绕组的温度。
二、测量方法
1．电桥法
采用电桥测量电阻，究竟选用单臂电桥还是双臂电桥，取决于被测绕组电阻大小和精度要求。测量小于1欧的电阻，必须采用双臂电桥，因为单臂电桥量得的数值中，包括了连接线的电阻和接线成柱的接触电阻，给低电阻的测量带来较大的温差。
用电桥测电阻时，应先将刻度盘旋转到电桥大致平衡的位置，然后按下电池按钮，接通电源，待电桥中的电流达到稳定后，方可按下检流计。测量完毕后，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。
电桥法测定绕组准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。
2．电流表和电压表法
用电流表和电压表测量电阻时，应采用电池或其他电压稳定的直流电源为测量用电源。被测电阻应与变阻器和电流表串联，根据电阻大小选用如图2-1(a)、（b）所示中的一种。
图2—1 电流表和电压表法测直流电阻
测量时被测绕组中的电流值不应大于绕组额定电流的25％，同时应尽快同时读数，以免因绕组发热影响测量的准确度。
测量小电阻，按图2-1(a)接线，考虑电压表（内阻为Yv的分路电流，被测绕组的直流电阻为
若不考虑电压表分路电流
，计算值比实际电阻值偏小，电阻越小，分路电流越小，误差则越小，故此种接线适用于测量小电阻。
测量大电阻按图2-1（b）接线，考虑电流表内阻y1上的电压降，被测绕组的直流电阻为
若不考虑电流表内阻的压降，计算值中包括有电流表内阻，故此实际值偏大，绕组电阻越大，电流表内阻越小，误差越小，故此种接线适于测量大电阻。
相应于不同电流值测量三次，取三次测量的平均值作为绕组直流电阻。
计算绕组铜耗时，应采用相电阻的平均值，如果三相绕组在电机内部接成Y形，则相电阻按下式确定
如果三相绕组在电机内部接成Δ形，则相电阻按下式确定
式中：
—在出线端测得三个电阻值的算术平均值。
三、将实际冷状态电阻换算到基准工作温度下的电阻
测得的冷态直流电阻按下式换算到基准工作温度时电阻
（欧）
式中:
—基准工作温度A、E、B级绝缘为75℃,F、H级绝缘为115℃；
θ—绕组实际冷态温度℃；
—绕组实际冷态电阻（欧）；
K—常数，铜=235，铝K=228.
§ 2-3 温度的测量
电机中绝缘材料的寿命与运行时的温度密切相关，为了保证电机安全，正常地运行，需要监视与测量电机绕组及其他各部分的温度。测量温度的方法有三种：温度计法，电阻法和埋置检温计法。
一、温度计法
本方法所用的温度计是指膨胀式温度计（例如水银、酒精温度计等），半导体温度计以及非埋置的热电偶或电阻温度计。本方法简单可靠，电机中不能用电阻法测量温度的部位：如定于铁芯、轴承及冷却介质等，可用温度计来测量。
测量方法：将温度计贴附在电机可接触的表面，以测出接触点表面的温度。为了减少误差，从被测点到温度计的热传导应尽可能良好，测量点与温度计的球部应用绝缘材料覆盖好，应当注意，在电机存在变化磁场的部位，如定子铁芯不应采用水银温度计，而应采用酒精温度计，以免影响测量结果的准确性。
二、电阻法
温度改变，绕组的直流电阻亦会改变，根据这个原理，利用电阻法来测量绕组的温度，应尽可能在电机运行时测量绕组的热态电阻，在设备条件许可时可采用高压或低压带电测温装置，利用该装置测得电机绕组冷态电阻y，及热态电阻γ。
绕组对于冷却介质的平均温升，可按下列公式计算：
式中:
—试验结束时绕组的热态电阻（欧）；
—试验开始时绕组的冷态电阻（欧）；
θf—试验结束时冷却介质温度C；
θ0—试验开始时的绕组温度℃；
K—常数，对于铜K=235，对于铝K=228.
图2-2 将温度校正到断电瞬间
如果不能采用带电测量装置，而电机各部分的温度不能在停车后15～20秒钟内测出时，则所得的温度应修正到停车（即断电）瞬间。
校正方法如下：在电机切断电源后，立即测量距断电瞬间的时间t（秒）及相应的电阻，按一定时间间隔测取数点，取冷却曲线y=f（t）〔或温度曲线θ=f（t）绘制冷却曲线，建议采用半对数坐标纸（如图2-2)，在横轴（等分坐标）上取时间坐标，在纵轴（半对数坐标）上取电阻或温升坐标，
将冷却曲线延长到与纵轴相交，交点的纵坐标即为断电瞬间绕组的电阻（或温升）。
如果没有半对数坐标纸，则可在等分坐标纸上绘制冷却曲线。
如果在停车以后，电机个别部分的温度先开始上升，然后再下降，则应取所量得温度中的最高数值作为电机停车瞬时的温度。
三、埋置检温计法
在电机制造时，就将电阻温度计或热电偶埋置于电机制造完成后所不能达到的部位（如槽内导体间和铁芯内），此法用于测量绕组或铁芯最热点处的温度，也可用以监视局部温升状况。
§ 2—4 功率的测量
电功率由瓦特表进行测量，交、直流电功率的测量，一般多采用电动式瓦特表。此种瓦特表有一个电压线圈和电流线圈，它们的同名端均标有“。”或“±”号，电压线圈利用串联附加电阻做成多个电压量程，电流线圈也可串、并联接构成两种电流量程，另外，瓦特表上还装有一个改变指针偏转方向的“＋”、“-”极性开关。
一、正确选用瓦特表
选用瓦特表时，要根据被测线路电压高低和电流大小来选择电压量程和电流量程，若被测交流线路的电压（电流）超过瓦特表的最大量程，应配用适当变比的互感器来扩大量程，使线路中电流和电压均在瓦特表的量程范围内。同时还要考虑被测电路的功率因数高低，选用普通的瓦特表（额定功率因数cosφ=1，在表面上没有标出）或是低功率因数瓦特表（如cosφN=2或0.1).瓦特表的功率常数CN由下式求得CW=UNINcosφN/aN(瓦/格)
式中:UN—电压量程（伏）
IN—电流量程（安）
aN-瓦特表的满刻度格数
由上式可见瓦特表每格所代表的瓦特数与cosφN、UN、IN有关，所以应根据负载电压、电流大小及种类，来选择量程大小；选用cosφN=1或cosφN=2的瓦特表，以提高测量精度。
二、正确接线
1．瓦特表的电流线圈与被测负载串联，一端接至电源，另一端接负载端。
2．瓦特表的电压线圈并接在负载两端，它的同名端与电流线圈的同名端接在一起，它的另一端接到负载的另一端。
（a） (b)
图2-3 单相瓦特表的接线方法
图2-3a）与b）所示的两种接线方法都是符合以上规则的，都是正确的，按该图接线，如果极性开关指“＋”，瓦特表指针作正向偏转，则功率由电源输向负载；反之，指针反向偏转，表示功率反向输送，此时，可将极性开关按向“一”或者将电流线圈端头调换一下，但决不能将电压线圈互换如图2-4 所示。这里因为电压线圈的附加电阻R。是串在同名端，测试电压的大部分降落在该电阻上，使得电压线圈与电流线圈之间的电位差接近测试的全电压，有可能使线圈间的绝缘被击穿，还会引起测量误差。
图2-3a）所示联接法被广泛采用。瓦特表的读数中除包括负载功率外，还有消耗在电流线圈中的功率，当负载电压高，电流较小时，这项损耗很小，可以忽略。
图2-3b）所示联接适用于低电压大电流负载的功率测量，瓦特表的读数中除包括负载功率外，还有消耗在电压线圈及其串联电阻R.中的功率。
图 2-4 瓦特表的错误接法
三、三相有功功率的测量
三相功率的测量，可以采用一瓦特表法和两瓦特表法。
一瓦特表法：三相对称电路只用一个单相瓦特表测量任意一相的功率，三相功率等于一瓦特表读数的3倍。
二瓦特表法：需用两个单相瓦特表或用一个三相瓦特表（它相当于两个单相瓦特表的组合），适用于三相功率任意分布电路（除三相四线制外）。三相总功率等于两瓦特表读数的代数和。
用两瓦特表测量三相功率的接线图和相应的矢量图如图2-5a）和b）所示。
图2-5 三相功率表的接线图和相应矢量图
在三相电压，电流对称的情况下，两瓦特表的读数分别为
三相功率为
由上式可见，两瓦特表读数的大小和正负都随被测功率的性质（cosφ）而变。归纳起来，有如下几种情况：
因此，用两瓦特表测三相功率时应注意下几点：
1）接线要正确，两个瓦特表的同名端的接法要一致，否则，将不便于正确判断读数的正负。
2）记录两瓦特表的读数时，必须同时记清楚瓦特表读数的十、一极性，取其代数和为三相功率。
四、三相无功的测量
三相对称电路可以利用瓦特表测量无功功率，方法有两种。
1．一瓦特表法：在三相对称电路中，可用一个单相瓦特表按图2-6接成来测量三相无功功率，由图2-5b）上的矢量图可见IB和UCB间的相位差为90°-φ，因此瓦特表的读数为：
图2-6 一瓦特表测三相无功功率的接线图
在三相对称电路中，三相无功功率为
。因此，将图2-6中瓦特表的读数乘以
，即得到三相无功功率Q。
2．两瓦特表法：在对称三相电路中，根据三相有功功率的两瓦特表的读数，可按下式求得三相无功率：
§ 2—5 转速和转差率的测量
转速是各类电机运行中的一个重要物理量。对异步电机的转速也可用转差表示。如何较准确的测量电机转速或转差率，颇为重要。随着科学技术的发展，特别是电子工业的发展，转速的测量方法与精度不断得到改进与提高。下面介绍几种常用的测量方法：
一、转差率的测定
（一）日光灯法：
交流电机的转差率可以用日光灯法测定。日光灯是一种闪光灯，当接于50周波电源时，灯光实际上每秒钟闪亮100次，人的视觉暂留时间约为
秒左右，故用肉眼观察时日光灯是一直发亮的，我们就是利用日光灯的这个特性来测量电机的转差率。测量的方法是在轴端画上标记图案，如图2-7所示。当极数2P=2时，同步转速为nc=3000转分，画两个黑色扇形。如图
图 2-7 轴端标记图案
2-7a）所示，如果转子是以同步转速旋转，即nc=3000转／=50转／秒，即s=0，日光灯照在此图案上，由于日光灯每秒闪亮100次，电机每转过半圈日光灯闪亮一次，当日光灯第一次闪亮时黑色扇形部分a在上面，黑色扇形部分b在下面，在第二次日光灯闪亮时电机转过半圈，则图案
a在下面，而图案b在上面，此时a、b位置虽已交换，然而每次灯闪亮时黑色扇形图案仍处于同一位置，肉眼看到的图案就好象静止不动。同理，当2P=4时，同步转速nc=1500转／=25转／秒，转子以同步速旋转，日光灯每闪亮一次，电机转过
圈，故图案需换成四个黑色扇形部分，如图2-7b）所示。电机极数越多，同步转速就越低，则黑色扇形部分也相应增加，如图2-7c) 所示。这种方法用于测同步转速最为合适，只要选择与极数相应的图案贴于轴端，用日光灯照射后，调到图案不动时即为同步转速（即s=0）
日光灯还能测量较小的转差率，其原理是当转速低于同步速时，如第一次灯闪亮时图2-7a）中黑色扇形在垂直位置，而第二次闪亮时转轴转动不到半圈，因而，此瞬间两个黑色扇形逆电机旋转方向落后α角度，灯每闪亮一次图案后移a角，因而用肉眼观察到的现象是图案逆电机转向缓慢转动，用秒表测定每分钟转过的圈数，此每分钟转过的圈数即为电机的转差Δn。若图案顺电机转向转动，则转速大于同步转速。电机的转差率
图案顺转向转动则Δn取负号，逆转向转动 取正号。为了节省时间，可减少计圈数时间，如计数时间为t秒，则
转／分.
。式中N为t秒内图案转过的圈数。
以上方法适用于大中型容量异步电机，因为这时转差Δn较小。而小容量异步电机Δn较大，计圈数有一定困难，有时为了便于计数，可设法将图案中黑色扇形部分减少一半，简便方法可采用日光灯线路内串入整流二极管和接入绕线电阻R，此电阻值的选择以整流后电流仍不超过日光灯正常工作电流为原则，如图2-8所示，当日光灯发亮后，在需要测速时，将开关打开，使串入整流器，这样日光灯负半波电压被切除，日光灯每秒闪亮50次，故当2p=2时，图案上只要有一个黑色扇形图案即可，如图2-9a)所示；当2P=4时只要两个黑色扇形，如图2-96）所示，余此类推。
图 2-8 二极管整流后日光灯线路图 图 2—9日光灯半波流后轴端标记
a）2P=2 b）2P=4
（二）转子频率法
此法是通过直接测出转子电流频率，以此求出电机的转差率，故仅适用于绕线式异步电机。方法是在转子回路内任一相串人一个零位在中间的磁电式安培计，其量程应稍大于转子电流额定值，当电机正常运转时，转子电流频率很低，一般约 5周／秒，故可用秒表测得在t 秒内电流表摆动的次数N，则转子频率为
，而转差率
。
二、转速的测定
（一）离心式转速表测转速
它是利用离心原理制成的测速仪表，可以直接读出转数，使用时将转速表的端头插入电机转轴的中心孔内，当指针稳定后即能转速读出。使用转速表时，要注意下列事项：
1．选择合适的量程，量程的最大读数应稍大于电机的最高转速，量程选择太大，则读数刻度太小，影响读数的准确度，量程选择太小则读数将超出量程并容易损坏仪表。在使用过程中不允许改变
量程，以免将齿轮打坏，如需改变量程时，必须将转速表取出停转后再更改。
2．转速表插入中心孔前，应注意清除中心孔中的油污，转速表测速时应保持它的轴与电机轴同心，不可上下左右偏斜，否则易将表轴扭坏，并影响读数的准确性。
3．转速表应间歇使用，以减少齿轮磨损与发热。
4．用转速表测转速增加了电机的阻力转矩，故对微电机不适用。
（二）闪光测速仪测转速
日光灯测转速，虽然设备简单，使用方便，但由于只能测较小的转差，故有一定的局限性。为了能使用在较广的转速范围内，制成了闪光测速仪，它具有可调脉冲频率的专用电源，施加于闪光灯上，将它的灯光照于电机转动部分，如电机轴上的键或轴伸端预先算好的标记上，当调整脉冲频率使此标记静止不动时，从刻盘度或数码表上可直接读出此时电机的转速（一般数码表读数精确度较高）。
使用该仪器应注意以下两点：其一是，当电机的转速比电源脉冲频率f正好大整数k倍时，则n=60kf即电机转k圈后灯才闪亮一次，用肉眼观察到的标记也静止不动，这是一种虚假现象，故在使用时电源频率应从低往高调节，以第一次出现标记不动为准。其二是，当电源脉冲频率比电机转速大整数k倍时，即
，这时电机转动一圈灯闪亮k次，由于每次均照于同一位置，故用肉眼观察到的是沿圆周出现k个标记，这时应将电源频率调低，直到出现一个标记为止，如电机转速过低，电源频率无法再往下调时，则可将出现k个标记的转速读下，然后除以出现的标记数k，则得电机的实际转速。
（三）测速发电机测量转速
此法是在被试电机轴端连接一测速发电机，通常最好采用永磁式测速发电机，由于测速发电机
，式中C。为常数，故在磁通量一定时，感应电势将与转速成正比，可将测速发电机输出电压接入直流电压表，电压表刻度换算到以转速为单位后，即可直接读出转数。
（四）数字测速仪测转速
随着电子技术的发展，已经制造出精度较高的晶体管数字测速仪，这种仪器是通过适当的传感器，将转速信号转变为电信号，以测量转速，这种仪器是采用两种方法，即测频法（测出转速信号的频率得知转速）和测周法（测出转速信号的周期得知转速）进行测量。下面以测频法测速为例介绍其原理如图2-10所示。
图2-10 测频法工作原理图
频率是单位时间内电信号变化的周波数，在测量频率的过程中，实质上就是标准时间内如实地记录电信号变化的周波数。由图2-10可知，转速传感器，将转速信号转变成电脉冲信号，由输入端送入放大整形器，经过放大整形送至计数门输人端。同时为了测量频率，除输入转速信号（周波数）外，还必须有一个标准时间，它是由石英晶体振荡器产生，并经过多级分频器分频得到的，例如JSNS-2型，共分为0.1s、1s、2s、3s、6s、10s、20s、30s、60s 共9个标准时间基准信号（“s”代表秒），这一部分在图2-10中，以石英晶体振荡器及时基分频器两个方框表示。由石英晶体振荡器及时基分频器产生的“时基”信号脉冲经过测量时间选择开关加人控制器,得到相应的控制指令,用以控制计数门的开闭,使被转速脉冲在选定的“测量时间”内进入计数器,进行计数和显示,完成一次测量后,控制器发出复原信号,使分频器复“9”,使计数器复“0”,接着进行下一次测量。
在计数门开启时间:(所选定的“测量时间”)内通过计数门的速度脉冲个数N由数码管显
示,该电信号的频率则为F=N/t(周波数/秒)。
设电机每转过一转,传感器产生的电信号的周波数为B,则电机的转速为
（转/分）
为了使测频法测速时数码管显示数N即为电机转速,应取测量时间
当Bt=60时,测速仪显示的读数N即为t秒内电机的平均转速(转/分),B越大,测量时间就可选得越短,所测转速越接近瞬时转速。
转速传感器有光电式、磁电式等多种型式。图2-11是一种光电式传感器的结构示意图,由图可见其结构很简单,仅由光源(聚光泡)、光栅圆盘和光电三极管组成。光栅圆盘装在被测电机的转轴上,沿着它的圆周均匀分布一定数量的小孔。电机旋转时，光线时而穿过光栅圆盘上的小孔,照射到光电管上，时而被圆盘遮住,随着被光照射与否,光电管产生相应变化的电信号,光栅圆盘每转过一个孔,电信号变化一周,故电机转过一转,电信号变化的周波数B和光栅圆盘上的孔数相等。
图 2-11 光电传感器结构示意图
根据测量方法(如测频法、测周法)不同,选取不同的光栅孔数,例如在测频法中,为了使测速仪显示的读数N即为:秒时间内电机的平均转速(转/分),光栅圆盘上的孔数应满足下式关系。
Bt=60
即孔数与“测量时间”之乘积等于 60。
§ 2-6 转矩的测量
在电机实验中,常需直接测定电机的起动转矩,负载转矩以及最大,最小转矩等等。用来直接测定电机转矩的仪器和设备很多，例如,弹簧秤或磅秤,电动测功机,分析过的直流电机,M-S曲线测量仪以及转矩--转速数字测量仪,等等现将常用的转矩测量方法介绍如下。
一、弹簧秤或磅秤
它用以测量电机的起动转矩。弹簧秤测量装置如图2-12所示。其中:1为联轴器;2为刹车皮带;3为硬木块;4为螺母或手轮;5为水平仪;6为安全架;7为磅秤;8为秤;9为蝴蝶螺帽;10为调节丝杆。
图 2-12 测起动转矩用的磅秤装置
测量前,先测弹簧秤的臂重。测法如下:旋松螺帽9,使刹车皮带与联轴器脱离接触,在硬木块与联轴器之间置一刀形物体,同时调节丝杆10的上、下位置,使秤臂8水平,此时弹簧秤的读数即为臂重F。
实验测量时,若弹簧秤读数为F’,则电机轴上实际的扭力为,因此轴上转矩为
M=Fl=( F)(公斤米)
式中:l—臂长，米。
二、电动测功机
从电的方向讲,电动测功机即是一台普通的直流或交流电机。所不同者在于它不但转子可以转动,并且定子也可以在特制的支架轴承中转动。
图2-13所示的普通直流测功机示意图,图中:1为直流电机;2为定子轴承支架;3为重锤;装在电机壳底部;4为固定在定子外壳上指针;5为扭力刻度盘。测功机借联轴器与被试电机联结。运行时测功机的转子仍在原定子端盖轴承中旋转,同时,在电磁力矩作用下,使测功机的定子支架轴承中转动某个角度,此时重锤产生的反力矩与轴上的扭力矩平衡。指针随定子偏转后指示的公斤数乘以力臂(即定子外圆半径)即得轴上转矩。
图 2-13 一种直流侧功机示意图
2.工作原理
电动测功机可以作为发电机运行,也可作为电动机运行当作发电机运行时,其电枢可接到电阻负载(如灯柜)上,也可以与直流电源并联,向直流电网输送功率。此时测功机由被试图2-13一种直流测功机 示意图电动机借联轴器拖动,以测定被试电动机的输出转矩和功率。当作电动机运行时,测功机由直流电源供电,借联轴器拖动被试发电机,以测定被试发电机的输人转矩或功率。
无论测功机运行于哪种状态,只要它的电枢转动,其定子就受到力的作用,驱使定子或者顺电枢旋转方向转动某一角度(当测功机作为发电机运行时),或者反电枢旋转方向转动某一角度(当测功机作为电动机运行时)。这个作用力将由磅秤测出。
测量时,磅秤的读数需要加以校正,才能求得轴上真正的转矩。校正的方法如下:将测功机当作电动机的在空载下起动,这时轴上输出转矩等于零,然而定子受到力的作用而偏转一很小的角度,在磅秤上得到相应的读数F。,由此得到校正转矩=L(公斤·米)式中为磅秤的力臂,由铭牌给出,校正转矩M。反映了测功机的总风耗及轴上附加机械(联轴器、测速装置等)损耗,其大小与转速的高低和电枢旋转方向有关,应根据需要事先测出。
当测功机作为电动机运行时,联轴器上的转矩(即被试发电机的输人转矩)为:
= FI-
测功机作为发电机运行时,联轴器上的转矩(即被试电动机的输出转矩)为
=FI+
测知联轴器上的转矩和相应的转速后,可按下式确定相应的功率:
P=1.026M·n
式中M的单位为（公斤·米），n的单位为（转／分）。
〔用法举例〕
试用电动测功机测定三相异步电动机的转矩--转速特性，并借以说明测功机作为发电机运行其负载方式对测量结果的影响。
测定时，测功机由被试三相异步电动机拖动，并采用带电阻负载（如灯柜）和与直流电源并联的两种负载方式。
（1） 在测功机作为发电机，以电阻R为负载的情况下进行测定。
图2-14 用测功机测取异步电机M=f(s)曲线的负载方式之一
实验机组的接线如图所示，这时测功机的制动转矩为：
当测功机的激磁电流及负载电阻R均不改变时
和
由此可得
由上式可见，在电刷接触电阻为常数的条件下，当测功机以电阻为负载时，在每一磁通数值下（在电枢反应的作用可以忽略的情况下），测功机的转矩-转速曲线是经过坐标原点的直线（如图2-14b）中实线所示），且当激磁电流愈小和电阻R愈大时，该直线的斜率愈小。改变激磁电流或负载电阻R的大小，可得一组过坐标原点的直线
图2-14（b）上的虚线，为待测的三相异步电动机的M—n特性，它与直线组的交点，表示在相应的转速下，电动机的转矩与测功机的转矩达到平衡。如果实验是从转速（开始），则可测点为1,2,3,4,5,6,7,8各点，因为在这些点上测功机能稳定地运转，如果实验从空载开始测定，则可测8,7,6,5，4，3， 2,1，各点。两种情况下均不能得到点4与点5之间的点。即测功机带电阻负载时，不能测得完整的异步电动机的特性曲线。
（2）在测功机作为发电机与电源并联运行的情况下进行测定接线如图所示。此时测功机的制动转矩为；
而电流
式中： F-测功机的电势
-电源电压
电枢电路的总电阻（包括电刷接触电阻在内）
不改变激磁，则 和可相应地表示为
和
由此
测功机的转矩
为与横坐标相交于的倾斜直线，斜率与 成正比。（图2—15.b）
图2-15 用测功机测异步电机M=f(s)曲线的负载方式之一
在这种情况下，因测功机由被试异步电动机拖动，故其曲线上所有各点，1,2,3，4,5都可测得。
最后应指出：按照国家标准规定，采用测功机直接测定电机的转矩或功率时，被试电机的功率应不小于测功机在相应转速下的功率的1／3。
三、分析过的直流电机
分析过的直流电机，是指不同转速下电枢电流I与轴上转矩M的关系曲线已由试验测定出的直流电机。根据需要，既可运行于发电机状态，也可运行于电动机状态。如当被测电机为三相异步电动机时，分析过的直流电机就作为他励发电机运行，以直接测定异步电动机的输出转矩和功率。
分析过的直流电机，应预先作为发电机或电动机进行校正。校正的方法是：采用他励方式，待剩磁稳定后保持励磁电流不变，测取所需各种转速下的电枢电流I与轴上转矩M的校正曲线，如图2-16所示。
最好采用测功机校正直流电机。
应用分析过的直流电机来测定转矩和功率时，应将它与被试电机以联轴器直接联结（不能采用其他形式的传动方式，如皮带传动等），采用他励并保持与校正时同样的励磁电流不变，读取转速和分析过的直流电机的电枢电流值，即可由图2-16所示的校正曲线查出相应的轴出上转矩。
图2-16 分析过的直流电机的校正曲线
采用分析过的直流电机直接测定电机的转矩或功率时，被试电机的功率应不小于分析过的直流电机相应转速下的功率的1／3。
四、转矩-转速特性曲线测量仪
1．原理
在一般的电机中，GD3是一个常量，因而电动机空载起动时，电机产生的转矩，除用于克服摩擦转矩（包括机械和风摩耗）外，全部用于加速，在这种情况下，可用下列方程表示：
式中电动机本身产生的全部转矩；
—电动机的空载转矩；
N—电动机的转速；
电动机的加速度。
在的情况下，可略去一项，上式可简化为：
由此可见，电机的加速度正比于电机的转矩，因此，只要将电动机的转速对时间微分，即可得正比于转矩的数值。根据这一原理将正比于速度的电压信号及其微分后的信号分别送入慢扫描示波器的X、Y轴，即可测取曲线，其原理方框图如图2-17所示。
图 2—17 M-S曲线的测量仪原理方框图
2．试验方法
（1）估计被试电机的起动过程时间T，选择阻容参数并按仪器说明书选择转速变送器，装接在电机轴头上。
（2）在仪器接线完毕后，正式测试前，首先试开电机，调整显示元件的放大旋钮，使图形饱满，便于观察或拍摄记录。然后将电机不转时显示元件上的辉点调到中心或左右角。
（3）显示元件上横轴为转速，纵轴为转矩，横轴可在S≈0时用内频法定标；纵轴可用短路试验中的时的转矩定标。
图 2-18 测得的M-S曲线
（4）在由至n 的起动过程或由一 至的反转过程中测得起动及反转时的曲线之后，立即将电机从处开断电源，让电机自由停车（惰转），则可测得机械耗
和风摩耗转矩-转速曲线，如图2-18所示。
（5）在起动过程中，电机的端电压如有变化，必须进行电压修正。因此，要测取起动过程中电压的变化曲线，为此，在电机的出线端头上接分压器，取出电压信号输送至显示元件纵轴（横轴仍以轴的转速信号输入）。这时纵轴由处的电压定标，即得到如图2-19所示之电压变化曲线，并按下式对转矩作电压修正：
图2-19 电压的矫正曲线
式中修正后的转矩；
—测出的转矩；
—测定点的电压；
预定的给定电压。
3．注意事项
（1）必须根据电机的起动情况，按说明书选取适当的参数。微分参数对测量有很大影响。微分时间常数太小波动大，将使处的转矩值不能很好的测出。在这种情况下，就要用反转法、延伸法补偿。在一般情况下，微分时间常数愈小，则测量精度愈高，因而在纹波和波形幅度符合要求的条件下，尽量采用小的微分参数。
（2）记录仪器对起动时间的最小值有一定要求，因此在起动时间过短时，可在电机上加飞轮，以利于测量，或作降压曲线，在加飞轮时，要求校准动平衡，如电机振动，偏摆大，将产生不均匀加速，使曲线纹波变大。
（3）在使用光电变换器作为测速元件时，测速盘要和电机的轴同心，否则要产生纹波，使用测速发电机作为测速元件时，要使测速发电机的轴和被测电机轴同心。
（4）为使测量精度提高，显示的图形线要细，干扰纹波要小。
（5）测试的综合误差，应不大于±5％。
