实验四    三相笼型异步电动机的工作特性（选做）

一．实验目的

1．掌握三相异步电机的空载、堵转和负载实验的方法。

2．用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。

3．测定三相笼型异步电动机的参数。

二．预习要点

1．异步电动机的工作特性指哪些特性？

2．异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的特理意义是什么？

3．工作特性和参数的测定方法。

三．实验项目

1．测量定子绕组的冷态电阻。

2．判定定子绕组的首未端。

3．空载实验。

4．短路实验。

5．负载实验。

四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测功机、矩矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。

3．交流功率、功率因数表。

4．直流电压、毫安、安培表。

5．三相可调电阻器900Ω（MEL-03）。

6．波形测试及开关板（MEL-05）。

7．三相鼠笼式异步电动机M04。

五．实验方法及步骤

1．测量定子绕组的冷态直流电阻。

准备：将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁芯的温度。当所测温度与冷动介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。

（1）伏安法

按线路图3-1接线。

图3-1 三相交流绕组电阻的测定

S1，S2：双刀双掷和单刀双掷开关，位于MEL-05。

R：四只900Ω和900Ω电阻相串联（MEL-03）。

A、V：直流毫安表和直流电压表，或采用MEL-06，或在主控制屏上。

量程的选择：测量时，通过的测量电流约为电机额定电流的10%，即为50mA，因而直流毫安表的量程用200mA档。三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆，因而当流过的电流为50mA时三端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档，实验开始前，合上开关S1，断开开关S2，调节电阻R至最大（3600Ω）。

分别合上绿色“闭合”按钮和220V直流可调电源的船形开关，按下复位按钮，调节直流可调电源及可调电阻R，使实验电机电流不超过电机额定电流的10%，以防止因实验电流过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S2读取电压值。读完后，先打开开关S2，再打开开关S1。

调节R使A表分别为50mA，40mA，30mA测取三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻值，记录于表3-1中。

表3-1                                             室温          ℃

注意事项：

（1）在测量时，电动机的转须静止不动。

（2）测量通电时间不应超过1分钟。

（2）电桥法（选做）

用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥能大致平衡的位置，然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮接入检流计。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。记录数据于表3-2中。

电桥法测定绕组直流电阻准确度以灵敏度高，并有直接读数的优点。

表3-2中

2．判定定子绕组的首未端

先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意二相绕组串联，如图3-2所示。

将调压器调压旋钮退至零位，合上绿色“闭合”按钮，接通交流电源，调节交流电源，在绕组端施以单相低电压U=80~100V，注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的未端与首端相联，如图3-2（a）所示；反之，如测得电压近似为零，则二相绕组的未端与未端（或首端与首端）相连，如图3-2（b）所示。用同样方法测出第三相绕组的首未端。”

3．空载实验

测量电路如图3-3所示。电机绕组为△接法（UN=220伏），且电机不同测功机同轴联接，不带测功机。

图3-3 三相笼型异步异步电动机实验接线图

a．起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求。

b．保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行实验。

c．调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。

d．在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7-9组记录于表3-3中。

4．短路实验

测量线路如图3-3。将测功机和三相异步电机同轴联接。

a．将起子插入测功机堵转孔中，使测功机定转子堵住。将三相调压器退至零位。

b．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电流到1.2倍额定电流，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。

a．在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率，共取4-5组数据，填入表3-4中。做完实验后，注意取出测功机堵转孔中的起子。

5．负载实验

选用设备和测量接线同空载实验。实验开始前，MEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。

a．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压，并在实验中保持此额定电压不变。

b．调节测功机“转矩设定”旋钮使之加载，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。

c．从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率，转速、转矩等数据，共读取5-6组数据，记录于表3-5中。

表3-5                                   U_N=220伏（△）

六．实验报告

1．计算基准工作温度时的相电阻

由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻：

式中 r_lef——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Ω；

r_1c———定子绕组的实际冷态相电阻，Ω；

θ_ref——基准工作温度，对于E级绝缘为75^OC；

θ_c——实际冷态时定子绕组的温度，^OC。

2．作空载特性曲线：I₀、P₀、cosj₀=f(U₀)

3．作短路特性曲线：I_K、P_K=f(U_K)

4．由空载、短路实验的数据求异步电机等效电路的参数。

(1)由短路实验数据求短路参数

短路阻抗  

短路电阻  

短路电抗  

式中  UK、IK、PK——由短路特性曲线上查得，相应于IK为额定电流时的相电压、相电流、三相短路功率。

转子电阻的折合值   

定、转子漏抗      

(2)由空载实验数据求激磁回路参数

空载阻抗      

空载电阻      

空载电抗       

式中  U₀、I₀、P₀——相应于U₀为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。

激磁电抗      

激磁电阻    

式中  P_Fe为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。

5．作工作特性曲线P₁、I₁、n、η、S、cosj₁=f(P₂)

由负载实验数据计算工作特性，填入表3-6中。

     表3-6                                  U1 = 220V（△）     If =    A

    计算公式为：              

                                

               

          式中  I₁——定子绕组相电流，A；

                U₁——定子绕组相电压，V；

                S——转差率；

                η——效率。

 6．由损耗分析法求额定负载时的效率

 电动机的损耗有：

    铁耗  P_Fe

    机械损耗  Pmec

    定子铜耗 

    转子铜耗    

    杂散损耗Pad取为额定负载时输入功率的0.5％。

    式中  Pem——电磁功率，W；

              Pem = P1 -Pcul - P_Fe

    铁耗和机械损耗之和为：

              P0′= P_Fe + Pmec = PO- 3Ir1

    为了分离铁耗和机械损耗，作曲线，如图3-4。

    延长曲线的直线部分与纵轴相交于P点，P点的纵座标即为电动机的机械损耗Pmec，过P点作平行于横轴的直线,可得不同电压的铁耗PFe。

电机的总损耗ΣP = P_Fe + P_cul + P_cu2 + P_ad

于是求得额定负载时的效率为：

式中  P₁、S、I₁由工作特性曲线上对应于P₂为额定功率P_N时查得。

七．思考题

1．由空载、短路实验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？

2．从短路实验数据我们可以得出哪些结论？

3．由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差？

第二篇：实验三 三相鼠笼异步电动机的工作特性

实验三  三相鼠笼异步电动机的工作特性

一、实验目的

    1、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。

    2、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。

    3、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。

二、预习要点

  1、异步电动机的工作特性指哪些特性？

    2、异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的物理意义是什么？

    3、工作特性和参数的测定方法。

三、实验项目

    1、空载实验。

    2、短路实验。

    3、负载实验。

四、实验方法

1、实验设备          

    2、屏上挂件排列顺序

     D33、D32、D34-3、D31、D42、D51

    三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。

   

    3、空载实验

    1) 按图3-1接线。电机绕组为Δ接法(U_N=220V)，直接与测速发电机同轴联接，负载电机DJ23不接。

    2) 把交流调压器调至电压最小位置，接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。并使电机旋转方向符合要求( 如转向不符合要求需调整相序时，必须切断电源)。

3) 保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。

 

图3-1 三相鼠笼式异步电动机试验接线图

    4) 调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。

    5) 在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7～9 组记录于表3-1中。

  表3-1

    4、短路实验

    1) 测量接线图同图3-1。用制动工具把三相电机堵住。制动工具可用DD05上的圆盘固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上。

    2) 调压器退至零，合上交流电源， 调节调压器使之逐渐升压至短路电

流到1.2倍额定电流，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。

    3) 在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。

表3-2

    4) 共取数据5～6组记录于表3-2中。

    5、负载实验

    1) 测量接线图同图3-1。同轴联接负载电机。图中R_f用D42上1800Ω阻值，R_L用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。

        2) 合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。

        3) 合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值( 50mA 或100mA)并保持不变。

    4) 调节负载电阻R_L（注：先调节1800Ω电阻，调至零值后用导线短接再调节450Ω电阻），使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。

    5) 从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、直流电机的负载电流I_F等数据。

    6) 共取数据8～9组记录于表3-3中。

表3-3    U_1φ=U_1N=220V（Δ）      I_f=     mA

五、实验报告

    1、作空载特性曲线：I_0L、P₀、cosφ₀=f(U_0L)

    2、作短路特性曲线：I_KL、P_K=f(U_KL)

    3、由空载、短路实验数据求异步电机的等效电路参数。

    4、(1) 由短路实验数据求短路参数

                         短路阻抗：

       短路电阻： 

        

                            短路电抗：       

 

式中                      ，P_K——电动机堵转时的相电压，相电流，三相短路功率（Δ接法）。

    转子电阻的折合值：

                     ≈

    式中r_1C是没有折合到75℃时实际值。

    定、转子漏抗：  

                  

   (2) 由空载试验数据求激磁回路参数

 

        空载阻抗     

        空载电阻

        空载电抗  

     

式中                    ，P₀­——电动机空载时的相电压、相电流、三相空载功率（Δ接法）。

          激磁电抗    

          激磁电阻           

      式中P_Fe为额定电压时的铁耗，由图3-2确定。

图3-2  电机中铁耗和机械耗

   

5、作工作特性曲线P₁、I₁、η、S、cosφ₁=f(P₂)。

    由负载试验数据计算工作特性，填入表3-4中。

表3-4           U₁=220V(Δ)        I_f =      mA

    计算公式为：

 

   式中    ——定子绕组相电流，A；

             ——定子绕组相电压，V；

           S——转差率；

          η——效率。

    6、由损耗分析法求额定负载时的效率

    电动机的损耗有：

            铁    耗：    P_Fe

            机械损耗：    P_mec

            定子铜耗：   

            转子铜耗： 

     杂散损耗P_ad取为额定负载时输入功率的0.5%。

     式中   P_em——电磁功率，W；

 

     铁耗和机械损耗之和为：

 

    为了分离铁耗和机械损耗，作曲线           ，如图3-2。

  

 延长曲线的直线部分与纵轴相交于K点，K点的纵座标即为电动机的机械损耗P_mec，过K点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗P_Fe。

    电机的总损耗

         

    于是求得额定负载时的效率为：

 

式中P₁、S、I₁由工作特性曲线上对应于P₂为额定功率P_N时查得。

六、思考题

    1、由空载、短路实验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？

    2、从短路实验数据我们可以得出哪些结论？

    3、由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差？