实验五　三相鼠笼式异步电动机

一、实验目的

　　1. 熟悉三相鼠笼式异步电动机的结构和额定值。

    2. 掌握三相鼠笼式异步电动机的起动和反转方法。

　　3. 学习三相异步电动机定子绕组首、末端的判别方法。

  

二、原理说明

　　1. 三相鼠笼式异步电动机的结构

    异步电动机是基于电磁原理把交流电能转换为机械能的一种旋转电机。

    三相鼠笼式异步电动机的基本结构有定子和转子两大部分。

定子主要由定子铁心、三相对称定子绕组

和机座等组成，是电动机的静止部分。三相定

子绕组一般有六根引出线，出线端装在机座外

面的接线盒内，如图32-1所示，根据三相电源

电压的不同，三相定子绕组可以接成星形(Y)或

三角形(△)，然后与三相交流电源相连。

转子主要由转子铁心、转轴、鼠笼式转子

绕组、风扇等组成，是电动机的旋转部分。小

容量鼠笼式异步电动机的转子绕组大都采用铝

浇铸而成，冷却方式一般都采用扇冷式。                

    2. 三相鼠笼式异步电动机的铭牌                  图  32-1

    三相鼠笼式异步电动机的额定值标记在电动机的铭牌上，如下表所示为本实验装置三相鼠笼式异步电动机铭牌。

    型号  DJ24    电压  380V/220V        接法  Y/△

    功率  180W    电流  1.13A/0.65A      转速  1400转/分

    定额  连续

    其中：

    (1) 功率  额定运行情况下，电动机轴上输出的机械功率。

    (2) 电压  额定运行情况下，定子三相绕组应加的电源线电压值。

    (3) 接法  定子三相绕组接法，当额定电压为380V/220V时，应为Y/△接法。

    (4) 电流  额定运行情况下，当电动机输出额定功率时， 定子电路的线电流值。

    3. 三相鼠笼式异步电动机的检查

    电动机使用前应作必要的检查

    (1) 机械检查

    检查引出线是否齐全、牢靠；转子转动是否灵活、匀称、有否异常声响等。

(2) 电气检查

    定子绕组首、末端的判别

    异步电动机三相定子绕组的六个出线端有三个首端和三相末端。一般，首端标以A、B、C，末端标以X、Y、Z，在接线时如果没有按照首、末端的标记来接，则当电动机起动时磁势和电流就会不平衡，因而引起绕组发热、振动、有噪音，甚至电动机不能起动因过热而烧毁。由于某种原因定子绕组六个出线端标记无法辨认，可以通过实验方法来判别其首、末端（即同名端）。方法如下： 

     用万用电表欧姆挡从六个出线端确定哪一对引出线是属于同一相的，分别找出三相绕组，并标以符号，如A、X；B、Y；C、Z。将其中的任意两相绕组串联，如图28-3所示。

   

将控制屏三相自耦调压器手柄置零位，开启电源总开关，按下启动按钮，接通三相交流电源。调节调压器输出，使在相串联两相绕组出线端施以单相低电压U=80～100V，测出第三相绕组的电压，如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图28-3(a)所示。反之，如测得的电压近似为零，则两相绕组的末端与末端(或首端与首端)相联，如图28-3(b)所示。 用同样方法可测出第三相绕组的首末端。

    4. 三相鼠笼式异步电动机的起动

    鼠笼式异步电动机的直接起动电流可达额定电流的4～7倍，但持续时间很短，不致引起电机过热而烧坏。但对容量较大的电机，过大的起动电流会导致电网电压的下降而影响其他的负载正常运行，通常采用降压起动，最常用的是Y－△换接起动，它可使起动电流减小到直接起动的1/3。其使用的条件是正常运行必须作△接法。

    5. 三相鼠笼式异步电动机的反转

    异步电动机的旋转方向取决于三相电源接入定子绕组时的相序，故只要改变三相电源与定子绕组连接的相序即可使电动机改变旋转方向。

三、实验设备

四、实验内容

    1. 抄录三相鼠笼式异步电动机的铭牌数据，并观察其结构。

    2. 用万用电表判别定子绕组的首、末端。

    3. 鼠笼式异步电动机的直接起动

    (1) 采用380V三相交流电源

    将三相自耦调压器手柄置于输出电压为零位置；控制屏上三相电压表切换开关置“调压输出”侧；根据电动机的容量选择交流电流表合适的量程。

    开启控制屏上三相电源总开关，按启动按钮，此时自耦调压器原绕组端U₁、V₁、W₁得电，调节调压器输出使U、V、W端输出线电压为380V，三只电压表指示应基本平衡。保持自耦调压器手柄位置不变，按停止按钮，自耦调压器断电。

    a. 按图28-4接线，电动机三相定子绕组接成Y接法；供电线电压为380V。

图 32-4 Y接          图 32-5 ?接          图 32-6 反转

    b. 按控制屏上启动按钮，电动机直接起动，观察起动瞬间电流冲击情况及电动机旋转方向，记录起动电流。当起动运行稳定后，将电流表量程切换至较小量程档位上，记录空载电流。

    c. 电动机稳定运行后，突然拆出U、V、W中的任一相电源（注意小心操作，以免触电），观测电动机作缺相运行时电流表的读数并记录之。再仔细倾听电机的运行声音有何变化。(可由指导教师作示范操作)

    d. 电动机起动之前先断开U、V、W中的任一相，作缺相起动，观测电流表读数，记录之，观察电动机有否起动，再仔细倾听电动机有否发出异常的声响。

    e. 实验完毕, 按控制屏停止按钮，切断实验线路三相电源。

    (2) 采用220V三相交流电源

    调节调压器输出使输出线电压为220V，电动机定子绕组接成△接法。

按图28-5接线，重复(1)中各项内容，记录之。

    4. 异步电动机的反转

    电路如图28-6所示，按控制屏启动按钮，起动电动机，观察起动电流及电动机旋转方向是否反转？

    实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路三相电源。

五、实验注意事项

    1. 本实验系强电实验，接线前(包括改接线路)、实验后都必须断开实验线路的电源，特别改接线路和拆线时必须遵守“先断电，后拆线”的原则。电机在运转时，电压和转速均很高，切勿触碰导电和转动部分，以免发生人身和设备事故。为了确保安全，学生应穿绝缘鞋进入实验室。接线或改接线路必须经指导教师检查后方可进行实验。

    2. 起动电流持续时间很短，且只能在接通电源的瞬间读取电流表指针偏转的最大读数，(因指针偏转的惯性，此读数与实际的起动电流数据略有误差)，如错过这一瞬间，须将电机停车，待停稳后，重新起动读取数据。

    3. 单相(即缺相) 运行时间不能太长， 以免过大的电流导致电机的损坏。

六、预习思考题

    1. 如何判断异步电动机的六个引出线，如何连接成Y形或△形，又根据什么来确定该电动机作Y接或△接？

    2. 缺相是三相电动机运行中的一大故障，在起动或运转时发生缺相，会出现什么现象？有何后果？

  

七、实验报告

    1. 总结对三相鼠笼机绝缘性能检查的结果， 判断该电机是否完好可用？

    2. 对三相鼠笼机的起动、反转及各种故障情况进行分析。

第二篇：实验五 三相鼠笼异步电动机的工作特性研究

实验五    三相鼠笼异步电动机的工作特性研究

一．实验目的       1．掌握三相异步电机的空载和负载实验的方法。

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首末端及主要参数。

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。    4．异步电动机的额定值。

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．负载实验。

四．实验设备及仪器   1．实验台主控制屏；  2．电机导轨及直流发电机M01；

3．交流电压表、电流表、功率、功率因数表（NMCL-001）；

4．直流电压、毫安、安培表（NMCL-001）；

5．直流电机仪表、电源（NMEL-18）（位于实验台主控制屏的下部）；

6．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）；

7．旋转指示灯及开关板（NMEL-05C）；

8．电机起动箱（NMEL-09）；

9．三相鼠笼式异步电动机M04。

五．实验内容     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，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。     图5-1  三相交流绕组电阻的测定

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。本实验采用伏安法测量，测量线路如图5-1。                      

S₁，S₂:双刀双掷和单刀双掷开关；  R:四只900Ω电阻相串联，总电阻为3600Ω；

A、V:直流毫安表和直流电压表；

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%，即约为50mA，因而直流毫安表的量程采用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”按钮开关和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(约80V左右，保证转子不动)及可调电阻R，使试验电机电流不超过电机额定电流的50mA (约10%I_N)，以防止因试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5-1中。

表5-1                                             室温          ⁰C

注意事项：(a)在测量时，电动机的转子须静止不动。 (b)测量通电时间不应超过1分钟。

2．判定定子绕组的首末端    将其中的任意二相绕组串联，如图5-2所示。

图5-2 三相交流绕组首末端的测定

将调压器调压旋钮退至零位，合上绿色“闭合”按钮开关，接通交流电源，调节交流电源，在绕组端施以单相低电压U₁=80~100V，注意电流不要超过额定值，测出第三相绕组的电压，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图5-2(a)所示；反之，如测得电压近似为零，则二相绕组的末端与末端（或首端与首端）相连，如图5-2(b)所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。

3．空载实验     测量电路如图5-3所示。电机绕组接成△接法（U_N=220伏）。

图5-3 三相笼型异步电动机空载实验接线图

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。（如电机转向不符合要求，则任意换两相电源）。）

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试验。

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。(额定电压点必须测)

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5-2中。

4．负载实验    实验接线见图5-4。其中直流电机采用M01；R采用NMEL-03的电阻串并联（两个900W串联加上两个900W并联），阻值最大为2250W；R_f为NMEL-09的3000W电阻；A₂为直流电流表，mA为直流毫安表，A₁为交流电流表。

图5-4 三相笼型异步电动机负载实验接线图

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

b．合上直流电机励磁电源，调节励磁电阻R_f，使励磁电流I_f=130mA，并合上负载开关S，调节负载电阻R，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（增加负载电阻值为减少负载，断开时为空载），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5-3中。注意，实验过程中应保持I_f=130mA。

注意：调节负载电阻时，须注意观察直流电流表的读数，当电流小于0.41A时，调节串联电阻，当电流大于0.41A时，需调节并联电阻，同时为了避免烧毁串联电阻的熔断器，应该用导线短路串联电阻。

表5-3                                  U_N=220伏（△）

其中I_L为直流发电机电流，T₂为对应I_L的转矩，I₁为异步电动机定子电流。

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75⁰C；

θ_c——实际冷态时定子绕组的温度，⁰C。

2．作空载特性曲线：I₀、P₀、cosj₀=f(U₀)；并根据空载特性求取电动机在额定电压点的铁耗、励磁电阻、励磁电抗及机械损耗。

3．由负载试验数据计算工作特性，填入表5-4中。

     表5-4                                  U1 = 220V（△）     I_f =    A

4.作工作特性曲线P₁、I₁、n、η、s、cosj₁=f(P₂)

5.问题：实验内容2“判定定子绕组的首末端”的原理是什么？