上海交大电机学实验+三相异步电动机参数及工作特性.docx
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上海交大电机学实验+三相异步电动机参数及工作特性
上海交大电机学实验+三相异步电动机参数及工作特性
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电机学实验报告
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、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。
三、实验接线图
下图3-1为三相异步电动机参数及工作特性实验的两种接线图，分别对应不同的实验台。
本组所使用的7号实验台有磁粉制动器，所以实验实际所用的为图b的接线方式。
图3-1三相异步电动机接线图
四、实验设备
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．M绕线转子三相异步电动机PN=3kW（R1=2Ω）UN=380VIN=7.1AnN=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8.8/108Ω2/25A；
5．交流电压表500V；
6．交流电流表10A；
7．功率表500V10A；
8．直流电压表400V；
9．直流电流表30A；
10．直流电流表4A；
11．张力控制器；
12．转矩转速显示仪。
五、实验数据
1．三相异步电动机空载实验：
表3-1三相异步电动机空载实验数据
序号
U（V）
I（A）
P（W）
cosφ0
UAB
UBC
UCA
U0
IA
IB
IC
I0
PІ
PІІ
p0
1
414.6
419.9
421.7
418.6
3.912
4.111
3.496
3.840
912
-456
456
L0.17
2
386.8
391.5
393.7
390.7
3.300
3.531
2.922
3.251
709
-306
403
L0.18
3
380.4
385.0
387.6
384.3
3.172
3.461
2.818
3.150
674
-283
391
L0.19
4
375.9
380.1
382.7
379.6
3.096
3.385
2.732
3.071
637
-253
384
L0.20
5
369.5
373.9
376.7
373.4
3.001
3.309
2.716
3.009
602
-227
375
L0.20
6
365.2
369.2
372.3
368.9
2.928
3.210
2.603
2,914
580
-212
368
L0.20
7
287.0
290.2
292.3
289.8
2.079
2.259
1.890
2.076
377
-93
284
L0.28
8
190.4
191.8
192.0
191.4
1.468
1.618
1.313
1.466
204
14
218
L0.50
其中U0=（UAB+UAB+UCA）/3；I0=（IA+IB+IC）/3；p0=pІ+pІІ为三相输入功率。
2．三相异步电动机堵转实验：
表3-2三相异步电动机堵转实验数据温度θ=16℃
序号
U（V）
I（A）
P（W）
cosφk
UAB
UBC
UCA
Uk
IA
IB
IC
Ik
PІ
PІІ
Pk
1
82.95
84.45
84.28
83.89
7.118
7.044
6.959
7.040
550
117
667
L0.67
2
77.56
78.71
78.90
78.39
6.495
6.403
6.363
6.420
472
106
578
L0.68
3
66.71
68.52
68.04
67.76
5.542
5.500
5.353
5.465
346
75
421
L0.67
4
54.91
56.60
55.72
55.74
4.508
4.489
4.335
4.444
232
48
280
L0.67
5
41.88
42.86
42.12
42.29
3.443
3.387
3.287
3.372
134
26
160
L0.67
6
26.06
27.72
27.12
26.97
2.192
2.214
2.030
2.145
55
10
65
L0.66
其中U0=（UAB+UAB+UCA）/3；Ik=（IA+IB+IC）/3；p0=pІ+pІІ为三相输入功率。
3．三相异步电动机负载实验：
表3-3三相异步电动机负载实验数据
序号
I（A）
P（W）
T2
（N·m）
N
（r/min）
IA
IB
IC
I1
PI
PII
P1
1
6.980
7.412
7.049
7.147
2507
1400
3907
21.471
1365.3
2
6.014
6.268
5.954
6.079
2039
1068
3107
16.337
1389.6
3
5.517
5.976
5.439
5.644
1989
880
2869
15.217
1401.0
4
4.258
4.713
4.154
4.375
1374
427
1801
9.1866
1436.1
5
3.516
4.002
3.696
3.738
1090
219
1309
6.1354
1460.7
6
3.157
3.340
2.820
3.106
636
-292
344
0.5082
1492.6
其中I1=（IA+IB+IC）/3；p1=pІ+pІІ为负载时三相输入功率。
六、特性曲线、参数计算及问题分析
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cosφ0=
：
图3-2三相异步电动机空载特性曲线U0=f（I0）
图3-3三相异步电动机空载特性曲线p0=f（U0）
图3-4三相异步电动机空载特性曲线cosφ0=f（U0）
2．根据空载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cosφk=
：
图3-5三相异步电动机堵转特性曲线Uk=f（Ik）
图3-6三相异步电动机堵转特性曲线pk=f（Uk）
图3-7三相异步电动机堵转特性曲线cosφk=f（Uk）
3．根据堵转实验数据计算三相异步电动机的励磁参数Rk、Xk、Zk：
利用表3-2中的数据计算温度为16℃时的励磁参数。
由Ik=IN，读出短路电压Uk=83.89V，pk=667W，利用式子：
Zk=
Rk=
Xk=
计算得：
Zk=
=11.916Ω
Rk=
=4.486Ω
Xk=
=11.039Ω
再将温度为16℃的电阻值折算到基准工作温度75℃时的数值，利用式子：
=
=Rk
计算得：
=5.54Ω
=12.351Ω
4．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：
为了求励磁参数，应分离铁损耗pFe和机械损耗pmec。
如下图3-8所示，利用图中的数据，可计算（其中Z0≈X0，定子漏电抗X1由堵转实验求得，X1≈Xk/2≈5.52Ω）：
Z0=
Rm=
Xm=X0–X1Zm=
图3-8由空载损耗分离铁损耗与机械损耗
首先利用实验数据，作出拟合曲线P0=f（U02），如图3-9所示：
图3-9P0=f（U02）
由图中的数据可知，pmec=149.29W。
当U0=UN时，可近似计算I0=3.071A；pFe=384-149.29=234.71W。
所以带入上式可计算得：
Z0=
=123.6Ω
Rm=
=8.296Ω
Xm=123.6–5.52=118.08Ω
Zm=
=118.371Ω
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：
P2=0.105nT2
cosφ1=
η=
×100%
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
7.147
3907
21.471
1365.3
3078
78.78%
0.8306
6.079
3107
16.337
1389.6
2384
76.73%
0.7765
5.644
2869
15.217
1401.0
2238
78.02%
0.7723
4.375
1801
9.1866
1436.1
1385
76.92%
0.6254
3.738
1309
6.1354
1460.7
941
71.89%
0.5321
3.106
344
0.5082
1492.6
80
23.15%
0.1683
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=f（P2）、T2=f（P2）、n=f（P2）、cosφ1=f（P2）、η=f（P2）：
图3-10三相异步电动机工作特性曲线I1=f（P2）
图3-11三相异步电动机工作特性曲线T2=f（P2）
图3-12三相异步电动机工作特性曲线n=f（P2）
图3-13三相异步电动机工作特性曲线cosφ1=f（P2）
图3-14三相异步电动机工作特性曲线η=f（P2）
七、思考题
1．空载实验为何不宜在过低的电压下运行？
答：
异步电动机启动的时候，启动转矩在只有电压变化的情况下，与电压的平方成正比。
如果电压过低，则启动转矩会很小，转子转速将会在比较长的一段时间内都很小，即转差率s接近1。
由异步电机的等效电路可以看出，启动电流Ist=
比较大，所以长时间通过大电流，会使电机严重发热，烧坏仪器。
2．空载实验中电动机的端电压逐步降低至转速有明显变化时，为何定子电流会回升？
答：
异步电机的输出功率在只有电压变化时，与电压的平方成正比。
电动机的端电压降低，则电动机的输出功率也会降低。
由于机械损耗pmec变化不大，所以转子的功率会迅速降低，转速迅速下降，转差率迅速增加。
随着转差率的增加，转子电流也会增加，定子电流也会发过来增加。
3．堵转实验中电动机定子电流达到额定值时，为什么电动机的电磁转矩并不大？
答：
堵转实验中，转子转速为0，转差率为1，由异步电机的转矩-转差率（T-s）曲线可以看出，所对应的为启动转矩，相对于异步电机的最大电磁转矩比较小。
异步电机取得最大电磁转矩的时候，转差率小于1。
4．定性分析异步电动机效率特性曲线：
答：
异步电机的损耗有铜损、铁损和机械损耗。
当负载变化时，铜损随之变化，与负载电流的平方成正比，但铁损和机械损耗却可以近似认为不变。
所以由效率的计算公式可以看出，当可变的损耗等于不变的损耗时，电动机的效率达到最大值。
八、心得与体会
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