电机实验三相鼠笼异步电动机的工作特性.docx

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电机实验三相鼠笼异步电动机的工作特性

三相鼠笼异步电动机的工作特性

一、实验目的

1、掌握用日光灯法测转差率的方法。

2、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。

3、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。

4、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。

二、预习要点

1、用日光灯法测转差率是利用了日光灯的什么特性？

2、异步电动机的工作特性指哪些特性？

3、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？

4、工作特性和参数的测定方法。

三、实验项目

1、测定电机的转差率。

2、测量定子绕组的冷态电阻。

3、判定定子绕组的首末端.

4、空载实验。

5、短路实验。

6、负载实验。

四、实验方法

1、实验设备

序号

型号

名称

数量

1

DQ03

导轨、测速发电机及转速表

1件

2

DQ19

校正过的直流电机

1件

3

DQ11

三相鼠笼异步电动机

1件

4

DQ43

交流电压表

1件

5

DQ42

交流电流表

1件

6

DQ25-3

单三相智能功率、功率因数表

1件

7

DQ22

直流电压、毫安、安培表

1件

8

DQ27

三相可调电阻器

1件

9

DQ31

波形测试及开关板

1件

2、屏上挂件排列顺序

DQ43、DQ42、DQ25-3、DQ22、DQ27、DQ31

三相鼠笼式异步电机的组件编号为DQ11。

3、用日光灯法测定转差率

日光灯是一种闪光灯，当接到50Hz电源上时，灯光每秒闪亮100次，人的视觉暂留时间约为十分之一秒左右，故用肉眼观察时日光灯是一直发亮的,我们就利用日光灯这一特性来测量电机的转差率。

（1）异步电机选用编号为DQ11的三相鼠笼异步电动机（UN=220V，Δ接法）极数2P=4。

直接与测速发电机同轴联接，在DQ11和测速发电机联轴器上用黑胶布包一圈，再用四张白纸条（宽度约为3毫米），均匀地贴在黑胶布上。

（2）由于电机的同步转速为，而日光灯闪亮为100次/秒，即日光灯闪亮一次，电机转动四分之一圈。

由于电机轴上均匀贴有四张白纸条，故电机以同步转速转动时，肉眼观察图案是静止不动的（这个可以用直流电动机DQ09、DQ19和三相同步电机DQ14来验证）。

（3）开启电源，打开控制屏上日光灯开关，调节调压器升高电动机电压，观察电动机转向，如转向不对应停机调整相序。

转向正确后，升压至220V，使电机起动运转，记录此时电机转速。

（4）因三相异步电机转速总是低于同步转速，故灯光每闪亮一次图案逆电机旋转方向落后一个角度，用肉眼观察图案逆电机旋转方向缓慢移动。

（5）按住控制屏报警记录“复位”键，手松开之后开始观察图案后移的圈数，计数时间可订的短一些（一般取30秒）。

将观察到的数据记录于表4-1中。

（6）停机。

将调压器调至零位，关断电源开关。

表4-1

N（转）

t（秒）

S（转差率）

n（转/分）

转差率

式中t为计数时间，单位为秒。

N为t秒内图案转过的圈数。

f1为电源频率，50Hz。

（7）将计算出的转差率与实际观测到的转速算出的转差率比较。

4、测量定子绕组的冷态直流电阻。

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心的温度。

当所测温度与冷却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

测量线路图为图4-1。

直流电源用主控屏上电枢电源先调到50V。

开关S1、S2选用DQ31挂箱，R用DQ27挂箱上1800Ω可调电阻。

图4-1三相交流绕组电阻测定

量程的选择：

测量时通过的测量电流应小于额定电流的20%，约为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。

三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50Ω，因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V档。

按图4-1接线。

把R调至最大位置，合上开关S1，调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20%，以防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4-2中。

表4-2室温℃

绕组Ⅰ

绕组Ⅱ

绕组Ⅲ

I（mA）

U（V）

R（Ω）

注意事项

<1>在测量时，电动机的转子须静止不动。

<2>测量通电时间不应超过1分钟。

（2）电桥法

用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥大致平衡的位置。

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，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。

数据记录于表4-3中。

电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。

表4-3

绕组Ⅰ

绕组Ⅱ

绕组Ⅲ

R（Ω）

5、判定定子绕组的首末端

图4-2三相交流绕组首末端测定

先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联，如图4-2所示。

将控制屏左侧调压器旋钮调至零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通交流电源。

调节调压旋钮，并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，如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图4-2（a）所示。

反之，如测得电压近似为零，则两相绕组的末端与末端（或首端与首端）相联，如图4-2（b）所示。

用同样方法测出第三相绕组的首末端。

6、空载实验

1）按图4-3接线。

电机绕组为Δ接法（UN=220V），直接与测速发电机同轴联接，负载电机DQ19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4-3三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4-4中。

表4-4

序

号

U0L（V）

I0L（A）

P0（W）

cosφ0

UAB

UBC

UCA

U0L

IA

IB

IC

I0L

PⅠ

P

P0

7、短路实验

1）测量接线图同图4-3。

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4-5

序

号

UKL（V）

IKL（A）

PK（W）

cosφK

UAB

UBC

UCA

UKL

IA

IB

IC

IKL

PⅠ

PⅡ

PK

4）共取数据5～6组记录于表4-5中。

8、负载实验

1）测量接线图同图4-3。

同轴联接负载电机。

图中Rf用DQ27上1800Ω阻值，RL用DQ27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RL（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IF等数据。

6）共取数据8～9组记录于表4-6中。

表4-6U1φ=U1N=220V（Δ）If=mA

序

号

I1L（A）

P1（W）

IF

（A）

T2

（N·m）

n

（r/min）

IA

IB

IC

I1L

PⅠ

PⅡ

P1

五、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ｒ1ref——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Ω；

ｒ1c——定子绕组的实际冷态相电阻，Ω；

θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75℃；

θc——实际冷态时定子绕组的温度，℃；

2、作空载特性曲线：

I0L、P0、cosφ0=f（U0L）

3、作短路特性曲线：

IKL、PK=f（UKL）

4、由空载、短路实验数据求异步电机的等效电路参数。

（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，PK——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r1C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PFe为额定电压时的铁耗，由图4-4确定。

图4-4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4-7中。

表4-7U1=220V（Δ）If=mA

序

号

电动机输入

电动机输出

计算值

（A）

P1

（W）

T2

（N·m）

n

（r/min）

P2

（W）

S

（%）

η

（%）

cosφ1

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：

PFe

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；

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4-4。

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Pmec，过K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

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PN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？

直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性

一、实验目的

了解和测定他励直流电动机在各种运行状态下的机械特性

二、预习要点

1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？

2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？

他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？

3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。

三、实验项目

1、电动及回馈制动状态下的机械特性

2、电动及反接制动状态下的机械特性

3、能耗制动状态下的机械特性

四、实验方法

1、实验设备

序号

型号

名称

数量

1

DQ03

导轨、测速发电机及转速表

1件

2

DQ09

直流并励电动机

1件

3

DQ19

校正直流测功机

1件

4

DQ22AB

直流电压、毫安、安培表

2件

5

DQ26

三相可调电阻器

1件

6

DQ27

三相可调电阻器

1件

7

DQ29

可调电阻器

1件

8

DQ31

波形测试及开关板

1件

9

DQ34

智能转矩、转速、功率测试箱

1件

2、屏上挂件排列顺序

DQ31、DQ22A、DQ27、DQ26、DQ22B、DQ29、DQ34

按图10-1接线，图中M用编号为DQ09的直流并励电动机（接成他励方式），MG用编号为DQ19的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为300V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。

R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。

图10-1他励直流电动机机械特性测定的实验接线图

注：

1、实验中若需测取输出转矩，可在MG电枢回路中串入DQ34挂件。

3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性

（1）R1、R2分别选用DQ29的3750Ω和185Ω阻值，R3选用DQ27上4只900Ω串联共3600Ω阻值，R4选用DQ27上1800Ω再加上DQ26上6只90Ω串联共2340Ω阻值。

（2）R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置，转速表置正向偏转位置。

开关S1、S2选用DQ31挂箱上的对应开关，并将S1合向1电源端，S2合向2'短接端（见图10-1）。

（3）开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M起动运转。

调节“电枢电源”电压为220V；调节R2阻值至零位置，调节R3阻值，使电流表A3为100mA。

（4）调节电动机M的磁场调节电阻R1阻值，和电机MG的负载电阻R4阻值（先调节DQ27上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接）。

使电动机M的n=nN=1500r/min，IN=If+Ia=1.25A。

此时他励直流电动机的励磁电流If为额定励磁电流IfN。

保持U=UN=220V，If=IfN，A3表为100mA。

增大R4阻值，直至空载（将开关S2拨至中间断开位置），测取电动机M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取8-9组数据记入表10-1中。

（5）将开关S2仍处于断开位置，把R4调至零值位置（其中DQ27上1800Ω阻值调至零值后用导线短接），再减小R3阻值，使MG的空载电压与电枢电源电压值接近相等（在开关S2两端测），并且极性相同，把开关S2合向1'端。

（6）保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，调节R3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A2表的电流值为0A时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900r/min，测取M的n、Ia。

共取8～9组数据记入表10-2中。

（7）停机（先关断“电枢电源”开关，再关断“励磁电源”开关，并将开关S2合向至2'端）。

表10-1UN=220VIfN=mA

Ia（A）

n（r/min）

表10-2UN=220VIfN=mA

Ia（A）

n（r/min）

4、R2=400Ω时的电动运行及反接制动状态下的机械特性

（1）在确保断电条件下，改接图10-1，R1阻值不变，R2用DQ27的900Ω与900Ω并联并用万用表调定在400Ω，R3用DQ29的185Ω阻值，R4用DQ27上1800Ω阻值加上DQ26上6只90Ω电阻串联共2340Ω阻值。

（2）转速表n置正向偏转位置，S1合向1端，S2合向2'端（短接线仍拆掉，即将开关S2处于中间断开位置），把电机MG电枢的二个插头对调，R1、R3置最小值，R2置400Ω阻值，R4置最大值。

（3）先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使电动机M起动运转，在S2两端测量测功机MG的空载电压是否和“电枢电源”的电压极性相反，若极性相反，检查R4阻值确在最大位置时可把S2合向1'端。

表10-3UN=220VIfN=mAR2=400Ω

Ia（A）

n（r/min）

（4）保持电动机的“电枢电源”电压U=UN=220V，If=IfN不变，逐渐减小R4阻值（先减小DQ29上1800Ω阻值，调至零值后用导线短接），使电机减速直至为零。

观察转速表显示符号的变化。

然后继续减小R4阻值，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于电势反接制动状态运行，直至电动机M的Ia=IaN，测取电动机在1、4象限的n、Ia共取12～13组数据记入表10-3中。

（5）停机（必须记住先关断“电枢电源”而后关断“励磁电源”的次序，并随手将S2合向到2'端）。

5、能耗制动状态下的机械特性

（1）图10-1中，R1阻值不变，R2用DQ29的185Ω固定阻值，R3用DQ27的1800Ω可调电阻，R4阻值不变。

（2）S1合向2短接端，R1置最大位置，R3置最小值位置，R4调定180Ω阻值，S2合向1'端。

（3）先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使校正直流测功机MG起动运转，调节“电枢电源”电压为220V，调节R1使电动机M的If=IfN，调节R3使电机MG励磁电流为100mA，先减少R4阻值使电机M的能耗制动电流Ia=0.8IaN，然后逐次增加R4阻值，其间测取M的Ia、n共取8-9组数据记入表10-4中。

（4）把R2调定在90Ω阻值，重复上述实验操作步骤

（2）、（3），测取M的Ia、n共取5-7组数据记入表10-5中。

当忽略不变损耗时，可近似认为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转矩T=CMΦIa，他励电动机在磁通Φ不变的情况下，其机械特性可以由曲线n＝f（Ia）来描述。

表10-4R2=180ΩIfN=于mA

Ia（A）

n（r/min）

表10-5R2=90ΩIfN=mA

Ia（A）

n（r/min）

五、注意事项

1、注意实验中的各项实验条件

六、实验报告

根据实验数据，绘制他励直流电动机运行在第一、第二、第四象限的电动和制动状态及能耗制动状态下的机械特性n=f（Ia）（用同一座标纸绘出）。

七、思考题

1、回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点？

2、直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩的方向是否也不变？

为什么？

3、直流电动机从第一象限运行到第四象限，其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么？

作为负载的MG，从第一象限到第四象限其电磁转矩方向是否改变？

为什么？