實驗三．三相鼠籠異步電動機的工作特性一．實驗目的1．掌握三相異步電機的空載、堵轉和負載實驗的辦法。2．用直接負載法測取三相鼠籠異步電動機的工作特性。3．測定三相籠型異步電動機的參數。二．預習要點1．異步電動機的工作特性指哪些特性？答：電動機兩端電壓，流過的電流，輸入功率及輸出功率，功率因數，轉速，轉矩等。2．異步電動機的等效電路有哪些參數？它們的物理意義是什么？答：U1，定子繞組相電壓，I1，定子繞組的相電流，E1，每相定子繞組的感應電動勢，R1+jw1為定子每相漏阻抗；I0為氣隙磁通的勵磁電流，Rm+JXm為勵磁阻抗，I2為轉子繞組相電流折算值，E2為每相轉子繞組的感應電動勢折算值，R2+JX2為轉子每相漏阻抗的折算值，s為轉差率。3．工作特性和參數的測定辦法。答：電流表測電流串入回路中，電壓表測電壓并在所測電壓兩端，功率表接入對應的點測定功率同時讀取功率因數，連接測功機測量轉矩和轉速。三．實驗項目1．測量定子繞組的冷態電阻。(選作)2．鑒定定子繞組的首未端。(選作)3．空載實驗。4．短路實驗。5．負載實驗。四．實驗設備及儀器1．NMCL系列電機教學實驗臺主控制屏。2．電機導軌及測功機、矩矩轉速測量（MMEL-13）。3．交流功率、功率因數表（MMEL-001A4．直流電壓、毫安、安培表（MMEL-06）。5．三相可調電阻器900Ω（NMEL-03）。6．旋轉批示燈及開關（MMEL-05B）。7．三相鼠籠式異步電動機M04。五．實驗辦法及環節1．測量定子繞組的冷態直流電阻(略)2．鑒定定子繞組的首未端(略)3．空載實驗測量電路如圖3-3所示。電機定子繞組接線如圖3-4所示，電機繞組為△接法（UN=220伏），S開關扳到左邊，且電機不同測功機同軸聯接，不帶測功機。a．起動電壓前，把交流電壓調節旋鈕退至零位，然后接通電源，逐步升高電壓，使電機起動旋轉，觀察電機旋轉方向。并使電機旋轉方向為正。b．保持電動機在額定電壓下空載運行數分鐘，使機械損耗達成穩定后再進行實驗。c．調節電壓由1.2倍額定電壓開始逐步減少電壓，直至電流或功率明顯增大為止。在這范疇內讀取空載電壓、空載電流、空載功率。d．在測取空載實驗數據時，在額定電壓附近多測幾點，共取數據7-9組統計于表3-3中。表3-3序號UOC（V）IOL（A）PO（W）cosUABUBCUCAUOLIAIBICIOLPIPIIP1264.4261.2261.5261.40.3300.3350.3290.19151.86-31.020.86L0.142224.6221.4222.3222.80.2680.2740.2660.15536.59-20.715.89L0.153222.1219.1219.9220.40.2670.2680.2630.15435.85-20.215.65L0.154219.7216.8216.9217.80.2620.2660.2600.15235.01-19.815.21L0.155150.0148.5148.6149.00.1730.1750.1720.10016.72-7.938.79L0.20658.658.358.958.60.0900.0860.0830.0504.10-0.573.53L0.43731.531.730.431.20.1170.1100.1090.0653.10-0.083.02L0.514．短路實驗線路圖同上。將測功機和三相異步電機同軸聯接。a．將起子插入測功機堵轉孔中，使測功機定轉子堵住。將三相調壓器退至零位。b．合上交流電源，調節調壓器使之逐步升壓至短路電流到1.2倍額定電流，再逐步降壓至0.3倍額定電流為止。a．在這范疇內讀取短路電壓、短路電流、短路功率，共取4-5組數據，填入表3-4中。做完實驗后，注意取出測功機堵轉孔中的起子。表3-4序號UOC（V）IOL（A）PO（W）cosKUABUBCUCAUIAIBICIKPIPIIPK174.5274.2274.0674.270.5690.5660.5600.32636.95-0.7336.22L0.52268.0067.6266.0067.210.5700.4960.4900.29929.73-0.5629.17L0.50359.5559.3457.9458.940.4280.4140.4110.24121.49-1.0620.43L0.48450.6850.3549.2850.100.3420.3320.3280.19214.5-1.3013.20L0.45542.5242.0040.7041.740.2650.2530.2520.1488.89-1.307.59L0.41633.5533.4532.4033.130.1860.1780.1760.1044.72-1.033.69L0.36729.4229.3027.8928.870.1500.1400.1390.0833.22-0.882.34L0.345．負載實驗選用設備和測量接線同空載實驗。實驗開始前，MMEL-13中的“轉速控制”和“轉矩控制”選擇開關扳向“轉矩控制”，“轉矩設定”旋鈕逆時針終究。a．合上交流電源，調節調壓器使之逐步升壓至額定電壓，并在實驗中保持此額定電壓不變。b．調節測功機“轉矩設定”旋鈕使之加載，使異步電動機的定子電流逐步上升，直至電流上升到1.25倍額定電流。c．從這負載開始，逐步減小負載直至空載，在這范疇內讀取異步電動機的定子電流、輸入功率，轉速、轉矩等數據，共讀取5-6組數據，統計于表3-5中。表3-5UN=220伏（△）序號IOL（A）PO（W）T2（N.m）n（r/min）P2（W）IAIBICI1PIPIIP110.6050.6150.6080.609128.651.53180.130.901323124.620.5050.5140.5050.508106.337.78144.080.711368102.030.4010.4130.4030.40682.6621.20103.860.50141174.140.3050.3180.3080.31056.450.9257.370.23145835.250.2630.2740.2650.26737.87-15.921.970.0314904.660.2620.2740.2640.26737.93-16.021.930.0314904.7六．實驗報告1.計算基準工作溫度時的相電阻（略）2.作空載特性曲線：I0、P0、cos0=f(U0)由于電機采用的是三角形連接U0=（UAB+UBC+UCA）/3，I0=（IA+IB+IC）/(3*31/2)3.作短路特性曲線：IK、PK=f(UK)4.由空載、短路實驗的數據求異步電機等效電路的參數。(1)由短路實驗數據求短路參數短路阻抗=181.8Ω短路電阻=113.2Ω短路電抗=142.2Ω式中UK、IK、PK——由短路特性曲線上查得，對應于IK為額定電流時的相電壓、相電流、三相短路功率。轉子電阻的折合值=63.2Ω定、轉子漏抗=71.1Ω(2)由空載實驗數據求激磁回路參數空載阻抗=1449.1Ω空載電阻=210.3Ω空載電抗=1433.8Ω式中U0、I0、P0——對應于U0為額定電壓時的相電壓、相電流、三相空載功率。激磁電抗=1433.8-71.1Ω=1362.7Ω激磁電阻式中PFe為額定電壓時的鐵耗，由圖3-4擬定。5.作工作特性曲線P1、I1、n、η、S、cos1=f(P2)由負載實驗數據計算工作特性，填入表3-6中。表3-6U1=220V（△）If=A序號電動機輸入電動機輸出計算值I1(A)P1(W)T2(N·m)n(r／min)P2（W）S(％)η(％)cos110.609180.130.901323124.611.869.20.44820.508144.080.711368102.08.871.30.43030.406103.860.50141174.15.9371.30.38840.31057.370.23145835.22.861.40.28050.26721.970.0314904.60.6720.90.12560.26721.930.0314904.70.6721.40.124計算公式為：式中I1——定子繞組相電流，A；U1——定子繞組相電壓，V；S——轉差率；η——效率。6.由損耗分析法求額定負載時的效率電動機的損耗有：鐵耗PFe機械損耗Pmec定子銅耗=轉子銅耗雜散損耗Pad取為額定負載時輸入功率的0.5％。式中Pem——電磁功率，W；Pem=P1-Pcul-PFe鐵耗和機械損耗之和為：P0′=PFe+Pmec=PO-3Ir1為了分離鐵耗和機械損耗，作曲線，如圖3-4。延長曲線的直線部分與縱軸相交于P點，P點的縱座標即為電動機的機械損耗Pmec，過P點作平行于橫軸的直線,可得不同電壓的鐵耗PFe。電機的總損耗ΣP=PFe+Pcul+Pcu2+Pad于是求得額定負載時的效率為：式中P1、S、I1由工作特性曲線上對應于P2為額定功率PN時查得。七、實驗總結：通過本次實驗，進一步掌握了異步電動機的空載、堵轉和負載的實驗辦法，并且用直接負載法測取了三相鼠籠異步電動機的工作特性，并且成功測定了該型電動機的參數，收獲很大。相信這次實驗當中學到的內容將會為此后進一步應用電機打下基礎。實驗四三相異步電動機的起動與調速一．實驗目的通過實驗掌握異步電動機的起動和調速的辦法。二．預習要點1．復習異步電動機有哪些起動辦法和起動技術指標。答：異步電動機的起動辦法有直接起動，星-三角降壓起動，自耦變壓器降壓起動，定子回路串接電抗器或電阻降壓起動，軟起動，對于繞線式異步電動機，除以上幾個辦法外，還能夠通過轉子回路串電阻或串接頻敏電阻器起動；起動的技術指標重要有起動電流，起動轉矩,功率損耗等。2．復習異步電動機的調速辦法。答:異步電動機的調速辦法重要有三種，分別是變頻調速，變極調速，以及變轉差率調速。前兩種稱為變化同時轉速調速，而變化轉差率的調速辦法又分為三種，分別是轉子串電阻調速，串級調速，以及調壓調速。三．實驗項目1．異步電動機的直接起動。2．異步電動機星形——三角形（Y-△）換接起動。3．自耦變壓器起動。四．實驗設備及儀器1．NMCEL系列電機系統教學實驗臺主控制屏（含交流電壓表）。2．電機導軌及測功機、轉矩轉速測量（MMEL-13）。3．鼠籠式異步電動機（M04）。五．實驗辦法1．三相籠型異步電動機直接起動實驗。按圖3-3，3-4接線，電機繞組為△接法。起動前，把轉矩轉速測量實驗箱（MMEL-13）中“轉矩設定”電位器旋鈕逆時針調終究，“轉速控制”、“轉矩控制”選擇開關扳向“轉矩控制”，檢查電機導軌和MEL-13的連接與否良好。儀表的選擇：交流電壓表為數字式或指針式均可，交流電流表則為指針式。a．把三相交流電源調節旋鈕逆時針調終究，合上綠色“閉合”按鈕開關。調節調壓器，使輸出電壓達電機額定電壓220伏，使電機起動旋轉。（電機起動后，觀察MMEL-13中的轉速表，如出現電機轉向不符合規定，則須切斷電源，調節次序，再重新起動電機。）b．斷開三相交流電源，待電動機完全停止旋轉后，接通三相交流電源，使電機全壓起動，觀察并統計電機起動瞬間電流值。答:0.458Ac．斷開三相交流電源，將調壓器退到零位。用起子插入測功機堵特孔中，將測功機定轉子堵住。d．合上三相交流電源，調節調壓器，觀察電流表，使電機電流達2~3倍額定電流，讀取電壓值UK、電流值IK、轉矩值TK，填入表中，注意實驗時，通電時間不應超出10秒，以免繞組過熱。對應于額定電壓的起動轉矩TST和起動電流I比按下式計算：式中Ik：起動實驗時的電流值，A；TK：起動實驗時的轉矩值，N.m；式中UK：起動實驗時的電壓值，V；UN：電機額定電壓，V；測量值計算值UK（V）IK（A）TK（N.m）Tst(N.m)Ist(A)137.11.2130.551.4161.9462．星形——三角形（Y-△）起動a．按圖3-3，3-4接線，起動前，把三相調壓器退到零位，三刀雙擲開關合向右邊（Y）接法。合上電源開關，逐步調節調壓器，使輸出電壓升高至電機額定電壓UN=220V，斷開電源開關，待電機停轉。b．待電機完全停轉后，合上電源開關，觀察并統計起動瞬間的電流，然后把S合向左邊（△接法），觀察并統計瞬間電流表的顯示值（與直接啟動辦法啟動電流作比較），電機進入正常運行，整個起動過程結束。答：分別是0.244A和0.158A。均不大于直接啟動的電流值。3．自耦變壓器降壓起動按圖3-3，3-4接線，電機繞組為△接法。a．先把調壓器退到零位，合上電源開關，調節調壓器旋鈕，使輸出電壓達110伏，斷開電源開關，待電機停轉。b．待電機完全停轉后，再合上電源開關，使電機就自耦變壓器，降壓起動，觀察并統計電流表的瞬間讀數值，經一定時間后，調節調壓器使輸出電機達電機額定電壓UN=220伏，整個起動過程結束。答：電流為0.337A，不大于直接啟動電流值。六．實驗報告1.由起動實驗數據求下述三種狀況下的起動電流和起動轉矩：(1)外施額定電壓UN。（直接法起動）由已知公式可先求得起動電流Ist=1.946A，進而求得起動轉矩為Tst=1.416N.m。(2)外施電壓為UN/。(Y—Δ起動)把UN’=UN/代入公式可得，Ist=1.123A，進而求得起動轉矩為Tst=0.472N.m(3)外施電壓為UK/KA，式中KA為起動用自耦變壓器的變比。（自耦變壓器起動）。把UN’=UN/2代入公式可得，Ist=0.973A，進而求得起動轉矩為Tst=0.354七．思考題1.比較異步電動機不同起動辦法的優缺點。答：起動方式\優缺點優點缺點直接起動不需要專門的起動設備，只用刀閘或者通過接觸器直接把異步電動機接到電源上起動電流大，給電源帶來不利影響星-三角降壓起動設備簡樸，只需要一套星-三角起動器，體積小，重量輕，價格便宜，維修方便起動電壓不能調節，只合用于正常運行時釘子繞組為三角形聯接的異步電動機，起動轉矩小自耦變壓器降壓起動與星-三角相比，有幾個抽頭能夠選擇使用，比較靈活自耦變壓器體積大，價格高，維修麻煩，并且不允許頻繁起動定子回路串電抗器（或電阻）起動不消耗電能（電阻時消耗電能），線路簡樸易于實現電抗器設備昂貴，只是用于空載或輕載起動的場合軟起動解決了電動機起動瞬間電流沖擊問題，解決了電壓切換時瞬時大電流沖擊問題，觸點少，易于維護不易于實現和調節轉子回路串電阻起動構造簡樸，起動轉矩大起動過程中需要逐級切換電阻，不易于維護，機械沖擊，且電能消耗大，效率低轉子回路串頻敏電阻起動自動變阻，實現電機平穩起動頻敏電阻價格昂貴，有點能損耗八、實驗總結：通過本次實驗，我對三相異步電動機的起動和調速辦法有了更加深刻的認識，同時也更加純熟地掌握了多個起動辦法之間的差別，以及它們各自的優缺點。電機的起動和調速始終是電機運動控制的重點和難點，相信以這次實驗為基礎，此后在電機的應用中會更加得心應手。實驗五．異步電機的M-S曲線測繪一．實驗目的用本電機教學實驗臺的測功機轉速閉環功效測繪多個異步電機的轉矩~轉差曲線，并加以比較。二．預習要點1．復習電機M-S特性曲線。2．M-S特性的測試辦法。三．實驗項目1．鼠籠式異步電機的M-S曲線測繪測。2．繞線式異步電動機的M-S曲線測繪。三．實驗原理異步電機的機械特性的圖5-1所示。在某一轉差率Sm時，轉矩有一最大值Tm，稱為異步電機的最大轉矩，Sm稱為臨界轉差率。Tm是異步電動機可能產生的最大轉矩。如果負載轉矩Tz＞Tm，電動機將承當不了而停轉。起動轉矩Tst是異步電動機接至電源開始起動時的電磁轉矩，此時S=1（n=0）。對于繞線式轉子異步電動機，轉子繞組串聯附加電阻，便能變化Tst，從而可變化起動特性。異步電動機的機械特性可視為兩部分構成，即當負載功率轉矩Tz≤TN時，機械特性近似為直線，稱為機械特性的直線部分，又可稱為工作部分，因電動機不管帶何種負載均能穩定運行；當S≥Sm時，機械特性為一曲線，稱為機械特性的曲線部分，對恒轉矩負載或恒功率負載而言，由于電動機這一特性段與這類負載轉矩特性的配合，使電機不能穩定運行，而對于通風機負載，則在這一特性段上卻能穩定工作。在本實驗系統中，通過對電機的轉速進行檢測，動態調節施加于電機的轉矩，產生隨著電機轉速的下降，轉矩隨之下降的負載，使電機穩定地運行了機械特性的曲線部分。通過讀取不同轉速下的轉矩，可描繪出不同電機的M-S曲線。四．實驗設備1．MEL系列電機系統教學實驗臺主控制屏。2．電機導軌及測功機、轉矩轉速測量（MMEL-13）。3．交流表電機起動箱（MMEL-001A4．三相鼠籠式異步電動機M04。五．實驗辦法1．鼠籠式異步電機的M-S曲線測繪按圖3-3，3-4接線，定子繞組Y接法。起動電機前，將三相調壓器旋鈕逆時針調終究，并將MEL-13中“轉矩控制”和“轉速控制”選擇開關扳向“轉速控制”，并將“轉速設定”調節旋鈕順時針調終究。實驗環節：（1）按下綠色“閉合”按鈕開關，調節交流電源輸出調節旋鈕，使電壓輸出為220V，起動交流電機。觀察電機的旋轉方向，是之符合規定。（2）逆時針緩慢調節“轉速設定”電位器通過一段時間的延時后，M04電機的負載將隨之增加，其轉速下降，繼續調節該電位器旋鈕電機由空載逐步下降到200轉/分左右（注意：轉速低于200轉/分時，有可能造成電機轉速不穩定。）（3）在空載轉速至200轉/分范疇內，測取8-9組數據，其中在最大轉矩附近多測幾點，填入表5-1。表5-1 UN=220V Y