实验三、四、五实验报告

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．空载试验。

2．短路试验。

3．负载试验。

四．实验设备及仪器

1．NMCL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（MMEL-13）。

3．交流功率、功率因数表（MMEL-001A）。

4．直流电压、毫安、安培表（MMEL-06）。

5．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）。

6．旋转指示灯及开关（MMEL-05B）。

7．三相鼠笼式异步电动机M04。

五．实验方法及步骤

1．空载试验

测量电路如图3-3所示。电机定子绕组接线如图3-4所示，电机绕组为△接法（U N=220伏），S开关扳到左边，且电机不同测功机同轴联接，不带测功机。

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。并使电机旋转方向为正。

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．在电动机在额定电压下读取空载电压、空载电流、空载功率。

U OC（V）I OL（A）P O（W）

cos U AB U BC U CA U OL I A I B I C I OL P I P II P O

220.2219.5220.7220.130.2710.2750.2760.27442.44-15.826.640.4417 2．短路实验

线路图同上。将测功机和三相异步电机同轴联接。

a．将三相调压器退至零位，将起子插入测功机堵转孔中，使测功机定转子堵住。

b．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电流到额定电流。

a．在电机额定电流下读取短路电压、短路电流、短路功率。做完实验后，注意取出测

功机堵转孔中的起子。

U OC （V ）

I OL （A ） P O （W ）

cos ?K

U AB

U BC

U CA

U K

I A

I B

I C

I K P I P II

P K

62.98 62.86 62.82 62.87 0.476 0.473 0.482

0.477

25.16

-1.6 23.56

0.7856

3．负载实验

选用设备和测量接线同空载试验。实验开始前，MMEL -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，并在试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3-3中。 序号 I OL （A ） P O （W ） T 2（N.m ） n （r/min ） P 2（W ） I A

I B

I C

I 1

P I

P II P 1 1 0.595 0.592 0.608 0.345 128.4 49.46 177.86 0.97 1365 139.03 2 0.5

0.496 0.510 0.290 106.5

35.62 142.12 0.79 1398 115.96 3 0.396 0.395 0.407 0.231 82.46 17.94 100.4 0.57 1432 85.71 4 0.348 0.348 0.359 0.203 70.28 7.81 78.09 0.44 1450 66.99 5 0.3

0.3

0.311 0.175 55.72

-4.66 51.06 0.28 1472 43.28 6

0.274 0.271 0.280 0.159 42.81

-17.0

25.81

0.12

1490

18.77

六．实验报告

1.由空载、短路试验的数据求异步电机等效电路的参数。

(1)由短路试验数据求短路参数

短路阻抗 K

K

K I U

Z =

=131.803Ω

短路电阻 23K

K

K I P r =

=34.516Ω

短路电抗 2

2K

K K r Z X -=

=127.203

Ω

式中 U K 、I K 、P K ——由短路特性曲线上查得，相应于I K 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 1'2r r r K -≈

定、转子漏抗 2

'

2'1K

X X X ≈

≈σσ (2)由空载试验数据求激磁回路参数

空载阻抗 O O

O I U

Z = =802.920Ω

空载电阻 2

3O

O O I P r =

=118.280Ω

空载电抗 2

2O

O O r Z X -=

=7940145

Ω

式中 U 0、I 0、P 0——相应于U 0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。 激磁电抗 σ1X X X O m -=

激磁电阻 2

3o I P

r Fe m = 式中 P Fe 为额定电压时的铁耗，由图3-4确定。

2.作工作特性曲线P 1、I 1、n 、η、S 、cos ?1=f(P 2)

由负载试验数据计算工作特性，填入表3-4中。

1f 序号 电动机输入 电 动 机 输 出

计 算 值 I 1(A) P 1(W) T 2(N ·m) n(r ／min) P 2（W ）

S(％) η(％)

cos ?1 1 0.345

177.86

0.97 1365 139.03 9% 78.17% 0.78 2 0.290 142.12 0.79 1398 115.96 6.9% 81.59% 0.74 3 0.231 100.4 0.57 1432 85.71 4.53% 85.37% 0.66 4 0.203 78.09 0.44 1450 66.99 3.33% 85.79% 0.58 5 0.175 51.06

0.28

1472 43.28 1.87% 84.76% 0.44 6

0.159

25.81 0.12

1490

18.77

0.67%

72.72%

0.25

计算公式为：331C B A I =

%1001500

1500?-=

n

S 1

11

13cos I U P =

? 22105.0nT P = %1001

2

?=

P P η 式中 I 1——定子绕组相电流，A ； U 1——定子绕组相电压，V ； S ——转差率； η——效率。

72.00%

74.00%76.00%78.00%80.00%82.00%84.00%86.00%88.00%0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

η

IA η/IA

η/IA

0%

1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

S

IA S/IA

S/IA

0.10.20.30.40.50.60.70.80.90

0.2

0.40.6

0.8

c o s j 1

IA

cos /IA

cos /IA

3.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 12113r I P CU = 转子铜耗 100

2S

P P em CU =

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 ； P em = P 1 -P cul - P Fe 铁耗和机械损耗之和为：

P 0′= P Fe + P mec = P O - 3I O 2

r 1

为了分离铁耗和机械损耗，作曲线)(2'O O

U f P =，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P mec ，过P 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ΣP = P Fe + P cul + P cu2 + P ad 于是求得额定负载时的效率为：%1001

1?∑-=P P

P η

式中 P 1、S 、I 1由工作特性曲线上对应于P 2为额定功率P N 时查得。

实验四三相异步电动机的起动与调速一．实验目的

通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。

二．预习要点

1．复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。

2．复习异步电动机的调速方法。

三．实验项目

1．异步电动机的直接起动。

2．异步电动机星形——三角形（Y-△）换接起动。

3．自耦变压器起动。

四．实验设备及仪器

1．NMCEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。

2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MMEL-13）。

3．鼠笼式异步电动机（M04）。

五．实验方法

1．三相笼型异步电动机直接起动试验。

按图3-3，3-4接线，电机绕组为△接法。

起动前，把转矩转速测量实验箱（MMEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-13的连接是否良好。

a．把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转。（电机起动后，观察MMEL-13中的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）b．断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察并记录电机起动瞬间电流值。

c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。

d．合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达2~3倍额定电流，读取电压值U K、电流值I K、转矩值T K，填入表中，注意试验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。

对应于额定电压的起动转矩T ST和起动电流I比按下式计算：

K K

ST ST T I I T 2

)(

= 式中I k ：起动试验时的电流值，A ； T K ：起动试验时的转矩值，N.m ；

K K N ST I U U

I )(=

式中U K ：起动试验时的电压值，V ； 测 量 值 计 算 值 U K （V ） I K （A ） T K （N.m ） T st (N.m)

I st (A) 133.7

1.232

0.52

3.812

3.336

2．星形——三角形（Y-△）起动

a ．按图3-3，3-4接线，起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边（Y ）接法。合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压U N =220V ，断开电源开关，待电机停转。

b ．待电机完全停转后，合上电源开关，观察并记录起动瞬间的电流，然后把S 合向左边（△接法），观察并记录瞬间电流表的显示值（与直接启动方法启动电流作比较），电机进 I A （A ） I B （A ） I C+（A ） Y 接法 0.262 0.262 0.265 △接法

0.230

0.224

0.225

3．自耦变压器降压起动

按图3-3，3-4接线，电机绕组为 △接法。

a ．先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断开电源开关，待电机停转。

b ．待电机完全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察并记录电流表的瞬间读数值，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压U N =220伏，I A （A ） I B （A ） I C+（A ） 0.415

0.415

0.41

六．实验报告

1.由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩： (1)外施额定电压U N 。（直接法起动） 起动电流I st =（220/133.7）*1.232=3.336A

起动转矩T st =(3.336/1.232)*(3.336/1.232)*0.52=3.812(N*M) (2)外施电压为U N /3。(Y —Δ起动)

起动电流为直接启动电流的1/3，启动转矩也将为直接启动时的起动转矩的1/3。

I st=3.336/3=1.112A T st=3.812/3=1.271(N*M)

(3)外施电压为U K/K A，式中K A为起动用自耦变压器的变比。（自耦变压器起动）。

自耦变压器的降压比为K=U2/U1=0.5

启动电流为直接启动时的起动电流的K2倍，

启动转矩也为直接启动时启动转矩的K2倍。

I st=3.336/4=0.834A

T ST=3.812/4=0.953A

七．思考题

1. 比较异步电动机不同起动方法的优缺点。

在额定电压下直接启动

优点：不需要专门的启动设备，只用刀闸或者通过接触器直接把异步电机接到电源上。

缺点：启动电流大，会给电源带来不良影响。

星-三角启动

优点：设备简单，只需一套启动器，具有体积小，重量轻，价格便宜，维修方便的特点。

缺点：启动电压不能调节：只适用于正常运行时定子绕组为三角形联接的异步电动机；

由于启动转矩校，所以只适用于空载或者轻载启动。

自耦变压器降压启动

优点：与星-三角启动相比，自耦变压器启动有几个抽头可以选用，比较灵活。

缺点：自耦变压器体积大，价格高，不允许频繁启动。

实验五．异步电机的M-S曲线测绘

一．实验目的

用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩~转差曲线，并加以比较。

二．预习要点

1．复习电机M-S特性曲线。

2．M-S特性的测试方法。

三．实验项目

1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。

2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。

三．实验原理

异步电机的机械特性的图5-1所示。

在某一转差率S m时，转矩有一最大值T m，称

为异步电机的最大转矩，S m称为临界转差率。T m

是异步电动机可能产生的最大转矩。如果负载转矩

T z＞T m，电动机将承担不了而停转。起动转矩T st

是异步电动机接至电源开始起动时的电磁转矩，此

时S=1（n=0）。对于绕线式转子异步电动机，转子

绕组串联附加电阻，便能改变T st，从而可改变起动

特性。

异步电动机的机械特性可视为两部分组成，即

当负载功率转矩T z≤T N时，机械特性近似为直线，称为机械特性的直线部分，又可称为工作部分，因电动机不论带何种负载均能稳定运行；当S≥S m时，机械特性为一曲线，称为机械特性的曲线部分，对恒转矩负载或恒功率负载而言，因为电动机这一特性段与这类负载转矩特性的配合，使电机不能稳定运行，而对于通风机负载，则在这一特性段上却能稳定工作。

在本实验系统中，通过对电机的转速进行检测，动态调节施加于电机的转矩，产生随着电机转速的下降，转矩随之下降的负载，使电机稳定地运行了机械特性的曲线部分。通过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。

四．实验设备

1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MMEL-13）。

3．交流表电机起动箱（MMEL-001A）。

4．三相鼠笼式异步电动机M04。

五．实验方法

1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘

按图3-3，3-4接线，定子绕组Y接法。

起动电机前，将三相调压器旋钮逆时针调到底，并将MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转速控制”，并将“转速设定”调节旋钮顺时针调到底。

实验步骤：

（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V，起动交流电机。观察电机的旋转方向，是之符合要求。

（2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将

随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。）

（3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表5-1。

序 号

1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 转速（r/min ） 1473 1367 1241 1104 1010 813 653 433 279 201 转矩（n.M ） 0.10

0.34

0.48

0.55

0.57

0.55

0.53

0.50

0.47

0.46

（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩M ，转速n ，填入表5-2。

序 号

1

2

3 4 5

6 7 8 9 10 转速（r/min ） 203 284 437 658 813 1010 1115 1253 1371 1471 转矩（N.M ） 0.46 0.47

0.49

0.52

0.55

0.55

0.54

0.47

0.33

0.11

七．实验报告

1．在方格纸上，逐点绘出各种电机的转矩、转速，并进行拟合，作出被试电机的M -S 曲线

2．对这些电机的特性作一比较

八．思考题

电机的降速特性和升速特性曲线不重合的原因何在？

答：磁滞。磁场的磁通量与激磁电流的关系。由于剩磁的影响，上身和下降也是不同的，即磁滞回环曲线。因此，电机的降磁特性和升速特性曲线也是不重合的。

-1

-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

系列1