電機及電氣技術實驗裝置三相鼠籠異步電動機的工作特性實驗
一、實驗目的
1、掌握三相異步電動機的空載、堵轉和負載試驗的方法。
2、用直接負載法測取三相鼠籠式異步電動機的工作特性。
3、測定三相鼠籠式異步電動機的參數。
二、預習要點
1、異步電動機的工作特性指哪些特性？
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？
3、工作特性和參數的測定方法。
三、實驗項目
1、測量定子繞組的冷態電阻。
2、判定定子繞組的首末端.
3、空載實驗。
4、短路實驗。
5、負載實驗。
四、實驗方法
1、實驗設備
| 序 號 | 型 號 | 名 稱 | 數 量 |
| 1 | DQ03-1 | 導軌、旋轉編碼器及數顯轉速表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直流測功機 | 1件 |
| 3 | DQ10 | 三相鼠籠異步電動機 | 1件 |
| 4 | DQ45 | 交流電壓表 | 1件 |
| 5 | DQ44 | 交流電流表 | 1件 |
| 6 | DQ25 | 單三相智能功率、功率因數表 | 1件 |
| 7 | DQ22 | 直流電壓、毫安、安培表 | 1件 |
| 8 | DQ27 | 三相可調電阻器 | 1件 |
| 9 | DQ31 | 波形測試及開關板 | 1件 |
DQ45、DQ44、DQ25、DQ22、DQ27、DQ31
三相鼠籠式異步電機的組件編號為DQ10。
3、測量定子繞組的冷態直流電阻。
將電機在室內放置一段時間，用溫度計測量電機繞組端部或鐵心的溫度。當所測溫度與冷卻介質溫度之差不超過2K時，即為實際冷態。記錄此時的溫度和測量定子繞組的直流電阻，此阻值即為冷態直流電阻。
(1) 伏安法
測量線路圖為圖4-1。直流電源用主控屏上電樞電源先調到50V。開關S1、S2選用DQ31掛箱，R用DQ27掛箱上1800Ω可調電阻。量程的選擇：測量時通過的測量電流應小于額定電流的20%，約為50毫安，因而直流電流表的量程用200mA檔。三相鼠籠式異步電動機定子一相繞組的電阻約為56Ω，因而當流過的電流為50毫安時二端電壓約為2.8伏，所以直流電壓表量程用20V檔。
圖4-1 三相交流繞組電阻測定
按圖4-1接線。把R調至最大位置，合上開關S1，調節直流電源及R阻值使試驗電流不超過電機額定電流的20%，以防因試驗電流過大而引起繞組的溫度上升，讀取電流值，再接通開關S2讀取電壓值。讀完后，先打開開關S2，再打開開關S1。
調節R使A表分別為50mA，40mA，30mA測取三次，取其平均值，測量定子三相繞組的電阻值，記錄于表4-2中。
表4-2 室溫 ℃
| 繞 組 Ⅰ | 繞 組 Ⅱ | 繞 組 Ⅲ | |||||||
| I（mA） | |||||||||
| U（V） | |||||||||
| R（Ω） | |||||||||
<1> 在測量時，電動機的轉子須靜止不動。
<2> 測量通電時間不應超過1分鐘。
(2)電橋法（選做）
用單臂電橋測量電阻時，應先將刻度盤旋到電橋大致平衡的位置。然后按下電池按鈕，接通電源，等電橋中的電源達到穩定后，方可按下檢流計按鈕接入檢流計。測量完畢，應先斷開檢流計，再斷開電源，以免檢流計受到沖擊。數據記錄于表4-3中。
電橋法測定繞組直流電阻準確度及靈敏度高，并有直接讀數的優點。
表4-3
| 繞 組 Ⅰ | 繞 組 Ⅱ | 繞 組 Ⅲ | |
| R（Ω） |
- 判定定子繞組的首末端
圖4-2 三相交流繞組首末端測定
先用萬用表測出各相繞組的兩個線端，將其中的任意兩相繞組串聯，如圖4-2所示。將控制屏左側調壓器旋鈕調至零位，開啟電源總開關，按下“開”按鈕，接通交流電源。調節調壓旋鈕，并在繞組端施以單相低電壓U=80～100V,注意電流不應超過額定值，測出第三相繞組的電壓， 如測得的電壓值有一定讀數，表示兩相繞組的末端與首端相聯，如圖4-2(a)所示。反之，如測得電壓近似為零，則兩相繞組的末端與末端(或首端與首端)相聯，如圖4-2(b)所示。用同樣方法測出第三相繞組的首末端。
5、空載實驗
1) 按圖4-3接線。電機繞組為Δ接法(UN=220V)，直接與旋轉編碼器同軸聯接，負載電機DQ19不接。
2) 把交流調壓器調至電壓最小位置，接通電源，逐漸升高電壓，使電機起動旋轉，觀察電機旋轉方向。
3) 保持電動機在額定電壓下空載運行數分鐘，使機械損耗達到穩定后再進行試驗。
圖4-3 三相鼠籠式異步電動機試驗接線圖
4) 調節電壓由1.2倍額定電壓開始逐漸降低電壓，直至電流或功率顯著增大為止。在這范圍內讀取空載電壓、空載電流、空載功率。
5) 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7～8組記錄于表4-4中。
表4-4
|
序 號 |
U0L（V） | I0L（A） | P0（W） | cosφ0 | ||||||||
| UAB | UBC | UCA | U0L | IA | IB | IC | I0L | PⅠ | P | P0 | ||
1) 測量接線圖同圖4-3，用制動工具把三相電機堵住。
2) 調壓器退至零，合上交流電源， 調節調壓器使之逐漸升壓至短路電流到1.2倍額定電流，再逐漸降壓至0.3倍額定電流為止。
3) 在這范圍內讀取短路電壓、短路電流、短路功率。
表 4-5
|
序 號 |
UKL（V） | IKL（A） | PK（W） | Cosφk | ||||||||
| UAB | UBC | UCA | UKL | IA | IB | IC | IKL | PⅠ | PⅡ | PK | ||
7、負載實驗
1) 測量接線圖同圖4-3。同軸聯接負載電機。圖中Rf用DQ27上1800Ω阻值，RL用DQ27上1800Ω阻值加上900Ω并聯900Ω共2250Ω阻值。
2) 合上交流電源，調節調壓器使之逐漸升壓至額定電壓并保持不變。
3) 合上校正直流測功機的勵磁電源，調節勵磁電流至校正值(100mA)并保持不變。
4) 調節負載電阻RL（注：先調節1800Ω電阻，調至零值后用導線短接再調節450Ω電阻），使異步電動機的定子電流逐漸上升，直至電流上升到1.25倍額定電流。
5) 從這負載開始，逐漸減小負載直至空載，在這范圍內讀取異步電動機的定子電流、輸入功率、轉速、直流電機的負載電流IF等數據。
6) 共取數據8～9組記錄于表4-6中。
表4-6 U1φ=U1N=220V（Δ） If= mA
|
序 號 |
I1L（A） | P1（W） |
IF (A) |
T2 (N·m) |
n (r/min) |
|||||
| IA | IB | IC | I1L | PⅠ | PⅡ | P1 | ||||
1、計算基準工作溫度時的相電阻
由實驗直接測得每相電阻值，此值為實際冷態電阻值。冷態溫度為室 溫。按下式換算到基準工作溫度時的定子繞組相電阻：
作溫度時定子繞組的相電阻，Ω；
ｒ1c ——定子繞組的實際冷態相電阻，Ω；
θref ——基準工作溫度 ，對于E級絕緣為75℃；
θc ——實際冷態時定子繞組的溫度，℃；
2、作空載特性曲線：I0L、P0、cosφ0=f(U0L)
3、作短路特性曲線：IKL、PK=f(UKL)
4、由空載、短路實驗數據求異步電機的等效電路參數。
(1) 由短路實驗數據求短路參數
短路阻抗：
短路電阻：
短路電抗：
式中
，PK——電動機堵轉時的相電壓，相電流，三相短路功率（Δ接法）。轉子電阻的折合值：
式中r1C是沒有折合到75℃時實際值。
定、轉子漏抗：
(2) 由空載試驗數據求激磁回路參數
5、作工作特性曲線P1、I1、η、S、cosφ1=f(P2)。
由負載試驗數據計算工作特性，填入表4-7中。
表4-7 U1=220V(Δ) If = mA
|
序 號 |
電動機輸入 | 電動機輸出 | 計 算 值 | |||||
|
(A) |
P1 (W) |
T2 (N·m) |
n (r/min) |
P2 (W) |
S (%) |
η (%) |
cosφ1 | |
延長曲線的直線部分與縱軸相交于K點，K點的縱座標即為電動機的機械損耗Pmec，過K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
于是求得額定負載時的效率為：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。
六、思考題
1、由空載、短路實驗數據求取異步電機的等效電路參數時，有哪些因素會引起誤差？ 從短路實驗數據我們可以得出哪些結論？
2、由直接負載法測得的電機效率和用損耗分析法求得的電機效率各有哪些因素會引起誤差？