电机及电气技术实验装置三相鼠笼异步电动机的工作特性实验
一、实验目的
1、掌握三相异步电动机的空载、堵转和负载试验的方法。
2、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。
3、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。
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、测量定子绕组的冷态电阻。
2、判定定子绕组的首末端.
3、空载实验。
4、短路实验。
5、负载实验。
四、实验方法
1、实验设备
| 序 号 | 型 号 | 名 称 | 数 量 |
| 1 | DQ03-1 | 导轨、旋转编码器及数显转速表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直流测功机 | 1件 |
| 3 | DQ10 | 三相鼠笼异步电动机 | 1件 |
| 4 | DQ45 | 交流电压表 | 1件 |
| 5 | DQ44 | 交流电流表 | 1件 |
| 6 | DQ25 | 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 |
DQ45、DQ44、DQ25、DQ22、DQ27、DQ31
三相鼠笼式异步电机的组件编号为DQ10。
3、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。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56Ω，因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.8伏，所以直流电压表量程用20V档。
图4-1 三相交流绕组电阻测定
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） | |||||||||
<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（选做）
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） |
- 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。
5、空载实验
1) 按图4-3接线。电机绕组为Δ接法(UN=220V)，直接与旋转编码器同轴联接，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。
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7～8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 | ||
1) 测量接线图同图4-3，用制动工具把三相电机堵住。
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 | ||
7、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) 合上校正直流测功机的励磁电源，调节励磁电流至校正值(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4-6 U1φ=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 | ||||
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：
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
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4-7 U1=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 | |
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：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？ 从短路实验数据我们可以得出哪些结论？
2、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？