三相鼠籠異步電動機的工作特性實驗
電機及電氣技術實驗臺三相鼠籠異步電動機的工作特性實驗能掌握三相異步電動機的空載、堵轉和負載試驗的方法。
電動機及電氣技術實訓臺三相鼠籠異步電動機的作業特性實訓
一、實訓目的
1、掌控把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作業特性。
3、測量三相鼠籠式異步電動機的功能數值。
二、預習要點
1、異步電動機的作業特性指哪些特性？
2、異步電動機的等效電子線路有哪些功能數值？它們的物理意義是什么？
3、作業特性和功能數值的測量方法。
三、實訓內容
1、測量定子繞組的冷態電阻。
2、判定定子繞組的首末端.
3、空載實訓。
4、短路實訓。
5、負載實訓。
四、實訓方法
1、實訓設備
2、屏上掛式模型塊件排列順序
DQ45、DQ44、DQ25、DQ22、DQ27、DQ31
三相鼠籠式異步電動機的集合套件編號為DQ10。
3、測量定子繞組的冷態直線DC電阻。
將電動機在室內部存儲放一段時間，用溫度（℃）（℃）計測量電動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線DC電阻，此阻值即為冷態直線DC電阻。
(1) 伏安法
測量線路圖為圖4-1。直線DC電源用主控屏上電樞電源先調到50V。開關S1、S2選用DQ31箱式掛式模型塊件，R用DQ27箱式掛式模型塊件上1800Ω可調電阻。測量界限的選用：測量時經過的測量電流（A）（A）應小于規格限定電流（A）（A）的20%，約為50mAmA毫安，因而直線DC電流（A）（A）表的測量界限用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（A）（A）為50mAmA毫安時二端電壓（V）（V）約為2.8伏，所以直線DC電壓（V）（V）表測量界限用20V檔。
圖4-1 三相交流ACAC繞組電阻測量
按圖4-1接線。把R調至大位置，合上開關S1，調動直線DC電源及R阻值使試驗電流（A）（A）不超過電動機規格限定電流（A）（A）的20%，以防因試驗電流（A）（A）過大而引起繞組的溫度（℃）（℃）上升，讀取電流（A）（A）值，再接通開關S2讀取電壓（V）（V）值。讀完后，先打開開關S2，再打開開關S1。
調動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 ℃
注意事項
<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平穩后，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。數值記錄于表4-3中。
電橋法測量繞組直線DC電阻準確度及感知度高，并有直接讀數的優點。
表4-3
圖4-2 三相交流ACAC繞組首末端測量
先用萬用表測出各相繞組的兩個線端，將其中的隨意兩相繞組串聯，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ACAC電源。調動調壓旋鈕，可以在繞組端施以一相低電壓（V）（V）U=80～100V,注意電流（A）（A）不應超過規格限定值，測出第三相繞組的電壓（V）（V）， 如測得的電壓（V）（V）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（V）（V）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、空載實訓
1) 按圖4-3接線。電動機繞組為Δ接法(UN=220V)，直接與旋轉編碼器同軸聯接，負載電動機DQ19不接。
2) 把交流ACAC調壓器調至電壓（V）（V）小位置，接通電源，逐漸升高電壓（V）（V），使電動機起動旋轉，查看電動機旋轉方向。
3) 保持電動機在規格限定電壓（V）（V）下空載運行數分鐘，使機械損耗達到平穩后再實行試驗。
圖4-3 三相鼠籠式異步電動機試驗接線圖
4) 調動電壓（V）（V）由1.2倍規格限定電壓（V）（V）開始逐漸降低電壓（V）（V），直至電流（A）（A）或功率（W）（W）顯著增大為止。在這界限內讀取空載電壓（V）（V）、空載電流（A）（A）、空載功率（W）（W）。
5) 在測取空載實訓數值時，在規格限定電壓（V）（V）附近多測幾點，共取數值7～8組記錄于表4-4中。
表4-4
6、短路實訓
1) 測量接線圖同圖4-3，用限限制動作作工量具把三相電動機堵住。
2) 調壓器退至零，合上交流ACAC電源， 調動調壓器使之逐漸升壓至短路電流（A）（A）到1.2倍規格限定電流（A）（A），再逐漸降壓至0.3倍規格限定電流（A）（A）為止。
3) 在這界限內讀取短路電壓（V）（V）、短路電流（A）（A）、短路功率（W）（W）。
表 4-5
4) 共取數值5～6組記錄于表4-5中。
7、負載實訓
1) 測量接線圖同圖4-3。同軸聯接負載電動機。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ACAC電源，調動調壓器使之逐漸升壓至規格限定電壓（V）（V）并保持不變。
3) 合上校正直線DC測功機的勵磁電源，調動勵磁電流（A）（A）至校正值(100mA)并保持不變。
4) 調動負載電阻RL（注：先調動1800Ω電阻，調至零值后用實訓連接線短接再調動450Ω電阻），使異步電動機的定子電流（A）（A）逐漸上升，直至電流（A）（A）上升到1.25倍規格限定電流（A）（A）。
5) 從這負載開始，逐漸減小負載直至空載，在這界限內讀取異步電動機的定子電流（A）（A）、寫入功率（W）（W）、轉動速度、直線DC電動機的負載電流（A）（A）IF等數值。
6) 共取數值8～9組記錄于表4-6中。
表4-6 U1φ=U1N=220V（Δ） If= mA
五、實訓報告
1、計算基準作業溫度（℃）（℃）時的相電阻
由實訓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。按下式換算到基準作業溫度（℃）（℃）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 ——基準作業溫度（℃）（℃） ，對于E級絕緣為75℃；
θc ——實際冷態時定子繞組的溫度（℃）（℃），℃；
2、作空載特性彎彎曲線：I0L、P0、cosφ0=f(U0L)
3、作短路特性彎彎曲線：IKL、PK=f(UKL)
4、由空載、短路實訓數值求異步電動機的等效電子線路功能數值。
(1) 由短路實訓數值求短路功能數值
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（V）（V），相電流（A）（A），三相短路功率（W）（W）（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) 由空載試驗數值求激磁線路功能數值
5、作作業特性彎彎曲線P1、I1、η、S、cosφ1=f(P2)。
由負載試驗數值計算作業特性，填入表4-7中。
表4-7 U1=220V(Δ) If = mA
延長彎彎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，可得不一樣電壓（V）（V）的鐵耗PFe。
電動機的總損耗
于是求得規格限定負載時的效率為：中P1、S、I1由作業特性彎彎曲線上對應于P2為規格限定功率（W）（W）PN時查得。
六、思考題
1、由空載、短路實訓數值求取異步電動機的等效電子線路功能數值時，有哪些因素會引起誤差？ 從短路實訓數值我們可以得出哪些結論？
2、由直接負載法測得的電動機效率和用損耗解析法求得的電動機效率各有哪些因素會引起誤差？
一、實訓目的
1、掌控把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作業特性。
3、測量三相鼠籠式異步電動機的功能數值。
二、預習要點
1、異步電動機的作業特性指哪些特性？
2、異步電動機的等效電子線路有哪些功能數值？它們的物理意義是什么？
3、作業特性和功能數值的測量方法。
三、實訓內容
1、測量定子繞組的冷態電阻。
2、判定定子繞組的首末端.
3、空載實訓。
4、短路實訓。
5、負載實訓。
四、實訓方法
1、實訓設備
| 序 號 | 型 號 | 名 稱 | 數 量 |
| 1 | DQ03-1 | 導軌、旋轉編碼器及數字顯露轉動速度表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直線DC測功機 | 1件 |
| 3 | DQ10 | 三相鼠籠異步電動機 | 1件 |
| 4 | DQ45 | 交流ACAC電壓（V）（V）表 | 1件 |
| 5 | DQ44 | 交流ACAC電流（A）（A）表 | 1件 |
| 6 | DQ25 | 單三相智能功率（W）（W）、功率（W）（W）因數表 | 1件 |
| 7 | DQ22 | 直線DC電壓（V）（V）、mAmA毫安、安培表 | 1件 |
| 8 | DQ27 | 三相可調電阻器 | 1件 |
| 9 | DQ31 | 波動線測量試驗及開關板 | 1件 |
DQ45、DQ44、DQ25、DQ22、DQ27、DQ31
三相鼠籠式異步電動機的集合套件編號為DQ10。
3、測量定子繞組的冷態直線DC電阻。
將電動機在室內部存儲放一段時間，用溫度（℃）（℃）計測量電動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線DC電阻，此阻值即為冷態直線DC電阻。
(1) 伏安法
測量線路圖為圖4-1。直線DC電源用主控屏上電樞電源先調到50V。開關S1、S2選用DQ31箱式掛式模型塊件，R用DQ27箱式掛式模型塊件上1800Ω可調電阻。測量界限的選用：測量時經過的測量電流（A）（A）應小于規格限定電流（A）（A）的20%，約為50mAmA毫安，因而直線DC電流（A）（A）表的測量界限用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（A）（A）為50mAmA毫安時二端電壓（V）（V）約為2.8伏，所以直線DC電壓（V）（V）表測量界限用20V檔。
圖4-1 三相交流ACAC繞組電阻測量
按圖4-1接線。把R調至大位置，合上開關S1，調動直線DC電源及R阻值使試驗電流（A）（A）不超過電動機規格限定電流（A）（A）的20%，以防因試驗電流（A）（A）過大而引起繞組的溫度（℃）（℃）上升，讀取電流（A）（A）值，再接通開關S2讀取電壓（V）（V）值。讀完后，先打開開關S2，再打開開關S1。
調動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平穩后，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。數值記錄于表4-3中。
電橋法測量繞組直線DC電阻準確度及感知度高，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ACAC繞組首末端測量
先用萬用表測出各相繞組的兩個線端，將其中的隨意兩相繞組串聯，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ACAC電源。調動調壓旋鈕，可以在繞組端施以一相低電壓（V）（V）U=80～100V,注意電流（A）（A）不應超過規格限定值，測出第三相繞組的電壓（V）（V）， 如測得的電壓（V）（V）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（V）（V）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、空載實訓
1) 按圖4-3接線。電動機繞組為Δ接法(UN=220V)，直接與旋轉編碼器同軸聯接，負載電動機DQ19不接。
2) 把交流ACAC調壓器調至電壓（V）（V）小位置，接通電源，逐漸升高電壓（V）（V），使電動機起動旋轉，查看電動機旋轉方向。
3) 保持電動機在規格限定電壓（V）（V）下空載運行數分鐘，使機械損耗達到平穩后再實行試驗。
圖4-3 三相鼠籠式異步電動機試驗接線圖
4) 調動電壓（V）（V）由1.2倍規格限定電壓（V）（V）開始逐漸降低電壓（V）（V），直至電流（A）（A）或功率（W）（W）顯著增大為止。在這界限內讀取空載電壓（V）（V）、空載電流（A）（A）、空載功率（W）（W）。
5) 在測取空載實訓數值時，在規格限定電壓（V）（V）附近多測幾點，共取數值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，用限限制動作作工量具把三相電動機堵住。
2) 調壓器退至零，合上交流ACAC電源， 調動調壓器使之逐漸升壓至短路電流（A）（A）到1.2倍規格限定電流（A）（A），再逐漸降壓至0.3倍規格限定電流（A）（A）為止。
3) 在這界限內讀取短路電壓（V）（V）、短路電流（A）（A）、短路功率（W）（W）。
表 4-5
|
序 號 |
UKL（V） | IKL（A） | PK（W） | Cosφk | ||||||||
| UAB | UBC | UCA | UKL | IA | IB | IC | IKL | PⅠ | PⅡ | PK | ||
7、負載實訓
1) 測量接線圖同圖4-3。同軸聯接負載電動機。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ACAC電源，調動調壓器使之逐漸升壓至規格限定電壓（V）（V）并保持不變。
3) 合上校正直線DC測功機的勵磁電源，調動勵磁電流（A）（A）至校正值(100mA)并保持不變。
4) 調動負載電阻RL（注：先調動1800Ω電阻，調至零值后用實訓連接線短接再調動450Ω電阻），使異步電動機的定子電流（A）（A）逐漸上升，直至電流（A）（A）上升到1.25倍規格限定電流（A）（A）。
5) 從這負載開始，逐漸減小負載直至空載，在這界限內讀取異步電動機的定子電流（A）（A）、寫入功率（W）（W）、轉動速度、直線DC電動機的負載電流（A）（A）IF等數值。
6) 共取數值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、計算基準作業溫度（℃）（℃）時的相電阻
由實訓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。按下式換算到基準作業溫度（℃）（℃）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 ——基準作業溫度（℃）（℃） ，對于E級絕緣為75℃；
θc ——實際冷態時定子繞組的溫度（℃）（℃），℃；
2、作空載特性彎彎曲線：I0L、P0、cosφ0=f(U0L)
3、作短路特性彎彎曲線：IKL、PK=f(UKL)
4、由空載、短路實訓數值求異步電動機的等效電子線路功能數值。
(1) 由短路實訓數值求短路功能數值
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（V）（V），相電流（A）（A），三相短路功率（W）（W）（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) 由空載試驗數值求激磁線路功能數值
5、作作業特性彎彎曲線P1、I1、η、S、cosφ1=f(P2)。
由負載試驗數值計算作業特性，填入表4-7中。
表4-7 U1=220V(Δ) If = mA
|
序 號 |
電動機寫入 | 電動機輸出 | 計 算 值 | |||||
|
(A) |
P1 (W) |
T2 (N·m) |
n (r/min) |
P2 (W) |
S (%) |
η (%) |
cosφ1 | |
延長彎彎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，可得不一樣電壓（V）（V）的鐵耗PFe。
電動機的總損耗
于是求得規格限定負載時的效率為：中P1、S、I1由作業特性彎彎曲線上對應于P2為規格限定功率（W）（W）PN時查得。
六、思考題
1、由空載、短路實訓數值求取異步電動機的等效電子線路功能數值時，有哪些因素會引起誤差？ 從短路實訓數值我們可以得出哪些結論？
2、由直接負載法測得的電動機效率和用損耗解析法求得的電動機效率各有哪些因素會引起誤差？
