上海交大电机学实验+三相异步电动机参数及工作特性

电机学实验报告

实验三三相异步电动机参数及工作特性

一、实验目的

1．掌握三相异步电动机空载、堵转实验及参数计算的方法； 2．用实验的方法测定三相异步电动机的工作特性。

二、实验内容

1．三相异步电动机空载实验； 2．三相异步电动机堵转实验； 3．三相异步电动机负载实验。

三、实验接线图

下图3-1为三相异步电动机参数及工作特性实验的两种接线图，分别对应不同的实验台。本组所使用的7号实验台有磁粉制动器，所以实验实际所用的为图b的接线方式。

图3-1三相异步电动机接线图

四、实验设备

1．T三相感应调压器额定容量10kVA，额定输入电压380V，额定输出电压0~430V，额定输出电流13.4A；

2． M绕线转子三相异步电动机PN=3kW(R1=2Ω)UN=380V IN=7.1AnN=1390r/min； 3．G直流发电机 3kW (或ZJ转矩传感器50N?m，CZ磁粉制动器50N?m)；

1

4．RL单相变阻器 8.8/108Ω 2/25A； 5．交流电压表 500V； 6．交流电流表10A； 7．功率表500V 10A； 8．直流电压表 400V； 9．直流电流表30A； 10．直流电流表4A； 11．张力控制器；

12．转矩转速显示仪。

五、实验数据

1．三相异步电动机空载实验：

表3-1 三相异步电动机空载实验数据 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 U(V) UAB UBC UCA U0 IA I(A) IB IC I0 P? P(W) P?? p0 cosφ0 456 403 391 384 375 368 284 218 L0.17 L0.18 L0.19 L0.20 L0.20 L0.20 L0.28 L0.50 414.6 419.9 421.7 418.6 3.912 4.111 3.496 3.840 912 386.8 391.5 393.7 390.7 3.300 3.531 2.922 3.251 709 380.4 385.0 387.6 384.3 3.172 3.461 2.818 3.150 674 375.9 380.1 382.7 379.6 3.096 3.385 2.732 3.071 637 369.5 373.9 376.7 373.4 3.001 3.309 2.716 3.009 602 365.2 369.2 372.3 368.9 2.928 3.210 2.603 2,914 580 287.0 290.2 292.3 289.8 2.079 2.259 1.890 2.076 377 190.4 191.8 192.0 191.4 1.468 1.618 1.313 1.466 204 -456 -306 -283 -253 -227 -212 -93 14 其中U0=(UAB+UAB+UCA)/3；I0=(IA+IB+IC)/3；p0=p?+p??为三相输入功率。

2．三相异步电动机堵转实验：

表3-2三相异步电动机堵转实验数据温度θ=16℃ 序号 1 2 3 4 5 6 U(V) UAB UBC UCA Uk IA I(A) IB IC Ik P? P(W) P?? Pk cosφk 667 578 421 280 160 65 L0.67 L0.68 L0.67 L0.67 L0.67 L0.66 82.95 84.45 84.28 83.89 7.118 7.044 6.959 7.040 550 77.56 78.71 78.90 78.39 6.495 6.403 6.363 6.420 472 66.71 68.52 68.04 67.76 5.542 5.500 5.353 5.465 346 54.91 56.60 55.72 55.74 4.508 4.489 4.335 4.444 232 41.88 42.86 42.12 42.29 3.443 3.387 3.287 3.372 134 26.06 27.72 27.12 26.97 2.192 2.214 2.030 2.145 55 117 106 75 48 26 10 其中U0=(UAB+UAB+UCA)/3；Ik =(IA+IB+IC)/3；p0=p?+p??为三相输入功率。

3．三相异步电动机负载实验：

表3-3三相异步电动机负载实验数据

序号 IA IB I(A) IC I1 PI P(W) PII P1 T2 (N·m) N (r/min) 2

1 2 3 4 5 6 6.980 6.014 5.517 4.258 3.516 3.157 7.412 6.268 5.976 4.713 4.002 3.340 7.049 5.954 5.439 4.154 3.696 2.820 7.147 6.079 5.644 4.375 3.738 3.106 2507 2039 1989 1374 1090 636 1400 1068 880 427 219 -292 3907 3107 2869 1801 1309 344 21.471 16.337 15.217 9.1866 6.1354 0.5082 1365.3 1389.6 1401.0 1436.1 1460.7 1492.6 其中I1 =(IA+IB+IC)/3；p1=p?+p??为负载时三相输入功率。

六、特性曲线、参数计算及问题分析

1．根据空载实验数据绘出空载特性曲线U0=f(I0)、p0=f(U0)、cosφ0=f(U0)。其中，空载功率因数为cosφ0=

??03??0??0

：

图3-2 三相异步电动机空载特性曲线U0=f(I0)

3

图3-3 三相异步电动机空载特性曲线p0=f(U0)

图3-4 三相异步电动机空载特性曲线cosφ0=f(U0)

2．根据空载实验数据绘出堵转特性曲线Uk=f(Ik)、pk=f(Uk)、cosφk=f(Uk)。其中，堵转功率因数为cosφk=

????3????????

：

4

图3-5三相异步电动机堵转特性曲线Uk=f(Ik)

图3-6 三相异步电动机堵转特性曲线pk=f(Uk)

5

图3-7 三相异步电动机堵转特性曲线cosφk=f(Uk)

3．根据堵转实验数据计算三相异步电动机的励磁参数Rk、Xk、Zk： 利用表3-2中的数据计算温度为16℃时的励磁参数。由Ik=IN，读出短路电压Uk = 83.89V，pk = 667W，利用式子：

????Zk = ????????Rk = 2

3????

22Xk = ?????????

计算得：

Zk = Rk =

83.897.04

667

= 11.916 Ω

= 4.486 Ω

3·7.042Xk = 11.9162?4.4862= 11.039 Ω

再将温度为16℃的电阻值折算到基准工作温度75℃时的数值，利用式子：

22

????75℃= ????75℃+????75℃

235+75????75℃= Rk 235+??

计算得：

????75℃= 5.54 Ω ????75℃= 12.351 Ω

4．根据空载实验数据计算三相异步电动机的励磁参数Rm、Xm、Zm：

为了求励磁参数，应分离铁损耗pFe和机械损耗pmec。如下图3-8所示，利用图中的数据，可计算（其中Z0≈X0，定子漏电抗X1由堵转实验求得，X1≈Xk/2≈5.52Ω）：

6

Z0=

??0??0

Rm =

??????

23??0

2+??2 Xm = X0 – X1Zm = ??????

图3-8 由空载损耗分离铁损耗与机械损耗

首先利用实验数据，作出拟合曲线P0=f(U02)，如图3-9所示：

图3-9 P0=f(U02)

由图中的数据可知，pmec = 149.29 W。当U0=UN时，可近似计算I0 = 3.071A；pFe = 384-149.29 = 234.71 W。所以带入上式可计算得：

379.6Z0== 123.6 Ω 3.071234.71

Rm = = 8.296 Ω

3·3.071^2

Xm = 123.6 –5.52 = 118.08 Ω

Zm = 118.082+8.2962= 118.371 Ω

5．根据负载实验所测数据计算三相异步电动机的工作特性，并将实验和计算数据记入表3-4中。输出功率P2、功率因数cosφ1和效率η可由下式求得：

P2 = 0.105nT2

7

cosφ1 = η =

??1 3??1??1

× 100%

??2??1

表3-4 工作特性数据 电动机输入 I1(A) 7.147 6.079 5.644 4.375 3.738 3.106 P1(W) 3907 3107 2869 1801 1309 344 电动机输出 T2(N·m) 21.471 16.337 15.217 9.1866 6.1354 0.5082 n(r/min) 1365.3 1389.6 1401.0 1436.1 1460.7 1492.6 P2(W) 3078 2384 2238 1385 941 80 计算值 η 78.78% 76.73% 78.02% 76.92% 71.89% 23.15% cosφ1 0.8306 0.7765 0.7723 0.6254 0.5321 0.1683 6．由表3-4中数据绘出三相异步电动机的工作特性曲线I1=f(P2)、T2=f(P2)、n=f(P2)、cosφ1=f(P2)、η=f(P2)：

图3-10 三相异步电动机工作特性曲线I1=f(P2)

8

图3-11 三相异步电动机工作特性曲线T2=f(P2)

图3-12 三相异步电动机工作特性曲线n=f(P2)

9

图3-13 三相异步电动机工作特性曲线cosφ1=f(P2)

图3-14 三相异步电动机工作特性曲线η=f(P2)

七、思考题

1．空载实验为何不宜在过低的电压下运行？ 答：异步电动机启动的时候，启动转矩在只有电压变化的情况下，与电压的平方成正比。如果电压过低，则启动转矩会很小，转子转速将会在比较长的一段时间内都很小，即转差率s接近1。由异步电机的等效电路可以看出，启动电流Ist=流，会使电机严重发热，烧坏仪器。

??????

比较大，所以长时间通过大电

10

2．空载实验中电动机的端电压逐步降低至转速有明显变化时，为何定子电流会回升？ 答：异步电机的输出功率在只有电压变化时，与电压的平方成正比。电动机的端电压降低，则电动机的输出功率也会降低。由于机械损耗pmec变化不大，所以转子的功率会迅速降低，转速迅速下降，转差率迅速增加。随着转差率的增加，转子电流也会增加，定子电流也会发过来增加。

3．堵转实验中电动机定子电流达到额定值时，为什么电动机的电磁转矩并不大？ 答：堵转实验中，转子转速为0，转差率为1，由异步电机的转矩-转差率(T-s)曲线可以看出，所对应的为启动转矩，相对于异步电机的最大电磁转矩比较小。异步电机取得最大电磁转矩的时候，转差率小于1。

4．定性分析异步电动机效率特性曲线：

答：异步电机的损耗有铜损、铁损和机械损耗。当负载变化时，铜损随之变化，与负载电流的平方成正比，但铁损和机械损耗却可以近似认为不变。所以由效率的计算公式可以看出，当可变的损耗等于不变的损耗时，电动机的效率达到最大值。

八、心得与体会

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2．空载实验中电动机的端电压逐步降低至转速有明显变化时，为何定子电流会回升？ 答：异步电机的输出功率在只有电压变化时，与电压的平方成正比。电动机的端电压降低，则电动机的输出功率也会降低。由于机械损耗pmec变化不大，所以转子的功率会迅速降低，转速迅速下降，转差率迅速增加。随着转差率的增加，转子电流也会增加，定子电流也会发过来增加。

3．堵转实验中电动机定子电流达到额定值时，为什么电动机的电磁转矩并不大？ 答：堵转实验中，转子转速为0，转差率为1，由异步电机的转矩-转差率(T-s)曲线可以看出，所对应的为启动转矩，相对于异步电机的最大电磁转矩比较小。异步电机取得最大电磁转矩的时候，转差率小于1。

4．定性分析异步电动机效率特性曲线：

答：异步电机的损耗有铜损、铁损和机械损耗。当负载变化时，铜损随之变化，与负载电流的平方成正比，但铁损和机械损耗却可以近似认为不变。所以由效率的计算公式可以看出，当可变的损耗等于不变的损耗时，电动机的效率达到最大值。

八、心得与体会

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4npd.html