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10kV A，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P N=3kW(R1=2Ω) U N=380V I N=7.1A n N=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)；
4．R L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：
0AB AB CA0A B C0ІІІ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℃
0AB AB CA k A B C0ІІІ为三相输入功率3．三相异步电动机负载实验：
1A B C1ІІІ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 =
p0
3U0I0
：
图3-2 三相异步电动机空载特性曲线U0=f(I0)
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U k=f(I k)、p k=f(U k)、cosφk=f(U k)。

其中，堵转
功率因数为cosφk =
p k
3U k I k
：
图3-5 三相异步电动机堵转特性曲线U k=f(I k)
图3-6 三相异步电动机堵转特性曲线p k=f(U k)
图3-7 三相异步电动机堵转特性曲线cosφk=f(U k)
3．根据堵转实验数据计算三相异步电动机的励磁参数R k、X k、Z k：
利用表3-2中的数据计算温度为16℃时的励磁参数。

由I k=I N，读出短路电压U k = 83.89V，p k = 667W，利用式子：
Z k = U k I k
R k = p k 3I k2
X k = √Z k2−R k2计算得：
Z k = 83.897.04 = 11.916 Ω
R k =
667
3·7.042
= 4.486 Ω
X k = √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：
Z k75℃ = √R k75℃2+X k75℃2
R k75℃ = R k
235+75
235+θ
计算得：
R k75℃ = 5.54 Ω Z k75℃ = 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R m 、X m 、Z m ：
为了求励磁参数，应分离铁损耗p Fe 和机械损耗p mec 。

如下图3-8所示，利用图中的数据，可计算（其中Z 0≈X 0，定子漏电抗X 1由堵转实验求得，X 1≈X k /2≈5.52Ω）：
Z 0 =
U 0I 0
R m =
p Fe
3I 0
2
X m = X 0 – X 1 Z m = √X m 2+R m
2
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P 0=f(U 02)，如图3-9所示：
图3-9 P0=f(U02)
由图中的数据可知，p mec= 149.29 W。

当U0=U N时，可近似计算I0= 3.071A；p Fe= 384-149.29 = 234.71 W。

所以带入上式可计算得：
Z0 = 379.6
3.071
= 123.6 Ω
R m =
234.71
3·3.071^2
= 8.296 Ω
X m = 123.6 – 5.52 = 118.08 Ω
Z m = √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
cosφ1 =
1√3U1I1
η = P2
P1× 100%
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)
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)
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I st = U
Z k
比较大，所以长时间通过大电流，会使电机严重发热，烧坏仪器。

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p mec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。