電機(jī)及電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的工作特性實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1、掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的空載、堵轉(zhuǎn)和負(fù)載試驗(yàn)的方法。
2、用直接負(fù)載法測取三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的工作特性。
3、測定三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)。
二、預(yù)習(xí)要點(diǎn)
1、異步電動(dòng)機(jī)的工作特性指哪些特性？
2、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路有哪些參數(shù)？它們的物理意義是什么？
3、工作特性和參數(shù)的測定方法。
三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、測量定子繞組的冷態(tài)電阻。
2、判定定子繞組的首末端.
3、空載實(shí)驗(yàn)。
4、短路實(shí)驗(yàn)。
5、負(fù)載實(shí)驗(yàn)。
四、實(shí)驗(yàn)方法
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
| 序 號(hào) | 型 號(hào) | 名 稱 | 數(shù) 量 |
| 1 | DQ03-1 | 導(dǎo)軌、旋轉(zhuǎn)編碼器及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直流測功機(jī) | 1件 |
| 3 | DQ10 | 三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī) | 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(shù)表 | 1件 |
| 7 | DQ22 | 直流電壓、毫安、安培表 | 1件 |
| 8 | DQ27 | 三相可調(diào)電阻器 | 1件 |
| 9 | DQ31 | 波形測試及開關(guān)板 | 1件 |
DQ45、DQ44、DQ25、DQ22、DQ27、DQ31
三相鼠籠式異步電機(jī)的組件編號(hào)為DQ10。
3、測量定子繞組的冷態(tài)直流電阻。
將電機(jī)在室內(nèi)放置一段時(shí)間，用溫度計(jì)測量電機(jī)繞組端部或鐵心的溫度。當(dāng)所測溫度與冷卻介質(zhì)溫度之差不超過2K時(shí)，即為實(shí)際冷態(tài)。記錄此時(shí)的溫度和測量定子繞組的直流電阻，此阻值即為冷態(tài)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(diào)到50V。開關(guān)S1、S2選用DQ31掛箱，R用DQ27掛箱上1800Ω可調(diào)電阻。量程的選擇：測量時(shí)通過的測量電流應(yīng)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(dòng)機(jī)定子一相繞組的電阻約為56Ω，因而當(dāng)流過的電流為50毫安時(shí)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(diào)至最大位置，合上開關(guān)S1，調(diào)節(jié)直流電源及R阻值使試驗(yàn)電流不超過電機(jī)額定電流的20%，以防因試驗(yàn)電流過大而引起繞組的溫度上升，讀取電流值，再接通開關(guān)S2讀取電壓值。讀完后，先打開開關(guān)S2，再打開開關(guān)S1。
調(diào)節(jié)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(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子須靜止不動(dòng)。
<2> 測量通電時(shí)間不應(yīng)超過1分鐘。
(2)電橋法（選做）
用單臂電橋測量電阻時(shí)，應(yīng)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(dá)到穩(wěn)定后，方可按下檢流計(jì)按鈕接入檢流計(jì)。測量完畢，應(yīng)先斷開檢流計(jì)，再斷開電源，以免檢流計(jì)受到?jīng)_擊。數(shù)據(jù)記錄于表4-3中。
電橋法測定繞組直流電阻準(zhǔn)確度及靈敏度高，并有直接讀數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
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(gè)線端，將其中的任意兩相繞組串聯(lián)，如圖4-2所示。將控制屏左側(cè)調(diào)壓器旋鈕調(diào)至零位，開啟電源總開關(guān)，按下“開”按鈕，接通交流電源。調(diào)節(jié)調(diào)壓旋鈕，并在繞組端施以單相低電壓U=80～100V,注意電流不應(yīng)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(shù)，表示兩相繞組的末端與首端相聯(lián)，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(lián)，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(shí)驗(yàn)
1) 按圖4-3接線。電機(jī)繞組為Δ接法(UN=220V)，直接與旋轉(zhuǎn)編碼器同軸聯(lián)接，負(fù)載電機(jī)DQ19不接。
2) 把交流調(diào)壓器調(diào)至電壓最小位置，接通電源，逐漸升高電壓，使電機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，觀察電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。
3) 保持電動(dòng)機(jī)在額定電壓下空載運(yùn)行數(shù)分鐘，使機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定后再進(jìn)行試驗(yàn)。
圖4-3 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)接線圖
4) 調(diào)節(jié)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(nèi)讀取空載電壓、空載電流、空載功率。
5) 在測取空載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，在額定電壓附近多測幾點(diǎn)，共取數(shù)據(jù)7～8組記錄于表4-4中。
表4-4
|
序 號(hào) |
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(dòng)工具把三相電機(jī)堵住。
2) 調(diào)壓器退至零，合上交流電源， 調(diào)節(jié)調(diào)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(nèi)讀取短路電壓、短路電流、短路功率。
表 4-5
|
序 號(hào) |
UKL（V） | IKL（A） | PK（W） | Cosφk | ||||||||
| UAB | UBC | UCA | UKL | IA | IB | IC | IKL | PⅠ | PⅡ | PK | ||
7、負(fù)載實(shí)驗(yàn)
1) 測量接線圖同圖4-3。同軸聯(lián)接負(fù)載電機(jī)。圖中Rf用DQ27上1800Ω阻值，RL用DQ27上1800Ω阻值加上900Ω并聯(lián)900Ω共2250Ω阻值。
2) 合上交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)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(jī)的勵(lì)磁電源，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流至校正值(100mA)并保持不變。
4) 調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL（注：先調(diào)節(jié)1800Ω電阻，調(diào)至零值后用導(dǎo)線短接再調(diào)節(jié)450Ω電阻），使異步電動(dòng)機(jī)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(fù)載開始，逐漸減小負(fù)載直至空載，在這范圍內(nèi)讀取異步電動(dòng)機(jī)的定子電流、輸入功率、轉(zhuǎn)速、直流電機(jī)的負(fù)載電流IF等數(shù)據(jù)。
6) 共取數(shù)據(jù)8～9組記錄于表4-6中。
表4-6 U1φ=U1N=220V（Δ） If= mA
|
序 號(hào) |
I1L（A） | P1（W） |
IF (A) |
T2 (N·m) |
n (r/min) |
|||||
| IA | IB | IC | I1L | PⅠ | PⅡ | P1 | ||||
1、計(jì)算基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的相電阻
由實(shí)驗(yàn)直接測得每相電阻值，此值為實(shí)際冷態(tài)電阻值。冷態(tài)溫度為室 溫。按下式換算到基準(zhǔn)工作溫度時(shí)的定子繞組相電阻：
作溫度時(shí)定子繞組的相電阻，Ω；
ｒ1c ——定子繞組的實(shí)際冷態(tài)相電阻，Ω；
θref ——基準(zhǔn)工作溫度 ，對于E級絕緣為75℃；
θc ——實(shí)際冷態(tài)時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求異步電機(jī)的等效電路參數(shù)。
(1) 由短路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求短路參數(shù)
短路阻抗：
短路電阻：
短路電抗：
式中
，PK——電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的相電壓，相電流，三相短路功率（Δ接法）。轉(zhuǎn)子電阻的折合值：
式中r1C是沒有折合到75℃時(shí)實(shí)際值。
定、轉(zhuǎn)子漏抗：
(2) 由空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)求激磁回路參數(shù)
5、作工作特性曲線P1、I1、η、S、cosφ1=f(P2)。
由負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算工作特性，填入表4-7中。
表4-7 U1=220V(Δ) If = mA
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序 號(hào) |
電動(dòng)機(jī)輸入 | 電動(dòng)機(jī)輸出 | 計(jì) 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(diǎn)，K點(diǎn)的縱座標(biāo)即為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗Pmec，過K點(diǎn)作平行于橫軸的直線，可得不同電壓的鐵耗PFe。
電機(jī)的總損耗
于是求得額定負(fù)載時(shí)的效率為：中P1、S、I1由工作特性曲線上對應(yīng)于P2為額定功率PN時(shí)查得。
六、思考題
1、由空載、短路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求取異步電機(jī)的等效電路參數(shù)時(shí)，有哪些因素會(huì)引起誤差？ 從短路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以得出哪些結(jié)論？
2、由直接負(fù)載法測得的電機(jī)效率和用損耗分析法求得的電機(jī)效率各有哪些因素會(huì)引起誤差？