三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性实验

电机及电气技术实验装置三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性实验
一、实验目的
    了解三相线绕式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。
二、预习要点
    1、如何利用现有设备测定三相线绕式异步电动机的机械特性。
    2、测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。
    3、如何根据所测出的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。
三、实验项目
    1、测定三相线绕式转子异步电动机在R_S=0时，电动运行状态和再生发电制动状态下的机械特性。
    2、测定三相线绕转子异步电动机在R_S=36Ω时，测定电动状态与反接制动状态下的机械特性。
    3、R_S=36Ω，定子绕组加直流励磁电流I₁=0.6I_N及I₂=I_N时，分别测定能耗制动状态下的机械特性。
四、实验方法
    1、实验设备

序 号	型 号	名             称	数 量
1	DQ03-1	电机导轨、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	DQ11	三相线绕式异步电动机	1件
4	DQ22	直流电压、毫安、安培表	2件
5	DQ44	交流电流表	1件
6	DQ45	交流电压表	1件
7	DQ25	单三相智能功率、功率因数表	1件
8	DQ26	三相可调电阻器	1件
9	DQ27	三相可调电阻器	1件
10	DQ29	可调电阻器、电容器	1件
11	DQ31	波形测试及开关板	1件

    2、屏上挂件排列顺序
     DQ45、DQ44、DQ25、DQ31、DQ22、DQ29、DQ27、DQ26、DQ22     
    3、R_S=0时的电动及再生发电制动状态下的机械特性。

          图6-2  三相线绕转子异步电动机机械特性的接线图
   （1）按图6-2接线，图中M用编号为DQ11的三相线绕式异步电动机，额定电压：220V,Y接法。MG用编号为DQ19的校正直流测功机。S₁、S₂、_、S₃选用DQ31挂箱上的对应开关，并将S₁合向左边1端，S₂合在左边短接端（即线绕式电机转子短路），S₃合在2'位置。R₁选用DQ29的180Ω阻值加上DQ27上四只900Ω串联再加两只900Ω并联共4230Ω阻值，R₂选用DQ29上1800Ω阻值，R_S选用DQ26上三组45Ω可调电阻(每组为90Ω与90Ω并联)，并用万用表调定在36Ω阻值，R₃暂不接。直流电表A₂、A₄的量程为5A，A₃量程为200mA，V₂的量程为300V。
    (2) 确定S₁合在左边1端，S₂合在左边短接端，S₃合在2'位置，M的定子绕组接成星形的情况下。把R₁、R₂阻值置最大位置，将控制屏左侧三相调压器旋钮向逆时针方向旋到底，即把输出电压调到零。
(3) 检查控制屏下方“直流电机电源”的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开位置。接通三相调压“电源总开关”，按下“开”按钮，旋转调压器旋钮使三相交流电压慢慢升高到U=110V，并在以后实验中保持不变。接通“励磁电源” ，调节R₂阻值，使A₃表为100mA并保持不变。
   （4）接通控制屏右下方的“电枢电源”开关，在开关S₃的2'端测量电机MG的输出电压的极性，先使其极性与S₃开关1'端的电枢电源相反。在R₁阻值为最大的条件下将S₃合向1'位置。
   （5）调节“电枢电源”输出电压或R₁阻值，使电动机从接近于堵转到接近于空载状态，其间测取电机MG的U_a、I_a、n及电动机M的交流电流表A₁的I₁值，共取8-9组数据录于表6-6中。      
表6-6       U=110V        R_S=0Ω      I_f=     mA

Ua(V)
Ia(A)
n(r/min)
I1(A)

   （6）当电动机接近空载而转速不能调高时，将S₃合向2' 位置，调换MG电枢极性（在开关S₃ 的两端换）使其与“电枢电源”同极性。调节“电枢电源”电压值使其与MG电压值接近相等，将S₃合至1'端。保持M端三相交流电压U=110V，减小R₁阻值直至短路位置（注：DQ27上6只900Ω阻值调至短路后应用导线短接）。升高“电枢电源”电压或增大R₂阻值（减小电机MG的励磁电流）使电动机M的转速超过同步转速n₀而进入回馈制动状态，在1700r/min～n₀范围内测取电机MG的U_a、I_a、n及电动机M的定子电流I₁值，共取5-7组数据记录于表6-7中。
表6- 7      U=110V        R_S=0Ω      

Ua(V)
Ia(A)
n(r/min)
I1(A)

    4、R_S=36Ω时的电动及反转性状态下的机械特性
   （1）开关S₂合向右端36Ω端。开关S₃拨向2'端，把MG电枢接到S₃上的两个接线端对调，以便使MG输出极性和“电枢电源”输出极性相反。把电阻R₁、R₂调至最大。  
   （2）保持电压U=110V不变，调节R₂阻值，使A₃表为100mA。调节“电枢电源”的输出电压为最小位置。在开关S₃的2' 端检查MG电压极性须与1' 的“电枢电源”极性相反。可先记录此时MG的U_a、I_a值，将S₃合向1'端与“电枢电源”接通。测量此时电机MG的U_a，I_a，n及A₁表的I₁值，减小R₁阻值（先调DQ27上四个900Ω串联的电阻）或调高“电枢电源”输出电压使电动机M的n下降，直至n为零。把R₁的DQ27上四个900Ω串联电阻调至零值位置后应用导线短接，继续减小R₁阻值或调高电枢电压使电机反向运转。直至反向转速n为1300r/min为止，在该范围内测取电机MG的U_a，I_a，n及A₁表的I₁值。共取11-12组记录于表6-8中。
   （3）停机（先将S₂合至2' 端，关断“电枢电源”再关断“励磁电源”，调压器调至零位，按下“关”按钮）。
表6-8        U=110V         R_S=36Ω      I_f =     mA

Ua(V)

Ia(A)

n(r/min)

I1(A)

    5、能耗制动状态下的机械特性
   （1）确认在“停机”状态下。把开关S₁合向右边2 端，S₂合向右端（R_S仍保持36Ω不变），S₃合向左边2'端， R₁用DQ29上180Ω阻值并调至最大，R₂用DQ27上1800Ω阻值并调至最大，R₃用DQ27上900Ω与900Ω并联再加上900Ω与900Ω并联共900Ω阻值并调至最大。
   （2）开启“励磁电源”，调节R₂阻值，使A₃表I_f=100mA，开启“电枢电源”，调节电枢电源的输出电压U=220V，再调节R₃使电动机M的定子绕组流过I= 0.6I_N=0.18 A并保持不变。
   （3）在R₁阻值为最大的条件下，把开关S₃合向右边1'端，减小R₁阻值，使电机MG起动运转后转速约为1600r/min，增大R₁阻值或减小电枢电源电压（但要保持A₄表的电流I不变）使电机转速下降，直至转速n约为50r/min，其间测取电机MG的U_a，I_a及n值，共取10-11组数据记录于表6-9中。
   （4）停机。[同4（3）]
   （5）调节R₃阻值，使电机M的定子绕组流过的励磁电流I=I_N=0.3 A。重复上述操作步骤，测取电机MG的U_a，I_a及n值，共取10-11组数据记录于表6-10中。
表6-9         R_S=36Ω          I=0.18 A       I_f =     mA

Ua（V）
Ia（A）
n（r/min）

表6-10        R_S=36Ω          I=0.3 A        I_f =     mA

Ua（V）
Ia（A）
n（r/min）

 6、绘制电机M-MG机组的空载损耗曲线P₀=f(n)。
   （1）拆掉三相线绕式异步电动机M定子和转子绕组接线端的所有插头，R₁用 DQ29上180Ω阻值并调至最大，R₂用 DQ29上1800Ω阻值并调至最大。直流电流表A₃的量程为200mA，A₂的量程为5A，V₂的量程为300V，开关S₃合向右边1'端。
   （2）开启“励磁电源”，调节R₂阻值，使A₃表I_f=100mA，检查R₁阻值在最大位置时开启“电枢电源”，使电机MG起动运转，调高“电枢电源”输出电压及减小R₁阻值，使电机转速约为1600r/min，逐次减小“电枢电源”输出电压或增大R₁阻值，使电机转速下降直至n=100r/min，在其间测量电机MG的U_a0、I_a0及n值，共取10-12组数据记录于表6-11中。
   表6-11

Ua0（V）

Ia0（A）

n（r/min）

五、实验注意事项
    调节串联的可调电阻时，要根据电流值的大小而相应选择调节不同电流值的电阻，防止个别电阻器过流而引起烧坏。
六、实验报告
    1、根据实验数据绘制各种运行状态下的机械特性。
    计算公式：
 
      式中    T——受试异步电动机M的输出转矩（N·m）；
              U_a——测功机MG的电枢端电压（V）；
              I_a——测功机MG的电枢电流（A）；
              R_a——测功机MG的电枢电阻（Ω），可由实验室提供；
              P₀——对应某转速n时的某空载损耗（W）。
    注：上式计算的T值为电机在U=110V时的T值，实际的转矩值应折算为额定电压时的异步电机转矩。
    2、绘制电机M—MG机组的空载损耗曲线P₀=f（n）。