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山东科技大学电工电子实验教学中心

创新性实验研究报告
课程名称:电机学
实验项目名称 三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性

姓名 手机

_伊丽莎__ 学号 _200901100731 13780666312 Email _ 389865670@qq.com





电气工程及其自动化 班级 _ 09 级 2 班

指导教师及职称 ________ _ _ 开课学期 提交时间 至_ 年 学年_ _学期 月 日

一、实验摘要 三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、 转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后,产生旋转磁场并切割转 子,获得转矩。本实验为了了解三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性,更充分 加深对异步电动机的认识。

二、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。

三、实验场地及仪器、设备和材料: 实验地点:J11-418 电机实验室 实验设备:三相线绕式异步电动机,测功机,D51 挂件开关,D44 和 D42 的电阻,交流电 流表,交流电压表,直流电流表,直流电压表,功率表,转速表,三相交流电源,直流 励磁电流

四、实验内容 1、实验原理 三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。 它主要由定子、 转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后,产生旋转磁场并切割 转子,获得转矩。 1) 工作原理 定子三相绕组通入三相交流电即可产生旋转磁场。当三相电流不断地随时间变化 时,所建立的合成磁场也不断地在空间旋转,如下图所示。旋转磁场的旋转方向与 三相电流的相序一致,任意调换两根电源进线,则旋转磁场反转。 定子旋转磁场旋转切割转子绕组,转子绕组产生感应电动势,其方向由“右手螺旋 定则”确定。由于转子绕组自身闭合,便有电流流过,并假定电流方向与电动势方向相 同, 转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下, 产生电磁力, 其方向由“左手螺旋定则” 判断。该力对转轴形成转矩(称电磁转矩),并可见,它的方向与定子旋转磁场(即电流 相序)一致,于是,电动机在电磁转矩的驱动下,顺着旋转磁场的方向旋转,且一定有 转子转速。有转速差是异步电动机旋转的必要条件,异步的名称也由此而来。 电动机长期稳定运行时,电磁转矩 T 和机械负载转矩 T2 相等,即 T=T2。

2) 机械特性

图 1 三相线绕式异步电动机

在机械特性图中,存在两个工作区:稳定运行区和不稳定运行区。在机械特性曲 线的 AB 段,当作用在电动机轴上的负载转矩发生变化时,电动机能适应负载的变化 而自动调节达到稳定运行,故为稳定区。机械特性曲线的 BC 段,因电动机工作在该 区段时其电磁转矩不能自动适应负载转矩的变化,故为不稳定区。

2、实验内容 测定三相线绕式转子异步电动机在 RS=0 时,电动运行状态和再生发电制动状态 下的机械特性。

3、实验步骤
1 S1 2 I A4 R3 * * V1 V Rs I1 W A1 * W2 * Rs W
1

U

S2 Rs

A2 If Ia MG Ua V2

R1

2'

1'

220V 励磁电源

直流电机 励磁绕组



R2





图 2 三相线绕转子异步电动机机械特性的接线图

RS=0 时的反转性状态下机械特性、电动状态机械特性及再生发电制动状态下机械 特性。 (1)按图 6-2 接线,图中 M 为三相线绕式异步电动机,额定电压:220V,Y 接法。 MG 为校正直流测功机。S1、S2、 、S3 选用 D51 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 D44 的

220V 电枢电源



180Ω 阻值加上 D42 上四只 900Ω 串联再加两只 900Ω 并联共 4230Ω 阻值,R2 选用 D44 上 1800Ω 阻值,RS 选用 D41 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 1000V,交流电表 V1 的量程为 150V,A1 量程为 2.5A。转速表 n 置正向 1800r/min。 (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“启动”按钮,旋转调压器旋 钮使三相交流电压慢慢升高,观察电机转向是否符合要求。若符合要求则升高到 U=110V,并在以后实验中保持不变。接通“励磁电源” ,调节 R2 阻值,使校正直流 测功机的励磁电流为校正值 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'端测量校正直流测功 机的输出电压的极性, 先使其极性与 S3 开关 1'端的电枢电源相反。 R1 阻值为最大的 在 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 M 的转速下降,直至 n 为零, 再把 R1 的 R3、R5 上四个 900Ω 串联电阻调至零后用导线短接,继续减小 R1 阻值或调 高电枢电压使电机反向运转,直至 n=-1300r/min 为止。然后增大电阻 R1 或者减小校正 直流测功机的电枢电压使电机从反转运行状态进入堵转然后进入电动运行状态, 在该范 围内测取电机 MG 的 Ua、Ia、n 及电动机 M 的交流电流表 A1 的 I1 值,将数据记录于表 1 对应的表格中。 (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。减小 R1 阻值直至短路位置 (注:R3、R5 上 4 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 Ua、Ia、n 及电动机 M 的定子电流 I1 值。将数据记 录于表 1 对应的表格中。 (7) 停机(先将 S3 合至 2' 端,关断“电枢电源”再关断“励磁电源”,将调压 器调至零位,按下“停止”按钮)

五、实验结果与分析
1、实验现象、数据记录 按实验步骤记录实验数据之下表 表1 U=110V Rs=0Ω Ua 182 183 183 184 Ia 1.01 0.75 0.63 0.44 n 1700 1640 1610 1550 Ua 148 146 128 115 Ia -0.15 -0.17 -0.2 -0.22 n 1225 1160 1100 1000 Ua 30 22 12 -2 Ia -0.19 -0.19 -0.19 -0.21 n 300 200 100 0

If=100mA 184 184 0.36 0.25 1520 1490 100 89 -0.23 -0.23 900 800 -18 -32 -0.45 -0.46 -100 -200

184 0.16 1430 76 -0.2 700 -45 -0.47 -300

185 0.5 1370 55 -0.2 600 -58 -0.48 -400

166 160 -0.05 -0.09 1275 1250 40 32 -0.19 -0.19 500 400 -71 -0.48 -500

2、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论:
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:
T ? 9 . 55 n [ P0 ? (U a I a ? I a R a )]
2

式中

T——受试异步电动机 M 的输出转矩(N· ; m) Ua——测功机 MG 的电枢端电压(V) ; Ia——测功机 MG 的电枢电流(A) ; Ra——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。 Rs=0 时的机械特性
1800

1600

1400

1200

1000 系列1 800

600

400

200

0 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4

3、关键点: 1) 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。 2) 当减小 R1 阻值时,D42 上的 6 只 900Ω 阻值调至短路后应用导线短接 3) 开始试验时,电阻减小,转速没有太大变化,多减小一些,转速才开始变化。

六、实验结论
在机械特性曲线的稳定区时,作用在电动机轴上的负载转矩发生变化时,电动机能 适应负载的变化而自动调节达到稳定运行,此时 n=f(T)的斜率小于零;机械特性曲线 的不稳定区时, 因电动机工作在该区段时其电磁转矩不能自动适应负载转矩的变化, 此时 n=f(T)的斜率大于零。

七、指导老师评语及得分:

签名:








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