电机实验.docx
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电机实验
实验六三相绕组与旋转磁场实验
一、实验目的
1．掌握三相绕组磁场产生的原理。
2．掌握三相电机定成绕组的布线规律。
二、实验项目
1．三相木模定子的绕组的下线、连线。
2．用指南针检查旋转磁场的转向。
三、实验设备及仪器
1．三相调压器。
2．电气装置中的三相电网电源。
3．Z=36的木模定子。
4．绕组线圈若干。
5．指南针。
6．交流电流表。
四、预习要点
1．掌握三相旋转磁场产生原理。
2．根据Z=36、2P=6、a=1整步60°相带，绘出三相单层迭绕组展示图。
五、实验说明
1、单层绕组的每个槽中只嵌一个绕圈有效边，绕组的成圈数等于总槽数的一半。
2、一个极距内所有导体的电流方向必须一致，相邻两个极距内所有导体的边流方向必须相反。
3、在选线时，由于有效边是产生电磁作用的主要部分，所以只要保持有效的电流以流向不变，端部连接方式改变，不会改变电磁情况。
4、通电时，电流小于3安。
5、用指南针检查旋转磁场时，指南针平放并且尽量靠近木槽。
六、实验方法及步骤
1、参数计算
极距τ=Z/2P=36/4=6槽
每极每相槽数q=Z/2mp=36/4×3=2槽
槽间电角度α=P360/Z=3×360/36=30°
2、编绘电机的槽号
把36线槽绘出来，线槽之间的距离均匀对称，仍需要多画几个槽，左右两侧都要标出始末槽号，以示展开图园周完整性，同时要预留出确定每极每相槽数位置的空余地方，如图6-1。
图6-1三相6极36槽电机单层全距绕组槽号绘编
3、划定极距：
把已编绘好的电机槽号，按顺序六等分，并标出极距的位置（如图6-1）。
4、确定每极每相槽的位置：
在规划好的极距下，将每一极距三等分，得到每极每相二槽依次在每槽下用U、V、W标出来，以示每极距下，每一相绕组所嵌槽的位置（如图6-1）。
5、标明电流方向：
按绕组嵌线排列原则，即一个相距内所有导体的电流方向都必须一致，相邻两个极距内所有导体电流方向，都必须相反，原则在规划好的极距下，标出每个极距内所有导体的电流方向（如图6-1）。
6、绕组展开图成图：
按照每一极距下每槽中的电流方向以及绕圈节距，把同样号（如都为O的记号）下的线槽适当顺序联接，可构成绕组。
根据槽间电高度和A、B、C相差120°，确定A、B、C，即第1为A、5为B、9为C，然后把A、B、C的尾端接在一起，可成Y接。
7、通电验证
在A、B、C端加三相电源，A相串电流表，电流小于3A，用指南针验证旋转磁场，看针是否转动。
图6-2
七、报告要求
验证完成后，写出体会。
本实验主要是研究三相交流电机的定子绕组的构成方法。
通过这个实验加深了我对三相绕组的构成方式的了解，也加深了我们对旋转磁场产生原理的理解。
八、实验思考
1、哪些接线错误可能建立不起旋转磁场？
答：
①当两个线圈（或线圈组）之间的连接顺序不正确的时候将不能产生旋转磁场；②当线圈在定子槽中放的位置不正确的时候不能产生旋转磁场；③当各相绕组的端接线连接不正确时不能产生旋转磁场。
2、采用木模定子，绕组电阻很小，须直接加电网电压吗？
答：
不能，当采用木模定子时，磁路的磁阻很大，即励磁电抗很小。
则绕组产生的磁场很小，加之绕组电阻很小，当直接加电网电压时，线圈中的励磁电流将很大，绕组很容易烧坏。
实验七三相鼠笼异步电动机的工作特性
一、实验目的
1．掌握三相异步电机的空载、堵转和负载试验的方法。
2．用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。
3．测定三相笼型异步电动机的参数。
二、实验项目
1．测量定子绕组的冷态电阻。
2．判定定子绕组的首未端。
3．空载试验。
4．短路试验。
5．负载试验。
三、实验设备及仪器
1．直流稳压电源10伏。
2．红外线转速表。
3．交流功率、功率因数表2只（cosφ=1，V=150U、600U，I=5A）。
4．直流电压表（75V、125V、500V）、安培表（5A，3只；0.5A，1只）。
5．可调电阻10欧。
6．三相调压器15千伏安。
7．温度计。
8、开关板。
9、三相鼠笼式异步电动机—直流发电机机组（额定功率1.5KW，额定电流3.7A，额定转速1420转/分钟，额定电压380V，接法Y，稳定频率50HZ，型号Y90L—4，2对极）。
四、预习要点
1．异步电动机的工作特性指哪些特性？
2．异步电动机的等效电路有哪些参数？
它们的特理意义是什么？
3．工作特性和参数的测定方法。
五、实验说明
1、测量三相异步电动机的电功率可以采用“二表法”。
采用“二表法”时，功率表读数可能会有正负，使用时要注意功率表连接极性“*”。
2、直流发电机及带负载作三相异步电动机的负载时，要注意是否规定了电动机的转向。
3、本实验每相电压取三相相电压的平均值，实验时要注意三相异步电动机定子绕组接法（Y接）。
4、进行堵转实验时，定子绕组所加电压不能过高，实验速度要快，以避免电动机绕组过热。
应确保自动工具安全可靠。
六、实验方法及步骤
1、量定子绕组的冷态直流电阻
准备：
将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁芯的温度。
当所测温度与冷动介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。
记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。
图7-1三相交流绕组电阻的测定
10V
可调直流稳定电源
（1）伏安法
测量线路如图7-1。
S1，S2：
双刀双掷和单刀双掷开关。
R：
10Ω。
A、V：
直流毫安表和直流电压表。
量程的选择：
测量时，通过的测量电流约为电机额定电流的10%，即为370mA，因而直流毫安表的量程用500mA档。
三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为8欧姆，因而当流过的电流为370mA时三端电压约为3伏，所以直流电压表量程用7.5V档，实验开始前，合上开关S1，断开开关S2，调节电阻R至最大（10Ω）。
合上220V直流可调电源的船形开关，调节直流可调电源及可调电阻R，使试验电机电流不超过电机额定电流的10%，以防止因试验电流过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S2读取电压值。
读完后，先打开开关S2，再打开开关S1。
调节直流可调电源及可调电阻R，使A表分别为100mA，150mA，200mA测取三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻值，记录于表7-1中。
表7-1室温16℃
绕组V、W
绕组W、U
绕组U、V
I（mA）
150
100
200
100
150
200
200
100
150
U（V）
1.2
0.8
1.6
0.8
1.2
1.6
1.6
0.8
1.2
R（Ω）
8
8
8
8
8
8
8
8
8
注意事项：
（1）在测量时，电动机的转子须静止不动。
（2）测量通电时间不应超过1分钟。
（3）R相=R/2
2．判定定子绕组的首未端
先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意二相绕组串联，如图7-2所示。
将调压器调压旋钮退至零位，合上绿色“闭合”按钮开关，接通交流电源，调节交流电源，在绕组端施以单相低电压U=80～100V，注意电流不应超过额定值，测出第三相绕组的电压，如测得的电压有一定读数，表示两相绕组的未端与首端相联，如图7-2（a）所示；反之，如测得电压近似为零，则二相绕组的未端与未端（或首端与首端）相连，如图7-2（b）所示。
用同样方法测出第三相绕组的首未端。
3．空载试验
测量电路如图7-3所示。
电机绕组为Y接法（UN=380伏），直流发电机空载。
a．起动电压前，把交流电压调节旋钮退至零位，然后接通电源，逐渐升高电压，使电机起动旋转，观察电机旋转方向。
并使电机旋转方向符合要求。
b．保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。
c．调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。
在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。
图7-3三相笼型异步电机实验接线图
d．在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7-9组记录于表7-3中。
表7-3
序号
UOC（V）
IOL（A）
PO（W）
cosϕ
UAB
UBC
UCA
UOL
IA
IB
IC
IOL
PO
1
440
440
440
440
3
3
3
3
380
0.183
2
400
400
400
400
2.25
2.25
2.25
2.25
300
0.192
3
380
380
380
380
2
2
2
2
280
0.213
4
360
360
360
360
1.8
1.8
1.8
1.8
260
0.232
5
340
340
340
340
1.6
1.6
1.6
1.6
240
0.255
6
264
264
264
264
1.15
1.15
1.15
1.15
210
0.399
7
220
220
220
220
1
1
1
1
200
0.525
4．短路实验
测量线路如图7-3。
a．将起子插入堵转孔中，使定转子堵住。
将三相调压器退至零位。
b．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至短路电流到1.2倍额定电流（IN=3.7A），再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。
c．在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率，共取4-5组数据，填入表7-4中。
做完实验后，注意取出堵转孔中的起子。
表7-4
序号
UOC（V）
IOL（A）
PO（W）
cosϕK
UAB
UBC
UCA
UK
IA
IB
IC
IK
PK
1
120
120
120
120
4.4
4.4
4.4
4.4
560
0.612
2
104
104
104
104
3.9
3.9
3.9
3.9
440
0.626
3
100
100
100
100
3.7
3.7
3.7
3.7
400
0.624
4
82
82
82
82
2.9
2.9
2.9
2.9
240
0.583
5
60
60
60
60
2.1
2.1
2.1
2.1
120
0.550
6
42
42
42
42
1.6
1.6
1.6
1.6
60
0.515
7
22
22
22
22
1.2
1.2
1.2
1.2
40
0.875
5．负载实验
选用设备和测量接线同空载试验。
a．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压（UN=380V），并在试验中保持此额定电压不变。
b．给直流发电机加负载，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流（IN=3.7A）。
c．从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速数据，共读取5-6组数据，记录于表7-5中。
表7-5UN=380伏（Y）
序号
IOL（A）
PO（W）
n（r/min）
P2（W）
IA
IB
IC
I1
P1
1
4.6
4.6
4.6
4.6
2480
1377
2
4.2
4.2
4.2
4.2
2200
1391
3
3.7
3.7
3.7
3.7
1880
1410
4
3.4
3.4
3.4
3.4
1680
1420
5
3.0
3.0
3.0
3.0
1320
1438
6
2.6
2.6
2.6
2.6
1080
1452
7
2.0
2.0
2.0
2.0
320
1489
七、实验报告
1.计算基准工作温度时的相电阻
由实验直接测得每相电阻值，此值为实际冷态电阻值。
冷态温度为室温。
按下式换算到基准工作温度时的定子绕组相电阻：
式中rlef——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻，Ω；
r1c——定子绕组的实际冷态相电阻，Ω；
θref——基准工作温度，对于E级绝缘为75OC；
θc——实际冷态时定子绕组的温度，OC。
2.作空载特性曲线：
I0、P0、cosϕ0=f（U0）
空载电流与空载电压的关系：
空载损耗与空载电压的关系：
空载时的功率因数与空载电压的关系：
3.作短路特性曲线：
IK、PK=f（UK）
短路电流与短路电压的关系
短路损耗和短路电压的关系：
4.由空载、短路试验的数据求异步电机等效电路的参数。
（1）由短路试验数据求短路参数
短路阻抗
短路电阻
短路电抗
式中UK、IK、PK——由短路特性曲线上查得，相应于IK为额定电流时的相电压、相电流、三相短路功率。
转子电阻的折合值
定、转子漏抗
（2）由空载试验数据求激磁回路参数
空载阻抗
空载电阻
空载电抗
式中U0、I0、P0——相应于U0为额定电压时的相电压、相电流、三相空载功率。
激磁电抗
激磁电阻
式中PFe为额定电压时的铁耗，由图7-4确定。
图7-4电机中的铁耗和机械损耗
八、思考题
1.由空载、短路试验数据求取异步电机的等效电路参数时，有哪些因素会引起误差？
答：
①各个实验仪表存在一定得误差，数据测量时也会引起一定的误差；②实验原理存在误差，如短路实验时忽略了励磁支路的影响；③空载实验时转子的转速会随输入电压的改变而改变等。
2.从短路试验数据我们可以得出哪些结论？
答：
通过短路试验，可以求出等效电路的电阻和漏抗。
实验八三相异步电动机的起动与调速
一、实验目的
通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。
二、实验内容
1、异步电动机的直接起动。
2、异步电动机星形——三角形（Y-△）换接起动。
3、自耦变压器起动。
4、绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。
5、绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
三、实验设备及仪表
1、三相鼠笼异步电动机1台
2、三相绕线转子异步电动机1台
3、自耦变压器1台
4、可调电阻器3台
5、他励直流发电机组—异步电动机组1套
6．交直流电流表4台
7、交直流电压表2台
8、转速测试表1块
四、实验预习内容
1、复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。
2、复习异步电动机的调速方法。
3、理解三相异步电动机起动和调速的实验线路。
4、了解三相绕线转子异步电动机起动和调速的设备。
五、实验说明
1、在供电变压器容量较大、电动机容量较小的前提下，三相异步电动机可以直接起动。
一般情况下，7.5kW以下的小容量电动机均可以直接起动。
2、实验电源低于额定电压时，应经调压器供电。
3、星形、三角形联结起动应选用运行时定子绕组为三角形联结的异步电动机。
4、三相异步电动机使用自耦变压器起动时可以分若干级进行起动。
5、三相异步电动机的起动应在空载或轻载状态下进行，调速在负载状态下进行。
6、三相绕线转子异步电动机起动与调速时转子绕组均串入三联可调电阻器。
六、实验方法
1．三相笼型异步电动机直接起动试验
按图8-1接线，电机绕组为△接法。
图8-1异步电机直接起动实验接线图
仪表的选择：
交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。
a．把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。
调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转。
（电机起动后，观察电机转向，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。
）
b．断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值。
填入表8-1中。
注：
按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。
电流表受起动电流冲击，电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。
c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。
用起子插入堵特孔中，将转子堵住。
表8-1
U
△直接（220V）
Y/△
降压155V
Ist
31
9.8
21
2．星形——三角形（Y-△）起动
按图8-2接线，电压表、电流表的选择同前。
图8-2笼型异步电动机定子绕组星形—三角形联结起动的实验线路
a．起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边（Y）接法。
合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停转。
b．待电机完全停转后，合上电源开关，观察Y接下起动瞬间的电流，填入表8-1中。
然后把S合向左边（△接法），电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。
3．自耦变压器降压起动
按图8-3接线。
电机绕组为△接法。
图8-3异步电动机自耦变压器起动的实验线路
a．先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断开电源开关，待电机停转。
b．待电机完全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察电流表的瞬间读数值，填入表8-1中，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压UN=220伏，整个起动过程结束。
4．绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动。
实验线路如图8-4，电机定子绕组Y形接法。
转子串入的电阻由刷形开关来调节，调节的绕线电机转子起动电阻（分1，2，3，4四档）。
图8-4绕线转子异步电动机转子绕组串入
可调电阻器起动与调速的实验线路
a．起动电源前，把调压器退至零位，起动电阻调节为零。
b．合上交流电源，调节交流电源使电机起动。
注意电机转向是否符合要求。
c．在定子电压为380伏时，对称调节起动电阻，分别读出起动电阻为1Ω、2Ω、3Ω、4Ω的起动电流Ist，填入表8-2中。
注意：
试验时通电时间不应超过20秒的以免绕组过热。
表8-2U=380V
Rst（Ω）
0
3
6
Ist（A）
31
14.5
11
5．绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
a．合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=380伏（异步电机定子Y接），使电机空载起动。
b．调节“转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩T2不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速，记录于表8-3中。
表8-3中U=380伏T2=N.m
Rst（Ω）
0
1.5
3
4.5
6
n（r/min）
1446
1396
1343
1296
1252
七、实验报告
1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。
（1）直接起动：
起动方法简单；起动时的起动电流大，转矩小，当电机的容量大时将会导致电网电压下降。
（2）星形——三角形起动：
起动电流和起动转矩同倍数下降；只能降低为原来值得1/3，并且只适用于最后工作在转子为三角连接的电机。
（3）自耦降压起动：
起动电流和起动转矩同倍数下降，并且降低倍数可调；但要额为增加一台变压器。
（4）转子串电阻起动：
起动电流小，起动转矩大；是有级调速，转矩变化较大，机械冲击较大，控制设备庞大，维修不变。
2.由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩：
（1）外施额定电压UN。
（直接法起动）
（2）外施电压为UN/
。
（Y—Δ起动）
（3）外施电压为UK/KA，式中KA为起动用自耦变压器的变比。
（自耦变压器起动）。
3.绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对起动电流和起动转矩的影响。
答：
当串入较小的电阻时，异步电机的起动电流下降，电机的起动转矩上升；如串入较大电阻，则起动转矩又会减小。
4.绕线式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。
答：
在异步电动机转子绕组中串入电阻后，电机稳定运行时转速会下降。
八、思考题
1.起动电流和外施电压正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？
答：
当电机直接启动，转子串电阻起动，定子串电阻起动时成立。
2.起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？
答：
实验结果和理论值基本相符，由于各种误差的影响，导致了这些差异的存在。
实验九三相感应电动机的变频调速实验
一、实验目的
1、掌握三相异步电动机的变频起动原理。
2、掌握三相异步电动机的变频调速方法。
二、实验项目
1、熟悉变频器的调速原理。
2、变频器的参数设定。
3、三相异步电动机的变频起动。
4、三相异步电动机的变频调速。
三、实验设备及仪器
1、本相笼型异步电动机1台
2、直流发电机（与异步机同轴）1台
3、直流机负载1套
4、直流发电机励磁电源1套（他励）
5、直流电流表1块
6、直流电压表1块
7、功率表2块
8、整流式电压表1块
9、转速表1块
10、变频器1套
四、实验预习
1、复习变频器调速原理。
2、理解三相异步电动机变频起动及变距调速实验线路。
3、理解变频器恒转矩、恒功率调速的频率范围。
4、理解变频器的参数设定。
五、实验说明
1、变频器输出端不允许接电源，如果变频器输和端与输出端接反，转瞬间逆变管将被烧坏。
2、变频器输出电压要用整流式仪表测，不能用数字式仪表和电磁式仪表，因为用它们测量低频时的输出电压值要比实验值高不少。
3、在变频器输出电路中的接法，因为通往电动机的三相电流是对称的，所以只需用两块单相功率表就可以测三相功率。
但要测变压器输入端三相功率，必须测量每相功率，然后把三个表的测量结果相加，得到三相功率。
变频器的输入侧是三相整流桥电路，共三相输电流常常是不平衡的。
4、变频起动电机即接预置的加速时间从“起动频率”开始起动，加速时间短，频率上升较大，旋转磁场的转速上升也减速如果抬动系统的惯性较大，则电动机转子的转速跟不上同步转速上升，转差较大，加速电流较大，有可能因超过变频器的上限电流值而跳闸，所以，加速时间预置不能太小。
5、变频器的停机。
本实验采用自由减速停机，即封锁变频器的逆变管（按停止按钮），使变频器没有任何输出使电动机处于切断电源后的自由制动状态，异步机拦转矩调速（通过保持发电机输出电流不变即可）。
六、实验方法及步骤
三相异步电动的实验线路如图。
图中电动机的定子绕组通过变频器U接至电源，用与异步机同轴的直流发电机并带负载作为电动机的机械负载。
1、合上电源开关Q1，三相异步电动机由变频器供电，设置变频器，参数：
380V，上限频率电机功率（10I）、电机电压（103）、电机频率（104、50HZ）、电机电流（105、3.7A）、电机转速（106、1440）、自动电机适配（107、选2）、加速时间（207、7S）。
本机操作（002、选1）本机参考值（003、选50HZ）
本机控制（013）选1功锁定（20）选1
转速特性（101）选1380/50=7.6
输出频率范围（200）选1输出频率上限（202）选60HZ
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