实验二 三相鼠笼异步电动机的工作特性
一、实验目的
1、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。 2、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。
二、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?它们的物理意义是什么? 3、工作特性和参数的测定方法。
三、实验仪器设备
DJ24 三相鼠笼式异步电动机
DJ23 校正过的直流电动机
功率表
交流电压表
交流电流表
D42 三相电阻器
白炽灯组
注：DJ23的名牌参数：
PN=355W、UN=220V、IN=2.2A、nN=1500r/min、UFN=220V、IFN
PN=180W、UN=220V（Δ）/380V（Y）、IN=1.14A/0.66A、nN=1430r/min
四、实验方法
1、测量定子绕组的冷态直流电阻。 将电机在室内放置—段时间，用温度计测量电机绕组或铁心的温度。当所测温度与冷却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。
伏安法
测量线路图为图2-1。量程的选择：测量时通过的测量电流小于电机额定电流的20％， 即约为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆， 因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20伏档。
按图2-1接线。把R(用900 阻值)调至最大位置，合上开关S1，调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20％，以防止因试验
一台 一台 一块 一块 一块 二台 二组
图2-1 三相交流绕组电阻测定
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。读完后先断开S2再断开S1，断开次序不能颠倒，以防损坏电压表V。每一相电阻测量三次，取其平均值，记入表2-1中。
表2-1
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。
2、判定定子绕组的首末端
（a） （b）
图2-2 三相交流绕组首末端测定
先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联，如图2-2所示。将控制屏左侧调压器旋钮调至零位，开启电源总开关，按下“开"按钮，接通交流电源。调节调压旋钮，使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，如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图2-2（a）所示。反之，如测得电压近似为零，则两相绕组的末端与末端{或首端与首端)相联，如图2-2（b）所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。
3、空载实验
图2-3 三相鼠笼式异步电动机试验接线图
1）按图2-3接线。电机绕组为△接法（UN=220V）。负载电机不接。
2）把交流调压器调至电压最小位置，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（如转向不符合要求需调整相序，调整相序时必须切断电源）。
3）保持电动机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。
4）调节电压由1.2倍额定电压（264V）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。
表2-2
5）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6～7组记录于表2-2中。
4、短路实验
1）测量接线图同2-3。用制动工具把三相电机堵住。
2）调压器旋至零，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，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。
3）在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。 4）共取数据6～7组记录于表2-3中。
表2-3
5、负载实验
1）测量接线如图2-3。同轴联接负载电机。
2）合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压（在做试验时保持电压恒定）。 3）合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正（50mA或100mA）值并保持不变。
4）调节负载电阻RL，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。
5）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、直流电机的负载电流IF（可查对应的T2值）等数据。
6）共取数据6～7组记录于表2-4中。
表2-4
五、实验数据整理及实验报告
1、将定子绕组冷态电阻（冷态温度为室温）换算到规定工作温度75℃时的电阻值：
r1ref=r1C
235+θref
235+θC
式中：r1ref——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻。 r1C——定子绕组的实际冷态相电阻。
θref——基准工作渴度，对于E级绝缘为75℃。 θ1C——实际冷态时定子绕组的温度。 2、作空载特性曲线：IO、PO=f（UO）。 3、作短路特性曲线：IK 、PK=f（UK）。
/4、由空载、短路实验数据计算电动机的励磁参数rm、xm、zm及短路参数rK=r1+r2，/xK=x1+x2并绘出受试电动机的等效电路。
（1）由求短路实验数据求短路参数 短路阻抗：ZK=
UK
IKPK
2
3IK
短路电阻：rK=
22
短路电抗：XK=ZK-rK
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：
r2≈rK-r1
定、转子漏抗：
X1≈X2≈
/
/
XK
Z
图2-4 电机中铁耗和机械损耗
（2）由空载试验数据求激磁回路参数 空载阻抗：
ZO=
空载电阻：
rO=
空载电抗：
XO=
22ZO-rO
UO
IOPO3I
2O
式中：UO、IO、PO——空载额定相电压、相电流、三相空载功率。 激磁电抗：
Xm=XO-X1
激磁电阻：
rm=
PFe3I
2O
式中PFe为额定电压时的铁耗，由图2-4确定。
5、根据负载实验数据，计算受试电动机的工作特性，作曲线P1、I1、、COSΦ1、T2、η、S =f（P2）。将试验数据及计算数据填入表2-5中。
表2-5
计算公式：
P1=PI+P∏
I1=S=
IA+IB+IC
33
1500-n
⨯100％
1500
COSΦ1=
P1
3U1I1
Ω=
2πn
60
P2=ΩT2 η=
P2
⨯100％ P1
式中：I1——定子绕组相电流；
U1——定子绕组相电压；
Ω——角速度；
S——转差率； η——效率。
6、确定机械损耗及铁耗，作曲线PO=PO-3IOr1=f(UO)，如图2-4所示。延长曲线相交于纵轴K点，过K点作横轴平行线，由此可得U1=UO时的机械损耗PΩ和铁耗PFe。
电动机的损耗有： 铁 耗：PFe 机械损耗：Pmec
/
2
2
2
定子铜耗：Pcu1=3I1r1
转子铜耗：Pcu2=
PemS
100
杂散损耗Pad取额定负载时输入功率的0.5％。 式中：Pem——电磁功率；
PemP2-Pcu1-PFe
铁耗和机械损耗之和为：
/2PO=PFe+PΩ=PO-3IOr1
/2
为了分离铁耗和机械损耗，作曲线PO=f(UO)，如图2-4。
延长曲线的直线部分与纵轴相交于K点，K点的纵座标即为电动机的机械损耗PΩ，过K点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗PFe
电机的总损耗∑P=PFE+Pcu1+Pcu2+Pad+PΩ 于是求得额定负载时的效率为：
η=
P1-∑P
⨯100％ P1
式中：P1、S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。
六、思考题
1、由空载、短路实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? 2、从短路实验数据我们可以得出哪些结论?
3、由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差?
附表二:保持校正直流发电机励磁电流I=100mA
实验二 三相鼠笼异步电动机的工作特性
一、实验目的
1、用直接负载法测取三相鼠笼式异步电动机的工作特性。 2、测定三相鼠笼式异步电动机的参数。
二、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?它们的物理意义是什么? 3、工作特性和参数的测定方法。
三、实验仪器设备
DJ24 三相鼠笼式异步电动机
DJ23 校正过的直流电动机
功率表
交流电压表
交流电流表
D42 三相电阻器
白炽灯组
注：DJ23的名牌参数：
PN=355W、UN=220V、IN=2.2A、nN=1500r/min、UFN=220V、IFN
PN=180W、UN=220V（Δ）/380V（Y）、IN=1.14A/0.66A、nN=1430r/min
四、实验方法
1、测量定子绕组的冷态直流电阻。 将电机在室内放置—段时间，用温度计测量电机绕组或铁心的温度。当所测温度与冷却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。
伏安法
测量线路图为图2-1。量程的选择：测量时通过的测量电流小于电机额定电流的20％， 即约为50毫安，因而直流电流表的量程用200mA档。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆， 因而当流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20伏档。
按图2-1接线。把R(用900 阻值)调至最大位置，合上开关S1，调节直流电源及R阻值使试验电流不超过电机额定电流的20％，以防止因试验
一台 一台 一块 一块 一块 二台 二组
图2-1 三相交流绕组电阻测定
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。读完后先断开S2再断开S1，断开次序不能颠倒，以防损坏电压表V。每一相电阻测量三次，取其平均值，记入表2-1中。
表2-1
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。
2、判定定子绕组的首末端
（a） （b）
图2-2 三相交流绕组首末端测定
先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联，如图2-2所示。将控制屏左侧调压器旋钮调至零位，开启电源总开关，按下“开"按钮，接通交流电源。调节调压旋钮，使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，如测得的电压值有一定读数，表示两相绕组的末端与首端相联，如图2-2（a）所示。反之，如测得电压近似为零，则两相绕组的末端与末端{或首端与首端)相联，如图2-2（b）所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。
3、空载实验
图2-3 三相鼠笼式异步电动机试验接线图
1）按图2-3接线。电机绕组为△接法（UN=220V）。负载电机不接。
2）把交流调压器调至电压最小位置，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（如转向不符合要求需调整相序，调整相序时必须切断电源）。
3）保持电动机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。
4）调节电压由1.2倍额定电压（264V）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。
表2-2
5）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6～7组记录于表2-2中。
4、短路实验
1）测量接线图同2-3。用制动工具把三相电机堵住。
2）调压器旋至零，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，再逐渐降压至0.3倍额定电流为止。
3）在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。 4）共取数据6～7组记录于表2-3中。
表2-3
5、负载实验
1）测量接线如图2-3。同轴联接负载电机。
2）合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压（在做试验时保持电压恒定）。 3）合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正（50mA或100mA）值并保持不变。
4）调节负载电阻RL，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。
5）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、直流电机的负载电流IF（可查对应的T2值）等数据。
6）共取数据6～7组记录于表2-4中。
表2-4
五、实验数据整理及实验报告
1、将定子绕组冷态电阻（冷态温度为室温）换算到规定工作温度75℃时的电阻值：
r1ref=r1C
235+θref
235+θC
式中：r1ref——换算到基准工作温度时定子绕组的相电阻。 r1C——定子绕组的实际冷态相电阻。
θref——基准工作渴度，对于E级绝缘为75℃。 θ1C——实际冷态时定子绕组的温度。 2、作空载特性曲线：IO、PO=f（UO）。 3、作短路特性曲线：IK 、PK=f（UK）。
/4、由空载、短路实验数据计算电动机的励磁参数rm、xm、zm及短路参数rK=r1+r2，/xK=x1+x2并绘出受试电动机的等效电路。
（1）由求短路实验数据求短路参数 短路阻抗：ZK=
UK
IKPK
2
3IK
短路电阻：rK=
22
短路电抗：XK=ZK-rK
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：
r2≈rK-r1
定、转子漏抗：
X1≈X2≈
/
/
XK
Z
图2-4 电机中铁耗和机械损耗
（2）由空载试验数据求激磁回路参数 空载阻抗：
ZO=
空载电阻：
rO=
空载电抗：
XO=
22ZO-rO
UO
IOPO3I
2O
式中：UO、IO、PO——空载额定相电压、相电流、三相空载功率。 激磁电抗：
Xm=XO-X1
激磁电阻：
rm=
PFe3I
2O
式中PFe为额定电压时的铁耗，由图2-4确定。
5、根据负载实验数据，计算受试电动机的工作特性，作曲线P1、I1、、COSΦ1、T2、η、S =f（P2）。将试验数据及计算数据填入表2-5中。
表2-5
计算公式：
P1=PI+P∏
I1=S=
IA+IB+IC
33
1500-n
⨯100％
1500
COSΦ1=
P1
3U1I1
Ω=
2πn
60
P2=ΩT2 η=
P2
⨯100％ P1
式中：I1——定子绕组相电流；
U1——定子绕组相电压；
Ω——角速度；
S——转差率； η——效率。
6、确定机械损耗及铁耗，作曲线PO=PO-3IOr1=f(UO)，如图2-4所示。延长曲线相交于纵轴K点，过K点作横轴平行线，由此可得U1=UO时的机械损耗PΩ和铁耗PFe。
电动机的损耗有： 铁 耗：PFe 机械损耗：Pmec
/
2
2
2
定子铜耗：Pcu1=3I1r1
转子铜耗：Pcu2=
PemS
100
杂散损耗Pad取额定负载时输入功率的0.5％。 式中：Pem——电磁功率；
PemP2-Pcu1-PFe
铁耗和机械损耗之和为：
/2PO=PFe+PΩ=PO-3IOr1
/2
为了分离铁耗和机械损耗，作曲线PO=f(UO)，如图2-4。
延长曲线的直线部分与纵轴相交于K点，K点的纵座标即为电动机的机械损耗PΩ，过K点作平行于横轴的直线，可得不同电压的铁耗PFe
电机的总损耗∑P=PFE+Pcu1+Pcu2+Pad+PΩ 于是求得额定负载时的效率为：
η=
P1-∑P
⨯100％ P1
式中：P1、S、I1由工作特性曲线上对应于P2为额定功率PN时查得。
六、思考题
1、由空载、短路实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? 2、从短路实验数据我们可以得出哪些结论?
3、由直接负载法测得的电机效率和用损耗分析法求得的电机效率各有哪些因素会引起误差?
附表二:保持校正直流发电机励磁电流I=100mA