三相異步電動機在各種運行特性下的機械特性

1、實驗五三相異步電動機在各種運行狀態(tài)下的機械特性【思考要點】1 .如何利用現(xiàn)有設(shè)備測定三相繞線式異步電動機的機械。2 .測定各種運行狀態(tài)下的機械特性應(yīng)注意哪些問題。3 .如何根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)計算被試電機在各種運行狀態(tài)下的機械特性?！緦嶒炘怼咳喈惒诫妱訖C的定、轉(zhuǎn)子之間沒有直接電的聯(lián)系，它們之間的聯(lián)系是通過電磁感應(yīng)而實現(xiàn)的。一臺三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的大小決定了其拖動負載的能力，而三相異步電動機的電磁力矩的大小不僅與電動機本身的參數(shù)有關(guān)，也和其外加電源的電壓有關(guān)。本實驗圍繞異步電動機的電磁力矩和其參數(shù)、外加電壓的關(guān)系以及各種運行狀態(tài)等電力拖動問題進行展開。1.三相異步電動機的機械特性機械特性是

2、指電動機轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系，一般用曲線表示。欲求機械特性，先求T與n的數(shù)學關(guān)系式，稱為機械特性表達式。電磁轉(zhuǎn)矩RmJR2mlI2一s由異步電動機的近似等效電路，得I2代入T的公式，即得參數(shù)表達式Ux考慮到mi，2XiX20(RiR22,-)(XiX2)s(1s)no,0即可由此式繪出異步電動機的機械特性曲線2n060nft,如圖6.24所示。圖6.24三相異步電動機機械特性機械特性的參數(shù)表達式為二次方程，電磁轉(zhuǎn)矩必有最大值，稱為最大轉(zhuǎn)矩TmoSm將表達式對S求導，并令d10,可求出產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩Tm時的轉(zhuǎn)差率昂ds,2X1X2Sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率。代入T的公式則可得Tm的公式,2X2uX02

3、R_2R2Xi式中正號對應(yīng)于電動機狀態(tài)，負號適用于發(fā)電機狀態(tài)。一般R總（XiX2）,故可得近似公式SmXiX22mUx20XX2可見：（1）（2）當電動機參數(shù)和電源頻率不變時,TmUX，當電源電壓和頻率不變時，&和Tm近似與（X1（3）增大轉(zhuǎn)子回路電阻R2,只能使由相應(yīng)增大，而Sm與UX無關(guān);X2）成反比；Tm保持不變。最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩Tn之比稱為過載倍數(shù)，也稱過載能力，用Kt表示:KtTmTn3.5。般異步電動機Kr=1.83.0。對于起重冶金機械用的電動機，可達異步電動機起動時，n=0,s=1,代入?yún)?shù)表達式，可得起動轉(zhuǎn)矩的公式2_'UxR2'2'_2

4、RiR2XiX2由此式可知，對繞線式異步電動機,轉(zhuǎn)子回路串接適當大小的附加電阻，能加大起動轉(zhuǎn)矩Tst,從而改善起動性能。起動轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩Tn之比，稱為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst：KstTtKstTttnTn一般電動機Kst=1.02.0,對于起重冶金機械用的電動機為2.84.0。2.三相異步電動機的制動異步電動機的制動亦分三類四種。(1)能耗制動能耗制動的實現(xiàn)如圖6.25(a)所示。(a)(b)圖6.25三相異步電動機能耗制動(a)電路圖(b)機械特性將1J斷開，2J接通，亦即讓電動機從三相電源斷開，定子繞組通入一定大小的勵磁電流。轉(zhuǎn)子由于慣性，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組切割定子繞組產(chǎn)生的恒定磁場，

5、感應(yīng)電動勢和電流，轉(zhuǎn)子載流導體在磁場中受到電磁力的作用。產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩，電動機進入制動狀態(tài)。隨著轉(zhuǎn)速的降低，制動轉(zhuǎn)矩亦隨之減少，到n=0時，T=0,故可用于準確停車。能耗制動的機械特性如圖6.25(b)所示。能耗制動的機械特性曲線過0點，如圖中曲線所示，如果勵磁電流不變，加大轉(zhuǎn)矩電路所串電阻，特性斜率增大，Tm不變，如曲線3所示。如果電阻不變，減小勵磁電流，則曲線如圖中曲線2所示，Tm減小。由機械特性曲線可以看出能耗制動用于快速停車的過程，這時一般取勵磁電流：I2-3I0,I00.2-0.5In轉(zhuǎn)子回路串接的電阻:0.20.4E2NT3I2NR2,R2SnE2N-3I2N可保證快速停車時

6、最大制動轉(zhuǎn)矩為(1.252.2)Tn。異步電動機帶位能性負載時，可用于低速下放重物，此時的機械特性在第IV象限。轉(zhuǎn)子電路串接的電阻越大，下放速度越高；定子電流I-越大，下放速度越慢。(2)反接制動實現(xiàn)反接制動的方法有兩種：轉(zhuǎn)速反向的反接制動和定子兩相反接的反接制動。a.轉(zhuǎn)速方向的反接制動(a)(b)圖6.26異步電動機轉(zhuǎn)速反向時的反接制動(a)電路圖(b)機械特性如圖6.26所示，繞線型異步電動機帶位能性負載時，若要下放重物，可在轉(zhuǎn)子回路串接較大電阻，使電動機的Tst<Tz,電動機將由重物產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩拖動反向起動，隨著下放速度的提高，電動機的轉(zhuǎn)矩逐步增大?？捎蓤D6.26(b)的機械特性看出

7、，當工作點達B點時，穩(wěn)速下放重物。轉(zhuǎn)子回路的電阻Rf越大，下放速度越快。b.兩相反接的反接制動設(shè)制動前電動機運行于電動機運行狀態(tài)，工作在圖6.27(b)中的A,若將定子兩相反接，工作點移至新的特性上的B點，轉(zhuǎn)矩為負，進入制動狀態(tài)，快速減速，轉(zhuǎn)速降至零以前，及時斷開電源，否則可能出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。調(diào)節(jié)制動電阻Rf的大小，可以調(diào)速快速停車的速度。R較小，制動轉(zhuǎn)矩調(diào)大，制動較快。(a)(b)圖6.27異步電動機兩相反接的反接制動(a)電路圖；(b)機械特性。(3)回饋制動當電動機由于某種外因，例如在位能負載作用下，使電動機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速向,電動機處于發(fā)電機狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能送回電網(wǎng)，三相異

8、步電動機處于回饋制動狀態(tài)?！緦嶒?zāi)康摹苛私馊嗬@線式異步電動機在各種運行狀態(tài)下的機械特性?！緦嶒瀮?nèi)容】1 .測定三相繞線式異步電動機在電動運行狀態(tài)和再生發(fā)電制功狀態(tài)下機械特性。2 .測定三相繞線式異步電動機在反接制動運行狀態(tài)下的機械特性?！緦嶒炘O(shè)備】1 .三相交流可調(diào)電源2 .220V直流電機勵磁電源3 .直流可調(diào)穩(wěn)壓電源4 .電機導軌5 .測速表6 .直流電壓表、直流電流表7 .900三相可調(diào)電阻器8 .90三相可調(diào)電阻器9 .三刀雙置開關(guān)uVW直直直直直圖6.28繞線式異步電動機機械特性實驗接線圖直直直直直直直直【實驗步驟】直直直直直直直直實驗線路如圖6.28。M為三相繞線式異步電動機M0

9、9,額定電壓U=220伏，Y接法；G為直流并勵電動機M03（作他勵接法），其U=220伏，Pn=185WR選用三組90電阻（每組為MEL-04,90電阻）雋R選用675電阻（MEL-03中，450電阻和225電阻相串聯(lián)）,如圖6.29。R選用3000電阻（電機起動箱中，磁場調(diào)節(jié)電阻）%、AmA別為直流電壓、電流、毫安表，采用MEL-06或直流在主控制屏上V、A、W、W為交流、電壓、電流、功率表，含在主控制屏上S選用MEL-05中的雙刀雙擲開關(guān)1 .測定三相繞線式異步電機電動及再發(fā)電制動機械特性儀表量程及開關(guān)、電阻的選擇：(1) V2的量程為300V檔，mA的量程為200mA當，人的量程為2A檔

10、。(2) R阻值調(diào)至零，R、R阻值調(diào)至最大。(3)開關(guān)Si合向“2”端。(4)三相調(diào)壓旋鈕逆時針到底，直流電機勵磁電源船形開關(guān)和220V直流穩(wěn)壓電源船形開關(guān)在斷開位置。并且直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)旋扭逆時針到底，使電壓輸出最小。實驗步驟：(1)接下綠色“閉合”按鈕開關(guān)，接通三相交流電源，調(diào)節(jié)三相交流電壓輸出為180V(注意觀察電機轉(zhuǎn)向是否符合要求)，并在以后的實驗中保持不變。(2)接通直流電機勵磁電源，調(diào)節(jié)R阻值使If=95mA并保持不變。接通可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的船形開關(guān)和復位開關(guān)，在開關(guān)S的“2”端測量電機G的輸出電壓極性，先使其極性與S開關(guān)“1”端的電樞電源相反。在R1為最大值的條件下，將S合向“1

11、”端。(3)調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源和R的阻值(先調(diào)節(jié)R中的450電阻，當減到0時，用導線短接，再調(diào)節(jié)225電阻，同時調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源)，使電動機從堵轉(zhuǎn)(約200轉(zhuǎn)左右)到接近于空載狀態(tài)，其間測取電機G的U、Ia、n及電動機M的交流電流表A、功率表Pi、Pi的讀數(shù)。共取89組數(shù)據(jù)記錄于表6.20中。表6.20電動運行機械特性數(shù)據(jù)表合至“1”端，減小R阻值直至為零(用導線短接900相串聯(lián)的電阻)。(5)升高直流電源電壓，使電動機M的轉(zhuǎn)速上升，當電機轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速時，異步電機功率接近于0,繼續(xù)調(diào)高電樞電壓，則異步電機從第一象限進入第二象限再生發(fā)電制動狀態(tài)，直至異步電機M的電流接近額定值，測取電動機M的定子

12、電流1八功率Pi、Pii,轉(zhuǎn)速r和發(fā)電機G的電樞電流Ia,電壓U,填入表6.21中。表6.21再生發(fā)電機械特性數(shù)據(jù)表U=180VIf=AU(A)Ia(A)n(r/min)11(A)P(W)Pi(W)2.電動及反接制功運行狀態(tài)下的機械特性在斷電的條件下，把R的三只可調(diào)電阻調(diào)至90，折除R的短接導線，并調(diào)至最大2250歐，直流發(fā)電機G接到Si上的兩個接線端對調(diào)，使直流發(fā)電機輸出電壓極性和“直流穩(wěn)壓電源”極性相反，開關(guān)Si合向左邊，逆時針調(diào)節(jié)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)旋鈕到底。(1)按下綠色“閉合”按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)交流電源輸出為200伏，合上勵磁電源船形開關(guān)，調(diào)節(jié)R的阻值，使If=95mA(2)按下直流穩(wěn)壓

13、電源的船形開關(guān)和復位按鈕，起動直流電源，開關(guān)S合向右邊，讓異步電機M帶上負載運行，減小R阻值(先減小1800歐0.41A,當減至最小時，用導線短接，再接小450歐0.82A),使異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，直至為零。(3)繼續(xù)減小Ri阻值或調(diào)離電樞電壓值，異步電機即進入反向運轉(zhuǎn)狀態(tài)，直至其電流接近額定值，測取發(fā)電機G的電樞電流Ia、電壓、Ua值和異步電動機M的定子電流Ii、Pi、Pi、轉(zhuǎn)速n,共取89組數(shù)據(jù)填入表6.22中。表6.22反接制動機械特性數(shù)據(jù)表U=200VUf=95mAU(A)Ia(A)n(r/min)Ii(A)P(W)Pi(W)【注意事項】調(diào)節(jié)串并聯(lián)電阻時，要按電流的大小而相應(yīng)調(diào)節(jié)串聯(lián)或

14、并聯(lián)電阻，防止電阻器過流引起燒壞?！緦嶒瀳蟾妗扛鶕?jù)實驗數(shù)據(jù)繪出三相繞線轉(zhuǎn)子異步電機運行在三種狀態(tài)下的機械特性。【實驗思考】1 .再生發(fā)電制動實驗中，如何判別電機運行在同步轉(zhuǎn)速點？2 .在實驗過程中，為什么電機電壓降到200V?在此電壓下所得的數(shù)據(jù)，要計算出全壓下的機械特性應(yīng)作如何處理？三相異步電動機在各種運行狀態(tài)下的機械特性實驗報告一、實驗?zāi)康牧私馊嗬@線式異步電動機在各種運行狀態(tài)下的機械特性。二、實驗設(shè)備10 .三相交流可調(diào)電源11 .220V直流電機勵磁電源12 .直流可調(diào)穩(wěn)壓電源13 .電機導軌14 .測速表15 .直流電壓表、直流電流表16 .900三相可調(diào)電阻器17 .90三相可調(diào)電阻器18 .三刀雙置開關(guān)O-Q。uVW直直直直直圖1繞線式異步電動機機械特性實驗接線圖直直直直直直直直三、實驗原理圖直直直直直直直直四、實驗內(nèi)容3.測定三相繞線式異步電機電動及再發(fā)電制動機械特性表1電動運行機械特性數(shù)據(jù)表U=180VRs=0QIf=mAU(A)Ia(A)n(r/min)11(A)P(W)Pi(W)表2再生發(fā)電機械特性數(shù)據(jù)表U=180VIf=AU(A