項目2 三相異步電動機分析與控制

任務2.1 三相異步電動機結構與原理分析

知識與能力目標

1)了解三相異步電動機的類型、銘牌數據和結構。

2)理解三相異步電動機的工作原理與工作特性。

3)掌握三相異步電動機的機械特性及其測試方法。

2.1.1 三相異步電動機結構認知

三相異步電動機種類繁多，若按轉子結構的不同分為籠型和繞線型異步電動機兩大類；若按機殼的防護形式分類，籠型異步電動機可分為防護式、封閉式和開啟式。異步電動機和所有旋轉電動機一樣，都由3個基本部分組成：定子(固定部分)、轉子(旋轉部分)和氣隙。三相籠型異步電動機的結構如圖2-1所示。

圖2-1 三相籠型異步電動機的結構

1.異步電動機的定子

定子主要由機座、定子鐵心和定子繞組3部分組成。

1)機座是用鑄鐵或鑄鋼、壓鑄鋁或擠壓鋁、鋼板等制成的，用來固定和防護電動機。

2)鐵心是電動機磁路的組成部分。為減小磁滯和渦流損耗，一般用表面涂有絕緣漆或經表面氧化處理的硅鋼片疊制而成。鐵心的內圓周表面沖有槽孔，用以放置定子繞組，定子鐵心疊片如圖2-2所示。

3)定子繞組是電動機的電路組成部分。以2極三相異步電動機為例，定子繞組由單個線圈按照一定的規律聯結而成的三相對稱繞組，每相繞組軸線在空間互差120°。三相異步電動機的對稱繞組共有6個出線端，每相繞組的首端U₁、V₁、W₁和末端U₂、V₂、W₂接到機座的接線盒內。根據電源電壓和電動機繞組電壓的額定值不同，把三相繞組接成星形()或者三角形(△)，如圖2-3所示。當三相電源的線電壓為380V時，如果電動機一相繞組的額定電壓是220V，則定子繞組聯結成星形；如果電動機一相繞組的額定電壓是380V，則定子繞組聯結成三角形。中小型電動機一般采用絕緣銅線或鋁線繞制成的三相對稱繞組，按一定的聯結規則嵌放在定子槽中。

圖2-2 定子鐵心疊片

圖2-3 定子繞組的星形和三角形聯結

a)星形聯結 b)三角形聯結

2.異步電動機的轉子

異步電動機的轉子主要由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸3部分組成。它的功能是在旋轉磁場的作用下，通過電磁感應產生電磁轉矩，從而帶動生產機械運轉。

1)轉子鐵心是電動機磁路的一部分，由硅鋼片疊成，其鐵心外圓周表面開有槽孔(如圖2-4所示)，以便放置轉子繞組。轉子繞組根據構造不同分成籠型和繞線型。

2)轉軸。轉軸的作用是固定轉子鐵心和傳遞機械功率。為保證其剛度和強度，轉軸一般由低碳鋼或合金鋼制成。

圖2-4 轉子鐵心沖片

3)轉子繞組。轉子繞組的作用是產生電磁轉矩。根據轉子繞組的不同，轉子可分為籠型轉子和繞線型轉子兩種。

①籠型轉子。在轉子鐵心每個槽中穿入裸銅條，并在銅條兩端分別用兩個銅環(端環)聯結，形成了一個自行短路的多相對稱短路繞組。由于轉子繞組的形狀像一個籠子，故稱為籠型轉子，如圖2-5a所示。為了節省銅材，中、小型電動機一般都采用鑄鋁轉子。把熔化的鋁澆鑄在轉子鐵心槽內，將冷卻用的風葉和轉子一次鑄成，簡化了制造工藝，如圖2-5b、c所示。

②繞線轉子。繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是由彼此絕緣的導體按一定的規律聯結成三相對稱繞組，極數與定子繞組的極數相同，嵌放在轉子鐵心槽中。三相繞組接成星形，首端分別接到轉軸上的3個彼此絕緣的滑環上，末端連在一起。滑環通過電刷將轉子繞組的3個首端引到機座的接線盒里，以便在轉子電路中串入附加電阻，用來改善電動機的起動和調速性能。繞線轉子異步電動機的結構示意圖與繞線轉子實物形狀如圖2-6所示。

籠型電動機的結構簡單、價格低廉、工作可靠、使用方便，因而在生產中得到廣泛使用；而繞線式電動機主要用于具有較大起動轉矩，但起動電流相對較小，有一定調速范圍的場合，如大型立式車床和起重設備等。

圖2-5 籠型轉子

a)銅條轉子 b)鑄鋁轉子 c)鑄鋁轉子的鋁條和風扇

圖2-6 繞線轉子

a)繞線轉子形狀 b)結構示意圖

3.氣隙

氣隙是磁路的一部分，異步電動機的氣隙比同容量的直流電動機的氣隙要小得多。在中、小型異步電動機中，氣隙一般為0.2～1.5mm左右。

一般電動機的氣隙過大或過小都會對異步電動機的運行產生不良影響。因為異步電動機的勵磁電流是由定子電流提供的，氣隙大則磁阻大，要求的勵磁電流也大，從而降低電動機的功率因數(δ↑→I_m↑→cosφ↓)。為了提高功率因數，應盡量讓氣隙小些。但也不能過小，否則裝配困難，轉子還有可能與定子發生機械摩擦。另外，從減少附加損耗及高次諧波磁勢產生的磁通來看，氣隙大一點也有好處。

4.三相異步電動機的銘牌數據

每臺電動機機座上都有一塊銘牌，銘牌上面標明了電動機的型號、額定值和有關技術數據。接下來將結合實例對銘牌數據進行講解，如某電動機銘牌數據如下：

三相異步電動機

型號Y132M-4 功率7.5kW 頻率50Hz

電壓380V 電流15.4A 接法(三角形)

轉速1440r/min 絕緣等級B 工作方式 聯結

年 月 日 編號 ??電機廠

1)異步電動機的型號。

電動機產品的型號一般由大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯數字組成。其中漢語拼音字母是根據電機的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個拼音字母組成，三相異步電動機的型號含義如圖2-7所示。

圖2-7 三相異步電動機的型號含義

2)額定電壓U_N和接法。U_N是指電動機額定運行時，定子繞組上應加的線電壓。本例U_N＝380V。

若電壓低于額定值，將引起轉速下降，若在滿載或接近滿載時，電壓的增加超過額定值，使繞組過熱。一般規定額定功率在3kW及以下的系列三相異步電動機為星形聯結，4kW及以上的為△系列三角形聯結，三相異步電動機繞組接線圖如圖2-8所示。

3)額定電流I_N。I_N是指電動機在額定電壓下運行，輸出功率達到額定值時，流入定子繞組的線電流，單位為安培(A)，本例中I_N＝15.4A。

4)額定功率P_N。電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率，單位是kW，它不等于從電源吸取的電功率P₁。三相異步電動機的功率因數較低，在額定負載時約為0.7～0.9，空載時功率因數很低，一般在0.1以下。

圖2-8 三相異步電動機繞組接線圖

5)額定轉速n_N。n_N指電動機定子加額定電壓，且輸出額定功率時電動機的轉速，單位為轉/分(r/min)，本例中的額定轉速為n＝1440r/min。

6)額定頻率f_N。f_N是指加在電動機定子繞組上的允許頻率，我國電網頻率規定為50Hz。

7)絕緣等級。電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、B、E、F、H共5級，A級最低(105℃)，H級最高(180℃)，本例電動機為B級絕緣。其中，定子繞組的允許溫度不能超過130℃。

8)工作方式。電動機工作方式分為10種，較常用的3種方式如下。

①連續工作方式用S1表示，這種工作方式允許電動機在額定條件下長時間連續運行。

②短時工作方式用S2表示，這種工作方式允許電動機額定條件下只能在額定時間內運行。

③斷續工作方式用S3表示，它允許電動機在額定條件下以周期性間歇方式運行。

2.1.2 三相異步電動機工作原理分析

1.旋轉磁場的產生及轉速

三相異步電動機之所以能轉起來，是因為當三相繞組通以三相對稱電流時會產生旋轉磁場。如果在定子繞組中通入對稱的交流電流，就會在電動機內部建立一個恒速旋轉的磁場，稱為旋轉磁場，它與轉子繞組內的感應電流相互作用形成電磁轉矩，推動轉子旋轉。

2極三相異步電動機定子繞組分布的示意圖如圖2-9所示。三相對稱繞組U₁U₂、V₁V₂、W₁W₂的線圈邊嵌放在定子槽內，在空間上互差120°。規定各繞組中電流的正方向從繞組的首端流入、末端流出。

圖2-9 三相異步電動機定子繞組分布的示意圖

a)定子繞組結構示意圖 b)三相繞組的星形聯結

(1)圓形旋轉磁場的產生

圖2-10所示為用圖解法分析旋轉磁場的電動機繞組結構圖。圖中交流電動機的定子上嵌放著對稱的三相繞組U₁—U₂、V₁—V₂、W₁—W₂。

圖2-10 用圖解法分析旋轉磁場的電動機繞組結構圖

a)ωt＝0° b)ωt＝120°c)ωt＝240°d)ωt＝360°

三相對稱交流電流波形如圖2-11所示。假定電流從繞組首端流入為正，末端流出為負。電流的流入端用符號 表示，流出端用⊙表示。

對稱三相交流電流通入對稱三相繞組時，便產生一個旋轉磁場。下面選取各相電流出現最大值的幾個瞬間進行分析。

圖2-11 三相對稱交流電流的波形

在圖2-11中，當ωt＝0°時，U相電流達到正最大值，電流從首端U₁流入，用 表示，從末端U₂流出，用⊙表示；V相和W相電流均為負，因此電流均從繞組的末端流入，首端流出，故末端V₂和W₂應填上⊕，首端V₁和W₁應填上⊙，如圖2-10a所示。從圖可見，合成磁場的軸線正好位于U相繞組的軸線上。

當ωt＝120°時，V相電流為正的最大值，因此V相電流從首端V₁流入，用⊕表示，從末端V₂流出，用⊙表示。U相和W相電流均為負，則U₁和W₁端為流出電流，用⊙表示，而U₂和W₂為流入電流，用⊕表示，如圖2-10b所示。由圖可見，此時合成磁場的軸線正好位于V相繞組的軸線上，磁場方向已從ωt＝0°時的位置沿順時針方向旋轉了120°。

當ωt＝240°和ωt＝360°時，合成磁場的位置分別如圖2-10c、d所示。當ωt＝360°時，合成磁場的軸線正好位于U相繞組的軸線上，磁場方向從起始位置順時針方向旋轉了360°，即電流變化一個周期，合成磁場旋轉一周。

(2)旋轉磁場的轉向

對稱三相交流電流通入對稱三相繞組所形成的磁場是一個旋轉磁場。旋轉的方向從U→V→W，正好和電流出現正的最大值的順序相同，即由電流超前相轉向電流滯后相。

如果三相繞組通入負序電流，則電流出現正的最大值的順序是U→W→V。通過圖解法分析可知，旋轉磁場的旋轉方向也為U→W→V。要改變轉向，只要改變電流的相序即可，即任意對調電動機的兩根電源線，便可使電動機反轉。

(3)旋轉磁場的轉速

式中，f為電源頻率，單位為Hz；p為電機極對數。旋轉磁場的轉速n₁，又稱為同步轉速。

2.三相異步電動機的工作原理及轉差率

(1)工作原理

三相異步電動機定子接三相電源后，電機內便形成圓形旋轉磁動勢，圓形旋轉磁密，設其方向為順時針轉，兩極三相異步電動機的工作原理圖如圖2-12所示。若轉子不轉，轉子籠型導條與旋轉磁密有相對運動，導條中有感應電動勢e，方向由右手定則確定。由于轉子導條彼此在端部短路，于是導條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向同電動勢方向。這樣，導條就在磁場中受到電磁力F，用左手定則確定受力方向，如圖2-12所示。由于轉子導體是圓周均勻分布，所以電磁力F對轉軸形成電磁轉矩T的方向與旋轉磁場的旋轉方向相同，于是轉子就順著定子旋轉磁場旋轉方向轉動起來了。

(2)異步電動機的轉差率

同步轉速n₁與轉子轉速n之差(n₁-n)和同步轉速n₁的比值稱為轉差率，用字母s表示，即

圖2-12 兩極三相異步電動機的工作原理圖

轉差率s是異步電動機的一個基本物理量，它反映異步電動機的各種運行情況。對異步電動機而言，當轉子尚未轉動(如起動瞬間)時，n＝0，s＝1，轉差率最大；當轉子轉速接近同步轉速(空載運行)時，n≈n₁，此時轉差率s≈0，轉差率最小。由此可見，作為異步電動機，轉速在0～n₁范圍內變化，其轉差率s在0～1范圍內變化，對異步電動機在額定負載情況下，一般s＝0.01～0.06，s＝0為理想空載情況，則對應的轉速稱為理想空載轉速，由于存在摩擦和風扇阻力作用，理想空載轉速是不存在的，所以，異步電動機的轉差率是0<s<1。

在正常運行范圍內，轉差率的數值很小，一般在0.01～0.06之間，即異步電動機的轉速很接近同步轉速。

異步電動機負載越大，轉速就越低，其轉差率就越大；反之，負載越小，轉速就越高，其轉差率就越小。故轉差率直接反映了轉子轉速的高低或電動機負載的大小。異步電動機的轉速可由式(2-2)推算

3.三相異步電動機的功率、轉矩平衡方程式及工作特性

(1)功率平衡

異步電動機運行時，定子從電網吸收功率，通過電磁感應作用變成機械能從轉子輸出。電動機在實現機電能量轉換的過程中，必然會產生各種損耗。根據能量守恒定律，輸出功率應等于輸入功率減去總損耗。

三相異步電動機以轉速n穩定運行時，從電源輸入的電功率為

式中，U₁、I₁為定子繞組的相電壓和相電流。

定子電流流過定子繞組時，電流I₁在定子繞組電阻r₁上所消耗的功率稱為定子銅耗，計算公式為

旋轉磁場在鐵心中產生鐵損，鐵損可看作勵磁電流I₀在勵磁電阻r_m上消耗的功率，正常情況下，轉子轉速接近于同步轉速，轉子回路鐵耗很小，可忽略，因此只計定子回路的鐵耗

因此從輸入功率p₁中扣除定子銅損p_Cu1和鐵損p_Fe，剩余的功率是由氣隙磁場通過電磁感應關系由定子傳遞到轉子側的電磁功率P_em，即

轉子繞組中的銅鋁損耗為

這樣，電磁功率減去轉子銅耗，剩下的就是電動機轉軸上總的機械功率，用P_ω表示，即

電動機在運行時，會產生軸承以及風阻等摩擦阻轉矩，這也要損耗一部分功率，把這部分功率叫作機械損耗，用p_mec表示，當然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等，因此，輸出功率為

所以整個功率傳遞過程中的功率關系為

從以上功率關系定量分析中看出，異步電動機運行時電磁功率、轉子回路銅損耗和機械功率三者之間的關系是

功率流程圖如圖2-13所示。

(2)轉矩平衡

旋轉體的機械功率等于作用在旋轉體上的轉矩與其機械角速度 的乘積，機械功率P_ω除以軸的角速度Ω就是電磁轉矩T，即

圖2-13 功率流程圖

式中，Ω₁為同步角速度(用機械角表示)，對功率表達式(2-10)進行變形即兩邊同除以機械角速度便得到穩態時異步電動機的轉矩平衡方程式

即 T₂＝T-T₀ (2-15)

式中，T₂為輸出轉矩，T₀為空載轉矩。

(3)三相異步電動機的工作特性

異步電動機的工作特性是指在額定電壓和額定頻率運行時，電動機的轉速n、輸出轉矩T₂、定子電流I₁、功率因數cosφ₁、效率η與輸出功率P₂之間的關系。工作特性可以通過電動機直接加負載試驗得到。圖2-14所示為三相異步電動機的工作特性曲線。下面分別加以說明。

1)轉速特性n＝f(P₂)。

空載時，P₂＝0，轉子電流很小，n≈n₁，即轉子轉速接近同步轉速。負載時，隨著P₂的增大，轉子電流也增大，轉速n則降低，但下降不多。額定運行時，轉差率很小，一般s_N≈0.01～0.06，相應的轉速n_N＝(1-s_N)n₁＝(0.99～0.94)n₁，與同步轉速n₁接近，故轉速特性n＝f(P₂)是一條稍向下傾斜的曲線。

圖2-14 三相異步電動機的工作特性曲線

2)轉矩特性T₂＝f(P₂)。

異步電動機的輸出轉矩

空載時，P₂＝0，T₂＝0；負載時，隨著輸出功率P₂的增加，轉速略有下降，故由上式可知，T₂的上升速度略快于P₂的上升速度，故T₂＝f(P₂)為一條過零點稍向上翹的曲線。由于從空載到滿載，n變化很小，故T₂＝f(P₂)可近似看成一條直線。

3)定子電流特性I₁＝f(P₂)。

電動機空載時，P₂＝0，定子電流I₁＝I₀。負載時，隨著輸出功率P₂的增加，轉子電流增大，于是定子電流的負載分量也隨之增大，所以I₁隨P₂的增大而增大。

4)定子功率因數特性cosφ₁＝f(P₂)。

三相異步電動機運行時需要從電網吸收感性無功功率來建立磁場，所以異步電動機的功率因數總是滯后的。

空載時，定子電流主要是無功勵磁電流，因此功率因數很低，通常不超過0.1。負載運行時，隨著負載的增加，轉子電流和定子電流的有功分量增加，使功率因數逐漸上升，在額定負載附近，功率因數最高。當超過額定負載后，由于轉差率s迅速增大，使轉子功率因數cosφ₂下降，于是轉子電流無功分量增大，相應的定子無功分量電流也增大，因此定子功率因數cosφ₁反而下降，如圖2-14所示。

5)效率特性η＝f(P₂)。

根據公式

可知，電動機空載時，P₂＝0，η＝0。當負載運行時，隨著輸出功率P₂的增加，效率η也在增加。在正常運行范圍內因主磁通和轉速變化很小，故鐵損耗p_Fe和機械損耗p_mec可認為是不變損耗。而定、轉子銅損耗p_Cu1和p_Cu2、附加損耗p_ad隨負載而變，稱為可變損耗。當負載增大到使可變損耗等于不變損耗時，效率達最高。若負載繼續增大，則與電流二次方成正比的定、轉子銅損耗增加很快，故效率反而下降，如圖2-14所示。一般在(0.7～1.0)P_N范圍內效率最高。

4.三相異步電動機的機械特性

機械特性是指在一定條件下，電動機的轉速與轉矩之間的關系，即n＝f(T)。因為異步電動機的轉速n與轉差率s之間存在一定的關系，異步電動機的機械特性常用T＝f(s)的形式表示，成為T-s曲線，如圖2-15所示。

(1)固有機械特性

三相異步電動機的固有機械特性是指電動機在額定電壓和額定頻率下，按規定的接線方式接線，定子和轉子電路不外接電阻或電抗時的機械特性。當電動機處于電動機運行狀態時，其固有機械特性如圖2-16所示。

圖2-15 異步電動機的機械特性曲線

圖2-16 固有機械特性

對曲線上幾個特殊點的分析如下：

1)最大轉矩T_m和臨界轉差率s_m。

電動機轉矩的最大值為最大轉矩T_m(或稱臨界轉矩，對應曲線上的B點)，此時對應的轉差率s_m稱為臨界轉差率。

過載倍數：最大轉矩與額定轉矩的比值，或稱最大轉矩倍數，用λ表示。即

一般三相異步電動機λ＝1.6～2.2，起重、冶金用的異步電動機λ＝2.2～2.8。電動機拖動負載時，有時由于某些原因負載轉矩突然增大，如果電動機的過載倍數較小，負載轉矩超過電動機最大轉矩，電動機的轉速有可能大幅度下降，甚至停轉。如果電動機有足夠大的過載能力，負載轉矩短時間內突然增大，電動機的速度幾乎不受影響，等負載轉矩恢復正常后，電動機又處于正常運行狀態，但電動機不能長期超負載運行，這樣會造成電動機各部分的溫度升高，時間長了可能會燒壞電動機。當負載轉矩超過最大轉矩時，電動機因帶不動負載而發生停車，俗稱為“悶車”，此時，電動機嚴重過熱，甚至燒毀。

2)起動轉矩T_st。

對應n＝0，s＝1的電磁轉矩，用T_st表示。

可見，T_st與電壓平方成正比，而且轉子電阻越大，起動轉矩越大，漏電抗越大，起動轉矩越小。

起動轉矩倍數：起動轉矩與額定轉矩的比值，用k_st表示，即

k_st是表征異步電動機運行性能的一個重要指標，它反映了電動機起動能力的大小，顯然，只有當起動轉矩大于負載轉矩時，電動機才能起動，一般系列籠型三相異步電動機的起動轉矩倍數k_st在1.7～2.2之間，起重和冶金用的電動機起動轉矩倍數大約在2.0～4.0之間。

3)額定點C。

電動機在穩定運行時，電磁轉矩和轉速的大小全部取決于它拖動的機械負載，負載轉矩變化時，異步電動機的轉速也隨著變化，但轉速變化不大，這種機械特性稱為硬特性，這種特性適合于一般金屬切削機床。

電動機在額定負載下穩定運行時輸出的機械功率稱為額定功率P_N，對應的轉矩為額定轉矩T_N，經數學分析可知額定轉矩與額定功率的關系為

式中 P_N——電動機的額定功率，單位是kW；

n——電動機的額定轉速，單位是r/min；

T_N——電動機的額定轉矩，單位是N·m。

從圖2-16可以看出三相異步電動機固有機械特性不是一條直線，它具有以下特點：

1)在0≤s≤1，即0≤n≤n₁的范圍內，特性在第Ⅰ象限，電磁轉矩T和轉速n都為正，從正方向規定判斷，T與n同方向。電動機工作在這范圍內是電動狀態。

2)在s<0范圍內，n>n₁，特性在第Ⅱ象限，電磁轉矩為負值，是制動性轉矩，電磁功率也是負值，是發電狀態，機械特性在s<0和s>0兩個范圍內近似對稱。

3)在s>1范圍內，n<0，特性在第Ⅳ象限，T>0，也是一種制動狀態，在第Ⅰ象限電動狀態的特性上，C點為額定運行點，其電磁轉矩與轉速均為額定值。D點n＝n₁，T＝0，為理想空載運行點；B點是電磁轉矩最大點，A點n＝0，轉矩為T_st為起動點(見圖2-16)。

(2)人為機械特性

三相異步電動機的人為特性是指人為地改變電源參數或電動機參數而得到的機械特性。三相異步電動機的人為特性種類很多，這里只介紹兩種常見的人為特性。

1)降低定子電壓的人為機械特性。

當定子電壓U₁降低時，T_em(包括T_st與T_m)與U²₁成正比減小，s_m、n₁與U₁無關而保持不變，所以可得到U₁下降后的人為機械特性如圖2-17所示。由圖可見，降低電壓后的人為機械特性，其線性段的斜率變大，即特性變軟。最大轉矩T_m以及起動轉矩T_st都要隨U²₁減小，即電動機的起動轉矩倍數和過載能力均顯著下降，而最大轉矩對應的轉差率s_m不變。如果電動機在額定負載下運行，U₁降低后將導致n下降，s增大，轉子電動勢增大，轉子電流增大，從而引起定子電流增大，導致電動機過載。長期欠電壓過載運行，必然使電動機過熱，電動機的使用壽命縮短。另外，電壓下降過多，可能出現最大轉矩小于負載轉矩，這時電動機將停轉。

2)轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性(只適用于繞線式轉子)。

在繞線式轉子異步電動機的轉子三相電路中，可以串接三相對稱電阻R_s，轉子回路串電阻后，n₁、T_m不變，而s_m則隨外接電阻R_s的增大而增大。轉子回路串電阻時的人為機械特性如圖2-18所示。在一定范圍內增加轉子電阻，可以增大電動機的起動轉矩。當所串接的電阻(見圖2-18中的R_s3)使其s_m＝1時，對應的起動轉矩達到最大轉矩，如果再增大轉子電阻，起動轉矩反而會減小。另外轉子串接對稱電阻后，其機械特性線性段的斜率增大，特性變軟。

圖2-17 降低定子電壓U₁時的人為機械特性

圖2-18 轉子回路串電阻時的人為機械特性

2.1.3 任務訓練 三相異步電動機的工作特性測取

1.實訓目的

用直接負載法測取三相籠型異步電動機的工作特性。

2.預習要點

1)異步電動機的工作特性指哪些特性?

2)工作特性的測定方法。

3.實訓項目

1)判斷定子繞組的首末端。

2)空載實訓。

3)堵轉實訓。

4)負載實訓。

4.實訓設備

1)三相籠型異步電動機，電壓380/220V(/△)。

2)直流和交流電壓表、電流表、轉速表、功率因數表。

3)三相可調電阻器(900Ω)。

4)旋轉指示燈、并網開關、同步電動機勵磁電源。

5.實訓電路及操作步驟

(1)判定定子繞組的首末端

1)用萬用表的電阻檔，分別找出三相定子繞組中各相繞組的兩個線頭。

2)按圖2-19所示接法，判別三相異步電動機定子繞組首、末端。

按照圖2-19所示接線，其中W₅或W₆接黑表筆，W₂或W₃接紅表筆，加電瞬間若指針正偏，那么接黑表筆的那端與接電源正極W₄的那端為同名端，若指針反偏則為異名端。

(2)空載實訓

測量電路如圖2-20所示，電動機繞組聯結成△接法，這時電動機的額定電壓為220V。

實訓時首先把三相交流調壓器分別調到零位，然后接通電源，旋轉三相可調電源旋鈕逐漸升高電壓至額定值U_N＝220V，使電動機啟動，保持電動機在額定電壓下空載運行數分鐘，使機械損耗達到穩定后再進行實訓，調節電壓至1.2U_N，再由1.2U_N開始逐漸降低電壓，直至電流或功率顯著增大為止，在這范圍內讀取空載電壓、空載電流、空載功率，共讀取7～9組數據，記錄于表2-1中(注：在額定電壓點附近多測幾組值)。

圖2-19 判定定子繞組首末端實訓接線圖

圖2-20 三相籠型異步電動機空載實訓接線圖

注意：調整相序時，必須切斷電源。

表2-1 空載實訓測量數據表

(3)堵轉實訓

測量電路如圖2-20所示，用銷釘將電動機堵轉，調壓器退至零，調節調壓器使之逐漸升壓至短路電流到1.2I_N，再逐漸降壓至短路電流到0.3I_N為止。在這范圍內讀取短路電壓、短路電流、短路功率，共讀取4～5組數據，記錄于表2-2中。

表2-2 堵轉實訓測量數據表

注意：實訓電壓必須由零開始逐漸上升。

(4)負載實訓

測量電路圖如圖2-21所示，調壓器退至零位，調節調壓器使之逐漸升壓至額定值，調整磁粉制動器輸出力矩，使電動機的定子電流逐漸上升，直至電流上升到1.25I_N，從這負載開始，逐漸減小負載直至空載，在這范圍內讀取異步電動機的定子電流、輸入功率、轉速、校正電動機轉矩等資料，共讀取5～6組資料，記錄于表2-3中。

圖2-21 三相籠型異步電動機實訓接線圖

表2-3 負載實訓測量數據表

注意：在做負載實訓時應保持定子輸入電壓恒定且為額定值。

6.實訓報告

1)作空載特性曲線：I₀、P₀、cosφ₀＝f(U₀)；

2)作堵轉特性曲線：I_K、P_K、cosφ_K＝f(U_K)；

3)作工作特性曲線：P₁、I₁、η、s、cosφ₁＝f(P₂)。

由負載實訓資料計算工作特性，填入表2-4中。

表2-4 負載實訓計算工作特性測量數據表

計算公式為：I₁＝(I_U＋I_V＋I_W)/(3×3^1/2)

s＝(1500-n)/1500

cosφ₁＝P₁/3U₁I₁

P₂＝0.105nT₂

η＝P₂/P₁

式中，U₁——定子繞組相電壓，單位為V；

I₁——定子繞組相電流，單位為A；

s——轉差率；

η——效率。

7.思考題

1)從堵轉實訓數據我們可以得到哪些結論?

2)由直接負載法測得的電動機效率和用損耗分析法求得的電動機效率有哪些因素會引起誤差?