小功率电动机机械特性测试系统的设计_毕业设计1.doc

小功率电动机机械特性测试系统的设计 目 录 摘要.1 关键词.1 1 前言.1 2 设计内容简介.2 2.1 原始资料.2 2.2 技术要求.2 2.3 主要内容.2 3 直流电动机和三相异步电动机机械特性 .2 3.1 直流电动机机械特性 .2 3.2 三相异步电动机机械特性 .3 4 辅助实验 .4 4.1 用伏安法测电枢的直流电阻 ra.4 4.2 负载电动机空载损耗实验.6 5 直流电动机机械特性的测定10 5.1 输出转矩实验 11 5.1.1 实验方案 11 5.1.2 实验原理图 12 5.1.3 实验步骤及实验数据 .14 5.1.4 数据处理 15 5.2 空载转矩实验 24 5.2.1 实验方案 24 5.2.2 测试直流电动机的电枢电阻 15 5.2.3 测试空载转矩 16 5.2.4 数据处理 18 5.3 直流电动机机械特性 19 6 三相异步电动机机械特性的测定 20 6.1 输出转矩实验 20 6.1.1 实验方案 20 6.1.2 实验原理图 21 6.1.3 实验步骤及数据 21 6.2 空载转矩测定 22 6.2.1 实验方案 22 6.2.2 空载实验 22 6.2.3 堵转实验 24 6.2.4 负载实验 25 6.3 数据处理 26 6.4 三相异步电动机机械特性 26 7 结束语27 参考文献28 致谢28 附录29 1 小容量电动机机械特性测试系统的设计小容量电动机机械特性测试系统的设计 摘 要：本设计是基于传统设计的基础上，灵活运用直流电压表和直流电流表所设 计的测试装置，设计出了测试系统辅助实验原理图、测试直流电动机机械原理图、测试交 流电动机原理图，根据设计出来的实验原理图进行了实验，得出的结果与电动机的机械特 性相吻合。 关键词：直流电动机；交流电动机；机械特性；测试系统； small capacitymotor design of mechanical property test system abstract: this design was based on the basis of traditional design, made a flexible use of dc voltmeter and dc ammeter designed test device, which designed test system assisted experimental principle diagram, testing for dc mechanical principle diagram, test ac motor principle chart, according to the design principle of the experiment of drawing out the results of the experiment, the mechanical properties with motor coincide. keywords: dc motive:；ac motor；mechanical properties；testing system； 1 前言 随着我国经济的飞速发展，导致了对电动机需求的巨大增加。特别是应用 于家用电器和小型企业的各种中小型电机产量的大幅度提高，电动机机械特性 测试所必不可少的内容。目前常用的电动机机械特性的测量方法主要有测功法、 转矩仪法、发电机法等。本设计采用发电机法，而测功机法不适合电动机动态 测试，转矩仪测试系统价格昂贵且系统维护困难等缺点。采用发电机法测试电 动机机械特性具有成本低、原理简单、精度较高等特点，非常适合在实验室测 试和实际生产中应用推广。 2 设计内容简介 2.1 原始资料 用直流发电机 pn=355w,un=220v,in=2.2a,nn=1500r/min，ufn=220v,ifn0.16a 作电动机的负载， 2 设计一电动机械特性测试系统（被测电机功率小于该直流发电机功率） 。 2.2 技术要求 (1)用实验方法测出直流发电机的电枢回路电阻 ra 及其空载损耗与转速的 关系曲线 =f(n)。 （2）用所设计的系统分别测出一台直流电动机和一台交流电动机的机械特 性 2.3 主要内容 根据原始资料及要求确定整体方案并进行可行性分析；直流发电机的电枢 回路电阻 ra 及其空载损耗 =f(n)实验方案的设计；电动机机械特性曲线 t=f(n)实验方案的设计；所用仪器仪表的选型；直流发电机的电枢回路电阻 ra 及其空载损耗曲线实验数据及处理；电动机机械特性曲线实验数据及处理。 3 直流电动机和三相异步电动机机械特性 电动机的机械特性是指电动机的转速 n 与其电磁转矩 tem 的关系 。机械特性是描述电动机运行性能的主要特性。 () em nf t 3.1 直流电动机机械特性 直流电动机电枢电压平衡方程为 aa uei r （1） aad rrr （2） 式中 ra为电枢内阻 rad为电枢电路串联的附加电阻 由上两式可得电动机的转速特性方程为 （3） 再由电磁转矩公式代入转速特性方程，即得机械特性方程为 emta tc （4） 当电源 u、磁通、电枢回路电阻 r 为常数，直流电动机的机械特性方程式可改写为 0em nnt a ee ur ni cc 2 em eet ur nt cc c 3 即转速 n 和转矩 tem之间是线性关系。 图 1 直流电动机机械特性 figure1 dc motor mechanical properties 3.2 三相异步电机的机械特性 2 机械特性曲线 在一定的电源电压 u1和转子电阻 r2下，电动机的转矩 t 与转差率 n 之间 的关系曲线 t=f(s)或转速与转矩的关系曲线 n=f(t)，称为电动机的机械特性曲 线，如图 2 所示。 a o t n n0 tmax tq tn nn b c tn tq tmax t s sm 1 o (a) t=f(s)曲线 (b) n=f(t)曲线 4 图 2 三相异步电动机的机械特性曲线 figure2 three-phase asynchronous motor mechanical characteristic curve 1）额定转矩 tn ：额定转矩 tn 是异步电动机带额定负载时，转轴上的输 出转矩。 2）最大转矩 tm ：tm 又称为临界转矩，是电动机可能产生的最大电磁转 矩。它反映了电动机的过载能力。 3）起动转矩 tst ：tst 为电动机起动初始瞬间的转矩，即 n=0，s时的 转矩。 4 辅助实验 通过对电动机的机构及其原理的分析，设计出了测试负载电动机电枢电阻 ra 的实验原理图和负载电动机空载时空载损耗与转速之间的关系的实验原理图， 根据实验原理图，把实验所得数据进行处理，绘出负载电动机空载损耗与转速 之间的关系 =f(n)。根据负载电动机空载的 =f(n)曲线，设计出测试直流电 动机与交流电动机机械特性曲线的实验原理图，根据实验原理图，利用负载电 动机的 =f(n)曲线图，对实验所得结果进行数据处理，得出直流电动机与交流 电动机的机械特性曲线。设计的测试系统测试电动机容量的范围为 100w500w。现做测试系统的辅助实验（负载电动机电枢电阻 ra 和负载电动 机空载时 =f(n)的关系） 4.1 用伏安法测电枢的直流电阻 ra 4.1.1 实验图设计如下 5 图 3 实验原理图 figure 3 experimental principle diagram 4.1.2 实验步骤如下 1)按图接线,电阻值为 1980 的滑变电阻器，电流表为直流、毫安、安培表 量程为 5a。 2)经检查无误后接通电枢电源，并调至 220v。调节滑变电阻器调至最大， 迅速测取电机电枢两端电压 u 和电流 i。将电阻器分别旋转三分之一和三分之 二，同样测取 u、i 三组数据。取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值 ra=1/3（ra1+ra2+ra3） （5） 测得数据与结果如下表 1 表中： ra1=1/3（ra11+ ra12+ ra13）ra2=1/3（ra21+ ra22+ ra23） （6） ra2=1/3（ra31+ ra32+ ra33） （7） 表 1 负载电动机的电枢电阻 ra 的数据 table 1 load motor armature resistance of the data 序号u（v）i（a）r（平均） （）ra（） 1.9820.128ra11=15.48 2.0560.134ra12=15.341 2.110.138ra13=15.28 ra1=15.37 6 9 2.6780.185ra21=14.75 6 2.820.199ra22=14.17 2 2.640.188ra23=14.04 ra2=14.23 13.65 续表 1 5.240.442ra31=11.85 5 5.860.510ra32=11.49 3 6.780.663ra33=10.7 ra3=11.35 3)直流仪表、转速表和变阻器的选择 直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来 选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联 的接法。 a)压量程的选择 如测量电动机两端为 220v 的直流电压，选用直流电压为 1000v 量程档。 b)电流量程的选择 因为直流串励电动机的额定电流为 2.2a，测量电枢电流的电表 a1 可选用 直流电流表的 5a 量程档. c)电机额定转速为 1600r/min，转速表选用 1800r/min 量程档。 d)变阻器的选择 变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确 定，电枢回路选用 1980。 4.2 负载电动机空载损耗实验 4.2.1 实验原理图 7 图 4 实验原理图 figure4 experimental principle diagram 4.2.2 实验步骤如下 1）按图 4 接线，图中直流他励电动机 m 为校正直流测功机，其额定功率 pn=335kw，额定电流 in=2.2a，额定转速 nn=1500r/min，额定电压 ufn=220v， 额定励磁电流 ifn0.16a。 2）检查接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路 接线是否牢靠。然后将电动机电枢串联起动电阻 r1、励磁回路串联起动电阻 rf1调到最大。断开开关 s，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，并做好起 动准备。 3）开启控制屏上的电源总开关，接通其下方左边的励磁电源开关，观察电 动机 m 励磁电流值，调节 rf1是 if等于校正值 100ma 并保持不变，再接通控制 屏右下方的电枢电源开关，使 m 起动。 4）通过 v1直流电压表调节电枢电源 u=220v，然后改变电枢回路中串接起 8 动电阻的阻值，观察此时电动机电枢绕组上的电压、电枢电流和电动机此时的 转速，并记录下来，按上述方法作八组数据，如下表 2。 表 2 电枢回路中串接起动电阻的实验数据 table 2 the armature loop of string after starting resistance experiment data 序号/项目12345678 ua（v）190.3192.1194.2195.4196.5197.7199.1200.2 ia（a）0.1550.1550.1540.1540.1530.1540.1540.154 n（r/min ） 14911506152215321540154915601569 po（w）29.16829.2629.58329.7729.9329.9330.3430.506 5）电枢回路不串电阻，降压起动，将电枢回路串接电阻为 180 短接，通 过 v1 直流电压表降低电枢电源电压起动，观察此时电动机电枢绕组上的电压、 电枢电流和 电动机此时的转速，并记录下来，按上述方法作 17 组数据，如下图 表 3。 表 3 电枢回路不串电阻降压起动的实验数据 table 3 the armature loop not string of resistance step-down start experiment data 序号/项目ua（v）ia（a）n(n/min)po(w) 1 2 39.92 49.93 0.123 0.125 301.2 378.9 4.7 6.028 360.250.129406.87.546 470.280.131539.88.973 580.340.134618.810.52 690.310.136697.312.03 71000.138774.713.54 81100.140853.915.132 9119.90.143930.216.867 10129. 90.141100718.002 11139.90.145108819.727 12149.90.145116721.45 13159.70.146124523.025 9 14 15 169.7 179.5 0.148 0.150 1325 1401 24.817 26.618 续表 3 16189.60.151148228.319 17199.80.153156230.25 6)直流仪表、转速表和变阻器的选择 直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来 选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联 的接法。 a)电压量程的选择 如测量电动机两端为 220v 的直流电压，选用直流电压为 1000v 量程档。 b)电流量程的选择 因为直流串励电动机的额定电流为 2.2a，测量电枢电流的电表 a1 可选用 直流电流表的 5a 量程档.，测量励磁回路电流的电流表 a2 用直流电流表的 1000ma 量程挡 c)电机额定转速为 1500r/min，转速表选用 1800r/min 量程档。 d)变阻器的选择 变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确 定，电枢回路选用 180。 4.2.3 处理数据，绘出直流电动机空载损耗与转速的关系曲线 此处省略 nnnnnnnnnnnn 字。如需要完整说明书和设计 图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机 械毕业设计下载！该论文已经通过答辩 4.3 数据分析和结论 由实验数据所画出的他励直流电动机串电阻的机械特性与不串电阻降压起 动的机械特性可以看出，直流电动机空载损耗随着转速的增高而增大。 而在数 据处理时，去除了误差比较大的数据，最后得出了比较完善的机械特性曲线。 10 5 直流电动机机械特性的测定 测出输出转矩与转速的关系，再测出空载转矩与转速的关系，根据 t=t0+t1 就可以得到直流电动机机械特性。测试系统如图 图 6 测试系统装置 figure6 test system device 设计说明：图中电动机为发电机，其额定功率 pn=335kw，额定电流 in=2.2a，额定转速 nn=1500r/min，额定电压 ufn=220v，额定励磁电流 ifn0.16a。rf1=180，r2=1800，电阻所选阻值是根据流过励磁绕组和电枢 绕组的最大电流来选择的，根据发电机励磁电流 if0.16a,，直流电流表选择 01000ma,根据发电机的容量选择发电机电枢回路的直流电压表的量程为 01000v，直流电流表的量程为 01000ma。转速测速仪的量程根据发电机额 定转速选择为 18000r/min。 5.1 输出转矩实验 5.1.1 实验方案 以被测直流电动机带动负载发电机运行，根据电动机的输出功率等于发电 机的输入功率，可以得到输出转矩与转速的关系。 11 5.1.2 实验原理图 根据被测的电机的机械特性设计出了测试直流电动机的机械特性，原理图 如下图所示： 图 7 实验原理图 figure 7 experimental principle diagram 5.1.3 实验步骤及实验数据 1）按图 11 接线，图中直流他励电动机 g 为校正直流测功机，其额定功率 pn=335w，额定电流 in=2.2a，额定转速 nn=1500r/min，额定电压 ufn=220v， 额定励磁电流 ifn0.16a。直流他励电动机 mg 为被测电机，其额定功率 pn=185w，额定电流 in=1.2a，额定转速 nn=1600r/min，额定电压 ufn=220v， 额定励磁电流 ifn0.13a，励磁电压为 ufn=220v,绝缘等级为 e。直流电流表选 用量程为 03000ma 直流电压表选用。rf1用 1800 阻值的变阻器作为直流他 励电动机励磁回路串接的电阻。r1选用 180 阻值作为直流他励电动机的起动 电阻。 12 2)检查接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路 接线是否牢靠。然后将被测电动机电枢串联起动电阻 r1、励磁回路串联起动电 阻 rf1调到最大，g 作为发电机。断开开关 s，并断开控制屏下方右边的电枢电 源开关，并做好起动准备。 3)开启控制屏上的电源总开关，接通其下方左边的励磁电源开关，观察电 动机 m 励磁电流值，调节 rf1使 if1等于校正值 80ma 并保持不变，调节 rf2 是 if2 等于 100ma，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使 mg 起动。 4)通过 v1直流电压表调节电枢电源 u=220v，与此同时，注意观察发电机 电枢两端电压以及电枢电流，然后改变负载电阻 r2 的阻值（从大到小） ，记录 此时发电机的电枢电压、电枢电流和电动机的转速。如下表 3 表 4 测试被测直流电动机带负载时机械特性实验数据 table4 test are tested with load for dc mechanical property testing data 序号/项目ua（v）ia（ma）n（r/min）o（w）t2(n*m) 155.3608641.111.860.7531 268.6530771.513.500.6649 378.8469871.415.2310.6050 484.5436979.913.030.5817 592.139399717.8910.5385 698.8350106219.5310.5018 7103.9317111920.5210.4681 8107.7298115221.020.4505 9112.9267120122.8310.4393 10115.8249123222.9800.4084 11117243124023.0180.4026 12120224127123.6180.3847 13121.6215128623.8180.3762 14124.4198131324.5130.3614 15127.5179134324.9010.3426 5)直流仪表、转速表和变阻器的选择 直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来 选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联 13 的接法。 a)电压量程的选择 如测量电动机两端为 220v 的直流电压，选用直流电压为 1000v 量程档。 b)电流量程的选择 因为直流并励电动机的额定电流为 1.2a，测量电枢电流的电表 a1 可选用 直流电流表的 5a 量程档.，励磁回路电流表 a2 用直流电流表的 1000ma 量程 挡。 c)电机额定转速为 1600r/min，转速表选用 1800r/min 量程档。 d)变阻器的选择 变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确 定，电枢回路选用 180 5.1.4 处理数据 1.根据转速查出发电机相对应的空载损耗，如表 。 2.由于发电机的输入功率与被测直流电机输出功率是相等的，于是得出如 下关系： p1 出=t2*=p2 入=ua*ia+ia2ra+p。2 (11) 式中 p1 出是被测直流电机的输出功率 t2是被测直流电机的输出转矩 是被测电机的角速度，=2n/60 p2 入是发电机的输入功率 运用上述公式，算的 t2，然后根据 t2 与转速的关系，得出如下图形 14 图 8 机械特性曲线图 figure8 mechanical characteristic curve 3.数据分析与结论 通过数据显示转速越大，输出转矩越小，所以最好使电动机工作在 7001100r/min 范围内，这样能更好的利用电动机。 5.2 空载转矩实验 5.2.1实验方案 测出直流电动机的电枢电阻，使电动机处于空载状态运行，根据 p0=p1- pcu，可以得到空载转矩与转速的关系。 5.2.2测试直流电动机的电枢电阻 根据伏安法测出直流电动机的电阻，测试时使滑变电阻器分别处于上、中、 下三个位置，得出的数据取平均值得到电枢电阻。 (1)实验原理图 15 图 9 实验原理图 figure9 experimental principle diagram （2）实验步骤及数据 1)按图接线,电阻值为 1800 的滑变电阻器，电流表为直流、毫安、安培表 量程为 5a。 2)经检查无误后接通电枢电源，并调至 220v。调节滑变电阻器调至最大， 迅速测取电机电枢两端电压 u 和电流 i。将电阻器分别旋转三分之一和三分之 二，同样测取 u、i 三组数据。取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值 ra=1/3（ra1+ra2+ra3） (12) 测得数据与结果如下表 5 表中： ra1=1/3（ra11+ ra12+ ra13）ra2=1/3（ra21+ ra22+ ra23） (13) ra2=1/3（ra31+ ra32+ ra33） (14) 3)直流仪表、转速表和变阻器的选择 直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来 选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联 的接法。 4)压量程的选择 如测量电动机两端为 220v 的直流电压，选用直流电压为 1000v 量程档。 5)电流量程的选择 因为直流并励电动机的额定电流为 2.2a，测量电枢电流的电表 a1可选用 直流电流表的 5a 量程档. 6)电机额定转速为 1600r/min，转速表选用 1800r/min 量程档。 7)变阻器的选择 变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确 定，电枢回路选用 1800。 表 5 测试被测直流电动机的电枢电阻 table5 test are tested the armature resistance dc machines 序号u（v）i（a）r（平均） （）ra（） 2.40.1152ra11=20.833 12.433.1169ra12=020.813ra1=20.822 16 2.484.1193ra13=20.821 3.7730.1812ra21=20.822 3.8810.1864ra22=20.8212 3.9580.1902ra23=20.810 ra2=20.818 9.2160.4454ra31=20.692 100.4908ra32=20.3753 8.8130.4028ra33=20.315 ra3=20.461 20.7 5.2.3 测直流电机的空载转矩 电动机处于空载状态，根据 p0=p1-pcu，可以得到空载转矩与转速的关系。 （1）原理图 图 10 他励直流电动机空载损耗实验原理图 figure10 for dc excitation no-load loss experimental principle diagram （2）实验步骤及数据 实验原理图如图 14 所示，实验步骤如下 17 1)按图接线，图中直流他励电动机 m 为被测直流电机，其额定功率 pn=185w，额定电流 in=1.2a，额定转速nn=1600r/min，额定电压 ufn=220v， 额定励磁电流 ifn0.13a。rf1 用 1800 阻值的变阻器作为直流他励电动机励 磁回路串接的电阻。r1 选用 d 180 阻值作为直流他励电动机的起动电阻。 2)检查接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路 接线是否牢靠。然后将电动机电枢串联起动电阻 r1、励磁回路串联起动电阻 rf1调到最大。断开开关 s，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，并做好起 动准备。 3)开启控制屏上的电源总开关，接通其下方左边的励磁电源开关，观察电 动机 m 励磁电流值，调节 rf1是 if等于校正值 100ma 并保持不变，再接通控制 屏右下方的电枢电源开关，使 m 起动。 4)电枢回路不串电阻，降压起动，将电枢回路串接电阻为 180 短接，通 过 v1 直流电压表降低电枢电源电压起动，观察此时电动机电枢绕组上的电压、 电枢电流和电动机此时的转速，并记录下来。 5）直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值 来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并 联的接法。 6）电压量程的选择 如测量电动机两端为 220v 的直流电压，选用直流电压为 1000v 量程档。 7）电流量程的选择 因为直流并励电动机的额定电流为 1.2a，测量电枢电流的电表 a1可选用 直流电流表的 5a 量程档.，测量励磁回路电流的电流表 a2用直流电流表的 1000ma 量程挡 8）电机额定转速为 1600r/min，转速表选用 1800r/min 量程档。 9）变阻器的选择 变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确 定，电枢回路选用 180。 表 6 电枢回路不串电阻，电枢电源降压起动实验数据 table6 armature loop not string of resistance, the armature power step-down start experimental data 18 序号/项目ua（v）ia（a）n(n/min)o (w) to(n*m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 25.02 34.34 43.52 53.85 62.61 71.38 81.45 91.73 101.4 0.121 0.122 0.124 0.125 0.126 0.128 0.130 0.131 0.134 217 284.1 362.1 452.8 536.4 614 702.7 792.2 886.3 2.727 0.12 3.881 0.13 4.991 0.132 6.408 0.1352 7.561 0.1346 8.798 0.1369 10.238 0.1392 12.662 0.1527 13.2156 0.142 5.2.4 数据处理 输入功率用 p1表示，则输入功率 p1的计算公式如下： p1=uaia (18) 电枢铜损，就是指消耗在电枢电阻 ra 中的电功率，与电枢电流的平方成正比。 即： cu,a=ia2ra (15) 由于 p1=o+2+ cu,a ，而电动机是空载运行,所以输出功率为 0。 则空载损耗功率 o 为 o=p1-cu,a (16) 则空载转矩为 t。=po/ (17) 其中，=2n/60 运用上述公式计算出 po 与 to，如表。得出 to 与 n 的关系，如图 15 所 示： 19 图 11 被测直流电动机空载机械特性曲线图 figure11 tested for dc no-load mechanical properties curve 5.3 直流电动机的机械特性曲线 根据上面的实验结果得出直流电动机的总转矩为 t1=to+t2 (18) 被测直流电机的机械曲线下图下图所示 图 12 被测直流电动机的机械特性曲线图 figure12 for dc being measured mechanical characteristics curve 20 数据分析与结论：通过数据显示，转速越高，电动机的转矩就越小，转速 越低，电动机的就越高，其特性方程为 n=1600-42.78t1。特性方程的由来如下 计算： n=n0-t1 (19) =ra/cect2=42.78 (20) 其中， ce=(un-inra)/nn=0.12195 ct=9.55ce 所以，要使电动机工作在 8001200r/min 范围内。 6 交流电动机的机械特性的测定 测出输出转矩与转速的关系，再测出空载转矩与转速的关系，根据 t=t0+t1 就可以得到直流电动机机械特性。测试系统见图 6 6.1 输出转矩实验 6.1.1 实验方案 以被测直流电动机带动负载发电机运行，根据电动机的输出功率等于发电 机的输入功率，可以得到输出转矩与转速的关系。 6.1.2 实验原理图 21 图 13 实验原理图 figure13 experimental principle diagram 6.1.3 实验步骤及数据 1）按图接线，图中直流他励电动机 g 为校正直流测功机，其额定功率 pn=335w，额定电流 in=2.2a，额定转速 nn=1500r/min，额定电压 ufn=220v， 额定励磁电流 ifn0.16a。直流并励电动机 3m 为被测交流电机，其额定功率 pn=100w，额定电流 in=0.5a，额定转速 nn=1420r/min，额定电压 un=220v，频 率 f=50hz。直流电流表选用量程为 03000ma 直流电压表选用。rf2用 180 阻值的变阻器作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。r2选用 1800 阻值 作为直流他励电动机的负载电阻。 2）检查接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路 接线是否牢靠。然后合上开关 s，起动三相异步电动机，然后改变负载 r2。观 察此时 v2 与 a4 的数值，并记录下来。如下表 7： 22 表 7 测试被测交流电动机带负载时机械特性的实验数据 table 7 test are tested ac motor with load of the experimental data of mechanical properties 序号/项目ua（v）ia（ma）n（r/min）po（w）t2（n*m） 113773142227.830.265 2137.586141927.800.2832 3135.7119140526.6480.3086 4135134139926.530.3234 51333.9153138925.430.3357 6132.2179137625.380.3588 7131197136425.210.3811 8130202136125.130.384 9127.7233133824.9020.4175 10124267130424.6720.4544 11120295126423.1360.4765 12104316110121.150.5072 6.2 空载转矩测定 6.2.1 实验方案 通过空载实验、堵转实验可以得到三相异步电动机的等效电路，再根据功率关 系可以得到空载转矩与转速的关系 6.2.2 空载实验 电动机处于空载状态，通过铁心损耗与机械损耗的分离，可以得到励磁参 数。（1）实验原理图 图 14 三相异步电动机接线图 figure14 three-phase asynchronous motor wiring diagram 23 （2）实验步骤及数据 1）按图接线。电机绕组为 接法(un=220v)，直接与测速仪同轴联接，不 联接校正直流测功机。 2）检查接线是否正确，检查量程，电压表选用 1000v 量程，电流表选用 5a 量程，电动机励磁回路接线是否牢靠。 3）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。并使电机旋转方向为正转(如转向不符合要求需调 整相序时，必须切断电源)。 4）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。 5） 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。 6）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 78 组 记录于表中。 （3）数据处理 由空载实验可以求得励磁参数，以及铁耗和机械损耗。实 验是在转子轴上不带任何机械负载，转速，电源频率的情况下进 行的，用上面每次记录的电动机的端电压、空载电流和空载功率，即可 得到异步电动机的空载特性，如图 15 所示。 图 15 空载特性 图 16 铁耗和机械耗分离 figure 15 no load characteristic figure 16 iron loss and mechanical loss 空载时，电动机的输入功率全部消耗在定子铜耗、铁耗和转子的机械损耗 上。所以从空载功率中减去定子铜耗，即得铁耗和机械耗之和，即 01 t cufem pppp （21） 24 机械损耗仅与转速有关而与端电压无关，因此在转速变化不大时，可以认 为是常数。 铁耗在低电压时可近似认为与磁通密度的平方成正比。机械耗和铁耗之和 与端电压的平方值 的曲线接近直线，如图 16 所示，把曲线延长 与纵坐标交于点，由点作平行于横坐标的直线，此直线以下就表示与端点 电压无关的机械损耗，直线以上的部分即为不同电压的铁耗。 由曲线和上查得额定电压时的和，可知 2 0 00 22 000 /3 / mfe n rpi zui xzr （22）式中；其中可由堵转实验确定，则励 磁电抗为 （23） 623、堵转实验 三相异步电动机出于堵转状态，可以认为励磁电路开路，根据电压、电流 和电抗的关系，可以得到短路参数 （1）实验原理图 如图 14 （2）实验步骤 1）测量接线图同图 24。电机绕组为 接法(un=220v)，用制动工具把三相电机 堵住。制动工具可用盘固定在电机轴上，螺杆装在圆盘上。 2）检查接线是否正确，检查量程，电压表选用 1000v 量程，电流表选用 5a 量程，电动机励磁回路接线是否牢靠。 3）调压器退至零，按下启动按钮，接通交流电源。调节控制屏左侧调压器 旋钮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。 4）在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。 5）共取数据 56 组记录于表中。 （3）数据处理 异步电动机从堵转(短路)试验可以求出等效电路中的和。 应用每次记录得到的端电压、定子电流和功率，即可得短路特性 曲线，如图 21 所示。 25 图 17 短路特性 figure17 short circuit characteristics 根据堵转特性曲线，可查得对应于的，求出堵转阻抗、电阻 和电抗，公式如下 2 12 22 12 /3 / kkk kkk kkk rrrpi zui xxxzr （24） 进而分别求，和，其中可直接用欧姆表量得，故有 1 r 2 r 1 x 2 x 1 r 21 r =- k r r （25） 对于大、中型异步电动机，由于，等效电路中的励磁支路可近似认 为无穷大，在堵转时的等效电路可简化，这样可用下列简化公式来确定、 和。 12 =x =/2 k xx （26） 624、负载实验 以被测电动机带动负载发电机运行，通过转速与转差率可以得到转差率。 （1）实验原理图 26 图 18 负载实验电路图 figure18 load experiment circuit diagram （2）实验步骤 1）测量接线图如图 22。电机绕组为 接法(un=220v). 2）检查接线是否正确，检查量程，电压表选用 1000v 量程，电流表选用 5a 量程，电动机励磁回路接线是否牢靠。 3）按下启动按钮，接通交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。 4）合上开关 s,然后改变负载 rl。待转速稳定后，在额定电压附近测取定 子电流、输入功率、转速等数据 5）取 68 组数据记录于表中 63、数据处理 输入功率 p1可以直接测量得到 定子铜损耗 pcu1 2 111 3 cu pi r （27） 转子铜损耗 pcu2 2 222 3 cu pi r （28） 异步电动机的简化等效电路如图： 27 图 19 异步电动机简化等效电路 figure19 simplified equivalent circuit of asynchronous motor 01212 22 00 2 / 2 n /60 cucu ppppp pt tp （29） 由以上公式可以确定 t0=f(n)的关系 6.4 三相异步电动机的机械特性曲线 1 根据转速查出发电机相对应的空载损耗，如表。 2 由于发电机的输入功率与被测交流流电机输出功率是相等的，于是得出 如下关系： pm=t2*=p2 入=ua*ia+ia2ra+p。2 (30) 式中：pem是被测直流电机的电磁功率 t2是被测交流电