电机与拖动实验报告三

实验项目三三相异步电动机的起动与制动

实验地点：实验楼0121电气传动实验室同组人员：肖斌尹佶叶超彦刘晶晶吴华全一、实验目的

熟悉三相异步电动机的基本结构和接线方法，掌握三相异步电动机的起动、制动方法和原理，了解不同起动、制动条件下的特点，学会应用电机的基本方法。

二、实验项目

1.三相异步电动机绕组的测定。

2.三相异步电动机的起动。

3.三相异步电动机的制动。

三、实验设备仪表

实验设备仪器应根据实验要求及具体内容进行选择。本实验使用DDSZ-1型电机及电气技术实验装置电源控制屏，三相可调交流电源0~450V，10A；可调直流电源40~230V、3A；三相笼型异步电动机额定数据为：100W，220V（Δ），0.5A， 1420r/min 。主要仪器设备名称及规格数量参照下表选用。

表3-1 主要实验设备

其中，钳形表DT266是一种由标准9V电池驱动，LCD显示的数字万用表，可在不中断

被测电路的情况下，用于起动电流的测量，其外形及说明如图3-1所示。 屏上挂件排列顺序：D38、D37、D31、D44、D51 四、实验原理（条件）

1、三相异步电动机起动与制动的最基本要求是：要产生足够大的电磁转矩，而电流必须限制在一定得许可范围。

2、起动性能：

（1）起动过程：初始瞬间n=0,s=1。

（2）起动电流st I ：N st I I )74(—=，甚至N st I I )128(—=。对于经常起动的电动机，过大的起动电流将造成电动机的发热，影响电动机的寿命；过大的起动电流，会使线路压降增大，造成电网电压显著下降而影响接在同一电网的其他异步电动机的工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。

（3）起动转矩st T ：虽然起动电流st I 很大，但?cos 很小，st T 并不大，一般

N st T T ).220.1(—=。

（4）起动的方法：

① 鼠笼式异步电动机的起动方法：直接起动、降压起动和软起动。

【1】直接起动：方法简单，需要满足]3[41111N

N N st P S

I I K +≤=；（其中N S 为电源总容量A KV ?,N P 为起动电动机容量A KV ?）。 【2】 降压起动的四种方法： A 、电阻减压或电抗减压起动：

起动过程中，在定子电路串联电阻或电抗，起动电流在电阻或电抗上将产生压降，降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流也从而得到减小。

电阻减压或电抗减压起动具有起动平稳、运行可靠、构造简单等优点。

B 、自耦减压起动：

自耦减压起动时利用自耦变变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动

电流。

自耦减压起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用。优点是电压抽头可供

不同负载起动时选择；缺点是体积大，质量大，价格高，需维护检修。 C 、星形-三角形（?-Y ）起动：

星形-三角形（?-Y ）起动的异步电动机，在运行时联结成三角形，每相绕组引

出两个出线端，三相共引出6个出线端。 星形-三角形（?-Y ）起动时：stD stY I I 31=

，stD stY T T 3

1

=（↓st I 的同时也使↓st T ）

D 、延边三角形起动：

A 、延边三角形起动法是利用电动机引出的9个出线端（即每相定子绕组多引出一

个出线端）的一种联结法，能起到减压起动的目的。

B 、延边三角形起动具有体积小、质量小、允许经常起动、节省有色金属与黑色金

属等优点。

C 、延边三角形起动缺点：电动机内部接线较为复杂。 【3】 软起动。

② 三相绕线转子异步电动机的起动方法：转子串联电阻和转子串联频敏变阻器。

【1】 转子串联电阻起动：既可限制定子电流，又能增大起动转矩，减少启动时间。 【2】 转子串联频敏变阻器起动：结构简单、价格便宜、制造容易、运行可靠、维

护方便、能自动操作等优点。

（5）三相异步电动机的制动： ① 回馈制动。 ② 反接制动：

【1】 转速反向的反接制动（又叫正接反转或者倒拉反转制动），其条件为：位

能负载、转子串入较大电阻。

倒拉反转：1)(1

111>+=--=

n n

n n n n s 【2】 定子两相反接制动：当异步电动机带动生产机械在电动状态下稳定运行

时，为了迅速停车或反向，将定子两相反接，此时1n 反向，n>0，T<0，T 与n 反向。

③ 能耗制动：电动机脱离电网时，定子两相绕组内通入直流电，形成一固定磁场。

五、实验内容及方法

1. 三相异步电动机定子绕组的测定 1） 测量定子绕组的冷态直流电阻

观察异步电动机的结构，测量定子绕组的冷态直流电阻，并记录室温。

图3-1 钳形表外形

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。 (1) 伏安法

测量线路图为图4-1。直流电源用主控屏上电枢电源先调到50V 。开关S 1、S 2选用D51

外观说明： 1 --钳头 2 --钳头扳机 3 --保持开关

4 --旋转开关

挂箱，R 用D44挂箱上1800Ω可调电阻。

图4-1 三相交流绕组电阻测定

量程的选择：测量时通过的测量电流应小于额定电流的20%。三相鼠笼式异步电动机定子一相绕组的电阻约为50Ω， 因而若流过的电流为50毫安时二端电压约为2.5伏，依此选直流电压表量程。

按图4-1接线。把R 调至最大位置，合上开关S 1，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S 2

读取电压值。读完后，先打开开关S 2，再打开开关S 1。

调节R 使电流分别为50mA ，40mA ，30mA 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4-1中。

表4-1 定子三相绕组电阻的测量 室温 20 ℃ 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) 电桥法

用单臂电桥测量电阻时，应先将刻度盘旋到电桥大致平衡的位置。然后按下电池按钮，接通电源，等电桥中的电源达到稳定后，方可按下检流计按钮接入检流计。测量完毕，应先断开检流计，再断开电源，以免检流计受到冲击。数据记录于表4-2中。 电桥法测定绕组直流电阻准确度及灵敏度高，并有直接读数的优点。 表4-2 绕组直流电阻的测定

0-250V 可调直流电枢电源

机定子

相绕组

V

C

U =0

2）确定定子绕组的首末端

用万用表测出各相绕组的两个出线端，将其中的任意两相绕组串联，如图4-2所示。调节调压旋钮，并在绕组端施以单相低电压（80~100V ），注意电流不应超过额定值。

若测出另一相中的电压值有一定读数（记录数据），则表示两相绕组是末端与首端相连，如图4-2 a)所示。反之，若测出另一相中的电压近似为零，则表示相连接的两相绕组是末端与末端（或首端与首端）相连，如图4-2b)所示。用同样方法测出第三相绕组的首末端。

a ）

b ） 图4-2 三相交流绕组首末端的测定

2.异步电动机的起动

观察并测试异步电动机直接起动与降压起动时的起动电压、电流，记录实验数据于表4-3，并作分析比较。 表4-3 异步电动机的起动测试

1）三相鼠笼式异步电机直接起动

①按图4-3接线。电动机直接起动时电机绕组为Δ接法。注意: 选择电流表的量

程为(4~7I N)

②把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。

③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，(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电源)。

④再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下“开”按钮，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(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量，还可用DT266钳形表测量)，记录实验数据于表4-3。

2）三相鼠笼式异步电机降压起动

三相鼠笼式异步电机降压起动可选择自耦降压起动或星形——三角形(Y-Δ)起动。

自耦变压器降压起动：分别测试当自耦变压器抽头输出电压分别为电动机额定电压的40%和70%时，电动机的瞬间起动电流，记录实验数据于表4-3，以作比较。

星形——三角形(Y-Δ)起动：

①按图4-4接线。线接好后把调压器退到零位。

②三刀双掷开关合向左边(Δ接法)。合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，打开开关S，待电机停转。

③三刀双掷开关合向右边，电动机Y接法起动，观察起动瞬间电流，并记录数据于表

4-3，然后把S合向左边，使电机(Δ)正常运行，整个起动过程结束。观察起动瞬间电流表

的显示值且与其它起动方法作定性比较。

B

Y

3. 三相异步电动机的制动

按实验参考线路图4-5接线；测试并记录异步电动机自由停车与在不同的直流励磁电流

条件下的能耗制动的时间（t），记录实验数据于表4-4并作分析比较。

1) 能耗制动直流电源用主控屏上电枢电源（先调到零位），R用D44挂箱上180Ω可调电阻（开始置最大），选用D51挂箱上开关，调节控制直流励磁电流为I f=1.0~1.5I N。

2）启动控制屏，合上开关Q1，接通220V三相交流电源，使电动机M起动运转，待电动机运转稳定后，断开电源开关，测试并记录电动机自由停车时间于表4-4。

3）控制直流励磁电流为一定值。起动电动机M，待电动机运转稳定后，利用D51挂箱上开关，在断开三相交流电源的同时，定子绕组接通直流电源，观察并记录电动机M从能耗制动起至电动机停止旋转的能耗制动时间于表4-4。改变直流励磁电流，可测出电动机不同的能耗制动时间。

表4-4 异步电动机的制动测试

六、实验总结与收获

1、实验总结：

本次实验比较顺利，我总结在实验中的一些问题及其处理方法：

（1）实验前的预习和准备工作很重要，它决定了实验进程的快慢。

（2）在操作高压电时，我们特别要注意安全。特别要树立起安全第一的意识！

（3）在开启电源的时候要向周围同学提示打开电源的消息，实验仪上的电源开关必须关闭。

（4）当报警器蜂鸣时，应当立即关闭电源，防止事故发生。

（5）在课堂上老师再讲解与本次实验有关的理论知识点时，我认真听讲，做好笔记，认真分析，使得我对实验理论知识更加熟练，这是确保本次实验成功地前提。

2、实验收获：

通过本实验，我基本熟练理解和掌握到：

（1）在本次实验中所用设备和仪表的使用及安全操作规程；

（2）三相异步电动机绕组的测定方法。

（3）三相异步电动机的起动方法。 （4）三相异步电动机的制动方法。

（5）由a T I C T Φ=可得，改变定子直流励磁电流大小，可调节制动转矩，a I 越大制动

越明显。

（6）本次实验使我们对三相异步电动机的起动与制动有了更深刻的了解，不同的起动

方法可改变电机的起动电流使其限制在一定范围内。三相异步电机制动时接入直流电缩短了制动时间，同时通过实验也锻炼了自己的动手能力，这为我以后从事电机操作奠定了基础。

七、实验致谢

本次实验虽然比较成功，但是我在实验过程中也遇到很多问题；在实验过程中我们

的指导老师窦老师总是尽职尽责、不厌其烦地为我们解决，在对我们组的原始记录数据也是认真检查，并对我们实验过程中所出现的问题进行提问；这样既让我们复习三相异步电动机的相关知识，又让我们提高了自己动手能力，在此我特别对窦老师表示感谢！

时间过得很快，一眨眼就到了本学期末了，《电机与拖动》这门课也要结束了。总结我们这学期的学习，我感觉我收获很大。窦老师真正地教会了我们最实用的东西，而不只是理论上的知识，这将给我们以后的学习和生活带来很大的方便。例如当我们走上我们各自的工作岗位以后，从事我们相关的专业工作时，我相信它一定会给我们带来很大的方便。

我很感谢我们的指导老师窦老师。给我们印象最深的还是：每当我们在平时的学习还是在实验过程中遇到任何我们自己解决不了的问题，窦老师不管是简单还是复杂，她都是不厌其烦、认认真真地为我们每一位同学解答，直到我们完全弄懂、单独会操作为止。

在此我谨代表我们自动化0810031101班全体同学，对窦老师表示衷心地感谢。 八、实验思考题

1、三相异步电动机的结构有几种形式？各有何特点？出线盒如何接线？ 答: （1）三相异步电动机的结构有两种：鼠笼式和绕线式。

（2）笼型绕组由插入每个槽的导条和两端环组组成，结构简单，运行可靠，制造方便；绕线型由三相绕组星形相接，再接在转轴集电环上，通过集电环和电刷可在转子回路中接入附加电阻或其它控制设备，以便改善电动机启动、调速性能。 2、异步电动机的制动方法有哪些？各有何特点？

答：（1）异步电动机的制动方法有：回馈制动、能耗制动和反接制动。

（2）回馈制动、能耗制动和反接制动的特点： ① 回馈制动。 ② 反接制动：

【1】转速反向的反接制动（又叫正接反转或者倒拉反转制动），其条件为：位能负载、转子串入较大电阻。接通电源，z st T T 与相反，z st T T <，在重物的作用下使电机反向旋转。

倒拉反转：1)(1

111>+=--=

n n

n n n n s 【2】定子两相反接制动：当异步电动机带动生产机械在电动状态下稳定运行时，为了迅速停车或反向，将定子两相反接，此时1n 反向，n>0，T<0，T 与n 反向。 ③ 能耗制动：电动机脱离电网时，定子两相绕组内通入直流电，形成一固定磁场。U=0，定子绕组内通入直流电产生固定磁场。其特点为：能耗小、平稳。但需要直流电源。

九、参考资料

[1] 窦晓霞.电机工程技术实践与实验.实践教学校内教材，2007.10 [2] 顾绳谷.电机及拖动基础（第3版）.北京：机械工业出版社，2004.1