三相異步電動機的起動與調(diào)速實驗報告

三相異步電動機的起動與調(diào)速

一．實驗?zāi)康?/p>

通過實驗掌握異步電動機的起動和調(diào)速的方法。

二．預(yù)習(xí)要點

1．復(fù)習(xí)異步電動機有哪些起動方法和起動技術(shù)指標(biāo)。2．復(fù)習(xí)異步電動機的調(diào)速方法。

三．實驗項目

1．異步電動機的直接起動。

2．異步電動機星形三角形（Y-△）換接起動。3．自耦變壓器起動。

四．實驗設(shè)備及儀器

1．NMCEL系列電機系統(tǒng)教學(xué)實驗臺主控制屏（含交流電壓表）。2．電機導(dǎo)軌及測功機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量（MMEL-13）。3．鼠籠式異步電動機（M04）。

五．實驗方法

1．三相籠型異步電動機直接起動試驗。

按圖3-1接線，電機繞組為△接法。

起動前，把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量實驗箱（MMEL-13）中“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器旋鈕逆時針調(diào)到底，“轉(zhuǎn)速控制”、“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)扳向“轉(zhuǎn)矩控制”，檢查電機導(dǎo)軌和MEL-13的連接是否良好。

儀表的選擇：交流電壓表為數(shù)字式或指針式均可，交流電流表則為指針式。

a．把三相交流電源調(diào)節(jié)旋鈕逆時針調(diào)到底，合上綠色“閉合”按鈕開關(guān)。調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸出電壓達電機額定電壓220伏，使電機起動旋轉(zhuǎn)。（電機起動后，觀察MMEL-13中的轉(zhuǎn)速表，如出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)向

不符合要求，則須切斷電源，調(diào)整次序，再重新起動電機。）

b．?dāng)嚅_三相交流電源，待電動機完全停止旋轉(zhuǎn)后，接通三相交流電源，使電機全壓起動，觀察電機起動瞬間電流值。

c．?dāng)嚅_三相交流電源，將調(diào)壓器退到零位。用起子插入測功機堵特孔中，將測功機定轉(zhuǎn)子堵住。

d．合上三相交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，觀察電流表，使電機電流達2~3倍額定電流，讀取電壓值UK、電流值IK、轉(zhuǎn)矩值TK，填入表中，注意試驗時，通電時間不應(yīng)超過10秒，以免繞組過熱。

對應(yīng)于額定電壓的起動轉(zhuǎn)矩TST和起動電流I比按下式計算：

TST(IST2)TKIK式中Ik：起動試驗時的電流值，A；TK：起動試驗時的轉(zhuǎn)矩值，N.m；

IST(UN)IKUK式中UK：起動試驗時的電壓值，V；UN：電機額定電壓，V；測量值UK（V）IK（A）TK（N.m）Tst(N.m)計算值Ist(A)2．星形三角形（Y-△）起動

按圖3-2接線，電壓表、電流表的選擇同前，開關(guān)S選用MMEL-05B。a．起動前，把三相調(diào)壓器退到零位，三刀雙擲開關(guān)合向右邊（Y）接法。合上電源開關(guān)，逐漸調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸出電壓升高至電機額定電壓UN=220V，斷開電源開關(guān)，待電機停轉(zhuǎn)。

b．待電機完全停轉(zhuǎn)后，合上電源開關(guān)，觀察起動瞬間的電流，然后把S合

向左邊（△接法），電機進入正常運行，整個起動過程結(jié)束，觀察起動瞬間電流表的顯示值以與其它起動方法作定性比較。

3．自耦變壓器降壓起動

按圖3-1接線。電機繞組為△接法。

a．先把調(diào)壓器退到零位，合上電源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器旋鈕，使輸出電壓達110伏，斷開電源開關(guān)，待電機停轉(zhuǎn)。

b．待電機完全停轉(zhuǎn)后，再合上電源開關(guān)，使電機就自耦變壓器，降壓起動，觀察電流表的瞬間讀數(shù)值，經(jīng)一定時間后，調(diào)節(jié)調(diào)壓器使輸出電機達電機額定電壓UN=220伏，整個起動過程結(jié)束。

4．異步電動機改變定子電壓調(diào)速按圖3-1接線。電機繞組為△接法。MMEL-13中的“轉(zhuǎn)速控制”和“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)扳向“轉(zhuǎn)矩控制”，“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”旋鈕逆時針到底�！巴患迂撦d”和“突減負載”選擇開關(guān)扳向“突加負載”

a．合上交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器使之逐漸升壓至額定電壓，并在試驗中保持此額定電壓不變。

b．調(diào)節(jié)MMEL-13測功機“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”旋鈕使之加載，使異步電動機的定子電流逐漸上升，直至電流上升到異步電機的額定電流。

c.調(diào)節(jié)調(diào)壓器使定子電壓從220伏逐漸下降至電機不能正常運轉(zhuǎn)。在此之間記錄幾組定子電壓值及對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值填入下表。

定子電壓轉(zhuǎn)速（r/min）定子電流轉(zhuǎn)矩（N.M）

六．實驗報告

1.由起動試驗數(shù)據(jù)求下述三種情況下的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩：(1)外施額定電壓UN。（直接法起動）(2)外施電壓為UN/3。(YΔ起動)

(3)外施電壓為UK/KA，式中KA為起動用自耦變壓器的變比。（自耦變壓器起動）。

七．思考題

1.比較異步電動機不同起動方法的優(yōu)缺點。

擴展閱讀：三相異步電動機的起動與調(diào)速(南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院學(xué)年論文)

南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院設(shè)計性實驗報告

濱江學(xué)院

電力拖動課程實驗設(shè)計

題目三相異步電動機的起動與調(diào)速

學(xué)生姓名

學(xué)號

學(xué)院

專業(yè)

指導(dǎo)教師

二Ｏ年月日

南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院設(shè)計性實驗報告

三相異步電動機的起動與調(diào)速

XX

南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院自動控制系，南京210044

摘要：文章從理論上研究了三相異步電動機的啟動方法與調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，給出了三相異步電動機在工作時采用了電動機拖動生產(chǎn)機械，有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，保證了生產(chǎn)機械正常啟動。啟動平滑，設(shè)備安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等特點。有許多啟動方法，如：直接啟動，鼠籠式異步電動機降壓啟動，三相鼠籠式異步電動機Y-△啟動繞線式三相異步電動機的啟動及各種運行狀態(tài)。調(diào)速就是在一定的負載下，根據(jù)生產(chǎn)的需要人為的改變電動機的轉(zhuǎn)速，這是生產(chǎn)機械經(jīng)常向電動機提出的要求。調(diào)速性能的好壞往往影響到生產(chǎn)機械的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。關(guān)鍵詞：三相異步電動機，電機轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)

實驗方案設(shè)計

一、原始資料分析

一臺三相繞線型異步電動機，額定功率PN=100W,額定電壓UN=220V，額定電流IN=0.55A,額定轉(zhuǎn)速nN=1420r/min。定、轉(zhuǎn)子三相繞組均為Y接法，E級絕緣。

二、設(shè)計內(nèi)容及要求

1.設(shè)計三相異步電動機的起動與調(diào)速實驗電路；2.選擇各儀表的量程；3.設(shè)計實驗步驟；4.實驗測試；

5.利用Matlab/Simulink仿真環(huán)境對設(shè)計電路進行仿真；6.將實驗測試結(jié)果同仿真結(jié)果進行比較；

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7.對結(jié)果進行理論分析。

三、實驗?zāi)康?/p>

通過實驗掌握異步電動機的起動和調(diào)速的方法。

四、實驗項目

1.異步電動機的直接起動。

2.異步電動機星形三角形（Y-△）換接起動。3.繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器起動。4.繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串入可變電阻器調(diào)速。

五、實驗設(shè)備及儀器

1．MEL系列電機系統(tǒng)教學(xué)實驗臺主控制屏。2．指針式交流電流表。

3．電機導(dǎo)軌及測功機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量（MEL-13、MEL-14）。4．電機起動箱（MEL-09）。5．鼠籠式異步電動機（M04）。6．繞線式異步電動機（M09）。

六、儀表量程

根據(jù)實驗課題要求,額定電壓UN=220V，額定電流IN=0.55A因為一般選擇電流表的量程是3-5倍的額定電流，即1.65A--2.75A。所以選擇量程為：

電壓表量程300V。電流表量程3A。

實驗步驟過程

一、實驗方法

1．三相籠型異步電動機直接起動實驗。按線路圖1-1接線，電機繞組為△接法。

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圖1-1異步電動機直接啟動

起動前，把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量實驗箱（MEL-13）中“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器旋鈕逆時針調(diào)到底，“轉(zhuǎn)速控制”、“轉(zhuǎn)矩控制”選擇開關(guān)扳向“轉(zhuǎn)矩控制”，檢查電機導(dǎo)軌和MEL-13的連接是否良好。

儀表的選擇：交流電壓表為數(shù)字式或指針式均可，交流電流表則為指針式。

a．把三相交流電源調(diào)節(jié)旋鈕逆時針調(diào)到底，合上綠色“閉合”按鈕。調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸出電壓達電機額定電壓220伏，使電機起動旋轉(zhuǎn)。（電機起動后，觀察MEL-13中的轉(zhuǎn)速表，如出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)向不符合要求，則須切斷電源，調(diào)整次序，再重新起動電機。）

b．?dāng)嚅_三相交流電源，待電動機完全停止旋轉(zhuǎn)后，接通三相交流電源，使電機全壓起動，觀察電機起動瞬間電流值。

注：按指針式電流表偏轉(zhuǎn)的最大位置所對應(yīng)的讀數(shù)值計量。電流表受起動電流沖擊，電流表顯示的最大值雖不能完全代表起動電流的讀數(shù)，但用它可和下面幾種起動方法的起動電流作定性的比較。

c．?dāng)嚅_三相交流電源，將調(diào)壓器退到零位。用起子插入測功機堵特孔中，將測功機定轉(zhuǎn)子堵住。

d．合上三相交流電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，觀察電流表，使電機電流達2~3倍額定電流，讀取電壓值UK、電流值IK、轉(zhuǎn)矩值TK，填入表中，注意實驗時，通電時間不應(yīng)超過10秒，以免繞組過熱。

2．星形三角形（Y-△）起動

按線路圖1-2接線，電壓表、電流表的選擇同前，開關(guān)S選用MEL-05。

a．起動前，把三相調(diào)壓器退到零位，三刀雙擲開關(guān)合向右邊（Y）接法。合上電源開關(guān)，逐漸調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸出電壓升高至電機額定電壓UN=220V，斷開電源開關(guān)，待電機停轉(zhuǎn)。

b．待電機完全停轉(zhuǎn)后，合上電源開關(guān)，觀察起動瞬間的電流，然后把S合向左邊（△接法），電機進入正常運行，整個起動過程結(jié)束，觀察起動瞬間電流表的顯示值以與其它起動方法作定性比較。

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圖1-2三相異步電動機星形三角形起動

3．繞線式異步電動機轉(zhuǎn)繞組串入可變電阻器起動。

圖1-3繞線式異步電動機轉(zhuǎn)繞組串入可變電阻器起動

按線路如圖1-3接線，電機定子繞組Y形接法。轉(zhuǎn)子串入的電阻由刷形開關(guān)來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)電阻采用MEL-09的繞線電機起動電阻（分0，2，5，15，∞五檔），MEL-13中“轉(zhuǎn)矩控制”和“轉(zhuǎn)速控制”開關(guān)扳向“轉(zhuǎn)速控制”，“轉(zhuǎn)速設(shè)定”電位器旋鈕順時針調(diào)節(jié)到底。

a．起動電源前，把調(diào)壓器退至零位，起動電阻調(diào)節(jié)為零。

b．合上交流電源，調(diào)節(jié)交流電源使電機起動。注意電機轉(zhuǎn)向是否符合要求。c．在定子電壓為180伏時，逆時針調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)速設(shè)定”電位器到底，繞線式電機轉(zhuǎn)動緩慢（只有幾十轉(zhuǎn)），讀取此時的轉(zhuǎn)矩值Ist和Ist。

d．用刷形開關(guān)切換起動電阻，分別讀出起動電阻為2Ω、5Ω、15Ω的起動轉(zhuǎn)矩Tst和起動電流Ist。

4．繞線式異步電動機繞組串入可變電阻器調(diào)速。

實驗線路同前。MEL-13中“轉(zhuǎn)矩控制”和“轉(zhuǎn)速控制”選擇開關(guān)扳向“轉(zhuǎn)矩控制”，“轉(zhuǎn)

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矩設(shè)定”電位器逆時針到底，“轉(zhuǎn)速設(shè)定”電位器順時針到底。MEL-09“繞線電機起動電阻”調(diào)節(jié)到零。

a．合上電源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出電壓至UN=220伏，使電機空載起動。

b．調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)矩設(shè)定”電位器調(diào)節(jié)旋鈕，使電動機輸出功率接近額定功率并保持輸出轉(zhuǎn)矩T2不變，改變轉(zhuǎn)子附加電阻，分別測出對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。將數(shù)據(jù)記錄于表1。

表1U=220VIf=100mAIF=0.612A（T2=0.849Nm）rst(Ω)n(r/min)

01373213105122715967實驗結(jié)果與分析

一、三相異步電動機Simulink仿真模型的建立

使用Simulink建立三相異步電動機的直接起動模型，測取三相異步電動機直接起動過程中的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子電流，定子電流的變化規(guī)律。

三相異步電動機的起動與調(diào)速仿真模型

仿真時應(yīng)先將串0Ω電阻起動先運行,并將結(jié)果保存,然后修改三相對稱電阻參數(shù)為2、5、15Ω來實現(xiàn)調(diào)速,此時運行開始前應(yīng)將仿真參數(shù)Xintialstate的方框中設(shè)置成Xfinal,首先將電動機的工作電壓設(shè)置為220V，運行仿真模型。待運行結(jié)束后，將仿真參數(shù)重新設(shè)置后在指令窗口運行如下指令：Xinitial=XfinalXinitial=1.0e+002*

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-0.011556044486710.00267230527579-0.01185555103566

0.002896247176021.819889390240690.00993222435709

運行后可得到的轉(zhuǎn)子電流，定子電流，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩的規(guī)律曲線:

電阻為0Ω時仿真曲線圖

電阻為2Ω時仿真曲線圖

7

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電阻為15Ω時仿真曲線圖

二、結(jié)論分析

繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。

線繞型異步電動機在轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，啟動電流減小而啟動轉(zhuǎn)矩反而增大。轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)電阻有兩種作用：由于轉(zhuǎn)子電路的電阻增大，使轉(zhuǎn)子阻抗增大，轉(zhuǎn)子的繞組的啟動電流減小，因而定子的啟動電流也相應(yīng)減小；適當(dāng)選擇變阻器的阻值，可是啟動轉(zhuǎn)矩增大，這時雖然轉(zhuǎn)子電流減小，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)顯著增大，所以轉(zhuǎn)矩也增大。轉(zhuǎn)子繞組串入電阻，其轉(zhuǎn)子阻值增加，使得電動機的轉(zhuǎn)速增加。

利用Matlab軟件的Simulink功能建立的異步電動機通用動態(tài)仿真模型，具有直觀、方便、靈活的特點。充分發(fā)揮了Matlab的強大矩陣運算功能及繪圖方便和直觀生成模型的優(yōu)勢，使得仿真運算更加方便、快捷，提高了效率和精度。

通過異步電動機啟動過程的實例仿真結(jié)果，充分證實了動態(tài)仿真模型的正確性而且在仿真時可以隨便改變仿真參數(shù)，隨時地觀察仿真波形，使得仿真更加具有實時性、直觀性。

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總結(jié)

三相鼠籠式異步電動機起動系統(tǒng)分析是一個非常復(fù)雜的課題，經(jīng)過幾個星期的學(xué)習(xí)與實驗，使我在整個電機設(shè)計過程中，學(xué)到了不少東西，更深一步掌握了電機電路設(shè)計的原理，深入了解了我們專業(yè)的基礎(chǔ)課程。本次的實驗?zāi)康氖峭ㄟ^解決比較簡單的實際問題，鞏固和加深在《電機學(xué)》課程中所學(xué)的理論知識和實驗技能。訓(xùn)練學(xué)生綜合運用學(xué)過的電機及拖動基礎(chǔ)知識，在教師指導(dǎo)下完成查找資料，選擇、論證方案，科學(xué)實驗，分析結(jié)果等工作。使學(xué)生初步掌握電機與電力拖動基礎(chǔ)課程設(shè)計的一般步驟，通過理論聯(lián)系實際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)后的工作打下一定的基礎(chǔ)。加強了理論知識與實踐統(tǒng)一的能力，加強了自己動手操作的能力。

在此期間我也失落過也曾一度熱情高漲。從開始時滿富激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無窮。要設(shè)計一個成功的電路必須要有耐心，要有堅持的毅力。需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，但我還是交給老師一個成功電路設(shè)計，在多種方案的選擇中，我仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在老師的耐心指導(dǎo)下，使整個電路可以穩(wěn)定工作相信在以后的工作中也是很有用處的。

在本次實驗的研究與實踐過程中，主要完成了一下工作：

（1）在查詢了國內(nèi)外有關(guān)籠型異步電動機起動與調(diào)速原理的相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，分析了籠型異步電動機的起動與調(diào)速的原理。

（2）利用Matlab/Simulink仿真工具對各種啟動方式進行動態(tài)仿真，仿真結(jié)果可以看出變頻起動是目前最好的電機啟動方式，可以基本上做到對電網(wǎng)無沖擊，具有不可比擬的優(yōu)勢。

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致謝

設(shè)計性實驗既是對大學(xué)四年所學(xué)專業(yè)知識的一次綜合運用，也是一個溫故知新的過

程，更是一個深入學(xué)習(xí)的過程，為以后我們的畢業(yè)論文打下了結(jié)實的基礎(chǔ)。經(jīng)過幾個星期的忙碌和工作，本次設(shè)計性實驗已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。

完成本次實驗首先要感謝我的指導(dǎo)老師曹永娟老師。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我，是她讓我對學(xué)年論文設(shè)計有了一個比較清晰地了解，而且在學(xué)年論文的設(shè)計過程中不斷鼓勵我，使我信心倍增，最后，我還要感謝我的同學(xué)吳嘉敏，沒有他在實驗方面的幫助，我是無法完成最后的實踐部分。

本人查閱了大量國內(nèi)外關(guān)于電動機系統(tǒng)仿真的技術(shù)文獻，對當(dāng)前MATLAB的仿真模擬在電動機（組）系統(tǒng)中運用的研究和發(fā)展?fàn)顩r進行了綜述，本文在電動機系統(tǒng)的仿真上做了許多的工作，實現(xiàn)了對三相異步電動機各工作特性的分析與仿真。這種方法的優(yōu)點是速度快，實時性好，費用低。當(dāng)然，大量的文獻還介紹了其他的仿真、分析的方法。

論文在借鑒前人研究的經(jīng)驗和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對三相異步電動機各工作特性的進行了MATLAB仿真。接下來還有許多工作要做，而且還要用MATLAB對更多的電動機工作特性進行仿真，把它們的仿真結(jié)果與實際的運行狀況作對比，研究出更貼合實際的仿真過程。整個異步電動機工作特性仿真的設(shè)計是一項非常復(fù)雜的工作，而且其中的程序設(shè)計、數(shù)學(xué)建摸等涉及知識面廣，由于本人水平有限，論文中存在缺陷和錯誤在所難免，敬請老師批評指正。

在報告即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到報告的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意。另外本文參考了多篇論文，在此一并表示感謝！

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