1、1.1 电动机的应用及优点电能是现代社会最主要的能源之一，电机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛的应用着。随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电动机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中（现代化的家电工业中）电机愈来愈广泛的应用起来。各 种 电 动 机 中 应 用 最 广 的 是 交 流 异 步 电 动 机 （ 又 称 感 应 电 动 机 ） 。 它 使 用 方 便 、 运行 可 靠 、 价 格 低 廉 、 结 构 牢 固 ， 但 功 率 因
2、数 较 低 ， 调 速 也 较 困 难 。 大 容 量 低 转 速 的 动 力机 常 用 同 步 电 动 机 。 同 步 电 动 机 不 但 功 率 因 数 高 ， 而 且 其 转 速 与 负 载 大 小 无 关 ， 只 决 定于 电 网 频 率 。 工 作 较 稳 定 。 在 要 求 宽 范 围 调 速 的 场 合 多 用 直 流 电 动 机 。 但 它 有 换 向 器 ，结 构 复 杂 ， 价 格 昂 贵 ， 维 护 困 难 ， 不 适 于 恶 劣 环 境 。 20 世 纪 70 年 代 以 后 ， 随 着 电 力 电子 技 术 的 发 展 ， 交 流 电 动 机 的 调 速 技 术 渐
3、趋 成 熟 ， 设 备 价 格 日 益 降 低 ， 已 开 始 得 到 应 用 。 电 动 机 在 规 定 工 作 制 式 （ 连 续 式 、 短 时 运 行 制 、 断 续 周 期 运 行 制 ） 下 所 能 承 担 而 不 至引 起 电 机 过 热 的 最 大 输 出 机 械 功 率 称 为 它 的 额 定 功 率 ， 使 用 时 需 注 意 铭 牌 上 的 规 定 。电 动 机 运 行 时 需 注 意 使 其 负 载 的 特 性 与 电 机 的 特 性 相 匹 配 ， 避 免 出 现 飞 车 或 停 转 。电 动 机 的 调 速 方 法 很 多 ， 能 适 应 不 同 生 产 机 械 速
4、 度 变 化 的 要 求 。 一 般 电 动 机 调 速 时 其 输出 功 率 会 随 转 速 而 变 化 。 从 能 量 消 耗 的 角 度 看 ， 调 速 大 致 可 分 两 种 ： 1 保 持 输 入 功 率 不变 。 通 过 改 变 调 速 装 置 的 能 量 消 耗 ， 调 节 输 出 功 率 以 调 节 电 动 机 的 转 速 。 2 控 制 电 动 机输 入 功 率 以 调 节 电 动 机 的 转 速 。在 现 实 当 中 交 流 异 步 电 动 机 的 种 类 和 型 号 越 来 越 多 ， 而 且 各 种 机 械 电 子 设 备 和 家 用电 器 等 所 需 要 的 电 机
5、型 号 也 不 同 ， 因 此 在 选 用 交 流 异 步 电 动 机 之 前 了 解 其 参 数 和 机 械 特性 是 十 分 必 要 的 。 在 毕 业 设 计 中 ， 所 选 择 的 课 题 是 交 流 异 步 电 动 机 的 参 数 及 机 械 特 性的 测 量 ， 我 选 用 的 是 实 验 室 的 某 台 鼠 笼 式 交 流 异 步 电 动 机 为 测 试 对 象 ， 以 进 行 所 需 要实 验 数 据 的 测 定 和 计 算 。1.2 国内外发展概况在 1821 年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比。他于 1834 年前后制
6、成了一种简单的装置：在两个 U 型电磁铁中间，安装一个六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与 U 型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。后来，雅可比做了一个大型的装置，并安装在小艇上，用320 个丹尼尔电池供电，1838 年小艇在易北河上首次航行，时速只有 2.2km/h。与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刊电磁和机械情报 。但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。直到第一台实用直流发动机问世，电动机才行了广泛应用。1870 年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机，在设计上，直流发电机和电动机很相似。后来，格拉姆
7、证明向直流发动机输入电流，其转子会象电动机一样旋转。于是，这种格拉姆型电动机大量制造出来。效率也不断提高。与此同时，德国的西门子接制造更好的发电机，并着手研究由电动机驱动的车辆，于是西门子公司制成了世界电车。1879 年，在柏林工业展览会上，西门子公司不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有 3 马力，后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达 1215 马力。但当时的电动机全是直流电机，只限于驱动电车。1888 年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中
8、，交流电动机通常用三相交流供电。1902 年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。同步电动机工作原理同感应电动机一样，由定子产生旋转磁场，便转子绕组用直流供电，转速固定不变，不受负载影响。因此同步电动机特别适用于钟表，电唱机和磁带录音机。直流电动机是直流激磁，工作特性接其激磁绕组的接线方式不同而有区别。串激电动机起动转矩大，适用于牵引和起重，并激电动机转速随负载大小而变动较小，且可以调节，可用为定速或调速之用，复激电动机兼有以上两种激磁方式发动机的特性。交流换向器电动机，即转子具有换向器的交流电动机。因它既可用于交流 又可用于直流，故称作交直流两用电动机或通用电动机，多用于家用电器。电动机
9、作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。直流电动机其调速在过去一直占统治地位，但由于本身结构原因，例如换向器的机械强度不高，电刷易于磨损等，远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。而交流电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠等优势，在工业生产中得到了极广泛的应用，也正在发挥着越来越重要的作用。2 电动机总体设计方案本次毕业设计中需要完成的是通过经典的测试方法测量交流异步电动机的参数及机械特性，并以实验室某一型号交流异步电动机为测量对象。一测量电动机的参数，分别通过直流法、交流法、电桥法测量及堵转实验。二测量电动
10、机的机械特性，通过 D-F 系统对电动机在空载和加载情况下分别测量和计算，并绘制其机械特性曲线。三除交流电动机外还涉及到直流电动机、三相调压器、单相调压器、整流滤波、电桥、使用功率表、转速表等仪器仪表及相关内容。电动机参数的测量如图 2.1。交流异步电动机静态法交流法直流法电桥法电桥法堵转实验数字表通直流电RL图 2.1 交流电动机的参数测量D-F 系统测量电动机空载和加载时的械特性如图 2.2。FD三相调压器AW AW图 2.2 D-F 系统测量电动机的机械特性3 电动机电路3.1 交流异步电动机3.1.1 交流异步电动机的结构及各部分的作用一般电动机主要由定子和转子两部分组成，定子是静止不
11、动的部分，转子是旋转部分，在定子与转子之间有一定的气隙。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子绕组镶嵌在定子铁心中，通过电流时产生感应电动势，实现电能量转换。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。电动机运行时，因内部损耗而发生的热量通过铁心传给机座，再由机座表面散发到周围空气中。为了增加散热面积，一般电动机在机座外表面设计为散热片状。电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是作为电动机磁路的一部分。转子绕组的作用是感应电动势，通过电流而产生电磁转矩。转轴是支撑转子的重量，传递转矩
12、，输出机械功率的主要部件。图 3.1 鼠笼式交流异步电动机结构3.1.2 交流异步电动机的工作原理1旋转磁场定子三相绕组通入三相交流电即可产生旋转磁场。当三相电流不断地随时间变化时，所建立的合成磁场也不断地在空间旋转，如图 3.2 所示。旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致，任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。图 3.2 旋转磁场若定子每相绕组由 P 个线圈串联，绕组的始端之间互差 360/P，将形成 P 对磁极的旋转磁场。旋转磁场的转速（同步转速）可用下式表示：n=60f/P。定子旋转磁场旋转切割转子绕组，转子绕组产生感应电动势，其方向由“右手螺旋定则”确定。由于转子绕组自身闭合，便有电
13、流流过，并假定电流方向与电动势方向相同，如图3.3：图 3.3 电磁力产生转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下，产生电磁力，其方向由“左手螺旋定则”判断。该力对转轴形成转矩(称电磁转矩)，并可见，它的方向与定子旋转磁场(即电流相序)一致，于是，电动机在电磁转矩的驱动下，顺着旋转磁场的方向旋转，且一定有转子转速。有转速差是异步电动机旋转的必要条件，异步的名称也由此而来。电动机长期稳定运行时，电磁转矩 T 和机械负载转矩 T2 相等，即 T=T2。2转差率旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度。3.1.3 交流异步电动机的机械
14、特性电动机的机械特性是指电动机的转速 n 与转矩 T 的关系 ,机械特性是电动机力Tfn学性能的主要表现。T-S 的曲线图如下力图左；T-n 的曲线图如下图右，即为电动机的机械特性曲线。图 3.4 机械特性图在机械特性图中，存在两个工作区：稳定运行区和不稳定运行区。在机械特性曲线的AB 段，当复的损坏，还有可能导致触电、火灾等危险。短路保护应该满足以下要求：一是必须在很短的时间内切断电源；二是当电机正常启动、制动时，保护装置不应误动作。常用的短路保作用在电动机轴上的负载转矩发生变化时，电动机能适应负载的变化而自动调节达到稳定运行，故为稳定区。机械特性曲线的 BC 段，因电动机工作在该区段时其电
15、磁转矩不能自动适应负载转矩的变化，故为不稳定区。3.1.4 交流异步电动机的保护电路1短路保护短路是由于绝缘损坏、接线错误等原因导致电流从非正常路径流过的现象。瞬时短路电流可能达到电机额定电流的几十倍甚至上百倍，如果不能及时切断电源，则有可能造成电机不可修护装置有熔断器和断路器。2过流保护过电流是指电动机的工作电流超过其额定值，如果时间久了，就会使电机过热损坏电机，因此需要采取保护措施。过电流时，电流仍由正常路径流通，其值比短路电流值要小。过电流一般是由于负载过大或是启动不正确。为了避免影响电动机正常工作，过电流保护动作值应该比正常启动电流略大一些。过电流保护也要求保护装置能瞬时动作。过电流保
16、护一般采用过电流继电器。3过载保护电动机过载是指其工作电流超过额定值使绕组过热。引起过载的原因很多，如负载的突然增加、电源电压降低、电动机轴承磨损等。过载与过流类似，但也有差别。主要的不同在于动作效应的不同。过电流是由电磁效应来引发保护装置动作，针对电流的瞬时大小；而过载保护则是由电流的热效应，即电流对时间的累积结果来引发保护装置动作。一般情况下同一电路中，过载保护动作电流值要比过电流小，而这两者又均比上面提到的短路保护动作电流值小。值得注意的是，短路保护、过电流保护和过载保护是不能互相代替的。过载保护应采用热继电器或电动机保护器作为保护元件。4失压保护如果电动机在正常工作时突然掉电，那么在电
17、源电压恢复时，就可能自行启动，造成人身事故或机械设备损坏。为防止电压恢复时电动机的自行启动或电器元件自行投入工作而设置的保护，称为失压保护。采用接触器和按钮控制电动机的启动制动就具有失压保护功能。如果正常工作中电网电压消失，接触器会自动释放而切断电动机电源。5欠压保护电动机或电器元件在有些应用场合，当电网电压降到额定电压的 60%80%时，就要求能自动切除电源而停止工作，这种保护称为欠电压保护。电动机在电网电压降低时，其转速、转矩都将降低甚至堵转。在负载一定的情况下，一方面电动机电流增大，而其增加幅度还不足以使熔断器和热继电器动作，因此必须要采取欠压保护措施。除了利用接触器本身的欠电压保护作用
18、之外，还可以采用低压断路器或专门的电磁式电压继电器来进行欠电压保护，其方法是将电压继电器线圈跨接在电源上，其动合触头串接在接触器控制回路中。当电网电压低于指定值时，电压继电器动作使接触器释放。6过压保护当由于某种原因使得电动机电源电压超过其额定值时，电动机的定子电流增大，使电动机发热增多，时间久了就会造成电动机损坏。如果电压比额定值高很多，则电动机定子电流就会超出额定值许多而可能烧坏电机。因此，需要进行过电压保护。最常见的过电压保护装置是过电压继电器。电源电压一旦过高，过电压继电器的常闭触头就立即动作，从而控制接触器及时断开电源。过电压继电器的动作电压整定值一般可为电动机额定电压的 1.051
19、.2 倍。7断相保护异步电动机在正常运行时，如果电源任一相突然断路，电动机就处于断相运行。此时电动机实际上是在单相电源下运行，电动机定子电流会增大，转速要下降甚至会堵转，时间一长就会烧坏电机。实践表明，断相运行是使电动机损坏的主要原因之一，因此应进行断相保护。引起电动机断相运行的原因很多，如熔断器一相熔体烧断，电动机绕组一相断路、一相接触不良或松脱，电源一相线路断开等，其中尤以熔断器一相烧断的情况最为常见。断相运行时，线路电流和电动机绕组连接因断相形式不同而不同；电动机负载越大，故障电流也越大。断相运行时，通常可以根据电流或电压发生的变化特征检测出断相信号来构成断相保护装置。断相保护有很多方法
20、，如用带断相保护的热继电器，采用电压继电器，采用欠电流继电器，断丝电压保护，采用专门为断相运行而设计的断相保护继电器。8.相序保护一般情况下，电动机工作的接线顺序是有规定的，如果由于某种原因，导致相序发生错乱，电动机将无法正常工作甚至损坏。相序保护就是为了防止这类事故发生。相序保护可采用相序继电器，当电路中相序与指定相序不符时，相序继电器将触发动作，切断控制电路的电源从而达到切断电动机电源、保护电动机的目的。9温度保护在电动机电流没有超过额定值时，由于通风不良、环境温度过高、启动次数过于频繁等原因，电动机也会过热。这种情况下用以上的过流保护或过载保护都不能解决问题，因此需要直接反映温度变化的热
21、保护器。温度保护通常可采用温度继电器。温度继电器主要有双金属片和热敏电阻式两种，它们都被直接埋置在发热部位。温度保护与过载保护都是利用温度来触发保护，但并不完全相同。过载保护是因为电流长时间超出额定值使得继电器升温触发保护；而温度保护是由于散热不良，环境温度过高等因素使得电机过热从而触发保护。温度保护被触发时，电动机中的电流值有可能是正常的，因此过载保护不一定会起作用。温度保护与过载保护也是不能互相替代的。10漏电保护为了防止直接接触电击事故和间接接触电击事故，防止电气线路或电气设备接地故障引起电气火灾和电气设备损坏事故，低压配电系统应该具有漏电保护装置。漏电保护根据工作零线是否穿过电流感应器
22、，分为零序电流保护和剩余电流保护。零序电流保护与剩余电流保护的基本原理都是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。不同之处是，零序电流保护检测的是各相线中电流的矢量和，而剩余电流保护检测的是各相线还有零线中的电流矢量和。理论上来说，三相线负载平衡且电路正常工作的情况下，各相线电流矢量和应该为零。但是在实际的产品制造中，由于生产工艺、使用条件及电源品质等因素的制约，理想的三相完全平衡的负载不大可能存在，其三相电流的矢量和不为零而且很容易达到漏电保护器的动作电流值例如 30mA。因此， “负载三相平衡”这个概念只具理论意义。3.2 直流电动机直 流 电 动 机 就 是 将
23、直 流 电 能 转 换 成 机 械 能 的 电 机 。3.2.1 直 流 电 动 机 的 构 造直 流 电 动 机 分 为 两 部 分 ： 定 子 与 转 子 。 记 住 定 子 与 转 子 都 是 由 那 几 部 分 构 成 的 ，需 要 注 意 的 是 不 要 把 换 向 极 与 换 向 器 弄 混 淆 了 。 定 子 包 括 ： 主 磁 极 ， 机 座 ， 换 向 极 ， 电 刷 装 置 等 。 转 子 包 括 ： 电 枢 铁 芯 ， 电 枢 绕 组 ， 换 向 器 ， 轴 和 风 扇 等 。3.2.2 直 流 电 动 机 工 作 原 理直 流 电 动 机 大 致 应 用 了 “通 电
24、导 体 在 磁 场 中 受 力 的 作 用 ”的 原 理 ， 励 磁 线 圈 两 个 端线 同 有 相 反 方 向 的 电 流 ， 使 整 个 线 圈 产 生 绕 轴 的 扭 力 ， 使 线 圈 转 动 。要 使 电 枢 受 到 一 个 方 向 不 变 的 电 磁 转 矩 ， 关 键 在 于 ： 当 线 圈 边 在 不 同 极 性 的 磁 极 下， 如 何 将 流 过 线 圈 中 的 电 流 方 向 及 时 地 加 以 变 换 ， 即 进 行 所 谓 “换 向 ”。 为 此 必 须 增添 一 个 叫 做 换 向 器 的 装 置 ， 换 向 器 配 合 电 刷 可 保 证 每 个 极 下 线 圈
25、 边 中 电 流 始 终 是 一 个 方向 ， 就 可 以 使 电 动 机 能 连 续 的 旋 转 ,这 就 是 直 流 电 动 机 的 工 作 原 理 。图 3.7 直流电动机工作原理3.2.3 直流电动机的特点1.调 速 性 能 好 。 所 谓 “调 速 性 能 ”， 是 指 电 动 机 在 一 定 负 载 的 条 件 下 ， 根 据 需 要 ，人 为 地 改 变 电 动 机 的 转 速 。 直 流 电 动 机 可 以 在 重 负 载 条 件 下 ， 实 现 均 匀 、 平 滑 的 无 级 调速 ， 而 且 调 速 范 围 较 宽 。2.起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是
26、在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。3.2.4 直流电动机四种励磁方式各及自的特点直 流 电 动 机 的 性 能 与 它 的 励 磁 方 式 密 切 相 关 ， 通 常 直 流 电 动 机 的 励 磁 方 式 有 四 种： 直 流 他 励 电 动 机 、 直 流 并 励 电 动 机 、 直 流 串 励 电 动 机 和 直 流 复 励 电 动 机 。 掌 握 四 种方 式 各 自 的 特 点 ： 1.直 流 他 励 电 动 机励 磁 绕 组 与 电 枢 没 有 电 的 联 系 ， 励 磁 电 路 是 由 另 外 直 流 电 源
27、 供 给 的 。 因 此 励 磁 电 流不 受 电 枢 端 电 压 或 电 枢 电 流 的 影 响 。 2.直 流 并 励 电 动 机 并 励 绕 组 两 端 电 压 就 是 电 枢 两 端 电 压 ， 但 是 励 磁 绕 组 用 细 导 线 绕 成 ， 其 匝 数 很 多 ，因 此 具 有 较 大 的 电 阻 ， 使 得 通 过 他 的 励 磁 电 流 较 小 。 3.直 流 串 励 电 动 机励 磁 绕 组 是 和 电 枢 串 联 的 ， 所 以 这 种 电 动 机 内 磁 场 随 着 电 枢 电 流 的 改 变 有 显 著 的 变化 。 为 了 使 励 磁 绕 组 中 不 致 引 起 大
28、 的 损 耗 和 电 压 降 ， 励 磁 绕 组 的 电 阻 越 小 越 好 ， 所 以 直流 串 励 电 动 机 通 常 用 较 粗 的 导 线 绕 成 ， 他 的 匝 数 较 少 。 4.直 流 复 励 电 动 机电 动 机 的 磁 通 由 两 个 绕 组 内 的 励 磁 电 流 产 生 。4 电动机的参数及机械特性测量4.1 实验设备1 三相交流异步电动机型号 J02-11-4，出品编号 00070，0.6KW，380V，1.62A，50HZ，1380RPM，接法：星型 E级绝缘，18KG，标准编号 JB742-66，大连电机厂图 4.1 实验室用交流异步电动机2 直流电动机型号 Z2-
29、12， 产品编号 1005， 结构类型 A101，励磁方式：他，功率：0.6 千瓦， 励磁电压：110 伏， 工作方式：连续， 电流：3.82 安培， 绝缘等级：定子 E 电枢 A，转速：1500 转/分，重量：35 公斤，标准编号 JB1104-68， 西安电机厂图 4.2 实验用直流电机3 调压变压器型号 TDGC，最大电力 1KVA，相速 1，调速 50图 4.3 实验用调压变压器4 单三相两用调压变压器TSGC-720 型，最大容量 20KVA 50 ，仪器编号 88005900，分类编号 04100202图 4.4 三相调压器5 电机整流电源板统一编号 070214238图 4.5
30、电机整流电源板6 转速表手持式离心转速表 LZ-30图 4.6 转速表7 功率表8 电流表9 实验用灯箱图 4.7 实验用灯箱10 电桥QS-18 型4.2 实验步骤4.2.1 静态法测量在不通电的情况下，用数字万用表直接测电动机三相绕组 A,B,C 中每任意两相绕组的电阻值,分别记三组数据（单位:欧姆）如表 4.1。表 4.1 静态法测量的数据第一组 第二组 第三组AB 24.9 26.3 23.7AC 31.4 27.6 26.6BC 35.2 27.2 27.14.2.2 直流电压法测试图 4.8 通直流电测量如图 4.8 接线，在电动机三相绕组 A,B,C 的任意两相绕组上通实验台上的
31、 15 伏特直流电，分别用数字万用表测该两相绕组之间的电压和电流，记三组数据。表 4.2 通直流电测量的数据第一组 第二组 第三组电压 电流 电压 电流 电压 电流AC 5.38V 216.7mA 5.47V 217.5mA 5.43V 213.2mAAB 5.33V 217.1mA 5.49V 223.2mA 5.36V 229.3mABC 5.39V 216.8mA 5.42V 229.2mA 5.62V 221.1mA4.2.3 电桥法测量通过电桥原理使用实验室电桥分别测电动机三相绕组 A，B，C 中任意两相绕组的电阻值，记三阻数据（单位：欧姆） 。表 4.3 电桥测量的数据第一组 第二
32、组 第三组AB 24 26.5 25.4AC 29.5 26.3 26BC 25.5 27.3 24.84.2.4 堵转试验电机堵转，通过仪器仪表测出某相绕组的功率，电压，电流，通过公式计算算出电感值。（如图 4.9）AW三相调压器Y图 4.9 堵转试验电路图测量数据如表 4.4。表 4.4 堵转实验测量数据功率 电压 电流50 瓦特 60 伏特 1.6 安培4.2.5 机械特性测量电动机的机械特性是指电动机的转速 n 与转矩 T 的关系，机械特性分为固有机械特性和人为机械特性。固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或
33、电容）时所获得的机械特性曲线。异步电动机电磁转矩 T 的数值是由某一转速 n（或 s）下的电源电压电压 U 、电Tfn流频率 f1、定子极对数 p、定子及转子电路的电阻及阻抗（R 1、R 2、X 1、X 2）决定的。因此人为地改变这些参数，就可以得到不同的人为机械特性。机械特性的表达式有（物理表达式） 、 （参数表达式） 、cos/21ICTm/ 2/12/1/XsRUmTs （实用表达式）和工程计算法 。smax nP/950图 4.10 空载测量电路图1. 空载测量如图连线，利用三项调压器把电压调到 380V，记录仪表上显示的数据，通过转速表测得电动机的转速 n，再利用三项调压器把电压调到
34、 360V、280V、220V、180V，记录仪表上的数据和用转速表测得转速如表 4.4。表 4.4 不加负载时的数据电压 功率表 1 功率表 2 电流 转速380V 100W 180W 0.5A 1470r/min360V 82W 160W 0.47A 1450r/min280V 40W 100W 0.25A 1410r/min220V 20W 60W 0.14A 1400r/min180V 5W 40W 0.1A 1380r/min图 4.11 加负载测量电路图2.加载测量如图接线，利用调压变压器把直流电压调到 110 伏，D-F 系统接 6 盏灯并联的灯箱作为负载，通过三项调压器把交流电
35、压调到 380 伏，使用转速表测得其转速，从开一盏灯依次开到六盏等，并依次记录相关数据。然后通过三相调压器把电压调到其它数值，再依次从一盏灯开到六盏灯并记录其相关数据。表 4.5 380V 时依次加负载的数据交流部分 直流部分电流 功率 1 功率 2 电流 转速 电压1 0.6A 50W 240W 0.4A 1450r 166.5V2 0.6A 20W 280W 0.8A 1420r 171.8V3 0.7A 20W 320W 1.2A 1410r 177.5V4 0.78A 60W 360W 1.6A 1400r 183.1V5 0.85A 100W 400W 1.95A 1360r 188
36、.3V6 0.92A 140W 440W 2.3A 1350r 194V表 4.6 360V 时依次加负载的数据交流部分 直流部分电流 功率 1 功率 2 电流 转速 电压1 0.5A 40W 210W 0.4A 1430r 164.8V2 0.55A 0W 250W 0.8A 1380r 170.3V3 0.6A 40W 290W 1.2A 1365r 176V4 0.7A 80W 340W 1.6A 1350r 181.6V5 0.8A 120W 380W 1.9A 1335r 187.1V6 0.9A 140W 420W 2.25A 1320r 195V表 4.7 280V 时依次加负载
37、的数据交流部分 直流部分电流 功率 1 功率 2 电流 转速 电压1 0.28A 20W 110W 0.35A 1425r 91V2 0.3A 0W 130W 0.67A 1410r 176.3V3 0.32A 20W 150W 0.9A 1405r 255.1V4 0.38A 40W 170W 1.2A 1400r 331V5 0.41A 50W 190W 1.5A 1390r 405V6 0.48A 60W 200W 1.7A 1380r 474V表 4.8 220V 时依次加负载的数据交流部分 直流部分电流 功率 1 功率 2 电流 转速 电压1 0.2A 5W 80W 0.32A 14
38、20r 90V2 0.22A 20W 100W 0.65A 1400r 173V3 0.3A 40W 120W 0.95A 1390r 252V4 0.4A 60W 140W 1.2A 1380r 324V5 0.48A 80W 160W 1.5A 1360r 394V6 0.51A 85W 180W 1.7A 1350r 457V表 4.9 180V 时依次加负载的数据交流部分 直流部分电流 功率 1 功率 2 电流 转速 电压1 0.18A 15W 65W 0.35A 1410r 88V2 0.25A 35W 90W 0.65A 1400r 172V3 0.35A 50W 120W 0.9
39、5A 1390r 247V4 0.48A 60W 140W 1.2A 1380r 318V5 0.6A 80W 165W 1.45A 1375r 385V6 0.75A 90W 190W 1.95A 1350r 447V5 测量数据及数据误差分析5.1 测 量 数 据通过静态法测量三相绕组的电阻值，取平均值数据整理如表 5.1。表 5.1 静态法测量数据AB AC BC24.97 28.53 29.84直流法测量，通实验台上 15 伏特直流电测三组数据，根据欧姆定律 R=U/I 计算取平均值三相绕组的电阻如表 5.2。表 5.2 直流法测量数据AB AC BC24.18 25.25 24.64
40、根据电桥原理使用实验室的电桥分别测量三相绕组的电阻值，取平均值整理如表 5.3。表 5.3 电桥法测量数据AB AC BC25.27 26.87 25.87电机堵转实验，通过测量仪表显示功率为 50 瓦特，电压为 60 伏特，电流为 1.6 安培，根据公式 算出电阻 R 为 19.53 欧姆，由阻抗公式 ，算出阻抗 Z 为 37.5 欧，IP2 IUZ再由公式 计算出感抗 XL为 32.01 欧姆，最后根据公式 计算出电LXZ LfXL.2感 L 为 0.102 亨如表 5.4。表 5.4 堵转实验数据阻抗 Z 感抗 XL 电感 L37.5 32.01 0.102h空载测量，利用三相调压器把电
41、压分别调出 380V、360V、280V、220V、180V。二瓦特计法测量功率其功率为两个功率表的代数和 ，转速 n 通过转速表测量，根据转21WP矩公式 分别计算出各个电压时电动机的转矩如表 5.5。nPT/950表 5.5 空载测量时的转矩电压（V） 380 360 280 220 180转矩（N*m） 0.520 0.514 0.406 0.273 0.242加载测量，利用三项调压器把电压分别调到 380V、360V、280V、220V、180V，通过测量记录仪器仪表上显示的相关数据，转速 n 通过转速表测得。根据功率公式 和21WP转矩公式 ，分别计算出电动机在各个电压下各个负载下的
42、转矩如表 5.6（单位nPT/950N*m） ，其机械特性曲线如图 5.1。表 5.6 各电压下加载测量计算转矩的数据380V 360V 280V 220V 180V1 1.25 1.14 0.603 0.504 0.3412 1.73 1.73 0.880 0.546 0.3753 2.03 1.75 0.883 0.550 0.4814 2.05 1.84 0.887 0.554 0.5545 2.11 1.86 0.962 0.562 0.5906 2.12 2.03 0.969 0.672 0.7071 4 5 01 4 0 01 3 5 00 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5图
43、 5.1 电动机加载时的机械特性曲线5.2 数 据 及 误 差 分 析5.2.1 二 瓦 特 计 法 测 功 率 分 析 ？ ？ ？从测量功率的角度讲可用一表法、两二法、三表法，在本次毕业设计中我采用的是二表法（即二瓦特计法） 。其原理为在一个三相系统中,任何一相都可以成为另一相的参考点。Y型接法通常选择中性点作为参考点，即便是三相三线制也将中性点作为参考点。Y 型接法的好处是每一相的电压、电流和功率都可以独立测量。如果将三相中的某一相作为参考点，就可以用两只瓦特计测量整个三相系统的功率（如图） 。WWAMABC图 5.2 二瓦特计法测功率ACAIUPcos1BB2因此，在毕业设计中只需要使用
44、两块功率表，若只用一块表就分别测量两相绕组的功率，通过公式 得出。21WP5.2.2.数 据 分 析在毕业设计中通过观察测量的数据和机械特性曲线发现电动机的参数存在一定的关系。1 在各个电压下依次加负载电动机的转速都降低，但降低的很小。2 负载不变时，当电流增大时，转速 n 减小，转矩 T 增大。3 负载不变时，当转速增大时，电压 U 增大，转矩 T 减小。5.2.3 误 差 分 析数据产生误差有如下原因：1 金属表面由于氧化原因造成的测量误差。2 测量使用的仪器仪表由于刻度相对较大造成的读数误差。3 观测仪器仪表读数时观测的角度不同造成的读数误差。4 计算时由于小数部分不能精确的原因产生的计
45、算误差。通过多次测量取平均值的方法可减小误差，但误差是不可避免的。6 电 动 机 调 试 分 析在毕业设计中，由于操作等原因遇到了如下问题。1 在某一次测量中，电流表没有读数，在同学的帮助下反复检查电路结果发现是电流表的正负极接反了造成的，而且差点造成了电流表的损坏。再测量时把正负极接对，读数正常问题解决。2 在用功率表测量电动机机械特性时功率表的读数很小，几乎不能读数。在老师的指点下发现是功率表的档位调的太大的原因，把表调到合理的档位测量问题得以解决。3 堵转实验中由于把电动机堵转用的钳子没有掐紧造成实验无法进行，自己发现及时调整得以解决。结论在本次毕业设计中，我所选择的题目是交流异步电机的
46、参数及机械特性的测定 ，虽然这个课题有一定的难度，而且需要使用的仪器仪表和动手操作的部分都较多，但还是在老师的悉心指导下经过十九周的认真实验，完成了毕业设计，任务所要求测量和计算的数据的全得出，基本上符合本次课题的要求。能量动力是发展程度的标志。发电机、电动机使人类社会发展中脱离了人力畜力及水力火力的现场，是生产力发展的巨大动力源，是电力工业成为可能的基础，支撑着现代生活的方方面面。直流电机调速性能优越，易平滑调速，这个是交流电机无法取代的直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。但是直流电机换向困难，还会产生火花，寿命短，要经常维护，使用场合受到限制，价格也贵一些所以很多地方都用交流电机取
47、代了。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。相比来说三相异步电动机拥有结构简单，运行可靠，成本低廉，过载能力强，操作简单，易于控制等等的优点，在必将工业生产中发挥重要作用。 通过十九周的毕业设计使我更加了解了交流异步电动机在工业生产中的重要性，而它的参数和机械特性在使用之前也是需要预先考虑到的，经过努力我丰富了这方面的知识。我作为一名自动化的学生，我对我所学专业很感兴趣，相信在不久的将来我会在这个领域有
48、所作为。致谢本项毕业设计是在指导教师尹明德老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，他严谨的教学精神，精益求精的工作作风深深的感染和激励着我。尹老师平日里工作繁忙，不仅有教学任务，且在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计电路图，再到自己连接电路和测量、计算数据等每个过程都耐心的督促指点我，纠正我存在的错误，这样我才克服一个一个的困难和疑惑，直至试验顺利完成。除了敬佩尹老师的专业水平外，他对教学和学生负责的态度也是我学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，在此表示深深的感谢。还要感谢我的同学们，感谢他们的支持和帮助，最后感谢我的母校南航三年来对我的教育和栽培。参献考文1 顾绳谷 电机及拖动基础
49、机械工业出版社 2007 52 周希章 周全等 电动机的起动、制动和调速 机械工业出版社 2001 53 李发海 王岩 电机与拖动基础 清华大学出版社 2005 84 汪国梁 电机学 机械工业出版社 19885 朱耀忠 电机与电力拖动 北京航空航天出版社 2005 96 刘启新 电机与拖动基础 中国电力出版社 2005 87 邸敏艳 电机与控制(第 2 版) 电子工业出版社 2007 28 赵君有 张爱军 控制电机(高等学校十一五精品规划教材) 中国水利水电出版社 2006 99 程周 电机拖动与电控技术（第 2 版）电子工业出版社 2007 310 朱咏梅 董桂菊等 电路与电机控制 清华大学出版社 2007 511 王益全 电动机原理与实用技术 科学出版社 2005 712 龙飞文 电动机 中国劳动社会保障出版社 2006 313 MEHTRE B M,MURTHY N N,KAPOOR S,et al.Segmentation of fingerprint images using the durectional imagesJ.Pattern Recognition 1
