三相异步电动机的起动与调速实验报告
三相异步电动机的起动与调速
一．实验目的
通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。
二．预习要点
1．复习异步电动机有哪些起动方法和起动技术指标。2．复习异步电动机的调速方法。
三．实验项目
1．异步电动机的直接起动。
2．异步电动机星形三角形（Y-△）换接起动。3．自耦变压器起动。
四．实验设备及仪器
1．NMCEL系列电机系统教学实验台主控制屏（含交流电压表）。2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MMEL-13）。3．鼠笼式异步电动机（M04）。
五．实验方法
1．三相笼型异步电动机直接起动试验。
按图3-1接线，电机绕组为△接法。
起动前，把转矩转速测量实验箱（MMEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-13的连接是否良好。
仪表的选择：交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。
a．把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮开关。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。（电机起动后，观察MMEL-13中的转速表，如出现电机转向
不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）
b．断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，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。
c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。
d．合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达2~3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表中，注意试验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。
对应于额定电压的起动转矩TST和起动电流I比按下式计算：
TST(IST2)TKIK式中Ik：起动试验时的电流值，A；TK：起动试验时的转矩值，N.m；
IST(UN)IKUK式中UK：起动试验时的电压值，V；UN：电机额定电压，V；测量值UK（V）IK（A）TK（N.m）Tst(N.m)计算值Ist(A)2．星形三角形（Y-△）起动
按图3-2接线，电压表、电流表的选择同前，开关S选用MMEL-05B。a．起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边（Y）接法。合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停转。
b．待电机完全停转后，合上电源开关，观察起动瞬间的电流，然后把S合
向左边（△接法），电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。
3．自耦变压器降压起动
按图3-1接线。电机绕组为△接法。
a．先把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器旋钮，使输出电压达110伏，断开电源开关，待电机停转。
b．待电机完全停转后，再合上电源开关，使电机就自耦变压器，降压起动，观察电流表的瞬间读数值，经一定时间后，调节调压器使输出电机达电机额定电压UN=220伏，整个起动过程结束。
4．异步电动机改变定子电压调速按图3-1接线。电机绕组为△接法。MMEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。“突加负载”和“突减负载”选择开关扳向“突加负载”
a．合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压，并在试验中保持此额定电压不变。
b．调节MMEL-13测功机“转矩设定”旋钮使之加载，使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到异步电机的额定电流。
c.调节调压器使定子电压从220伏逐渐下降至电机不能正常运转。在此之间记录几组定子电压值及对应的转速值填入下表。
定子电压转速（r/min）定子电流转矩（N.M）
六．实验报告
1.由起动试验数据求下述三种情况下的起动电流和起动转矩：(1)外施额定电压UN。（直接法起动）(2)外施电压为UN/3。(YΔ起动)
(3)外施电压为UK/KA，式中KA为起动用自耦变压器的变比。（自耦变压器起动）。
七．思考题
1.比较异步电动机不同起动方法的优缺点。
扩展阅读：三相异步电动机的起动与调速(南京信息工程大学滨江学院学年论文)
南京信息工程大学滨江学院设计性实验报告
滨江学院
电力拖动课程实验设计
题目三相异步电动机的起动与调速
学生姓名
学号
学院
专业
指导教师
二Ｏ年月日
南京信息工程大学滨江学院设计性实验报告
三相异步电动机的起动与调速
XX南京信息工程大学滨江学院自动控制系，南京210044
摘要：文章从理论上研究了三相异步电动机的启动方法与调速系统的设计，给出了三相异步电动机在工作时采用了电动机拖动生产机械，有足够大的启动转矩，保证了生产机械正常启动。启动平滑，设备安全可靠，结构简单，操作方便等特点。有许多启动方法，如：直接启动，鼠笼式异步电动机降压启动，三相鼠笼式异步电动机Y-△启动绕线式三相异步电动机的启动及各种运行状态。调速就是在一定的负载下，根据生产的需要人为的改变电动机的转速，这是生产机械经常向电动机提出的要求。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品质量。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。关键词：三相异步电动机，电机转速，功率因数
实验方案设计
一、原始资料分析
一台三相绕线型异步电动机，额定功率PN=100W,额定电压UN=220V，额定电流IN=0.55A,额定转速nN=1420r/min。定、转子三相绕组均为Y接法，E级绝缘。
二、设计内容及要求
1.设计三相异步电动机的起动与调速实验电路；2.选择各仪表的量程；3.设计实验步骤；4.实验测试；
5.利用Matlab/Simulink仿真环境对设计电路进行仿真；6.将实验测试结果同仿真结果进行比较；
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7.对结果进行理论分析。
三、实验目的
通过实验掌握异步电动机的起动和调速的方法。
四、实验项目
1.异步电动机的直接起动。
2.异步电动机星形三角形（Y-△）换接起动。3.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器起动。4.绕线式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速。
五、实验设备及仪器
1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。2．指针式交流电流表。
3．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。4．电机起动箱（MEL-09）。5．鼠笼式异步电动机（M04）。6．绕线式异步电动机（M09）。
六、仪表量程
根据实验课题要求,额定电压UN=220V，额定电流IN=0.55A因为一般选择电流表的量程是3-5倍的额定电流，即1.65A--2.75A。所以选择量程为：
电压表量程300V。电流表量程3A。
实验步骤过程
一、实验方法
1．三相笼型异步电动机直接起动实验。按线路图1-1接线，电机绕组为△接法。
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图1-1异步电动机直接启动
起动前，把转矩转速测量实验箱（MEL-13）中“转矩设定”电位器旋钮逆时针调到底，“转速控制”、“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，检查电机导轨和MEL-13的连接是否良好。
仪表的选择：交流电压表为数字式或指针式均可，交流电流表则为指针式。
a．把三相交流电源调节旋钮逆时针调到底，合上绿色“闭合”按钮。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。（电机起动后，观察MEL-13中的转速表，如出现电机转向不符合要求，则须切断电源，调整次序，再重新起动电机。）
b．断开三相交流电源，待电动机完全停止旋转后，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。
注：按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值计量。电流表受起动电流冲击，电流表显示的最大值虽不能完全代表起动电流的读数，但用它可和下面几种起动方法的起动电流作定性的比较。
c．断开三相交流电源，将调压器退到零位。用起子插入测功机堵特孔中，将测功机定转子堵住。
d．合上三相交流电源，调节调压器，观察电流表，使电机电流达2~3倍额定电流，读取电压值UK、电流值IK、转矩值TK，填入表中，注意实验时，通电时间不应超过10秒，以免绕组过热。
2．星形三角形（Y-△）起动
按线路图1-2接线，电压表、电流表的选择同前，开关S选用MEL-05。
a．起动前，把三相调压器退到零位，三刀双掷开关合向右边（Y）接法。合上电源开关，逐渐调节调压器，使输出电压升高至电机额定电压UN=220V，断开电源开关，待电机停转。
b．待电机完全停转后，合上电源开关，观察起动瞬间的电流，然后把S合向左边（△接法），电机进入正常运行，整个起动过程结束，观察起动瞬间电流表的显示值以与其它起动方法作定性比较。
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图1-2三相异步电动机星形三角形起动
3．绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动。
图1-3绕线式异步电动机转绕组串入可变电阻器起动
按线路如图1-3接线，电机定子绕组Y形接法。转子串入的电阻由刷形开关来调节，调节电阻采用MEL-09的绕线电机起动电阻（分0，2，5，15，∞五档），MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”开关扳向“转速控制”，“转速设定”电位器旋钮顺时针调节到底。
a．起动电源前，把调压器退至零位，起动电阻调节为零。
b．合上交流电源，调节交流电源使电机起动。注意电机转向是否符合要求。c．在定子电压为180伏时，逆时针调节“转速设定”电位器到底，绕线式电机转动缓慢（只有几十转），读取此时的转矩值Ist和Ist。
d．用刷形开关切换起动电阻，分别读出起动电阻为2Ω、5Ω、15Ω的起动转矩Tst和起动电流Ist。
4．绕线式异步电动机绕组串入可变电阻器调速。
实验线路同前。MEL-13中“转矩控制”和“转速控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转
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矩设定”电位器逆时针到底，“转速设定”电位器顺时针到底。MEL-09“绕线电机起动电阻”调节到零。
a．合上电源开关，调节调压器输出电压至UN=220伏，使电机空载起动。
b．调节“转矩设定”电位器调节旋钮，使电动机输出功率接近额定功率并保持输出转矩T2不变，改变转子附加电阻，分别测出对应的转速。将数据记录于表1。
表1U=220VIf=100mAIF=0.612A（T2=0.849Nm）rst(Ω)n(r/min)
01373213105122715967实验结果与分析
一、三相异步电动机Simulink仿真模型的建立
使用Simulink建立三相异步电动机的直接起动模型，测取三相异步电动机直接起动过程中的转速，转矩，转子电流，定子电流的变化规律。
三相异步电动机的起动与调速仿真模型
仿真时应先将串0Ω电阻起动先运行,并将结果保存,然后修改三相对称电阻参数为2、5、15Ω来实现调速,此时运行开始前应将仿真参数Xintialstate的方框中设置成Xfinal,首先将电动机的工作电压设置为220V，运行仿真模型。待运行结束后，将仿真参数重新设置后在指令窗口运行如下指令：Xinitial=XfinalXinitial=1.0e+002*
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-0.011556044486710.00267230527579-0.01185555103566
0.002896247176021.819889390240690.00993222435709
运行后可得到的转子电流，定子电流，转速，转矩的规律曲线:
电阻为0Ω时仿真曲线图
电阻为2Ω时仿真曲线图
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电阻为15Ω时仿真曲线图
二、结论分析
绕线型异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。
线绕型异步电动机在转子串电阻启动时，启动电流减小而启动转矩反而增大。转子电路内串联电阻有两种作用：由于转子电路的电阻增大，使转子阻抗增大，转子的绕组的启动电流减小，因而定子的启动电流也相应减小；适当选择变阻器的阻值，可是启动转矩增大，这时虽然转子电流减小，但转子的功率因数显著增大，所以转矩也增大。转子绕组串入电阻，其转子阻值增加，使得电动机的转速增加。
利用Matlab软件的Simulink功能建立的异步电动机通用动态仿真模型，具有直观、方便、灵活的特点。充分发挥了Matlab的强大矩阵运算功能及绘图方便和直观生成模型的优势，使得仿真运算更加方便、快捷，提高了效率和精度。
通过异步电动机启动过程的实例仿真结果，充分证实了动态仿真模型的正确性而且在仿真时可以随便改变仿真参数，随时地观察仿真波形，使得仿真更加具有实时性、直观性。
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总结
三相鼠笼式异步电动机起动系统分析是一个非常复杂的课题，经过几个星期的学习与实验，使我在整个电机设计过程中，学到了不少东西，更深一步掌握了电机电路设计的原理，深入了解了我们专业的基础课程。本次的实验目的是通过解决比较简单的实际问题，巩固和加深在《电机学》课程中所学的理论知识和实验技能。训练学生综合运用学过的电机及拖动基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，科学实验，分析结果等工作。使学生初步掌握电机与电力拖动基础课程设计的一般步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。加强了理论知识与实践统一的能力，加强了自己动手操作的能力。
在此期间我也失落过也曾一度热情高涨。从开始时满富激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无穷。要设计一个成功的电路必须要有耐心，要有坚持的毅力。需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，但我还是交给老师一个成功电路设计，在多种方案的选择中，我仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可以稳定工作相信在以后的工作中也是很有用处的。
在本次实验的研究与实践过程中，主要完成了一下工作：
（1）在查询了国内外有关笼型异步电动机起动与调速原理的相关资料的基础上，分析了笼型异步电动机的起动与调速的原理。
（2）利用Matlab/Simulink仿真工具对各种启动方式进行动态仿真，仿真结果可以看出变频起动是目前最好的电机启动方式，可以基本上做到对电网无冲击，具有不可比拟的优势。
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致谢
设计性实验既是对大学四年所学专业知识的一次综合运用，也是一个温故知新的过
程，更是一个深入学习的过程，为以后我们的毕业论文打下了结实的基础。经过几个星期的忙碌和工作，本次设计性实验已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
完成本次实验首先要感谢我的指导老师曹永娟老师。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我，是她让我对学年论文设计有了一个比较清晰地了解，而且在学年论文的设计过程中不断鼓励我，使我信心倍增，最后，我还要感谢我的同学吴嘉敏，没有他在实验方面的帮助，我是无法完成最后的实践部分。
本人查阅了大量国内外关于电动机系统仿真的技术文献，对当前MATLAB的仿真模拟在电动机（组）系统中运用的研究和发展状况进行了综述，本文在电动机系统的仿真上做了许多的工作，实现了对三相异步电动机各工作特性的分析与仿真。这种方法的优点是速度快，实时性好，费用低。当然，大量的文献还介绍了其他的仿真、分析的方法。
论文在借鉴前人研究的经验和教训的基础上，对三相异步电动机各工作特性的进行了MATLAB仿真。接下来还有许多工作要做，而且还要用MATLAB对更多的电动机工作特性进行仿真，把它们的仿真结果与实际的运行状况作对比，研究出更贴合实际的仿真过程。整个异步电动机工作特性仿真的设计是一项非常复杂的工作，而且其中的程序设计、数学建摸等涉及知识面广，由于本人水平有限，论文中存在缺陷和错误在所难免，敬请老师批评指正。
在报告即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到报告的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。另外本文参考了多篇论文，在此一并表示感谢！
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参考文献：
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