三相异步电动机的空载运行
三相异步电机空载试验原理
三相异步电机空载试验原理
一、空载运行原理
三相异步电机在空载运行时，转子转速接近于同步转速，此时电机处于发电状态。
空载运行是异步电机的一个重要工作状态，通过空载试验可以了解电机的机械特性、电磁性能和损耗情况等。
二、电磁感应原理
三相异步电机的工作原理基于电磁感应原理。
当三相交流电流通过定子绕组时，会产生旋转磁场。
旋转磁场与转子导体相互作用，产生感应电动势和电流。
感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。
三、机械特性分析
三相异步电机的机械特性是指在不同条件下的转速和转矩之间的关系。
通过空载试验，可以测量电机的转速、转矩和功率等参数，从而得到电机的机械特性曲线。
这些曲线可以用来分析电机的启动性能、稳定运行性能和调速性能等。
四、损耗与效率测定
在空载试验中，可以测定三相异步电机的各种损耗，包括铁损、铜损和机械损耗等。
损耗的测定有助于了解电机的效率、发热情况和运行稳定性。
通过损耗分析，可以判断电机的制造质量和使用状态，为电机的维护和优化提供依据。
五、电压与电流分析
在空载试验中，需要测量电机的输入电压和电流，以分析电机的电气性能。
通过电压和电流的测量，可以计算出电机的输入功率、功率因数和效率等参数。
这些参数对于评价电机的性能和节能效果具有重要意义。
同时，通过对电压和电流的波形分析，可以判断电机的运行状态和故障情况。
总之，通过三相异步电机空载试验，可以对电机的性能进行全面了解和分析，为电机的设计、制造、使用和维护提供重要依据。
第3章三相异步电动机原理与维修1节
第一节 三相异步电动机的工作原理与结构
一、基本工作原理：
三相异步电动机定子接三相 电源后，电机内便形成圆形 旋转磁动势，旋转磁场转速 n1，设其方向为逆时针转， 如图所示。若转子不转，转 子导条与旋转磁密有相对运 动，导条中有感应电动势e， 方向由右手定则确定。
由于转子导条彼此在端部 短路，于是导条中有电流， 不考虑电动势与电流的相 位差时，电流方向同电动 势方向。这样，导条就在 磁场中受电磁力f，用左手 定则确定受力方向，如图 所示。
3、三相绕组应对称，结构相同、阻抗相等，空 间位置互差120°电角度；
4、用材省，绝缘性能好，机械强度高和散热条 件好；
5、制造工艺简单，维修方便。
（二）基本概念 1、电角度与机械角度 电机圆周在几何上分为360°，这个角度称为机械
角度。
导体切割按正弦规律变化的一对磁极磁场，其中感 应的电动势也按正弦变化一周，即经过360°电角 度，因而一对磁极占有360°电角度，若电机有p对 磁极，电机圆周按电角度计算为p× 360°。
A
ZX
iB C
Y
B
iC
i
iA
iB
iC
ωt
O
120° 240°
360°
首端流入为正，末端流入为负
A
A
A
×
·
Y×
·Z Y
× Z Y·
Z
× C
· BC · ·
X (a) ω t = 0°
X (b) ω t = 120°
BC
×B ×
X (c) ω t = 240°
结论： (1)在对称的三相绕组中通入三相对称电流，可以产
静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导 体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导 体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子 电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用 左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩，电 磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。
电气自动化技术《任务3.2三相异步电动机的等效电路7》
任务3.2三相异步电动机的等效电路一、学习目的与要求1．分析三相异步电动机空载运行特征、空载运行参数和空载等效电路。
2.三相异步电动机负载运行参数、负载运行T型等效电路和平衡方程式。
二、学习方法1．学习本课程，首先要精读教材和讲义，了解三相异步电动机空载和负载运行的特征。
2. 充分利用学习资源，对三相异步电动机空载和负载的电路进行分析，进而掌握两个运行方式的特征。
三、授课内容1、三相异步电动机空载运行三相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子。
这一点和变压器完全相似。
三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组那么相当于变压器的二次绕组。
因此，分析变压器内部电磁关系的根本方法也同样适用于异步电动机。
三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上，转子轴上不带机械负载的运行称空载运行。
空载运行的特点：异步电动机空载运行时，由于轴上不带机械负载，其转速很高，接近同步转速，即n≈n1，s很小。
此时定子旋转磁场与转子之间的相对切割速度几乎为0，于是转子的感应电动势E2≈0，转子的电流I2≈0，转子磁动势F2≈0。
〔1〕主漏磁通的分布当三相异步电动机定子绕组通入三相对称交流电时，将产生旋转磁动势，该磁动势产生的磁通绝大局部穿过气隙，并同时交链于定转子绕组，这局部磁通称为主磁通。
主磁通的路径为：定子铁心→气隙→转子铁心→气隙→定子铁心，构成闭合回路。
主磁通同时交链定转子绕组并在其中分别产生感应电动势。
由于异步电动机的转子绕组为三相或多相短路绕组，在转子的感应电动势的作用下，转子绕组中有电流产生，转子电流与定子磁场相互作用产生电磁转矩，实现异步电动机的机电能量转换。
除主磁通外的磁通称为漏磁通，包括定子绕组的槽部漏磁通和端部漏磁通等，漏磁通沿磁阻很大的空气隙形成闭合回路，因此它比主磁通小很多。
漏磁通仅在定子绕组中产生漏磁感应电动势，不起能量转换的媒介作用，只起电抗压降的作用。
电机与电气控制技术三相异步电动机的空载负载运行及工作特性
5）由损耗分析法求额定负载时的效率
任务小结
1.总结本次课程的重难点和学生实际掌握的情况
2.鼓励学生自主解决问题的意识，养成主动思考独立思考，培养理论联系实际的学习方法。学会电动机的拆装下线。
考核评价
考核方法与工具
采用过程考核和绩效考核两种方法。
教法学法设计
课程的学习方法，理论联系实际，在实训中加深对理论的理解，提升学生课堂参与度，在实践中促进学生主动思考。因此，本课程教学本着以学生为中心，少讲多练多问的原则，以问题为导向，以促使学生自主学习为目的，布置任务。包括学习引入、指导看书、回答问题、分析问题、动手实操5个部分。
学习引入：三相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子。
能力目标：
1.三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验的方法
素质目标：促使学生养成自主的学习习惯；学会电动机实验方法和数据分析的方法
主要教学内容
1.三相异步电动机的空载运行
2.三相异步电动机的负载运行及等效电路
3.三相异步电动机的功率、转矩平衡方程式及工作特性
4.实训：三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验
讲解并指导学生看书：三相异步电动机的空载、负载运行的磁通分布及等效电路，总结笔记；教师指导学习方法和答疑；
实操：三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验，参数分析
教学实施
1.提出问题，相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子。磁场是怎么分布的？
重点与难点
重点：
1.三相异步电动负载运行及等效电路
3.2三相异步电动机的运行
教案（首页）授课班级机电高职1002授课日期课题序号 3.2 授课形式讲授授课时数 2 课题名称三相异步电动机的运行教学目标1．了解三相异步电动机运行时的电磁关系。
2．了解三相异步电动机的机械特性。
3．熟悉三相异步电动机的功率关系。
4．了解三相异步电动机的工作特性。
教学重点1．了解三相异步电动机运行时的电磁关系。
2．了解三相异步电动机的机械特性。
教学难点1．了解三相异步电动机运行时的电磁关系。
2．了解三相异步电动机的机械特性。
教材内容更新、补充及删减无课外作业课后习题教学后记以实物展示学生容易接受送审记录盐城生物工程高等职业技术学校课堂时间安排和板书设计复习5导入5新授60练习5小结5一、电磁转矩二、空载运行与负载运行三、机械特性1、起动转矩及起动过程2、额定转矩3、最大转矩四、三相异步电机的工作特性1、转速特性2、定子电流特性3、定子功率因数特性4、电磁转矩特性5、效率特性课题序号课题名称第页共页教学过程主要教学内容及步骤导入新授三相异步电动机空载运行时，转子的转速接近旋转磁场的转速，转子中的电流接近零。
转轴上的负载增大后，电动机的转速下降，转差率增大，转子导体与旋转磁场间的相对运动速度加大，转子绕组中的电流增大，从电源输入的电功率也随之增大。
电动机带不同负载时，电流、转矩、功率因数、效率等参数均不同，为了高效经济地利用电动机，需要掌握分析异步电动机性能的方法。
异步电动机的工作特性是用好电动机的依据，因此熟悉异步电动机的运行性能，掌握常用的测试方法是很有必要的。
三相异步电动机的运行特性主要是指三相异步电动机在运行时，电动机的功率、转矩、转速相互之间的关系。
一、电磁转矩所谓电磁转矩即是电动机由于电磁感应作用，从转子转轴上输出的作用力矩。
它是衡量三相异步电动机带负载能力的一个重要指标。
为了更好地使用三相异步电动机，我们必须要首先弄清楚电磁转矩同哪些物理量有关。
由于电动机的转子是通过旋转磁场与转子绕组之间的电磁感应作用而带动的，因此电磁转矩必然与旋转磁场的每极磁通Φ和转子绕组的感应电流I2的乘积有关。
第5章异步电动机二
以变压器的运行理论为基础，分析异步电动 机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势 的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。 最后分析它的电磁转矩和运行性能。
§5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机空载运行时的物理情况
N1 N2 为定子、转子绕组一相串联的匝数
f1
是定子通电频率。
Kw 是绕组因数。
在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，
但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子 呈禁止不动的（ ）n。 0同此转子绕组切割磁场的速 度和定子绕组相同。
由于定子电流除了产生磁通 m 之外，还产生定 子漏磁通 1 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和 变压器一样用漏抗压降来表示：
U1
I0 F10
I2 F2 0
1 E1 Fm0 m
E1 E 20
二、异步电动机负载运行时的物理情况
特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动
势和磁场。 （一） 转子磁动势的分析
转子磁动势 F2也是一个旋转磁动势，并在空间 按正弦规律分布，以绕线式异步电动机为例。
（二）绕组归算
用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数 和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转 子绕组。
归算后转子各量的归算值用加“ ′”表示。
1、转子电流的归算
根据转子磁动势不变，可得
0.9
m1 2
N1Kw1 p
I2
0.9
m2 2
N2Kw2 p
I2
I I I m2N2Kw2
F1 F2 Fm Bm (m )
或
F1 Fm (F2 )
电机与拖动 第五章 自测题答案
（一）填空题：1. 当s在0～1范围内，三相异步电动机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为驱动转矩，电动势的性质为反电动势；在 -∞～0范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为制动转矩，电动势的性质为电源电动势。
2. 三相异步电动机根据转子结构不同可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机两类。
3. 一台六极三相异步电动机接于50H z的三相对称电源，其s=0.05，则此时转子转速为950r/min，定子旋转磁动势相对于转子的转速为50r/min，定子旋转磁动势相对于转子旋转磁动势的转速为0r/min。
4. 一个三相对称交流绕组，2p=2，通入f=50H z的对称交流电流，其合成磁动势为圆形旋转磁动势，该磁动势的转速为3000r/min。
5. 一个脉动磁动势可以分解为两个幅值和转速相同而转向相反的旋转磁动势。
6. 为消除交流绕组的五次谐波电动势，若用短距绕组，其节距y应选为4/5τ，此时基波短距系数为0.951。
7. 三相异步电动机等效电路中的附加电阻为是模拟总机械功率的等值电阻。
1. 不管异步电动机转子是旋转还是静止，定子旋转磁动势和转子旋转磁动势之间都是相对静止的。
（√）2. 三相异步电动机转子不动时，经由空气隙传递到转子侧的电磁功率全部转化为转子铜损耗。
（√）3. 改变电流相序，可以改变三相旋转磁动势的转向。
（√）4. 通常，三相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等，而三相绕线转子异步电动机的定、转子相数则相等。
（√）5. 三相异步电动机转子不动时，转子绕组电流的频率与定子电流的频率相同。
（√）（三）选择题：1. 若在三相对称绕组中通入i u=I m sinωt，i v=I m sin(ωt+120o)， i w=I m sin(ωt-120o)的三相电流，当ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（③）① u相绕组轴线上；② v相绕组轴线上；③ w相绕组轴线上；④在三相绕组轴线之外的某一位置。
三相异步电动机运行特性
第13章 三相异步电动机运行特性
图13-1 异步电动机工作特性曲线
第13章 三相异步电动机运行特性
13.2 转矩特性
三相异步电动机的转矩特性是指在电源电压和频率为额定值，
并且电动机固有参数不变的情况下，电磁转矩与输出功率的关系
特性，即T=f(P2)的关系曲线。 电动机稳定运行时，电磁转矩应与负载制动转矩相平衡，即
即启动电流也将达到最大值，三相异步电动机的启动电流一般可
达额定电流的4～7倍。启动电流的大小是
Ist I2
U1 (r1 r2 )2 (x1 x2 )2
(14-1)
第13章 三相异步电动机运行特性
较大的启动电流是十分有害的，对频繁启动的电动机来说， 会引起电动机过热而温升较高，使电动机绝缘材料老化，使用寿 命减少。对供电变压器来说，当变压器容量有限，输电距离较长 时，大的启动电流将造成变压器输出电压下降，并且会影响到同 一供电线路上的其他设备的正常工作。例如，在电动机启动瞬间， 照明灯会变暗，数控机床会失控等。
(14-2)
第13章 三相异步电动机运行特性
异步电动机启动时，在满足启动转矩的条件下，应尽量减小 启动电流。由式(14-1)和式(14-2)看出，降低启动电流的方法有三 种: 一是降低电源电压；二是增加定子回路电阻或电抗值；三是 增加转子回路电阻或电抗值。加大启动转矩的方法是适当增加转 子电阻。
第13章 三相异步电动机运行特性
空载时，输出功率P2=0，转子电流I2接近于零，转子转速n接 近于同步转速。由负载转矩公式T2=P2/Ω可知，随着负载的增大， 即输出功率的增大，输出转矩也将增大，以达到电磁转矩与负载 转矩平衡。而转子电流增大才能保证电磁转矩增大，也就是说转 子电动势E2s必须增大，因此，转子转速随着负载的增大而下降。 为了保证电动机负载时有较高的效率，转子铜耗不能太大， 因此 负载时转差率限制在比较小的范围内。所以，随着负载的增大， 转速降并不大。三相异步电动机的转速特性是一条稍向下倾斜的 曲线，特性曲线较硬，如图13-1所示。
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端部漏磁通
谐波漏磁通
漏磁通仅在绕组上产生漏电动势，起电抗压降作用，不起能量传递与转换作用。
槽漏磁通
端部漏磁通
第4章 三相异步电动机
二、空载电流和空载磁动势 异步电动机空载运行时的定子电流称为空载电流。 由两部分组成 与变压器一样 , 异步电动机空载电流 I : 一是用来 0 ,另一个是用来供给铁心 的无功分量 产生主磁通 I 损耗的有 0 0r . 功分量 I 0a
路径：定子铁心－气隙－转子铁心－气隙－定子铁心
第4章 三相异步电动机
作用：同时交链定、转子绕组，在定、转子绕组中感应电动势。转子电 动势产生转子电流，与定子磁场作用产生电磁转矩，驱动转子旋转，将 电能转换成机械能输出。主磁通起能量传递与转换的媒介作用。
（2）漏磁通
槽部漏磁通
绕组电流还产生一部分漏磁通:
jI X E 1σ 0 1
第4章 三相异步电动机
二、电压平衡方程与等效电路 与变压器一样，根据基尔霍夫电压定律，可列出空载时 定子每相电压方程式：
E E I R E I R jI X E Z I U 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0
第4章 三相异步电动机
4.5三相异步电动机的空载运行
空载运行：定子接三相电源，转轴不带机械负载。此时转子电 流约为零。
4.5.1
空载运行时的电磁关系
一、主、漏磁通的分布 为了便于分析，根据磁通路径和性质不同，异步电动机的 磁通分为主磁通和漏磁通。
(1)主磁通 0
来源：定子
i u （旋转） iv F1 (旋转） 0 i w
同样也有：
E1 = - I0 (Rm + jX m ) = - I0 Zm
根据上两式，可以作出空载时 等效电路。
第4章 三相异步电动机
尽管异步电动机的电磁关系与变压器相似，但它们之间还是 有差别的：
1）主磁场性质不同：异步电动机为旋转磁场，变压器为脉动 磁场.
2)变压器E2 0, I 2 0; 异步电动机空载时 E2 0, I 2 0。
3 )由于存在气隙 , 异步电动机 I 0 %为20% ~ 30% , 而变压器 的仅为 2% ~ 10% .
4）由于存在气隙,异步电动机漏抗较变压器的大. 5)异步电动机通常采用短距和分布绕组,计算时需考虑绕组 系数,变压器则为整距集中绕组,可认为绕组系数为1.
即:
I I . I 0 0r 0a
由于I 0r I 0a , 所以I 0基本为一无功性质电流 ,即I 0 I 0r . 产生的旋转磁动势为空 三相N 1k w 1 m1 F0 0.9 I0 2 p
空载运行时, 转子转速很高, 接近同步速, 定、 转子之间相对速度几 0， I 0， F 0. 乎为零， 于是E 2 2
第4章 三相异步电动机
三、电磁关系
(三相系统 ) U 1
( 三相系统) I 0
F0 (三相合成 )
0
1
0 E 2
R I 0 1
E 1
E 1
可见，异步电动机空载时的电磁关系与变压器非常相似。 4.5.2
空载运行时的电压平衡方程
一、感应电动势
与变压器一样,主、漏磁通在定子绕组上感应的电动势 j 4.44 f N k E 1 1 1 w1 0