异步电机特性分析

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三相异步电机空载试验原理

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。

三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性

三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性

三相绕线式异步电动机各种运行状态下的机械特性原理简述机械特性是指其转速与转矩间的关系,一般表示为。

由于三相异步电动机的机械特性呈非线性关系,所以函数表达式以转速为自变量,转矩为因变量,写为更为方便。

又因转差率s也可以用来表征转速,而且用s表示的机械特性表达式更为简洁,所以对三相异步电动机一般用来表示机械特性,同时将作为横坐标,这样和原的图形是一致的。

一、三相异步电动机机械特性的表达式三相异步电动机机械特性的表达式一般有三种:1.物理表达式其中为异步电机的转矩常数;为每极磁通;为转子电流的折算值;为转子回路的功率因数。

2.参数表达式其中。

3.实用表达式其中为最大转矩,为发生最大转矩时的转差率。

三种表达式其应用场合各有不同,一般物理表达式适用于定性分析与及间的关系,参数表达式可以分析各参数变化对电动机运行性能的影响,而实用表达式最适合用于进行机械特性的工程计算。

二、三相异步电动机的机械特性1.固有机械特性固有机械特性是指异步电动机在额定电压、额定频率下,电动机按规定方法接线,定子及转子回路中不外接电阻(电抗或电容)时所获得的机械特性,如图15-1所示。

图15-1 三相异步电动机的固有机械特性下面对机械特性上反映其特点的几个特殊点进行分析:(1)起动点:其特点是:,,起动电流;(2)额定运行点:其特点是:,,;(3)同步速点:其特点是:,,,,点是电动状态与回馈制动的转折点;(4)最大转矩点:电动状态最大转矩点,其特点是:,;回馈制动最大转矩点,其特点是:,;由公式可以看出,。

2.人为机械特性由三相异步电动机机械特性的参数表达式可见,异步电动机的电磁转矩在某一转速下的数值,是由电源电压、频率、极对数及定转子电路的电阻、电抗、、、决定的。

因此人为的改变这些参数,就可得到不同的人为机械特性。

现介绍改变某些参数时人为机械特性的变化:(1)降低电压不变,不变,因为,,,所以降低电压时,、、均减小,其人为机械特性见图15-2。

三相异步电动机的工作特性及测取方法

三相异步电动机的工作特性及测取方法

三相异步电动机的⼯作特性及测取⽅法三相异步电动机的⼯作特性及测取⽅法*转速特性*定⼦电流特性*功率因数特性*电磁转矩特性*效率特性异步电动机的⼯作特性在额定电压和额定频率运⾏的情况下,* 电动机的转速n、* 定⼦电流I1、* 功率因数cosΦ1、* 电磁转矩Tem、* 效率η等与输出功率P2 的关系即U1 = UN,f = fn 时的⼀.⼯作特性的分析(⼀) 转速特性输出功率变化时转速变化的曲线n = f (P2)转差率s、转⼦铜耗Pcu2 和电磁功率Pem 的关系式负载增⼤时,必使转速略有下降,转⼦电势E2s 增⼤,所以转⼦电流I2增⼤,以产⽣更⼤⼀点的电磁转矩和负载转矩平衡因此随着输出功率P2的增⼤,转差率s 也增⼤,则转速稍有下降,所以异步电动机的转速特性为⼀条稍向下倾斜的曲线(⼆)定⼦电流特性定⼦电流的变化曲线I1= f (P2)定⼦电流⼏乎随P2按正⽐例增加(三)功率因数特性定⼦功率因数的变化曲线cosΦ1 = f(P2)(1)空载时定⼦电流I1主要⽤于⽆功励磁,所以功率因数很低,约为0.1~ 0.2(2)负载增加时转⼦电流的有功分量增加,使功率因数提⾼,(3)接近额定负载时功率因数达到最⼤(4)负载超过额定值时s 值就会变得较⼤,使转⼦电流中得⽆功分量增加,因⽽使电动机定⼦功率因数⼜重新下降了(四)电磁转矩特性电磁转矩特性Tem = f (P2) 接近于⼀条斜率为1/Ω的直线(五)效率特性异步电动机的效率为当可变损耗等于不变损耗时,异步电动机的效率达到最⼤值中⼩型异步电机的最⼤效率出现在⼤约为3/4的额定负载时异步电动机的⼯作特性可⽤直接负载法求取,也可利⽤等效电路进⾏计算*空载试验*励磁参数与铁耗及机械损耗的确定通过空载试验可以测定异步电动机的励磁参数,异步电动机的励磁参数决定于电机主磁路的饱和程度,所以是⼀种⾮线性参数;通过短路试验可以测定异步电动机的短路参数异步电动机的短路参数基本上与电机的饱和程度⽆关,是⼀种线性参数⼀.空载试验与励磁参数的确定(⼀) 空载试验1.异步电动机空载运⾏指在额定电压和额定频率下,轴上不带任何负载的运⾏状态2.空载试验电路图5.7.1异步电动机空载试验电路3.空载试验的过程定⼦绕组上施加频率为额定值的对称三相电压,从(1.10 ~ 1.30) 倍额定电压值开始调节电源电压,逐渐降低到可能使转速发⽣明显变化的最低电压值为⽌每次记录端电压、空载电流、空载功率和转速,根据记录数据,绘制电动机的空载特性曲线图5.7.2空载特性曲线(⼆) 励磁参数与铁耗及机械损耗的确定从空载特性可确定计算⼯作特性所需等值电路中的励磁参数、铁耗和机械损耗1.机械损耗和铁耗的分离空载试验时输⼊电动机的损耗有:定⼦铜耗、铁耗和机械损耗其中定⼦铜耗和铁耗与电压⼤⼩有关,⽽机械损耗仅与转速有关上式改写为由于可认为铁耗与磁密平⽅成正⽐,因⽽铁耗与端电压平⽅成正⽐,绘制曲线p Fe + p mec = f (U1)2图5.7.3 机械损耗与铁耗的分离作曲线延长线相交于直轴于0ˊ点,过0ˊ作⼀⽔平虚线将曲线的纵坐标分为两部分,由于空载状态下电动机的转速n 接近n0 ,可以认为机械损耗是恒值所以虚线下部纵坐标表⽰与电压⼤⼩⽆关的机械损耗,虚线上部纵坐标表⽰对应于某个电压U1 的铁耗2.励磁参数的确定(1)空载试验时的等效电路图5.7.4 空载试验等效电路(2)励磁参数计算公式⼆. 短路试验与短路参数的确定(⼀) 短路试验对异步电动机⽽⾔,短路是指T 形等效电路中的附加电阻(1-s)r2'/s = 0 的状态,即电动机在外施电压下处于静⽌的状态1.短路试验电路图5.7.5 异步电动机短路试验电路2.短路试验的过程短路试验在电动机堵转降低电源电压情况下进⾏,⼀般从U1 = 0.4 UN 开始,然后逐步降低电压,测量5~7个点,每次记录端电压、定⼦短路电流和短路功率,并测量定⼦绕组的电阻。

三相异步电机的转矩特性与机械特性

三相异步电机的转矩特性与机械特性

三相异步电机的转矩特性与机械特性1.电磁转矩(简称转矩)异步电动机的转矩T 是由旋转磁场的每极磁通Φ与转子电流I 2相互作用而产生的。

电磁转矩的大小与转子绕组中的电流I 及旋转磁场的强弱有关。

经理论证明,它们的关系是:22cos T T K I ϕ=Φ (5-4)其中 T 为电磁转矩 K T 为与电机结构有关的常数Φ为旋转磁场每个极的磁通量 I 2为转子绕组电流的有效值ϕ2为转子电流滞后于转子电势的相位角 若考虑电源电压及电机的一些参数与电磁转矩的关系,(5-4)修正为: 22122220()T sR U T K R sX '=+ (5-5)其中 T K '为常数 U 1为定子绕组的相电压S 为转差率 R 2为转子每相绕组的电阻 X 20为转子静止时每相绕组的感抗由上式可知,转矩T 还与定子每相电压U 1的平方成比例,所以当电源电压有所变动时,对转矩的影响很大。

此外,转矩T 还受转子电阻R 2的影响。

图4-15为异步电动机的转矩特性曲线。

2.机械特性曲线图 5-5 三相异步电动机的机械特性曲线 在一定的电源电压U 1和转子电阻R 2下,电动机的转矩T 与转差率n 之间的n n m (a) T =f (s )曲线关系曲线T=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(T),称为电动机的机械特性曲线,它可根据式(5-4)得出,如图5-5所示。

在机械特性曲线上我们要讨论三个转矩:1).额定转矩T N额定转矩T N 是异步电动机带额定负载时,转轴上的输出转矩。

29550N P T n =(5-6) 式中P 2是电动机轴上输出的机械功率,其单位是瓦特,n 的单位是转/分,T N 的单位是牛·米。

当忽略电动机本身机械摩擦转矩T 0时,阻转矩近似为负载转矩T L ,电动机作等速旋转时,电磁转矩T 必与阻转矩T L 相等,即T = T L 。

额定负载时,则有T N = T L 。

2).最大转矩T mT m 又称为临界转矩,是电动机可能产生的最大电磁转矩。

异步电机有三种运行状态

异步电机有三种运行状态

异步电机有三种运行状态,可运行在发电机状态、电动机状态和电磁制动状态。

当转差率在S<0时,异步电机处于发电机状态;当转差率0<S1时,处于电磁制动状态。

也就是说,当异步电机转子的转速高于同步转速,此时转子的转向与定子旋转磁场的转向相同,处于发电机状态;当转子转向与旋转磁场同方向且转速低于同步转速,处于电动机状态;当转子转向与旋转磁场方向相反,处于电磁制动状态。

根据这一原理,只要用原动机把转子按旋转磁场的方向拖动,加速到超过同步转速,就可使异步电机成为发电机了。

1 异步电机发电的特点由于使用异步电机发电在并网与调速两个主要方面有其独有的特点,因此近年来被风力发电领域所广泛使用。

1.1并网方面不需要同期设备,只需象投电动机那样合闸就行。

电机的容量较大,可用软启动或变频启动等方式。

1.2调速方面异步电机运转时,不象同步电机那样,转速与频率有着严格的对应关系。

异步电机的转速与频率没有严格的对应关系,理论上异步发电机的转差率在-∞<S<0范围内都是发电运行状态。

因此特别适合原动机不好控制的情况。

< P>1.3短路方面从异步发电机负荷特性曲线可知,异步发电机的负荷电流增加到临界值时,发电机电压急剧下降,直至崩溃。

异步发电机三相短路时情况和此相似。

所以当异步发电机发生三相短路时,电压将急剧下降,直至电压崩溃,不会有很大的短路电流。

当发电机发生不对称短路,如单相短路,此时该相绕组相当于一个短路绕组,它将产生去磁效应,最终使电压崩溃。

从以上分析可见,异步发电机无需装设任何形式的短路保护。

2 异步发电机的运行方式和其它发电方式一样,异步机在发电时也有两种运行方式,独立运行与并网运行。

2.1异步发电机独立运行异步发电机独立运行时,由于电机的铁芯中通常会有一些剩磁存在,当电机转子被原动机拖动时,与定子绕组的磁场相互作用,导体中就有感应电流。

载流导体在磁场中运动,又在定子绕组中产生感应电动势。

第六章 三相异步电机的建模与特性分析

第六章 三相异步电机的建模与特性分析

⎩结论:随着时间的推移,定子三相绕组所产生的合成磁场是大小不变、转速恒定的旋转磁场。

当某相电流达旋转磁场切割闭合导体产生电流带电导体切割磁力线产生力,即(1)电动机运行状态在这种状态下,转速:,相应的转差率:此时,电磁转矩为驱动性的。

10n n <≤0≤<s(2)发电机运行状态在这种状态下,由原动机拖动异步电机运行,转速为:,相应的转差率为:。

此时,电磁转矩为制动性的。

1n n >0<s(3)电磁制动状态在这种状态下,如果在外力拖动下,转子转速,相应的转差率。

此时,电磁转矩为制动性的。

电机内部损耗转子轴上输入机械能定子输入电能⇒+0<n 1>s定子绕组:单层、双层(6.3节展开讲)与直流电机相比,异步电机的气隙较小。

中小型异步交流绕组的槽电势星形( ,241=Z 2(1)单个整距线圈所产生的磁势单个整距线圈所产生的磁势和前边直流电机中一样是矩形的,注意到是小写的,说明是瞬时值,也就是说上图是某瞬间的磁势。

,磁势t I i c c ωcos 2=c i tI N i N cy c y ωcos 2212/=(2)单个短距线圈所产生的磁势=个分布线圈磁势矢量的个分布线圈磁势矢量的分布系数q q空间、时间函数,即脉振磁势值变化)A−A+三相合成时,反向的,标量相加抵消; 正向的,标量相加叠加为3/2倍交流电机的磁场ναννδsin 1∑∞==m B b ατπδsin sin 111m m B x B b ==既然有个旋转磁场,干脆以一个以旋转永气隙基波磁密一个线圈的两个边,感应电势大小相等、相位相180°,且每个线圈由匝组成,整距线圈所感应的y Nτy =1y<τ1一个线圈的两个边,相位相不再差180°,而是β=感应电势大小则不再相等,则短距线圈所感应的基波电势为:=个分布线圈感应电动势个分布线圈感应电动势分布系数q q 一个线圈组所感应电势的有效值为:。

第二节 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性

第二节 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性

第二节三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机转轴上产生的电磁转矩是决定电动机输出的机械功率大小的一个重要因素,也是电动机的一个重要的性能指标。

一、三相异步电动机的转矩特性1、电磁转矩的物理表达式三相异步电动机的工作原理告诉我们,电磁转矩是旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生的,设旋转磁场每极的磁通量用Φ表示,它等于气隙中磁感应强度平均值与每极面积的乘积。

Φ表示了旋转磁场的强度。

设转子电流用I2表示。

根据电磁力定律,电磁转矩T em应与Φ成正比、与I2也成正比,即T em∝Φ·I2。

此外转子绕组是一个感性电路,转子电流I2滞后于感应电动势E2,它们之间的相位差角是。

考虑到电动机的电磁转矩对外做机械功,与有功功率相对应。

因此电磁转矩T em还与转子电路的功率因数cos有关,即与转子电流的有功分量I2cos(与E2同相位的电流分量)成正比。

总结以上分析,可列出异步电动机的电磁转矩方程式中KT是一个与电动机本身结构有关的系数。

该公式是分析异步电动机转矩特性的重要依据。

2、转矩特性电磁转矩与转差率之间的关系T em=(S)称为电动机的转矩特性。

可以推得式中KT’、转子电阻R2、转子不动时的感抗X20都是常数,且X20远大于R2。

由于上式用电机定、转子绕组中的电阻、电抗等参数反映电磁转矩T em和转差率S之间的关系,所以上式又称之为电磁转矩的参数表达式。

由转矩的表达式(4-5)可知,转差率一定时,电磁转矩与外加电压的平方成正比,即T em∝U12。

因此,电源电压有效值的微小变动,将会引起转矩的很大变化。

当电源电压U1为定值时,电磁转矩T em是转差率S的单值函数。

图4-13画出了异步电动机的转矩特性曲线。

二、三相异步电动机的机械特性当电源电压U1和转子电路参数为定值时,转速n和电磁转矩T的关系n=f(T)称为三相异步电动机的机械特性。

机械特性曲线可直接从转矩特性曲线变换获得。

将图4-15中的转矩特性曲线顺时针转动90°,并将s换成n就可以得到三相异步电动机的机械特性曲线,如图4-16所示。

三相异步电动机的工作特性和参数测定

三相异步电动机的工作特性和参数测定

三相异步电动机的工作特性和参数测定原理简述一、基本方程式和等效电路异步电机定子绕组所产生的旋转磁场,以转差速度切割转子导体,在转子导体中感应电势,产生电流,转子导体中的电流与定子旋转磁场相互作用而产生电磁转矩,使转子旋转。

当转子的转速与定子旋转磁场的转速相等时,定、转子之间没有相对切割,转子中就没有电流,也就不能产生转矩。

因此转子的转速一定要异于磁场的转速,故称异步电机。

由于异步而产生的转矩称为异步转矩。

当时,为电动机运行;时为发电机运行;当即转子逆着磁场方向旋转时,它是制动运行。

异步电机绝大多数都是作为电动机运行。

其转矩和转速(转差率)曲线,如图8-1所示。

由《电机学》中可知,将转子边的量经过频率折算和绕组折算,可得到异步电机的基本方程式为:式中转差率是异步电机的重要运行参数,为折算到定子一边的转子参数,也就是从定子上测得转子方面的数值。

由方程式可以画出相应的等效电路,如图8-2所示。

当异步电动机空载时,,。

附加电阻。

图8-2中转子回路相当开路;当异步电动机堵转时,,,附加电阻,图8-2转子回路相当短路,这就和变压器完全相同。

因此异步电机也可以通过空载实验和堵转(短路)实验来求出异步电机的等效电路中的各参数。

二、空载实验由空载实验可以求得励磁参数,以及铁耗和机械损耗。

实验是在转子轴上不带任何机械负载,转速,电源频率的情况下进行的。

用调压器改变试验电压大小,使定子端电压从逐步下降到左右,每次记录电动机的端电压、空载电流和空载功率,即可得到异步电动机的空载特性,如图8-3所示。

图 8-3 空载特性 图 8-4 铁耗和机械耗分离空载时,电动机的输入功率全部消耗在定子铜耗、铁耗和转子的机械损耗上。

所以从空载功率中减去定子铜耗,即得铁耗和机械耗之和,即式中为定子绕组每相电阻值,可直接用双臂电桥测得。

机械损耗仅与转速有关而与端电压无关,因此在转速变化不大时,可以认为是常数。

铁耗在低电压时可近似认为与磁通密度的平方成正比。

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异步电机特性分析:
先看看异步电机的机械特性:
1)异步电机启动转矩一般是额定转矩的0.8~13倍;
2)异步电机最大转矩一般是额定转矩的1.8~2.6倍;
3)异步电机的机械特性分为两段,零速到临界转速为非稳定区,临界转速到同步转速之间为稳定区;
4)异步电机启动过程就是由非稳定区进入稳定区的过程,也就是说转速大于临界转速,电机边进入稳定区;
5)在非稳定区,转速高转矩高,反之转矩小;
6)在稳定区,转速低转矩大,转速高转矩小,也就是说,负载重时转速降低时转矩增大,保证电机转矩能跟随负载转矩变化而变化,始终能与负载平衡;
7)异步电机的稳定区,几乎是一条竖直线(或水平线),也就是说负载转矩变化大,而速度变化很小,称为恒速电机,叫做机械硬特性;8)对于高启动转矩的异步电机,其机械特性曲线的临界转速减小,稳定区与竖直线的夹角变大,也就是是说负载转矩变化是,速度变化也比较明显,机械特性变的软一些;
2、在稳定区运行时,电机的转矩可以在0~最大转矩间变化,转子
与同步转速的转差△n在0~(同步转速- 临界转速)间变化;
3、在稳定区运行时,电机的额定转矩小,只有最大转矩的1/1.8~1/2.6,转子与同步转速的额定转差△n=0.02倍的同步转速;
4、当电机的负载超过额定负载时,叫过载运行,过载短时是允许的,长时是不允许的,所以过载保护是一种延时保护
5、从启动转矩看,异步电机的启动转矩小,稳定运行转矩区间大,
所以启动时要防止负载过载启动;
6、等电机启动后,负载才可以增大,瞬时可以接近最大转矩;
7、如果要求重载启动,可以选用绕线电机,转子串联电阻,机械特
性曲线的临界转差率为1,启动转矩就是最大转矩;
8、异步电机的启动电流大,是额定电流的4~7倍,这个启动电流对电网有冲击,对电机有损害;
9、所以,需要降低限制异步电机的启动电流,有很多传统的降压启动,就是为了减小异步电机的启动电流;
10、电机的转矩与电压的平方成正比,降压降低了启动电流,也降低了启动转矩,这是个大问题!
11、例如星三角启动,Y接启动转矩只有额定转矩的1/3(启动转矩是额定转矩的1倍时),Y接最大转矩也只有电机最大转矩的1/3,小于额定转矩。

12、所以星三角启动,只能是空载或轻载启动,否则就启动不了!异步电机变频启动分析:
1、那么异步电机的变频启动过程是怎么个过程?
1)好的变频器,能保持异步电机的机械特性曲线不变,保持工频运行时机械硬特性;
2)如图:
3)异步电机变频调速时,电机的机械特性曲线与频率为f 时对应的同步转速n1相对应,有无数条,且与工频时的稳定区形状相同;4)异步电机变频调速时,电机总是运行在频率为f 的同步转速n1对应的机械特性曲线的稳定区上,只要电机转子转速与同步转速的转差小于电机的额定临界转差△n;
5)从上图可以看出,变频器以额定转矩启动异步电机时,其启动频率f0:
启动频率f0=额定转差△n×极对数P/60秒(额定转差△n=同步转速n1 - 额定转速ne)
6)如果,额定临界转差△n×极对数P/60秒>启动频率f0>额定转差△n×极对数P/60秒,启动转矩还可以在最大转矩与额定转矩之间;7)所以异步电机变频启动时,不存在大电流的问题,真正实现了额定转矩、额定电流软启动异步电机!
8)差的变频器,低频时的机械特性曲线没有工频时好,大多是磁场弱的原因,可以通过提高电压提高电机磁场强度,使电机机械特性保持在工频时的水平上;
2、从上述分析看出,异步电机变频启动,异步电机一直在额定稳定运行状态;
3、所以变频启动异步电机,没有大电流,也没有低转矩,是真正意义上的软启动!
4、异步电机的软启动的“软”,绝不是“无力”、“力小”的意思;
5、异步电机的软启动的“软”表现为:
1)电流小,对电网没有冲击;
2)力矩大能拖得起负载;。

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