7-7三相异步电动机的工作特性及其测试方法

二、工作特性的求取
异步电动机的工作特性可以通过直接给异步电动机带负载测 得，即直接负载法；也可以利用等效电路计算而得。 直接负载试验是在电源电压为额定电压、额定频率的条件 下，给电动机的轴上带上不同的机械负载，加负载到额定值的 5/4，然后减少负载到额定值的1/4，测量不同负载下的输入功 率 P1 、定子电流 I1 、转速n，然后计算出不同负载下的功率因 数 cos 1 、电磁转矩 T 及效率 等，并画成曲线。
p10 m1I102r1 pFe pm
铁耗是随着定子的端电压变化的，与磁密的平方成正比，近似地看 成为与电动机的端电压成正比。 机械损耗与电压无关，只要转速不变，可认为是常数。这样就可以 2 U p p m 对 1 的关系曲线。 作出 Fe
2、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定 （1）机械损耗和铁耗的分离
3、功率因数特性
异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，定 子功率因数的变化曲线 cos 1 f ( P 2 ) ，称为功率因数特性。
特点：
• 异步电动机是感性阻抗，功率因数滞后， 必须从电网吸取感性的无功功率。 • 空载时， 定子电流用于无功励磁，功率因 数很低，不超过0.2 。 • 负载增加，有功分量增加，功率因数提高。 • 接近额定负载时，功率因数最大。
p P2 P2 1 P P2 p P2 pCu1 pFe pCu 2 pm ps 1
特点：
p P2 P2 1 P P2 p P2 pCu1 pFe ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ pCu 2 pm ps 1
0 。 P2 0 ， • 空载时， • 输出功率增加，效率增加。 • 在正常运行范围内因主磁通变化很小，所以铁损耗变化 不大，机械损耗变化也很小，合起来叫不变损耗。 • 定、转子铜损耗与电流平方成正比，变化很大，叫可变 损耗。 • 当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达最大。 • 中、小型异步电动机， P2 0.75PN 时，效率最高。 • 如果负载继续增大，效率反而要降低。 • 一般来说，电动机的容量越大，效率越高。
7.8 三相异步电动机参数的测定
一、空载试验与励磁参数的确定
1、空载试验： • 异步电动机空载运行：
– 是指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的 运行。
• 实验目的：
– 测励磁阻抗 rm , xm , 机械损耗 pm ，铁心损耗 pFe 。
1、空载试验： • 试验过程：
– 转轴上不加任何负载（即电动机处于空载运行），把 定子绕组接到频率为额定的三相对称电源上； – 当电源电压为额定值时，让电动机运行一段时间，使 其机械损耗达到稳定值。 – 用调压器改变加在电动机定子绕组上的电压，使其从 （1.1～1.3）UN开始，逐渐降低电压 ,直到电动机的转 速发生明显的变化为止。 – 记录电动机的端电压、空载电流、空载功率P。和转速 n，并画成曲线。
T T0 P2
特点：
T T0 P2
• 当电动机空载时，电磁转矩 T T0 。
•负载增加， P2 增大，机械角速度Ω 变化不大， 电磁转矩 T 随 P2 的变化近似地为一条直线。（不 超过额定值）
5、效率特性
异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时， 效率的变化曲线 f ( P ，称为效率特性。 2)
2 n1 n m2 I 2 r2 n pCu 2 s 1 n1 n1 PM m2 E2 I 2 cos 2
特点：
2 n1 n m2 I 2 r2 n pCu 2 s 1 n1 n1 PM m2 E2 I 2 cos 2
• 空载时，转子的转速 n 接近于同步转速 n1。 • 负载增加，转速 n 略微降低；这时转子电动势 E2 s 增大，转子电流 I 2 增大，以产生大的电磁转矩来 平衡负载转矩 。 • 随着 P2 的增加，转子转速 n下降，转差率 s 增大。 转速特性是一条稍向下倾斜的曲线。
7.8 三相异步电动机参数的测定
• 空载：
– – – – – 励磁参数； 励磁阻抗Z0，r0，x0； 决定于电动机主磁路的饱和程度； 非线性参数。 由空载试验测定。
7.8 三相异步电动机参数的测定
• 堵转：
– – – – – 堵转时的参数； 对应堵转的漏阻抗Z1，r1，x1； Z2’，r2 ’ ，x2’。 基本上与电动机的饱和程度无关； 线性参数。 由堵转试验（旧称短路试验）测定。
• 实验目的：
p1k 。 , – 测堵转时的阻抗 rk , xk , Zk 定子铜耗和转子铜耗
1、堵转试验： • 试验过程： – 为了使堵转试验时电动机的堵转电流不致过大， 降低电源电压进行； – 从U1 0.4U1N开始，逐步降低电压。 – 记录端电压、定子堵转电流和功率，并测量定 子绕组的电阻。 – 根据记录，绘制电动机的堵转特性。 – 为了避免定子绕组过热，试验应尽快进行
xk Z k 2 rk 2
rk r1 r2
xk x1 x2
另：
xk • 大、中型异步电动机： x1 x2 2
• 100kW以下的小型异步电动机：
0.67xk 2、 x2 4、 6极
0.57 xk 8、 x2 10极
谢 谢 ！
二、工作特性的求取
异步电动机在额定电压下从空载到额定负载时气隙磁场不 变，所以认为励磁阻抗是常数； 在电动机漏磁通的磁路中，存在很大气隙，一般认为都是 线性的，所以认为漏电抗也是常数。 在异步电动机等效电路中的参数，在额定电压和额定频率 下基本是不变的。 利用给定参数的等效电路，再给定机械损耗和附加损耗， 按不同的转差率，对定子电流 I1 、转速n、功率因数 cos 1 、电 磁转矩 TM 及效率 等可进行计算，每次取不同的转差率，一直 算到输出功率达到或略超过额定值为止。 将计算结果列出表格，然后可画出工作特性曲线。
U1

xm
Im 0 ，铁耗可忽略不计。
I1 I1k I2
输出功率和机械损耗为零，全部输入功率都变成定子铜耗 与转子铜耗。
2 p1k m I r m1I 2 r2 p1k U1 rk Zk 2 m I I1k 1 1k 2 1 1 1
p1k m1I1k 2 (r1 r2) m1I1k 2rk
2 P 3 I 10 10 r 1
O O
pFe
pm
U 12
虚线与横坐标轴之间的部分来表示这个损耗， 其余部分就是铁损耗了。
一、空载试验与励磁参数的确定
2、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定 （1）励磁参数的确定 空载时，转差率 s 0 ，则T型等效电路中的附加电阻 s 则等效电路呈开路状态。根据电路，可得励磁参数：
特点：
• 从空载到额定负载，s变化小，转子功率因数角几 乎不变。 • 负载超额定值，s会变得较大，转子功率因数角变 大，无功分量增加，定子功率因数重新下降。
2 arctgx2 s / r2
4、电磁转矩特性
异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时， 电磁转矩变化曲线 T f ( P2 ) ，称为电磁转矩特性。 稳定运行时异步电动机的转矩方程为 T T0 T2 因为输出功率 P2 T2 所以
7.7 三相异步电动机的工作特性及其 测取方法
异步电动机的工作特性: 指 U1 U N 、 f1 f N 时电动机 的转速 n、定子电流 I1、功率因数 cos 1、电磁转矩 T 、 效率η 等与输出功率P2的关系。
7.7 三相异步电动机的工作特性及其测取方法
一、工作特性的分析
1、转速特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变 化时转速变化的曲线 n f ( P 称为转速特性。 2)
r1
x1

1 s
r2 ，
I10
rm
U1 Z m Z1 Z 0 I10 x1可从短路（堵转）试验中测出。
rm pFe 2 3I10
x0 Z 0 2 r0 2
U1

xm
二、堵转试验与堵转时参数的确定
1、堵转试验： • 异步电动机堵转试验：
– 旧称短路试验，是指使异步电动机的转子堵住不转。
1、堵转试验：
I1k , p1k
I1k
p1k
O
U1
2、堵转时参数的确定
电机堵转时， n 0 ，s 1 ，T型等效电路中的附加电阻 等效电路如图：
1 s r2 0 ， s
r1
I1s

x1
rm
x2
r2
U1

xm
r 1
I1s

x1
x2
rm
I2

r2
，励磁支路开路， Zm Z2
2、定子电流特性
异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时定 子电流的变化曲线 I1 f ( P2 )，称为定子电流特性。
I1 I 0 I 2
特点：
I1 I 0 I 2
• 空载时，转子电流基本上为零，此时的定子电流 就是励磁电流 I 0 ； • 负载增加，转速降低，转子电流增大，定子电流 也增大，抵消转子电流产生的磁动势，以保持磁 动势的平衡。 • 定子电流几乎随 P2 按正比例增加。
1、空载试验
I10 , P10
P10 f (U1 )
I10 f (U1 )
O
U1
2、励磁参数与铁耗及机械损耗的确定
（1）机械损耗和铁耗的分离 空载时，转子电流小，转子里铜耗忽略不计。
空载功率全部消耗在定子铜耗、铁耗、机械损耗中，
即：
2 p10 m1I10 r1 pFe pm
从空载功率中扣除定子铜耗以后，即得铁耗与机械损耗之和：