3异步讲义电机的空载运行
三相异步电动机的空载运行
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
空载负载
1− s r2 s
n=0
（二）绕组的折算 目的： 目的：推导等值电路 原则：定子各物理量及电机的电磁本质不发生改变。 原则：定子各物理量及电机的电磁本质不发生改变。及折算前 后的转子完全等效。 后的转子完全等效。 方法： 方法：用一个相数为 m 有效匝数为 N1Kw1 的转子代替原来相 1 的转子。 数为 m 有效匝数为N2 Kw2 的转子。 2 折算关系 1、电流的折算关系 、 原则： 原则：折算前后转子磁动势不变
异步电动机定子接额定电压、额定频率的三相对称电源， 异步电动机定子接额定电压、额定频率的三相对称电源，轴上 不带任何机械负载，转子空转的运行状态，称为空载运行。 不带任何机械负载，转子空转的运行状态，称为空载运行。
一、空载时的物理过程
n1
Y
A
n00 n
Z B
N
C X
S
定子旋转磁场以同步速度 n1切割定子绕组； 切割定子绕组； 以速度n 0切割转子绕 以速度n1 - n0 ≈0切割转子绕 组； 旋转磁场在定子绕组中产生 感应电势; 感应电势 定子漏磁场在定子绕组中产 生漏电势； 生漏电势； 定子电流在绕组中产生电阻 压降。 压降。 转子绕组中感应电势为零。 转子绕组中感应电势为零。
1）主磁通Φm ：气隙磁场中同时交链定、转子磁场的磁通 ）主磁通Φ 气隙磁场中同时交链定、 称为主磁通。 称为主磁通。 其作用是：定转子间能量传递的载体或媒介。 其作用是：定转子间能量传递的载体或媒介。 2）感应电动势E1 ）感应电动势 大小： 大小：
& & E1 = − j4.44 f1NKw1Φm
2 1
例：画出空载、负载、异步电动机起动瞬间的等值电 路。
r1
& U1 & I1
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。
异步电机的空载运行
异步电机的种类与特点
笼型异步电机
结构简单、运行可靠、 价格便宜，广泛应用于
工业领域。
绕线型异步电机
深槽型异步电机
凸极型异步电机
转子绕组可以连接电阻 或频敏变阻器，以改善 起动性能和调速性能。
具有较好的起动性能和 调速性能，适用于需要 频繁起动和制动的场合。
具有较大的转矩和较高 的效率，适用于大功率
2. 采用变频器控制
通过变频器控制电机转速，实现节能 运行。
3. 合理安排生产计划
根据生产需求合理安排电机运行时间， 避免长时间空载运行。
04
异步电机空载运行的未 来展望
新型材料的应用
总结词
新型材料的应用将为异步电机空载运行带来更高效、更可靠的运行性能。
详细描述
随着科技的发展，新型材料如碳化硅、氮化镓等在电机领域的应用越来越广泛。 这些新型材料具有更高的导电率和耐热性，能够显著提高异步电机的效率，降低 空载运行时的能耗。
异步电机的空载运行
目录
• 异步电机简介 • 异步电机的空载运行 • 异步电机空载运行中的问题与解决方案 • 异步电机空载运行的未来展望
01
异步电机简介
异步电机的定义与工作原理
异步电机定义
异步电机是一种利用电磁感应原理工作的旋转电机。
工作原理
当电机运行时，定子绕组中通入三相交流电，产生旋转磁场。转子导体在磁场 中切割磁力线，产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生电磁力，使转子 转动。
启动问题与解决方案
启动困难或失败
由于电机设计、制造或使用环 境等因素，可能导致电机启动
困难或失败。
1. 检查电机接线
确保电机接线正确，无短路或 断路。
2. 检查电源电压
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
电机及电力拖动-三相异步电动机的空载运行;负载运行
n1 - n n1
pn1 60
= sf1
转子不转时,n 0, s 1, f2 f1 . 理想空载时, n n1 , s 0, f2 0.
2. 转子绕组的感应电势 转子旋转时的感应电动势: 转子不转时的感应电动势:
E2s 4.44 f2 N2kw2 E2 4.44 f1N2kw2
二者关系为:
二是转子回路的功率不变。
I2
=
E2 s Z2s
=
E2 s R2 + jX 2s
=
sE2 R2 + jsX 2
=
R2 +
E2
jX
2
+
1
s
s
R2
结论：用一个不转的转子并且在转子绕组中串联一个电阻1
s
s
r2
,
就可以将转子频率折算为定子频率
4.6三相异步电动机的负载运行
2. 绕组折算
绕组折算就是用一个和定子
功分量I0 p.
I0 Iop Ioq.
由于 I 0 q
I
0
p
,
所以I
基本为一无功性质电流
0
, 即I 0
I0q.
2.空载电流的大小--------约为额定电流的20%~50%
与变压器相比较, 异步电动机的主磁路中有气隙存在
3.空载磁势----励磁磁势 空载运行时,转子转速很高,接近同步转速,定、 转子之间相对速度几 乎为零， 于是E2 0， I2 0， F2 0.磁场完全由空载磁势产生，空
E2s = sE2
4.6三相异步电动机的负载运行
3. 转子绕组的漏抗
转子旋时转子漏电抗:
X 2s 2 πf 2 L2
39. 什么是异步电机的空载运行？
39. 什么是异步电机的空载运行？关键信息项：1、异步电机的定义及特点：＿___________________________2、空载运行的概念及特征：＿___________________________3、空载运行时的磁场情况：＿___________________________4、空载运行时的电流和功率：＿___________________________5、影响空载运行的因素：＿___________________________1、异步电机的定义及特点11 异步电机，又称为感应电机，是一种常见的交流电机类型。
它的工作原理基于电磁感应现象。
111 异步电机具有结构简单、坚固耐用、成本相对较低等优点。
112 其运行可靠性高，维护较为方便。
113 但异步电机的调速性能相对较差，功率因数也较低。
2、空载运行的概念及特征21 异步电机的空载运行指的是电机在轴上没有机械负载的情况下运行。
211 在空载运行时，电机的转速接近同步转速。
212 此时，电机的输出功率几乎为零。
213 但电机仍需消耗一定的电能来维持磁场和克服内部的损耗。
3、空载运行时的磁场情况31 空载运行时，定子绕组中通过电流产生旋转磁场。
311 该磁场在定子铁芯中形成磁通，并在一定程度上通过气隙进入转子铁芯。
312 由于转子中没有电流，所以转子磁场相对较弱。
313 但定子磁场会在转子绕组中感应出电动势，从而产生一定的电流。
4、空载运行时的电流和功率41 空载运行时，电机的电流主要由励磁电流和定子铁芯损耗电流组成。
411 励磁电流用于建立磁场，其大小与电机的铁芯材料、气隙大小等因素有关。
412 定子铁芯损耗电流主要用于补偿铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗。
413 空载运行时，电机的功率主要包括定子铜损、铁芯损耗和机械损耗等。
5、影响空载运行的因素51 电机的制造工艺和材料质量对空载运行有重要影响。
511 例如，铁芯的材质和制造精度会影响磁阻和损耗。
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s≈0。
总结异步电动机空载运行的特点
❖空载转速接近同步转速，转差率S接近0，电流很小。 ❖空载电流（励磁电流）：大小为20%～50%倍额定电 流（因为磁路闭合要经过气隙，所以空载电流百分比比 变压器大），基本是无功电流，主要作用是建立主磁场。 ❖空载损耗：铁损耗、定子铜损耗、机械损耗等。 ❖空载转矩：驱动作用的电磁转矩与制动作用的空载阻 转矩相平衡，空载转矩较小。 ❖功率因数很低。
精品jing
3异步电机的空载运行
异步电动机的空载运行
❖ 什么是空载运行： 三相异步电动机定子绕组接到对称三相电源上， 电动机转子正常旋转且转轴上不带机械负载时 的运行状态，称为空载运行状态。
❖ 学习、练习空载运行的重要性： 空载运行是电机最简单的运行状态，是熟悉、 使用和进一步分析电机的基础。
布置任务
三相异步电动机空载运行数据
型号
；PN ；接法
；UN
；IN ；nN
。
电源电压 空载电流 空载损耗
U(V)
I0 (A)
p0 (W)
150
转速n (r/min)
cosΦ0
220
300
380
注：电动机起动后，正常运转时监视电流表指示（不能超过5A)， 不对称度小于10%。
任务二：改接线操作（不接功率表）
Thank you
原理简介
1.定子绕组通电后电机内部产生一个旋转磁场，在旋转磁场的
作用下电动机转子受力同向旋转。旋转磁场的转速又称同步转
速，大小为
n1
60 f p
2.电动机工作时转子转速n≠n1。所以称为异步电动机。
3.转差率s。 s n 1 n n1
转差率的大小表明异步的程度。
❖电动机带额定负载时，转差率sN约为0.01~0.06；空载时，
❖ 任务一：三相异步电动机的空载运行与监视。 ❖ 任务二：三相异步电动机的改线操作。
任务一：三相异步电动机的空载运行与监视
两表法测 三相功率
单相功率表的接法
任务要求
❖ 抄铭牌，根据铭牌规定的接线方法接线并合 理选择仪表（电流表选择20A)，电动机通电 空载运行，记录不同电压下的空载电流、损 耗、功率因数、转速、转向及振动、噪声、 温升等运行参数，分析电动机空载运行状态 是否正常。
（风向） 380 380 220 220
注：三角形连接用粗线
任务要求
断电后改变异步电动机的接线方法，总结不 同接线时的电动机空载运行状态。
出现的问题
1.转速超过额定转速 2.调压调速效果不明显 3.电压低时，转速低，电流大，甚至超过额定电流 4.任意对调两根电源线，电动机反转 5.不管转向如何，风向一样 6.角接比星接电流大 7.缺相