三相异步电动机的工作特性
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
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 cos1、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
数cos1 、电磁转矩 T 及效率 等，并画成曲线。
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。
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 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
I1 I0 I2
特点： I1 I0 I2
• 空载时，转子电流基本上为零，此时的定子电流
三相异步电动机的工作原理及特性
2.转子 转子由铁心与绕组构成。
转子铁心也是电动机磁 路旳一部分，由硅钢片叠压 而成。转子铁心装在转轴上。 硅钢片冲片如图所示。
线绕式和鼠笼式两种电动机旳转子构造虽然不同，但工作原理 是一致旳。转子旳作用是产生转子电流，即产生电磁转矩。
鼠笼式异步电动机转子绕 组是在转子铁心槽里插入铜条， 再将全部铜条两端焊在两个铜 端环上而构成，如图所示。
即1/4转，电流变化一种周期，旋转磁场在空间只转了1/2转。
由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（p=2）时，其旋转速度
仅为一对磁极时旳二分之一。依次类推，当有p对磁极时，其转速
为：
n0
60 f p
所以，旋转磁场旳旋转速度与电流旳频率成正比而与磁级对数
成反比。
4．工作原理 三相异步电动机旳工作原
理是基于定子旋转磁场和转子 电流旳相互作用。
iC=0 此时旳合成磁场如图（b） 所示，合成磁场已从t=0 瞬间
所在位置顺时针方向旋转了
/3。
3t T 3时
iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到X端。
iB=0 iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到C端；
此时旳合成磁场如图 （c）所示，合成磁场已从 t=0 瞬间所在位置顺时针方
第一章 机电传动断续控制
学习任务
1.1 三相异步电机
• 了解三相异步电动机旳基本构造及工作原理；
• 掌握三相异步电动机旳转矩特征和机械特征；
• 掌握三相异步电动机旳连接措施和额定参数；
• 掌握三相异步电动机开启、调速和制动等多种特征；
• 掌握实现三相异步电动机开启、调速和制动旳多种措施及
它们旳使用场合。
向旋转了2 /3。
三相异步电动机的工作特性(精)
概念：指在额定电压和额定频率下，电动机的转
速 n 、输出转矩 M 2、定子电流 I1 、功率因数 cos2 及效率 等物理量随输出功率 P2 变化的关系曲线。
图6-11 异步电动机的工作特性曲线
一、转速特性 n f (P 2)
P2 0 时, M M 0 , n n1 。
P2
M2
n
E2
I2
I 0 I1 I 2
I1
四、功39; r1 s r2' 2 )2 (r1 ) ( x1 x20 s
cos1
曲线基本是上升
P2 0
I1 I 0 ，基本是无功性质的, cos1 0.2 。
P2
M2
可变损耗 不变损耗
曲线是先上升后下降的曲线
P2 0
0 。
当可变损耗 不变变损耗，即 约(0.75~ 1.1)P N时
P2
max
P2
可变变损
PN
(0.75~ 1.1)P N
结论：异步电动机的功率因数和效率都是在额定
负载附近达到最大值。因此，选用电动机时，应使电
动机容量与负载容量相匹配。 ▲电动机容量选择过大，电机长期处于轻载运行，
投资费用高，且功率因数和效率都低，运行不经济。
▲若电动机容量选择过小，将使电动机过载而造成
发热，影响其寿命，甚至损坏。
P2
M2
n
曲线是一条微微向下倾斜的曲线
二、转矩特性 M 2 f ( P2 )
P2 P2 M2 2n 60
曲线在正常范围运行时是一条 稍微上翘的 直线 P2 0 时, M 2 0
P2
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。
第22讲 三相异步电动机的功率和电磁转矩
。定
I1 I 0 子电流特性曲线如图。
三相异步电动机的工作特性
三、功率因数特性 cos1 f (P2 )
异步电动机运行时需要从电网吸收 无功电流进行励磁，所以I1电流总是滞后 电源电压U1，功率因数 cos1 1 。空载时 ，定子电流为I0，基本为励磁电流，此时 功率因数为 cos1 0.1--0.2 左右。当负载 P2增大时，励磁电流I0保持不变，有功 电流随着P2的增大而增大，使 cos1 增大，接近额定负载时，功 cos1 0.76 0.9 左右。如超过额定功率后负载进一步 率因数最高， 增大，转速下降速度加快，s上升较快，使 R/s 下降较快，转 子电流有功分量所占比例下降，使定子电流有功分量比例也下 降，从而使 cos1反而减小，曲线如图。
T f (P2 ) 也为一直线。电磁转矩特性曲线如图。
R/s2
三相异步电动机的工作特性
五、效率特性 f (P2 )
根据效率公式，有
p P2 P1 p 1 P1 P1 P2 p
当P2变化时，效率η的变化取决于损耗 p的变化。而 损耗:
p p
Cu1
pCu1 pFe pCu2
pm+ps P2
P1
PM
Pm
异步电动机功率平衡流程图
二、三相异步电动机的转矩关系
异步电动机传输给转轴的总机械功率Pm就是电磁转矩T与 转轴机械角速度Ω的乘积，即
Pm T T
同时还可以表示为： T Pm Pm
Pm
2 n 60
Pm PM 2 n1 1 (1 s ) 60
2 ) P1k 3 I1k ( R1 R2
从而可求得：短路阻抗：
三相异步电动机的工作特性
与变压器类似，定子电动势E2为：
E2 4.44 f2 N2 K2
在n＝0，即s＝1时，启动瞬间的转子电动势为： E20 4.44 f1N2 K2
则
E2 sE20
由上式可知，转子电动势E2也与转差率s有关。
特 性三
相
异
步
电
动
机
的 工
电 磁
作转
矩
1.1
1 定子、转子电路的物理量
（4）转子感抗
X
2 2
sE20 R22 (sX 20 )2
特 性三
相
异
步
电
动
机
的 工
电 磁
作转
矩
1.1
1 定子、转子电路的物理量
由上式可知，转子电流I2也与转差率s有关， 其变化规律如右图所示。
第6页
（6）转子功率因数
转子电路为感性电路，转子电流
I2总是比转子电动势E2滞后 2角度，
所以，转子功率因数为：
cos2
在bc段，假设原来暂稳在一个转速上，当负载突然增大时，转速就会下降。 随着转速的下降，电动机的转矩也减小，转速会进一步下降，最后变为零。因 此，在bc段电动机无法稳定运行。
特 性三
相
异
步
电
动
机
的 工
机 械
作特
性
1.2
第 15 页
例6-2
有一三相异步电动机，三角形连接，额定功率为30kW，额定 转速为1450r/min，过载系数为2.2。试求：（1）额定转矩、额定转 差率和最大转矩；（2）当电源电压下降到0.9U时，其输出的最大 转矩为多少？
（2）转子频率
因旋转磁场和转子间的相对转速为 n0－n，所以转子频率为f2：
三相异步电动机的介绍
三相异步电动机的介绍一、工作原理三相异步电动机是一种利用三相交流电产生旋转磁场的电动机。
当三相交流电通过电动机的三相定子绕组时，会产生旋转磁场。
在旋转磁场的作用下，电动机的转子会产生感应电流，该电流在旋转磁场的作用下会产生一个旋转力矩，从而使电动机的转子转动。
二、结构特点三相异步电动机主要由定子、转子和气隙三部分组成。
定子由铁芯和绕组组成，绕组是电动机中的电流通道，铁芯则是磁路通道。
转子由铁芯和转子绕组组成，转子绕组中通入电流时会产生转矩。
气隙是定子和转子之间的间隙，它是电动机磁路的一部分。
三、运行特性1.转速特性：三相异步电动机的转速与电源频率、电机极数、电机转差率等因素有关。
在额定电压和额定频率下，电动机的转速接近于同步转速。
2.转矩特性：电动机的转矩与电源电压、电流、电机极数等因素有关。
在额定电压和额定频率下，电动机的额定转矩约为最大转矩的50%-60%。
3.效率特性：电动机的效率与负载大小、电机极数、电机转差率等因素有关。
在额定负载下，电动机的效率最高。
四、启动与调速1.启动：三相异步电动机的启动方式主要有直接启动和降压启动两种。
直接启动适用于小容量电动机，降压启动适用于大容量电动机。
2.调速：三相异步电动机的调速方式主要有变极调速、变频调速和变转差率调速等。
变极调速是通过改变电机极数来实现调速，变频调速是通过改变电源频率来实现调速，变转差率调速是通过改变电机转差率来实现调速。
五、常见故障与维护1.常见故障：三相异步电动机的常见故障包括绕组短路、绕组断路、轴承损坏等。
2.维护：定期检查电机绝缘情况，定期清理电机内部灰尘，定期更换轴承润滑脂等。
六、选型与应用1.选型：根据实际需求选择合适的三相异步电动机型号，需要考虑负载大小、电源电压、电源频率等因素。
2.应用：三相异步电动机广泛应用于各种工业设备、家用电器等领域。
例如，在电梯、空调等设备中需要使用到三相异步电动机来驱动设备运行。
七、保护装置为了确保三相异步电动机的正常运行和延长使用寿命，需要安装相应的保护装置。
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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三相异步电动机的工作特性三相异步电动机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业、农业、交通运输等领域。
其工作特性主要包括以下几个方面：
1.转速特性
三相异步电动机的转速与电源频率、电机极数、转差率等因素有关。
在额定负载范围内，电机转速与电源频率成正比，极数越多转速越低。
此外，转差率的变化也会影响电机的转速。
一般来说，电机的转差率在0.01-0.05之间。
2.转矩特性
三相异步电动机的转矩与电源电压、电流、磁通量等因素有关。
在额定电压和电流下，电机的转矩与磁通量成正比。
随着负载的增加，电流也会增加，进而导致转矩增大。
但是，当负载超过额定负载时，电机会过载，电流和转矩会超出额定范围，导致电机受损。
3.功率因数特性
三相异步电动机的功率因数与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的功率因数较低；随着负载的增加，功率因数也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的功率因数达到最大值；当负载继续增加时，功率因数会逐渐降低。
4.效率特性
三相异步电动机的效率与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的效率较低；随着负载的增加，效率也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的效率达到最大值；当负载继续增加时，效率会逐渐降低。
5.温升特性
三相异步电动机的温升与负载性质、环境温度、散热条件等因素有关。
在额定负载范围内，电机的温升与工作时间成正比；超过额定负载时，电机的温升会急剧
上升，导致电机受损。
因此，使用时要注意控制负载和工作时间，保证电机在安全范围内运行。
6.启动特性
三相异步电动机的启动方式有多种，如直接启动、降压启动等。
直接启动时，启动电流较大，会对电网造成一定冲击；降压启动时，启动电流较小，可以减少对电网的冲击。
但是，降压启动时需要使用启动设备或其他辅助设备，增加了使用成本和维护工作量。
7.调速特性
三相异步电动机的调速可以通过改变电源频率、电压等方法来实现。
但是，这些方法都存在一定的局限性，如变频调速虽然可以方便地实现调速，但成本较高且对电网有一定的影响。
因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的调速方法。
总之，三相异步电动机的工作特性受到多种因素的影响，包括电源参数、负载性质、环境条件等。
在使用时需要根据实际情况选择合适的运行方式和控制方法，以保证电机的安全稳定运行并提高其使用寿命和经济效益。