电机的负载特性与运行状态
交流电机非常状态下的运行特性
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电气教研室主任， 讲师， 现在合肥 工业大学攻读硕士学位， 究方 研
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《 机技７ 电 Ｋ》２ ０ 年 第 ４ ・ ｌ・ ０７ 期 ５
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幽９ 三相 电机椭 圆 磁场 产 生 的特 性 曲线
在 设 计控 制 电路 时一 定 要 限制 双 流供 电时 间 ， 并
加 限流 电 阻 。
５ 双 电流 供 电Ｉ ２ ｌ
在某些机床线路中， 有时需要使一个正常高 速运行 的电机能 够短时间低速运 行以实现准确 定位。 人们自然想到变频调速方案 ， 但如果这种 定位不是经常性 的， 则采用下面的双流供 电电路 也可实现高精度定位。 所谓双电流供 电就是在定
（ ）Ｙ型接 法 ａ
Ｏ
（ Ａ型接 法 ｂ）
图 １ 三相 电机双 流 供 电接 线 幽 ０
图 ８ 转 子 串 电阻 可 减轻 单 轴转 矩 效应
为了 获得 “ 电流 ” 电 ， 双 供 一般 采用定 子绕 组
同步电机的运行特性
同步发电机的运行特性同步发电机对称稳态运行时，保持转速为额定转速，端电压、电枢电流和励磁电流的变化关系。
一、空载特性1. 定义电枢绕组开路(空载)，保持转子转速为额定转速，电枢端电压U0(空载时即激磁电动势E0)随励磁电流If的变化曲线。
.2. 空载特性曲线见图6-113. 原因：交流绕组电动势公式。
4. 作用：判断同步发电机定子铁心的性能与故障。
二、短路特性1.定义：电枢绕组三相短接(短路，端电压U=0)，保持转子转速为额定转速，电枢电流I随励磁电流If的变化曲线。
2.短路特性曲线：见图6-243.原因：忽略电枢绕组的电阻Ra ，可认为短路电流为纯感性，即，则即此时，电枢反应的性质为直轴去磁的电枢反应，使气隙磁场不饱和，即。
所以，。
4.作用：配合空载特性求xd见图6-25，求xd 不饱和值，见图6-26，求xd 的饱和值，三、外特性及电压变化率1.定义保持转子转速为额定转速，且励磁电流 If 和负载功率因数cosφ不变，发电机端电压U随负载电流I的变化曲线，即U=f (I ) 。
2.外特性曲线见图6-30，负载功率因数不同，外特性曲线不同3.原因感性负载(cosφ =0.8滞后)和纯电阻负载时，外特性曲线是下降的。
这是由于电枢反应去磁作用和漏阻抗压降所引起的。
容性负载(cosφ=0.8超前)时，外特性曲线可能上升。
这是由于电枢反应助磁作用抵消漏阻抗压降使端电压下降的影响使端电压上升。
4.电压调整率调节发电机的励磁电流，使电枢电流为额定电流、功率因数为额定功率因数，端电压为额定电压，此时的励磁电流为额定励磁电流IfN。
保持励磁电流为IfN，转子转速为额定转速，卸去负载(即I=0)，此时端电压的升高的百分值即为电压调整率，用Δu表示，即Δu= 100%同步电机的电压调整率较大，汽轮发电机通常在(30~48)%，水轮发电机通常在(18~30)%;而变压器的仅有(5~8)%。
四、整特性1.定义保持转子转速为额定转速，发电机端电压为额定电压和负载功率因数cosφ不变，励磁电流If随负载电流I的变化曲线，即If = f(I)。
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。
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。
直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
3.能耗制动状态下的机械特性测量
二、实验原理（或设计方案）
他励直流电动机机械特性测定实验接线图
直流电动机的机械特性是指电机在额定电压与额定励磁电流的供给下，电动机轴上所产生的转矩M和相应的运行转速п之间的关系。机械特性是选用电动机的一个重要依据，各类电动机都因有自己的机械特性而适用于不同的场合。
3.表6-3：UN=220V IfN=85mA R2=400Ω
Ia(A)
0.96
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
n(r/min)
-1482
-1281
-1087
-927
-768
-601
Ia(A)
0.6
0.52
0.45
0.4
0.34
0.3
n(r/min)
-41
0
240
243
580
688
R2=1800Ω能耗制动状态下的机械特性
0.68
0.67
0.66
0.65
0.64
0.63
n(r/min)
-617
-609
-595
-588
-582
-573
-558
-548
6、实验结果及分析（或设计总结）
1.回馈制动，反接制动和能耗制动是什么意思？各自有什么特点？
回馈制动：回馈制动是一种是非常有效的节能方法。避免了制动时对环境及设备的破坏。
反接制动：反接制动是在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。
（3）R1调到最小，R2、R3和R4调到最大。将开关S1合向1电源端，开关s2合向2短接端。
实验4：三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性
实验4：三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性实验目的：1、了解三相异步电动机的基本结构和工作原理；2、学习三相异步电动机的电气参数计算方法；4、掌握测量三相异步电动机的机械特性的方法。
实验原理：三相异步电动机是一种广泛应用的电动机，其基本结构和工作原理如下图所示：三相异步电动机的主要部件包括：旋转部分和定子部分。
旋转部分包括转子和轴承等部分，定子部分包括绕组、铁心、端盖等部分。
在三相交流电压的作用下，定子上的三组绕组会产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子上的导体产生感应电动势，从而在转子中产生转动力矩。
由于转子中感应电动势的存在，转子的转速与旋转磁场的同步速度是有一定差距的，因此称之为异步电动机。
三相异步电动机的主要电气参数有定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、互感系数和空载电流等，这些参数与三相异步电动机的机械特性密切相关。
三相异步电动机的机械特性包括：空载特性、转矩特性和效率特性。
其中空载特性是指在无负载情况下，机械输出功率与输入电功率之比；转矩特性是指在有负载的情况下，三相异步电动机的旋转磁场力矩和负载之间的关系；效率特性是指在不同运行状态下，三相异步电动机的效率和输入电功率之间的关系。
实验内容：1、接线及仪器调整：根据图1所示连接电路，仪表的电压选择250V档，电流选择10A 档。
2、实验步骤：(1)打开柜门，启动三相异步电动机，使其无负载运行。
(2)调整滑动变阻器，依次改变定子电压，记录定子电流、转速、输入电功率和输出电功率。
(3)理论计算机械输出功率和机械效率，并与实验测量结果进行比较。
3、实验结果与分析：（1）绘制三相异步电动机空载特性曲线。
（2）比较理论计算结果与实验测量结果，分析其差异的原因。
(3)计算旋转磁场力矩和负载间的关系，并绘制转矩特性曲线。
实验注意事项：1、实验过程中，电动机的运行状态要保持稳定，否则会影响测量结果。
2、实验时需要注意安全，避免触电等意外情况的发生。
电机第十四章同步发电机的运行特性
零功率因数负载特性的分析
什么是零功率数负载特性
零功率数负载特性是指转速为同步
速度，负载电流和功率因数为常数值时， 发电机的端电压与励磁电流之间的关系 曲线。
U f (I f )
注意：零功率数负载特性与 空载特性的区别 不同的负载电流和功率因 数有它对应的零功率数负载特 性。
U 0 E0
jI x E 0 c
E0 xc IK
U 0 E0
Ik
气隙线
E0
短路特性
Ik
0
If
( Ff ) I f
E0 xc IK
如果漏电抗 xS 已知：
E0 xc IK
xa xc xs
对于凸极发电机，短路时忽略电阻压降
I K 滞后 E0 900
I I d K
0 I q
空载特性
cos 1 cos 0.8 cos 0
0
If
不同功率因数时的负载特性
负载特性是恒电流特性，其中 最有意义的是 IN = 常数、 cos 0 的
零功率因数负载特性。
（二）零功率数负载特性的测试方式
1、试验时，把同步发电机拖动到同步转速。 2、电枢绕组接到可变的三相纯电感对称负
R
E a
E E
I
U
I R jI x 短路时： E K K S
忽略 R
jI x E K S
xa
E 0
xS
R
E a
E E
I K
E 0
xa
E 0
xS
E a
jI x E K S
E a
电机性能实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过对电机性能的测试与分析，了解电机的基本工作原理、性能特点及其在实际应用中的表现。
通过实验，掌握电机测试方法，分析电机在不同工作条件下的性能变化，为电机选型、设计及维护提供依据。
二、实验内容1. 电机基本参数测量实验首先对电机的基本参数进行测量，包括额定电压、额定电流、额定功率、额定转速、额定转矩等。
通过万用表、示波器等仪器，对电机进行精确测量，确保实验数据的准确性。
2. 电机空载实验在空载条件下，测试电机转速、转矩、功率等参数，分析电机在无负载状态下的性能。
实验过程中，观察电机启动、运行、停止等过程，记录相关数据。
3. 电机负载实验在负载条件下，测试电机转速、转矩、功率等参数，分析电机在不同负载下的性能。
实验过程中，逐步增加负载，观察电机运行状态，记录相关数据。
4. 电机调速实验通过变频器对电机进行调速，测试不同转速下的电机性能，分析电机转速与功率、转矩之间的关系。
实验过程中，观察电机在不同转速下的运行状态，记录相关数据。
5. 电机制动实验测试电机在不同制动方式下的性能，包括机械制动、电磁制动等。
实验过程中，观察电机制动过程中的能量损耗，分析制动效果。
三、实验结果与分析1. 电机基本参数测量结果根据实验数据，本次测试的电机额定电压为220V，额定电流为10A，额定功率为2.2kW，额定转速为3000r/min，额定转矩为2N·m。
2. 电机空载实验结果在空载条件下，电机转速稳定在3000r/min，转矩约为0.2N·m，功率约为0.5kW。
实验结果表明，电机在空载状态下具有良好的启动性能。
3. 电机负载实验结果在负载条件下，随着负载的增加，电机转速逐渐降低，转矩和功率逐渐增大。
当负载达到额定值时，电机转速约为2400r/min，转矩约为 1.8N·m，功率约为 1.8kW。
实验结果表明，电机在额定负载下具有良好的运行性能。
4. 电机调速实验结果通过变频器对电机进行调速，实验结果表明，电机转速与功率、转矩之间存在一定的线性关系。
直流电机的的基本方程式和运行特性
+U -
电势方程: Ea U IaБайду номын сангаасa 2U
I
U
Ia
(ra
2U Ia
)
U
Ia Ra
U I f (rf r ) I f Rf
If
nT1
T T0
Ia Ea
式中: Ra －电枢电阻
Rf Φ
Rf rf r －励磁回路总电阻
rf －励磁绕组电阻
rΩ
并励发电机
r －励磁绕组调节电阻 注：发电机中必有 Ea>U
① 负载特性 n＝常数、I＝常数时，U=f(If)的关系。其中，当I＝0 时的特性U0=f(If)称为发电机的空载特性
② 外特性
n＝常数、If＝常数（并励时Rf＝常数）时，U=f(I) 的关系
③调节特性 n＝常数、U＝常数时，If=f(I)的关系
19.2.1 它励直流发电机的空载特性 + U
-
定义：n=常数，I=0时，U0=f(If)的关系
P2
其中 p pm pFe pad pCuf pCua
注：额定负载时，直流发电机的效率与容量有关。10kW以下的 小电机，效率为75％～88.5％；10～100kW的电机，效率为85 ％～90％；100～1000kW的电机效率为88％～93％
例 一台四极并励直流发电机的额定数据为：PN=6kW, UN=230V,
nN=1450r/min,电枢回路电阻ra=0.92Ω,励磁回路的电阻 Rf=177Ω,2ΔU=2V，损耗pFe＋pm＝295W。试求额定负载下的 电磁功率、电磁转矩及效率（杂散损耗取输出功率的1％）。
解：额定电流
IN
PN UN
第十二章+同步电机的基本理论和运行特性
定子
转子
转子磁极铁芯
B C
定子铁芯 定子绕组 电刷 S N
C B
转子励磁绕组
集电环 （滑环）
A
N
S
+
A
气隙
09级学习部资料
09级学习部资料
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1、定子
（同一般的交流电机相似；尺寸大，常采用拼装）
组成：铁芯、绕组、机座及其他部件 0.35～0.5mm硅钢片，叠压
定子铁心
由扇型片拼成，省材，便于运输
4 空间矢量相对于转子而言是静止的，由于转子以同 步速旋转，所以空间矢量相对于气隙而言就是以同 步速旋转的。
09级学习部资料
四、空载电动势相量
气隙磁场由转子磁极建立
磁通：主磁通和漏磁通 主磁路：气隙、电枢齿、电枢轭、磁极极身、转子轭
E0 A E00 E0 B E0 120 E0C E0120
同轴连接 电压输出
交流主励磁机100Hz
旋转电枢绕组
主发电机
自动电压调节器
交流副励磁机500Hz
09级学习部资料
图12-12 旋转整流励磁系统
§12.3 同步电机的空载运行
空载的定义 If=IfN，n=nN 定子绕组开路的状态 空载电动势E0
沿气 隙 分布
空载电动势E0随时间变
化规律与转子磁场沿空 间分布规律相同。
60 f n n1 p
当f=50Hz时，p=1、2、3、4、5… 则： n=n1=3000、1500、1000、750、600…
2、主要用途 ①主要作发电机 ②电动机（无需调速、低速大功率机械、改善功率因数） ③补偿机（空转的同步电动机，向电网输送无功功率）
一、同步电机的基本工作原理
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电机的负载特性与运行状态电机是现代生产和生活中不可或缺的设备之一，它在各个领域扮演着重要角色。
了解电机的负载特性和运行状态对于正确选择、使用和维护电机至关重要。
本文将从电机负载特性的初步概念开始，探讨电机负载特性与运行状态的关系，并提供相关实例和建议。
1. 电机负载特性的初步概念
电机负载特性是指在不同负载情况下，电机输出功率、效率和转速等参数的变化规律。
负载是指电机输出的力、扭矩或机械功率，可以是恒定的负载、变速负载或周期性负载。
电机负载特性可通过负载曲线来表示，它描述了电机在不同负载条件下的性能表现。
2. 电机负载特性与运行状态的关系
电机的负载特性与其运行状态密切相关，负载大小和工作环境会对电机的运行状态产生影响。
以下几个方面是要考虑的：
2.1 转速与负载之间的关系
在电机负载特性曲线上，转速与负载之间呈现出反比关系。
随着负载的增加，电机的转速会下降，因为电机需要输出更大的力或扭矩来克服负载。
在某些应用中，如风扇和泵类设备，运行时必须控制电机的转速以适应负载变化。
2.2 功率输出与负载之间的关系
电机的功率输出与负载之间呈现出正比关系。
随着负载的增加，电
机所输出的功率也会相应增加。
然而，过大的负载可能会导致电机超
负荷运行，损坏电机或导致效率降低。
适当选择电机与负载匹配，是
确保电机正常运行的关键。
2.3 效率与负载之间的关系
电机的效率是指电能转换为有用功率的比例，与负载大小密切相关。
一般情况下，电机在额定负载下的效率最高，而在轻载或超载情况下，效率会下降。
合理安排负载可以提高电机的效率，降低能源消耗。
3. 实例和建议
通过对电机负载特性与运行状态关系的了解，我们可以更好地选择、使用和维护电机。
以下是一些实例和建议：
3.1 选择合适的电机
在购买电机时，要根据实际负载需求选择合适的电机类型和规格。
考虑负载的性质、工作环境和周期性变化等因素，以确保电机能够稳
定运行并具备足够的动力输出。
3.2 定期维护电机
定期维护电机可延长其使用寿命并保持其良好的运行状态。
维护包
括清洁、润滑和检查电机零部件的磨损程度。
定期维护可以预防潜在
故障，并提高电机的效率和可靠性。
3.3 调整电机负载
根据实际需要，适当调整电机的负载可以提高其效率并减少电能浪费。
避免过大或过小的负载，保持电机在额定负载附近运行，是提高电机性能的关键。
总结：
电机的负载特性与运行状态密切相关，合理了解和应用电机的负载特性可以提高其运行效率和可靠性。
通过选择合适的电机、定期维护和调整负载，我们可以实现电机的最佳运行状态，满足不同应用场景的需求。
对电机的深入研究和实践经验的积累，将有助于推动电机技术的进一步发展和应用。