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1、1 / 12第 8 章 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
2、。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。2 / 12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
3、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。3 / 12铁耗在低电压时可近似认为与磁通密度的平方成正比。机械耗和铁耗之和与端电压的平方值的曲线接近直线，如图8-4 所示， 把曲线延长与纵坐标交于点，
4、由点作平行于横坐标的直线，此直线以下就表示与端点电压无关的机械损耗，直线以上的部分即为不同电压的铁耗。由曲线和上查得额定电压时的和，可知式中；其中可由堵转实验确定，则励磁电抗为三、堵转实验异步电动机从堵转( 短路 ) 试验可以求出等效电路中的和。调节试验电压，使，然后逐步减小电压，每次记录端电压、定子电流和功率，即可得短路特性曲线，如图8-5 所示。4 / 12图 8-5 短路特性图 8-6 对数座标下的短路特性由于堵转时漏抗随漏磁路饱和程度的增加而减小，与不是直线关系，而是指数关系。对中型和小型电机，堵转转矩。因此，如果在低于额定电压下进行堵转试验，为了准确地求得额定电压时的堵转电流、堵转转
5、矩， 须作双对数堵转曲线，向上推至额定电压时求得。如图8-6 。根据堵转特性曲线，可查得对应于的，求出堵转阻抗、电阻和电抗，公式如下此时，由于定子电压较低，磁通较小，所以铁耗可以忽略，即，且短路时等效电路中的附加电阻，可以看出：从上式中解出和，得：进一步假设，并利用，上式又可写为：5 / 12由(8-8) 第二式可知：，把此式代入(8-8)第一式可解得：还可证明：式中：对于大、中型异步电动机，由于，等效电路中的励磁支路可近似认为无穷大，在堵转时的等效电路可简化为图8-7 所示，这样可用下列简化公式来确定、和。图 8-7 堵转时的等效电路6 / 12对于大、中型异步电动机，用以上简化后求得的参数
6、作出等效电路与实际情况相差不大。在正常工作情况下，定、转子漏电抗处于不饱和状态，为一常数。但当电机堵转时（即起动情况）定、转子电流比额定电流大(5 7) 倍，漏磁路饱和，漏电抗比正常工作时小(1530)%左右，所以电机从起动到正常工作状态漏磁路饱和情况不同，漏电抗不是一个常数。为了计算上力求准确，堵转时应分别测取、和时的堵转数据，以便计算工作特性时用求得不饱和漏电抗，计算起动特性时，用求得的饱和漏电抗值，计算最大转矩时，采用时的漏电抗值。因为最大转矩时，定子电流。等效电路没有考虑各种饱和情况引起电抗的变化，计算时要注意修正。异步电动机在工厂的出厂试验中，必须每台进行空载和堵转试验。空载试验时，
7、 可以从空载电流和空载损耗中检查定子绕组、磁路、气隙、装配等方面的质量问题。堵转试验时，一般将堵转电流调到额定电流，从堵转电压、堵转功率中检查鼠笼转子的结构参数，若进一步求出可以检查鼠笼转子铸铝质量的情况。四、直接法求取工作特性在额定电压和额定频率下，电动机的转速（或转差率）、电磁转矩、定子电流、功率因数、效率与输出功率的关系称为异步电动机的工作特性，它是考核电动机性能的重要指标。直接法求取工作特性是指在电源电压、频率的条件下，直接给转子轴上加负载进行的。当改变电动机的负载时，分别记录，由此算出输出功率、功率因数、效率等得到工作特性。五、损耗分析法计算电动机的效率直接负载法适合于中小型电机，对
8、大容量异步电动机，由于设备所限，直接加负载有一定困难，因此在参数和机械耗已知的情况下（根据空载、堵转实验或设计值）、给定转差率，根据型等效电路，即可算出定、转子电流和励磁电流及各种功率损耗，进而算出输出功率和电动机的效率。总损耗有：式中为铁耗；为机械耗，由空载试验中分析得出，两者为基本不变的损耗。7 / 12为定子铜耗，为转子铜耗（铝耗），电磁功率。是输入功率为时的转差率。为杂散损耗， 对铜条鼠笼转子，。对铸铝鼠笼转子，（为额定输出功率）。由于杂散损耗与制造工艺直接有关，国家规定在现有的条件下必须实际测出。所以实验八三相异步电动机工作特性和参数测定实验一、实验目的1掌握三相异步电动机直接负载和
9、空载、堵转实验方法。2用空载、堵转实验数据，求出异步电动机每相等效电路中各个参数。二、实验内容1用测功机作负载，测出三相异步电动机的工作特性。2空载实验，测出空载特性曲线3堵转实验，测出堵转特性曲线8 / 124从空载实验和堵转实验中求出和等参数。三、实验说明和操作步骤记录本小组实验机组的铭牌数据。每次实验，应从所求测量值的上限开始读数，然后逐渐减小测量值，这样求得的整条曲线，其温度比较均匀，减小因温度不同带来的误差。1直接负载法求取异步电动机的工作特性测功机说明：在实验室中用测功机直接加负载的方法有以下两种： 涡流测功器作异步电动机的负载，这种机组只要调节涡流测功器的励磁电流，就能调节异步电
10、动机负载的大小，负载转矩可以直接从测功器的刻度板上读得（本实验的刻度单位为公斤力米）。 以电动测功机作异步电动机的负载，这种测功机是将一台直流发电机改装成的。它的定子可以在两个支柱上左右摆动，加负载时将电动测功机接成他励发电机，电枢发出的直流电消耗在电阻箱上（也可以馈向直流电网），同时定子摆动一个角度，可以通过指针读出转矩（公斤力米）。负载实验是在定子上施加额定电压和额定频率的情况下进行的，接线如图8-8 所示，（ a）为涡流测功器线路，（b）为电动测功机线路。操作步骤 : （1）按图接线，记录被试电机额定电压、额定电流值。（2）调压器输出电压调至零，无错误后合上开关S1、S2，升高调压器输出
11、电压起动异步电动机。并将电压调至额定值。（3）将测功机励磁回路单相调压器输出调至0 位置（逆时针到底）。（4）保持电动机外加电压不变， 通过调节单相调压器改变整流电路的输入电压，从而改变了整流电路的输出电压，即改变了测功机的励磁电流，调节电动机的负载。在范围内均匀测取点，每次记录三相电流、三相功率和转速、转矩。数据填入表8-1 内。9 / 12图 8-8 三相异步电动机负载实验接线图表 8-1 负载实验数据伏序号记录数据计算数据表中的单位为公斤米；为三相电流平均值( 安) ；。2. 空载实验空载实验就是在电动机轴上不带负载时，定子绕组上施加额定频率的三相对称电压，然后通过调压器，调节定子绕组上
12、的电压，在不同电压下测取三相，接线同图8-8 。空载实验可以作出空载特性曲线，利用空载实验数据从空载功率中分离出铁耗和机械损耗，进而计算出。操作步骤如下：10 / 12（1）先将调压器输出电压调至零，测功机不加励磁，使电动机处于空载状态。（2）合上电源开关S1、S2，逐渐升高电压，起动电动机并将电压调至额定值。（3）调节电动机的电压，由逐渐减少到可能达到的最低电压（即电流回升时的电压，此时电压很低，磁场很弱，电机为了克服一定的空载力矩，转差率会增大，转子电流亦随之增大， 从而引起定子电流的回升，此电压值约为左右） 。读取三相空载电压、电流、功率，共取79 点，记录填入表8-2 。表 8-2 空
13、载实验数据（）序 号记录数据计算数据表中为三相线电压平均值；为三相电流平均值；。3堵转实验（短路实验）堵转实验时电流很大，为了使电流不致过大，应降低电源电压进行。控制堵转电流以下，电压约在以下。堵转实验可以测取堵转特性和等效电路中和等参数。 事先检查转子旋转方向，然后堵住转子。实验线路与空载时相同。操作步骤如下：（1）用螺栓堵住转子（即），调压器输出电压调到零位置。（ 2）合上电源开关S1、S2，以堵转电流为准，观察电流表，慢慢升高电压，在额定电流左右（此时电压大约100 伏左右） 观察仪表工作是否正常。调节外施电压，使电流升到，11 / 12迅速读取三相电流、 功率、电压，从大约之间均匀测取
14、57 点， 记录填入表8-3 。此实验动作要迅速，因为此时电机不转，散热条件差， 防止电机绕组过热。电压允许只测一相值。（3）实验完毕立即断开电源，将堵转的螺栓取掉，以便以后的实验正常进行。注意：记录室温及定子每相冷态电阻值。表 8-3 短路实验数据（）序号记录数据计算数据表中为三相线电压平均值；为三相电流平均值；。四、实验报告1根据表8-1 数据，在同一座标纸上画出工作特性曲线2根据表8-2 数据画出空载特性曲线3根据表8-3 数据画出堵转特性曲线4从空载和堵转实验中求出等效电路各参数（1）根据室温时的冷态电阻值，换算到基准工作温度75时的定子每相电阻。12 / 12式中为室温 时的冷态电阻（ 2）分出铁耗和机械耗，用公式（8-2 ）求出各点的，作曲线，从曲线中查得额定电压时的铁耗和机械耗数值，用公式（8-3 ）求出。（3）由堵转曲线中查得时的数值，按公式（8-11 ）求得归算到定子边的转子电阻和定转子不饱和电抗和。按公式（ 8-4 ）求出。（4）作出 T型等效电路图五、思考题1容量略大一些的异步电机，测量定子电阻时为什么一定要用双臂电桥。2从工作特性曲线形状来说明异步电机轻载运行的不经济原因。3空载损耗中转子绕组的损耗为什么可以略去不计。4实验中异步电动机空载电流约占额定电流的百分之几，为什么要比变压器空载电流大得多。
