1、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性及測(cè)取方法* *轉(zhuǎn)速特性* *定子電流特性 * *功率因數(shù)特性 * *電磁轉(zhuǎn)矩特性 * *效率特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性在額定電壓和額定頻率運(yùn)行的情況下，* *電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n n、* *定子電流 1111、* *功率因數(shù) coscos1 1、* *電磁轉(zhuǎn)矩 TemTem、* *效率n等與輸出功率 P2P2 的關(guān)系 即 U1U1 = = UNUN, f f = = fnfn 時(shí)的隔）cosp.二/鷗）二衛(wèi)）. .工作特性的分析 （一）轉(zhuǎn)速特性輸出功率變化時(shí)轉(zhuǎn)速變化的曲線n n = = f f （P2P2）轉(zhuǎn)差率 s s、轉(zhuǎn)子銅耗 Pcu2Pcu2 和電磁功率 PemPem

2、 的關(guān)系式負(fù)載增大時(shí)，必使轉(zhuǎn)速略有下降，轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2sE2s 增大，所以轉(zhuǎn)子電流 1 12增大，以產(chǎn)生更大一點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡% n1n s- 二_% 叫爲(wèi)厶cos血因此隨著輸出功率 P P2的增大, 轉(zhuǎn)差率 S S 也增大，則轉(zhuǎn)速稍有下降, 所以異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性為一條稍向下傾斜的曲線( (二二) ) 定子電流特性定子電流的變化曲線I I 仁 f f (P(P2) )定子電流幾乎隨P P2按正比例增加( (三三) )功率因數(shù)特性定子功率因數(shù)的變化曲線COSCOS1 1 = = f(P2)f(P2)(1)(1) 空載時(shí)定子電流 I Ii主要用于無(wú)功勵(lì)磁，所以功率因數(shù)很低，約為0.10

3、.1 0.20.2(2)(2) 負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)子電流的有功分量增加，使功率因數(shù)提高，(3)(3) 接近額定負(fù)載時(shí)功率因數(shù)達(dá)到最大(4)(4) 負(fù)載超過(guò)額定值時(shí)s s 值就會(huì)變得較大，使轉(zhuǎn)子電流中得無(wú)功分量增加，因而使電動(dòng)機(jī)定子功率因數(shù)又重新下降了( (四四) ) 電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩特性 TemTem = = f f (P2)(P2)接近于一條斜率為1/1/Q的直線( (五五) ) 效率特性異步電動(dòng)機(jī)的效率為円-玄-氏- 耳十Pc.1 +P鳧+ Pc.2十% 十PL當(dāng)可變損耗等于不變損耗時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的效率達(dá)到最大值中小型異步電機(jī)的最大效率出現(xiàn)在大約為3/43/4 的額定負(fù)載時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的工作特

4、性可用直接負(fù)載法求取，也可利用等效電路進(jìn)行計(jì)算* *空載試驗(yàn)* *勵(lì)磁參數(shù)與鐵耗及機(jī)械損耗的確定通過(guò)空載試驗(yàn)可以測(cè)定異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁參數(shù)，異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁參數(shù)決定于電機(jī)主磁路的飽和程度，所以是一種非線性參數(shù)；通過(guò)短路試驗(yàn)可以測(cè)定異步電動(dòng)機(jī)的短路參數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的短路參數(shù)基本上與電機(jī)的飽和程度無(wú)關(guān)，是一種線性參數(shù)一. .空載試驗(yàn)與勵(lì)磁參數(shù)的確定( (一) )空載試驗(yàn)1.1. 異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行指在額定電壓和額定頻率下，軸上不帶任何負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)2.2. 空載試驗(yàn)電路圖 5.7.15.7.1 異步電動(dòng)機(jī)空載試驗(yàn)電路3.3.空載試驗(yàn)的過(guò)程定子繞組上施加頻率為額定值的對(duì)稱三相電壓，380V從(1.10(

5、1.10 1.30)1.30)倍額定電壓值開始調(diào)節(jié)電源電壓,逐漸降低到可能使轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯變化的最低電壓值為止2每次記錄端電壓、空載電流、空載功率和轉(zhuǎn)速,根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，繪制電動(dòng)機(jī)的空載特性曲線圖 5.7.25.7.2 空載特性曲線( (二) )勵(lì)磁參數(shù)與鐵耗及機(jī)械損耗的確定從空載特性可確定計(jì)算工作特性所需等值電路中的勵(lì)磁參數(shù)、鐵耗和機(jī)械損耗1 1 機(jī)械損耗和鐵耗的分離空載試驗(yàn)時(shí)輸入電動(dòng)機(jī)的損耗有：定子銅耗、鐵耗和機(jī)械損耗Pio丈竹丄;穴十戸忌十口醯其中定子銅耗和鐵耗與電壓大小有關(guān)，而機(jī)械損耗僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)上式改寫為口0 mJ：耳沁P盹+真喚由于可認(rèn)為鐵耗與磁密平方成正比，因而鐵耗與端電壓平方成正比

6、,2繪制曲線 p pFe+ + p pmec= = f f (U1)(U1)圖 5.7.35.7.3 機(jī)械損耗與鐵耗的分離作曲線延長(zhǎng)線相交于直軸于0 0 /點(diǎn)，過(guò) 0 0/作一水平虛線將曲線的縱坐標(biāo)分為兩部分，由于空載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n n 接近 n0n0 ,可以認(rèn)為機(jī)械損耗是恒值所以虛線下部縱坐標(biāo)表示與電壓大小無(wú)關(guān)的機(jī)械損耗，虛線上部縱坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)于某個(gè)電壓U1U1 的鐵耗2.2.勵(lì)磁參數(shù)的確定空載試驗(yàn)時(shí)的等效電路圖 5.7.45.7.4空載試驗(yàn)等效電路(2)(2)勵(lì)磁參數(shù)計(jì)算公式.短路試驗(yàn)與短路參數(shù)的確定 （一）短路試驗(yàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)而言，短路是指 T T 形等效電路中的附加電阻（1-s1

7、-s） r2/sr2/s = = 0 0 的狀態(tài),即電動(dòng)機(jī)在外施電壓下處于靜止的狀態(tài)1 1 短路試驗(yàn)電路圖 5.7.55.7.5 異步電動(dòng)機(jī)短路試驗(yàn)電路2 2 短路試驗(yàn)的過(guò)程短路試驗(yàn)在電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)降低電源電壓情況下進(jìn)行，一般從 U1U1 = = 0.40.4 UNUN 開始，然后逐步降低電壓，測(cè)量 5757 個(gè) 點(diǎn)，每次記錄端電壓、定子短路電流和短路功率, 并測(cè)量定子繞組的電阻。調(diào)3S0V |n等于零圖5.7.5.7.6 6異步電動(dòng)機(jī)的短路特性（二）短路參數(shù)的確定1.1.電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的等效電路rm圖 5.7.75.7.7 異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)等效電路2 2 短路參數(shù)計(jì)算公式由于 ZmZm Z2Z2，

8、可以認(rèn)為勵(lì)磁支路開路，ImIm - 0 0，鐵耗可忽略不計(jì)所以t t根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，繪制電動(dòng)機(jī)的短路特性I Iis s = = f f (U(Ui),), p pis s = = f f (U(Ui) )UsX1rwxfYYV_r2IlsUs斗壯兀1亠2第六章 三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)本章討論三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性， 然后以機(jī)械特性為理論基礎(chǔ)， 研究三相異步電動(dòng)機(jī)的 起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速等問(wèn)題。-1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性6.1.16.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三種表達(dá)式一. .異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的物理表達(dá)式1.1.異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：丁二G工COS0：2.2.轉(zhuǎn)矩常數(shù)表達(dá)式3.3.轉(zhuǎn)

9、子電流表達(dá)式兩條曲線相乘，并乘以常數(shù)CTJm m , ,即得 n n = = f f（T T）的曲線,圖 6.1.16.1.11 1 電流與轉(zhuǎn)差關(guān)系（圖 6.1.16.1.1）1212最初與 s s 成正比地增加，s s 較大時(shí)，1212增加逐步減緩2 2 功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差關(guān)系（圖 6.1.16.1.1）s s = = 0 0, coscos22 = = 1 1隨著 n n 的逐步下降，s s 增加，coscos22 將逐步下降3 3 合成曲線4.4.轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)表達(dá)可以看出：轉(zhuǎn)差與電流、功率因數(shù)的關(guān)系及異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性（圖6.1.16.1.1）稱為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。（圖 6.1.16

10、.1.1）反映了不同轉(zhuǎn)速時(shí) T T 與m m 及轉(zhuǎn)子電流的有功分量1212 coscos22 間的關(guān)系在物理上，這三個(gè)量的方向遵循左手定則二異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式采用參數(shù)表達(dá)式可直接建立異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速關(guān)系并進(jìn)行定量分析COS0；=由異步電動(dòng)機(jī)的近似等效電路圖 6.1.26.1.2 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)機(jī)械特性為二次方程式，所以在某一轉(zhuǎn)差率 smsm 時(shí)，轉(zhuǎn)矩有一最大值TmTm，該值稱為異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩求出生產(chǎn) TmTm 時(shí)的轉(zhuǎn)差 smsm(Rl+ 引 +(& + )i i 異步電動(dòng)機(jī)T二比_Q (R、c/? +3 =s)2 2 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

11、S= 土f虧 收I（戈I幼3 3 對(duì)應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 TmTm 為SjU： 財(cái)2士尺+R：+ （A；+正號(hào)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，而負(fù)號(hào)則適用于發(fā)電機(jī)狀態(tài)考慮 R1R1 |r|可見：回饋制動(dòng)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力大于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的過(guò)載能力二 人為機(jī)械特性由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式可見：異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T T 的數(shù)值是由某一轉(zhuǎn)速 n n（或 s s ）下，電源電壓 UxUx、電源頻率 flfl、定子極對(duì)數(shù) p p、定子及轉(zhuǎn)子電路的電阻R1R1、R2R2及電抗 XIXI、X2X2等參數(shù)決定人為特性，改變電源電壓、電源頻率、定子極對(duì)數(shù)、定子和轉(zhuǎn)子電路的電阻及電抗等參數(shù)，可得到 不同的人為機(jī)械特性。（

12、一）降低電源電壓 UxUx最大轉(zhuǎn)矩 TmTm 及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TstTst 與 U U 成正比地降低；smsm 與 UxUx 的降低無(wú)關(guān)1 1 降低電網(wǎng)電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響過(guò)載能力下降負(fù)載電流上升從機(jī)械特性物理表達(dá)式進(jìn)行分析因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓下降，電動(dòng)機(jī)氣隙磁通下降，所以在電動(dòng)機(jī)帶一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩情況下，轉(zhuǎn)子電流增加2.2.降低電源電壓的機(jī)械特性圖 622622 異步電動(dòng)機(jī)降低電源電壓的機(jī)械特性（二）轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對(duì)稱電阻R；由（623623）土空一JU：業(yè)2土尺 +（A；+由（6.2.46.2.4）知道：最大轉(zhuǎn)矩 TmTm 不變；smsm 隨串聯(lián)電阻增大而增加1 1 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)機(jī)械特性R；tRf

13、tRnRn圖 623623 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)機(jī)械特性2 2 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電阻用途(1)(1) 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(2)(2) 調(diào)速( (三三) ) 定子電路串聯(lián)對(duì)稱電抗由(623)(623) (624)(624)知道：最大轉(zhuǎn)矩 TmTm 隨串聯(lián)電抗增大而減?。籹msm 隨串聯(lián)電抗增大而減小1 1 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電抗時(shí)機(jī)械特性圖 6.2.46.2.4 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電抗時(shí)機(jī)械特性2 2 用途：用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)，以限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流（四）定子電路串聯(lián)對(duì)稱電阻由（623623） （624624）知道：最大轉(zhuǎn)矩 TmTm 隨串聯(lián)電阻增大而減小;sm

14、sm 隨串聯(lián)電阻增大而減小1 1 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)機(jī)械特性人為機(jī)械特性圖 625625 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)機(jī)械特性2 2 用途：用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)，以限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流（五）轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗1 1 電路異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗的電路（圖 6.2.56.2.5）2 2 機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗的機(jī)械特性（圖 6.2.56.2.5）3.3.對(duì)人為機(jī)械特性的解釋1 1）起動(dòng)初期因?yàn)檗D(zhuǎn)子頻率相當(dāng)大，感抗較大，轉(zhuǎn)子電流的大部分將流過(guò)電阻RstRst電路圖所以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相當(dāng)大，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子電路串大電阻2 2）轉(zhuǎn)子加速所以相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)很小對(duì)稱電阻

15、時(shí)的機(jī)械特性3 3）幾乎恒定的轉(zhuǎn)矩適當(dāng)?shù)膮?shù)配合，可使電動(dòng)機(jī)在整個(gè)加速過(guò)程中產(chǎn)生幾乎恒定的轉(zhuǎn)矩4 4）電抗器參數(shù)選取接入并聯(lián)阻抗的轉(zhuǎn)子等效電路圖 626626 接入并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)子的等效電路其中:工二（34）工R：= E16盡（6.2.66.2.6）轉(zhuǎn)子頻率逐步降低，轉(zhuǎn)子頻率將變得很小,XstXst 之值很小三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法一. .三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種方法。圖 6.2.16.2.1（一）直接起動(dòng)（1 1）異步電動(dòng)機(jī)的功率小于（2 2）異步電動(dòng)機(jī)的功率大于K K I I = = I I 1st1st / / I1NI1N nOnO

16、時(shí),轉(zhuǎn)差率 s s = = （ nO-nO- n n ” nOnO 9090 所以定子功率P1P1 = = mIUlllcosmIUlllcos1 1 為負(fù)說(shuō)明此時(shí)電動(dòng)機(jī)將電能回饋電網(wǎng)由于 I2cosI2cos2 2 為負(fù)所以 T T = = CTJCTJm m I2cosj2I2cosj2 也變?yōu)樨?fù)，說(shuō)明此時(shí)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反，因此這時(shí)的電動(dòng)機(jī)既回饋電能，又在軸上產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)軸上輸出機(jī)械功率（）所以 P2P2 也變?yōu)樨?fù)，說(shuō)明此時(shí)電動(dòng)機(jī)由軸上輸入機(jī)械功率5 5 回饋制動(dòng)的機(jī)械特性圖 634634 異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性6 6 回饋發(fā)電的問(wèn)題回饋發(fā)電狀態(tài)時(shí)由于轉(zhuǎn)

17、子電流的無(wú)功分量方向不變所以定子必須接到電網(wǎng)，并從電網(wǎng)吸取無(wú)功功率才能建立電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)如果在異步電動(dòng)機(jī)定子脫離電網(wǎng)的同時(shí)，又希望能發(fā)電則定子三相必須接上連接成三角形或星形的三相電容器圖 6.3.56.3.5 異步電動(dòng)機(jī)定子連接三相電容器當(dāng)電容器接成三角形時(shí)，電容量取值C C 可參考下式選擇c=丄仝竺若2嘰（）1010 -電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流（A A），可取 1010 = = 0.30.3 I1NI1N電容器也可接成星形，這時(shí)電容量取值C C 參考下式選擇c（）（二）反接制動(dòng)狀態(tài)分為轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)和定子兩相倒相的反接制動(dòng)反接制動(dòng)狀態(tài)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反i i 轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)1

18、 1）轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)電路圖圖 636636 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)圖 637637 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性2 2）對(duì)轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)的說(shuō)明轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速方向與電動(dòng)狀態(tài)相反因此轉(zhuǎn)差率：S% %轉(zhuǎn)子由定子輸入的電功率（電磁功率）為轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械功率為 ED()s s 1 1，P2P2 為負(fù)值，即電動(dòng)機(jī)由軸上輸入機(jī)械功率 轉(zhuǎn)子電路的損耗為AFT () P2P2 數(shù)值上等于 PTPT 與 P2P2 之和，所以反接制動(dòng)時(shí)能量損耗極大3 3）用途可以用于穩(wěn)定下放位能性負(fù)載2 2 定子兩相倒相的反接制動(dòng)1 1）定子兩相倒相的反接制動(dòng)電路圖和機(jī)械特性機(jī)械持性圖 638638 異步電動(dòng)機(jī)定子兩相倒相