三相异步电动机的工作特性和参数测定

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。

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。

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。

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Ｋ点，由Ｋ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。

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：

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

对于大、中型异步电动机，用以上简化后求得的参数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(15～30)%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，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。