最新三相异步电动机的各种运行状态

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。

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。

异步电机有三种运行状态，可运行在发电机状态、电动机状态和电磁制动状态。

当转差率在S<0时，异步电机处于发电机状态；当转差率0<S1时，处于电磁制动状态。

也就是说，当异步电机转子的转速高于同步转速，此时转子的转向与定子旋转磁场的转向相同，处于发电机状态；当转子转向与旋转磁场同方向且转速低于同步转速，处于电动机状态；当转子转向与旋转磁场方向相反，处于电磁制动状态。

根据这一原理，只要用原动机把转子按旋转磁场的方向拖动，加速到超过同步转速，就可使异步电机成为发电机了。

1 异步电机发电的特点由于使用异步电机发电在并网与调速两个主要方面有其独有的特点，因此近年来被风力发电领域所广泛使用。

1.1并网方面不需要同期设备，只需象投电动机那样合闸就行。

电机的容量较大，可用软启动或变频启动等方式。

1.2调速方面异步电机运转时，不象同步电机那样，转速与频率有着严格的对应关系。

异步电机的转速与频率没有严格的对应关系，理论上异步发电机的转差率在-∞<S<0范围内都是发电运行状态。

因此特别适合原动机不好控制的情况。

< P>1.3短路方面从异步发电机负荷特性曲线可知，异步发电机的负荷电流增加到临界值时，发电机电压急剧下降，直至崩溃。

异步发电机三相短路时情况和此相似。

所以当异步发电机发生三相短路时，电压将急剧下降，直至电压崩溃，不会有很大的短路电流。

当发电机发生不对称短路，如单相短路，此时该相绕组相当于一个短路绕组，它将产生去磁效应，最终使电压崩溃。

从以上分析可见，异步发电机无需装设任何形式的短路保护。

2 异步发电机的运行方式和其它发电方式一样，异步机在发电时也有两种运行方式，独立运行与并网运行。

2.1异步发电机独立运行异步发电机独立运行时，由于电机的铁芯中通常会有一些剩磁存在，当电机转子被原动机拖动时，与定子绕组的磁场相互作用，导体中就有感应电流。

载流导体在磁场中运动，又在定子绕组中产生感应电动势。

实验五 三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性【思考要点】1． 如何利用现有设备测定三相绕线式异步电动机的机械。

2． 测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。

3． 如何根据所测得的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。

【实验原理】三相异步电动机的定、转子之间没有直接电的联系，它们之间的联系是通过电磁感应而实现的。

一台三相异步电动机的电磁转矩的大小决定了其拖动负载的能力，而三相异步电动机的电磁力矩的大小不仅与电动机本身的参数有关，也和其外加电源的电压有关。

本实验围绕异步电动机的电磁力矩和其参数、外加电压的关系以及各种运行状态等电力拖动问题进行展开。

1. 三相异步电动机的机械特性机械特性是指电动机转速n 与转矩T 之间的关系，一般用曲线表示。

欲求机械特性，先求T 与n 的数学关系式，称为机械特性表达式。

电磁转矩''21200em R m I P s T ==ΩΩ由异步电动机的近似等效电路，得()'22'2'2112X U I R R X X s =⎛⎫+++ ⎪⎝⎭ 代入T 的公式，即得参数表达式)()('212'21'221X X s R R sR U mT X+++Ω=考虑到0(1)n s n =-， 00260n πΩ=， 即可由此式绘出异步电动机的机械特性曲线()n f t =，如图6.24所示。

图6.24 三相异步电动机机械特性机械特性的参数表达式为二次方程，电磁转矩必有最大值，称为最大转矩T m 。

将表达式对s 求导，并令0dTds=，可求出产生最大转矩T m 时的转差率S m()'222'112m R S R X X =±++S m 称为临界转差率。

代入T 的公式则可得T m 的公式()2122'011122Xm U T R R X X =±Ω⎡⎤±+++⎢⎥⎣⎦式中正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。

实验三、三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性执笔：姚立红、罗琴娟、王政一、实验目的了解三相线绕式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。

二、预习要点1. 如何利用现有设备测定三相绕式异步电动机的机械特性。

2. 测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。

3. 如何根据所测出的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。

三、实验项目a) 测定三相绕线式转子异步电动机在Rs=0时，电动运行状态和回馈（发电）制动状态下的机械特性。

b) 测定三相绕线转子异步电动机在Rs=36Ω（70%R2N）时，测定电动状态与反转状态下的机械特性。

c) Rs=36Ω,定子绕组加直流励磁电流I1=0.6I N及I1=I N时，分别测定能耗制动状态下的机械特性。

四、实验设备1. RTDJ36 三相绕线式异步电动机2. RTDJ45 校正过直流电机3. RTT16 三相可调电阻器（0～90Ω）4. RTT16－1三相可调电阻器（0～900Ω）5. RTZN02 智能直流电压，电流表6. RTZN08 智能存储式真有效值电流表7. RTZN09 智能存储式真有效值电压表8. RTZN12 智能转矩，转速，功率表9. RTDJ47-1 电机导轨，测速编码器10.RTT15直流电机励磁电源，电枢电源11. 万用表、呆扳手五、实验方法按图1接线，图中：M用RTDJ36，额定电压：220V，定子绕组Y连接。

用呆扳手安装并固定好。

MG用RTDJ45。

用呆扳手安装并固定好。

交流电流表A1选用RTZN08。

交流电压表V1选用RTZN09。

Rs选用RTT16三组可调电阻，其大小按下列各实验要求选用。

R1选用RTT16－1的可调电阻，其大小按下列各实验要求选用。

R2选用RTT16－1的1800Ω可调电阻。

R3选用RTT16－1的900Ω可调电阻。

测速编码器的输出接至RTZN12。

1. Rs=0时的电动及反馈制动状态下的机械特性（测1、2象限特性）⑴S1合向1位置，S2合向2′位置；M的转子绕组三个红色接线柱相互短接，即Rs=0；R1用1980Ω（即900Ω＋900Ω＋180Ω）。

异步电机有三种运行状态，可运行在发电机状态、电动机状态和电磁制动状态。

当转差率在S<0时，异步电机处于发电机状态；当转差率0<S1时，处于电磁制动状态。

也就是说，当异步电机转子的转速高于同步转速，此时转子的转向与定子旋转磁场的转向相同，处于发电机状态；当转子转向与旋转磁场同方向且转速低于同步转速，处于电动机状态；当转子转向与旋转磁场方向相反，处于电磁制动状态。

根据这一原理，只要用原动机把转子按旋转磁场的方向拖动，加速到超过同步转速，就可使异步电机成为发电机了。

1 异步电机发电的特点由于使用异步电机发电在并网与调速两个主要方面有其独有的特点，因此近年来被风力发电领域所广泛使用。

1.1并网方面不需要同期设备，只需象投电动机那样合闸就行。

电机的容量较大，可用软启动或变频启动等方式。

1.2调速方面异步电机运转时，不象同步电机那样，转速与频率有着严格的对应关系。

异步电机的转速与频率没有严格的对应关系，理论上异步发电机的转差率在-∞<S<0范围内都是发电运行状态。

因此特别适合原动机不好控制的情况。

< P>1.3短路方面从异步发电机负荷特性曲线可知，异步发电机的负荷电流增加到临界值时，发电机电压急剧下降，直至崩溃。

异步发电机三相短路时情况和此相似。

所以当异步发电机发生三相短路时，电压将急剧下降，直至电压崩溃，不会有很大的短路电流。

当发电机发生不对称短路，如单相短路，此时该相绕组相当于一个短路绕组，它将产生去磁效应，最终使电压崩溃。

从以上分析可见，异步发电机无需装设任何形式的短路保护。

2 异步发电机的运行方式和其它发电方式一样，异步机在发电时也有两种运行方式，独立运行与并网运行。

2.1异步发电机独立运行异步发电机独立运行时，由于电机的铁芯中通常会有一些剩磁存在，当电机转子被原动机拖动时，与定子绕组的磁场相互作用，导体中就有感应电流。

载流导体在磁场中运动，又在定子绕组中产生感应电动势。