三相异步电动机的空载运行

三相异步电机空载试验原理
一、空载运行原理
三相异步电机在空载运行时，转子转速接近于同步转速，此时电机处于发电状态。

空载运行是异步电机的一个重要工作状态，通过空载试验可以了解电机的机械特性、电磁性能和损耗情况等。

二、电磁感应原理
三相异步电机的工作原理基于电磁感应原理。

当三相交流电流通过定子绕组时，会产生旋转磁场。

旋转磁场与转子导体相互作用，产生感应电动势和电流。

感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。

三、机械特性分析
三相异步电机的机械特性是指在不同条件下的转速和转矩之间的关系。

通过空载试验，可以测量电机的转速、转矩和功率等参数，从而得到电机的机械特性曲线。

这些曲线可以用来分析电机的启动性能、稳定运行性能和调速性能等。

四、损耗与效率测定
在空载试验中，可以测定三相异步电机的各种损耗，包括铁损、铜损和机械损耗等。

损耗的测定有助于了解电机的效率、发热情况和运行稳定性。

通过损耗分析，可以判断电机的制造质量和使用状态，为电机的维护和优化提供依据。

五、电压与电流分析
在空载试验中，需要测量电机的输入电压和电流，以分析电机的电气性能。

通过电压和电流的测量，可以计算出电机的输入功率、功率因数和效率等参数。

这些参数对于评价电机的性能和节能效果具有重要意义。

同时，通过对电压和电流的波形分析，可以判断电机的运行状态和故障情况。

总之，通过三相异步电机空载试验，可以对电机的性能进行全面了解和分析，为电机的设计、制造、使用和维护提供重要依据。

任务3.2三相异步电动机的等效电路一、学习目的与要求1．分析三相异步电动机空载运行特征、空载运行参数和空载等效电路。

2.三相异步电动机负载运行参数、负载运行T型等效电路和平衡方程式。

二、学习方法1．学习本课程，首先要精读教材和讲义，了解三相异步电动机空载和负载运行的特征。

2. 充分利用学习资源，对三相异步电动机空载和负载的电路进行分析，进而掌握两个运行方式的特征。

三、授课内容1、三相异步电动机空载运行三相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子。

这一点和变压器完全相似。

三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组那么相当于变压器的二次绕组。

因此，分析变压器内部电磁关系的根本方法也同样适用于异步电动机。

三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上，转子轴上不带机械负载的运行称空载运行。

空载运行的特点：异步电动机空载运行时，由于轴上不带机械负载，其转速很高，接近同步转速，即n≈n1，s很小。

此时定子旋转磁场与转子之间的相对切割速度几乎为0，于是转子的感应电动势E2≈0，转子的电流I2≈0，转子磁动势F2≈0。

〔1〕主漏磁通的分布当三相异步电动机定子绕组通入三相对称交流电时，将产生旋转磁动势，该磁动势产生的磁通绝大局部穿过气隙，并同时交链于定转子绕组，这局部磁通称为主磁通。

主磁通的路径为：定子铁心→气隙→转子铁心→气隙→定子铁心，构成闭合回路。

主磁通同时交链定转子绕组并在其中分别产生感应电动势。

由于异步电动机的转子绕组为三相或多相短路绕组，在转子的感应电动势的作用下，转子绕组中有电流产生，转子电流与定子磁场相互作用产生电磁转矩，实现异步电动机的机电能量转换。

除主磁通外的磁通称为漏磁通，包括定子绕组的槽部漏磁通和端部漏磁通等，漏磁通沿磁阻很大的空气隙形成闭合回路，因此它比主磁通小很多。

漏磁通仅在定子绕组中产生漏磁感应电动势，不起能量转换的媒介作用，只起电抗压降的作用。

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。

（一）填空题：1. 当s在0～1范围内，三相异步电动机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为驱动转矩，电动势的性质为反电动势；在 -∞～0范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为制动转矩，电动势的性质为电源电动势。

2. 三相异步电动机根据转子结构不同可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机两类。

3. 一台六极三相异步电动机接于50H z的三相对称电源，其s=0.05，则此时转子转速为950r/min，定子旋转磁动势相对于转子的转速为50r/min，定子旋转磁动势相对于转子旋转磁动势的转速为0r/min。

4. 一个三相对称交流绕组，2p=2，通入f=50H z的对称交流电流，其合成磁动势为圆形旋转磁动势，该磁动势的转速为3000r/min。

5. 一个脉动磁动势可以分解为两个幅值和转速相同而转向相反的旋转磁动势。

6. 为消除交流绕组的五次谐波电动势，若用短距绕组，其节距y应选为4/5τ，此时基波短距系数为0.951。

7. 三相异步电动机等效电路中的附加电阻为是模拟总机械功率的等值电阻。

1. 不管异步电动机转子是旋转还是静止，定子旋转磁动势和转子旋转磁动势之间都是相对静止的。

（√）2. 三相异步电动机转子不动时，经由空气隙传递到转子侧的电磁功率全部转化为转子铜损耗。

（√）3. 改变电流相序，可以改变三相旋转磁动势的转向。

（√）4. 通常，三相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等，而三相绕线转子异步电动机的定、转子相数则相等。

（√）5. 三相异步电动机转子不动时，转子绕组电流的频率与定子电流的频率相同。

（√）（三）选择题：1. 若在三相对称绕组中通入i u=I m sinωt，i v=I m sin(ωt+120o)， i w=I m sin(ωt-120o)的三相电流，当ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（③）① u相绕组轴线上；② v相绕组轴线上；③ w相绕组轴线上；④在三相绕组轴线之外的某一位置。

实验三三相绕线异步电动机的空载、短路和负载实验一．实验目的1．掌握三相异步电机的空载、堵转和负载试验的方法。

2．用直接负载法测取三相绕线异步电动机的工作特性。

3．测定三相绕线异步电动机的参数。

二．预习要点1．异步电动机的工作特性指哪些特性？2．异步电动机的等效电路有哪些参数？它们的物理意义是什么？3．工作特性和参数的测定方法。

三．实验项目1．测量定子绕组的冷态电阻。

2．判定定子绕组的首未端。

3．空载试验。

4．短路试验。

5．负载试验。

四．实验设备及仪器1．实验台主控制屏2．电机导轨及测功机、矩矩转速测量组件（NMEL-13A）3．交流电压表、电流表、功率、功率因数表4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06/1）5．直流电机仪表、电源6．可调电阻箱（NMEL-03/4）7．波形测试及开关板（NMEL-05B）8．三相绕线式异步电动机M04五．实验方法及步骤1．测量定子绕组的冷态直流电阻。

准备：（1）伏安法测量线路如图3-1。

S1，S2位于NMEL-05B。

R ：采用NMEL-03/4中R 1电阻。

A 、V ：直流毫安表和直流电压表。

量程的选择：测量时，通过的测量电流约为电机额定电流的10%，即为50mA ，因而直流毫安表的量程用200mA 档。

三相笼型异步电动机定子一相绕组的电阻约为50欧姆，因而当流过的电流为50mA 时电压约为2.5伏，所以直流电压表量程用20V 档，实验开始前，合上开关S 1，断开开关S 2，调节电阻R 至最大。

分别合上绿色“闭合”按钮开关和直流电动机电枢电源的船形开关，调节直流直流电枢电源及可调电阻R ，使试验电机电流不超过电机额定电流的10%，以防止因试验电流过大而引起绕组的温度上升，读取电流值，再接通开关S 2读取电压值。

读完后，先打开开关S 2，再打开开关S 1。

调节R 使A 表分别为50mA ，40mA ，30mA 测取三次，取其平均值，测量定子三相绕组的电阻值，记录于表3-1中。

三相异步电动机的空载和短路实验一、实验目的1、掌握三相异步电动机的空载、堵转试验的方法。

2、测定三相异步电动机的参数。

二、实验仪器和设备三、实验内容及操作步骤1、三相异步电动机的空载实验（1）把交流调压器调至电压最小位置，按下控制屏上的启动按钮，接通电源，调节控制屏左侧的调压器旋钮，使电压为220V 。

（2）按图1接线。

电机用DJ16（U=220V ，I=0.5A ，△接法），电压表量程300V ，电流表量程1A 。

图1 三相异步电动机空载实验接线图（3）保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。

（4）调节电压由 1.2N U （264V ）开始逐渐降低电压，直至电流或功率显著增大为止。

在这范围内读取空载电压、空载电流、空载功率。

（5）在测取空载实验数据时，在额定电压附近多测几点，共取数据7～9 组记录于表1中。

表1 三相异步电动机空载实验表中：30L CA BC AB U U U U ++=，30L C B A I I I I ++=，210P P P +=，LL I U P 0003cos =φ 2、三相异步电动机的短路实验（1）测量接线图同图1。

用手握住电机转子，使电机不旋转。

（2）将调压器退至零，按下控制屏上的启动按钮，接通交流电源。

调节控制屏左侧调压器旋钮使之逐渐升压至短路电流达到1.2N I （0.6A ），再逐渐降压至0.3N I （0.36A ）为止。

（3）在这范围内读取短路电压、短路电流、短路功率。

（4）共取数据5～6组记录于表2中。

（5）测量完后，把调压器推到零，再松开握电机的手。

表中：3KL CA BC AB U U U U ++=，3KL C B A I I I I ++=，21K P P P +=，KLKL KI U P 3cos K=φ四、实验报告1、作空载特性曲线：0L I 、0P 、)(cos 00L U f =φ2、作短路特性曲线：KL I 、)(K KL U f P =3、由空载、短路实验数据求异步电机的等效电路参数。

三相异步电动机的空载及堵转实验三相异步电动机的空载及堵转实验一实验目的：1 掌握异步电动机空载和堵转实验方法及测试技术。

2 通过空载及堵转实验数据求取异步电动机的铁耗和机械损耗。

3 通过空载及堵转实验数据求取异步电动机的各参数。

二预习要点：1 试就下列几个方面与变压器相比较，有何相同与相异之处？（1）空载运行状况及转子堵转状况。

（2）空载运行时的cosØ0、I0 、P0。

（3）转子堵转实验时测得的Sk＝X1＋X2ˊ.2 在用两瓦法测量三相功率时，在相同的接线情况下，为什么有时会出现其中一只瓦特表指针反转的现象？有的试验又没有这一现象出现，为什么？3 为什么在作空载试验时，瓦特表要选用低功率因数表？而在作堵转试验时，瓦特表又要选用高功率因数表？4 在作空载试验时，测得的功率主要是什么损耗？在作堵转试验时，测得的功率主要是什么损耗？三实验内容：1 定子绕组直流电阻测定。

2 作异步电动机的空载实验。

3 作异步电动机的堵转实验。

四 实验线路及操作步骤：380VDK三相调压器图11-1 异步机空载实验接线图VW电压A插销功率表 电压表 电流表的接法01 定子绕组直流电阻测定：对于三相异步电动机定子绕组直流电阻的测定，用直流伏安法或直流说明书桥，测量均在定子三相出线端进行。

（1）直流伏安法：分别在定子绕组的出线端A —B 、B —C 、C —A 加一适当直流电压合流过绕组的电流不大于绕组额定电流的20%，分别将所测电压、电流数据记录于表11—1中。

表11—1A —B线电阻B —C线电阻 C —A线电阻 u I rAB u I rBC u I rCA（2）直流电桥法：用双臂电桥直接测量定子绕组线电阻，每一线电阻测量三次，将读数记录于表11—2中。

表11—2 室温θ＝ °CrAB rBC rCA 1 2 3 4 5 6 7 8 91 作三相异步电动机的空载实验：实验接线如图11—1所示。

定子三相绕组经电流插盒和调压器接到电源，合上开关K ，调节调压器输出，使电动机降压启动，启动后将电压调到1.1UN(约230伏)左右，开始读取三相线电压，线电流和三相功率，然后逐渐降低电压，在Uo=（1.1～0.4）UN 范围内测取8～9组数据记录于表11—3中。

三相异步电动机空载电流的经验计算公式三相异步电动机空载运行时，定子三相绕组中通过的电流，称为空载电流。

绝大部分的空载电流用来产生旋转磁场，称为空载激磁电流，是空载电流的无功分量。

还有很小一部分空载电流用于产生电动机空载运行时的各种功率损耗（如摩擦、通风和铁芯损耗等），这一部分是空载电流的有功分量，因占的比例很小，可忽略不计。

因此，空载电流可以认为都是无功电流。

从这一观点来看，它越小越好，这样电动机的功率因数提高了，对电网供电是有好处的。

如果空载电流大，因定子绕组的导线截面积是一定的，允许通过的电流是一定的，则允许流过导线的有功电流就只能减小，电动机所能带动的负载就要减小，电动机出力降低，带过大的负载时，绕组就容易发热。

但是，空载电流也不能过小，否则又要影响到电动机的其他性能。

总之，空载电流是三相异步电动机的重要参数，它是鉴定电动机制造和修理质量的重要标准之一。

在电动机的修理工作中，往往需要知道电动机损坏前的空载电流值，以便与修复后的空载电流值进行比较，从而判断修理质量好坏。

但是，在电动机的铭牌或产品说明书上，一般不标注空载电流的额定数据，如果运行时没有留下空载电流数据，只可用计算方法来确定电动机的空载电流值。

（1）根据电动机的简化原理图推导出来的计算公式如下：=m cos (3-19)m=tg-sin=式中——电动机的空载电流，A；——电动机的额定电流，A；cos——额定功率因数；——额定功率因数角；——起动功率因数角；tg——对应于角的正切；tg——对应于角的正切；sin——对应于角的正弦；——起动电流倍数，即起动电流与额定电流之比；——起动转矩倍数，即起动转矩与额定转矩之比。

此公式计算所需用的原始参数（产品目录的数据）太多，且不易获得；再就是计算麻烦、费时。

所以，它在理论上讲是正确的。

但在实用计算上很不方便，故不多述。

（2）对大量试验数据的分析和统计，归纳出的实用近似公式：=K[(1-cos)] (3-20)式中——电动机的额定电流，A，由铭牌上查得；cos——额定功率因数，由铭牌上查得；K——计算用系数，查看表3-2可得。

三相异步电动机空载电流的经验计算公式针对在汇川变频器MD380东莞巨冈及深圳帝马主轴的应用情况，调试空载电流的影响：加大空载电流可以增强进入弱磁区效果，使主轴能达到最高转速，但是会减小电机的带动的负载能力。

对此，查找了一些资料，经整理后作出总结。

异步电动机空载运行时，定子三相绕组中通过的电流，称为空载电流。

绝大部分的空载电流用来产生旋转磁场，称为空载激磁电流，是空载电流的无功分量。

还有很小一部分空载电流用于产生电动机空载运行时的各种功率损耗（如摩擦、通风和铁芯损耗等），这一部分是空载电流的有功分量，因占的比例很小，可忽略不计。

因此，空载电流可以认为都是无功电流。

从这一观点来看，它越小越好，这样电动机的功率因数提高了，对电网供电是有好处的。

如果空载电流大，因定子绕组的导线载面积是一定的，允许通过的电流是一定的，则允许流过导线的有功电流就只能减小，电动机所能带动的负载就要减小，电动机出力降低，带过大的负载时，绕组就容易发热。

但是，空载电流也不能过小，否则又要影响到电动机的其他性能。

一般小型电动机的空载电流约为额定电流的30%~70%，大中型电动机的空载电流约为额定电流的20%~40%。

具体到某台电动机的空载电流是多少，在电动机的铭牌或产品说明书上，一般不标注。

可电工常需知道此数值是多少，以此数值来判断电动机修理的质量好坏，能否使用。

但是在电动机的铭牌或产品说明书上，一般不标注空载电流的额定数据。

如果运行时，没有留下空载电流数据，只可用计算方法来确定电动机的空载电流值。

参数含义：⏹Rs、R’r——定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻；⏹Lls、L’lr ——定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感；⏹Lm——定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励磁电感；⏹Us、 1 ——定子相电压和供电角频率；⏹s ——转差率。

⏹I0、Is、I’r——空载电流，定子电流，转子电流定子绕组的导线载面积是一定的，允许通过的电流是一定，即定子电流Is一定，若空载电流I0加大，则转子电流I’r，电动机输出转矩变小，带动负载减少。