单相异步电机转速-转矩特性试验方法

低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究摘要：随着电动机技术的不断发展，异步电动机因其成本低、可靠性高、维修方便等优点成为广泛应用的主流电机。

在低速运行时，异步电动机发生电动机滑差，变得难以控制，为了能准确控制异步电动机在低速范围内的直接转矩控制，本文从异步电机的特性入手，对异步电动机的直接转矩控制方法进行探究，通过矢量控制和直接转矩控制的对比分析，提出了在低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法，并进行了模拟仿真实验验证其控制效果。

关键词：一、引言随着工业自动化的不断发展，越来越多的机械设备需要通过电动机进行驱动，而异步电动机自问世以来，其成本低廉、维护方便、寿命长等特点，使得它成为了广泛应用的主流电机。

尤其是在大功率驱动、速度调节等方面，异步电动机已经成为了不可或缺的驱动设备之一。

二、异步电动机的特性异步电动机是利用异步电动机滑差原理工作的。

在电动机运转时，由于电动机转子的预磁励，它在空载时开启时因转子磁场感应出定子线圈的磁通，即产生一个自感电动势。

当电动机负载后，转子转速下降，产生了回转磁场，产生与旋转磁场反向的感应电动势，并加到原有的自感电动势上，使得电动势下降，电动机无法持续工作。

这时，转子产生了滑差，并消耗了一部分功率。

而由于定子的磁通是恒定的，因此通过控制电机电压来控制电机的输出功率。

在低速运行时，电机的功率输出可通过加大电磁励磁力，增加转子起动转矩来实现。

直接转矩控制是指直接控制电机的输出转矩大小，从而实现对电机的控制。

而矢量控制则是在直接控制电机输出转矩大小的同时，还要控制电机输出的转速和转子磁通。

虽然矢量控制精度较高，但是在低速范围内，其准确度不如直接转矩控制。

因此，在低速范围内，采用直接转矩控制能够更好地进行电机控制。

直接转矩控制方法的实现步骤如下：1.确定输出转矩大小2.计算输出电流计算输出电流需要知道电机的参数，包括：定子电阻、定子电感、转子电阻、转子电感、电机参数等。

单相感应异步电动机计算数据在计算单相感应异步电动机的相关数据之前，首先需要了解该电机的基本结构和工作原理。

单相感应异步电动机由定子、转子、主磁通和励磁电源组成。

当电源施加在定子绕组上时，产生的磁场通过铁心传导到转子上，使得转子上也产生磁场。

由于转子磁场与转子电流的相位差，产生了感应电动势，导致转子上产生电流。

由于转子电流在转子上形成磁场，与定子的磁场互作用，产生转矩，从而驱动转子转动。

计算单相感应异步电动机的相关数据需要了解其设计参数，例如额定功率、排极数、转子电阻、额定功率因数等。

1. 额定功率（Rated Power）：单相感应异步电动机的额定功率是指其在额定工作条件下的输出功率。

单位通常为千瓦（kW）。

2. 排极数（Number of Poles）：单相感应异步电动机的排极数是指定子和转子的磁极数。

排极数越大，电机的转速越低。

常见的单相感应异步电动机排极数为2、4、6、8等。

3. 转子电阻（Rotor Resistance）：转子电阻是指转子绕组的电阻值。

转子电阻对电机的起动和负载特性有重要影响，通常通过额定转矩和启动转矩来确定。

4. 额定功率因数（Power Factor）：额定功率因数是指电机在额定工作条件下的功率因数。

功率因数是电机的有功功率与视在功率的比值，通常为0.8左右。

根据以上参数，可以计算单相感应异步电动机的一些重要数据：1. 额定转速（Rated Speed）：额定转速可以通过排极数和电源频率来计算。

公式为：额定转速 = 120 * 电源频率 / 排极数。

2. 额定电流（Rated Current）：额定电流可以通过额定功率和额定电压来计算。

公式为：额定电流 = 额定功率 / （3 * 额定电压 * 额定功率因数）。

3. 额定转矩（Rated Torque）：额定转矩可以通过额定功率和额定转速来计算。

公式为：额定转矩 = 额定功率 * 1000 / 额定转速。

4. 起动转矩（Starting Torque）：起动转矩是电机启动时的转矩大小，与转子电阻有关。

异步电动机实验报告异步电机实验报告四川大学电气信息学院实验报告书课程名称：实验项目：专业班组：实验时间：成绩评定：评阅教师：报告撰写：电气工程及其自动化105，109班电机学老师：曾成碧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．问题思考：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cos?0，I0，P0。

（3）转子堵转实验时测得的Xk?X1?X2'。

答：变压器空载运行是指二次侧绕组开路时的变压的运行状态，此时二次侧绕组电流i2=0，空载电流的无功分量远大于有功分量，所以电流大多用于励磁。

等效电路如下图：?rm xm异步电机的空载运行状况实际中并不存在，因为空载运行是指输出的机械功率为零，也就是转差率s=0，转子侧电流为0，转子转速n与旋转磁场的转速n1相同，这种情况下转子不受磁场力，所以不可能存在。

实际中的空载是指轻载，即s?0，n?n1，i2?0，输出功率P2?0，Pm?pm?ps?0。

等效电路可近似看为：? rm xm异步电机堵转的时候转子侧三相绕组断路，转子堵住不动，定子侧接三相交流电r2，,r2源，此时因为转子不转，转子侧输出功率为零，电流较大，二次侧等效电阻s最小等效电路如下图所示：，I 与变压器短路试验运行时等效电路类似。

变压器短路运行时等效电路如下：I，在变压器中，Xk的值等于一次侧漏抗和二次侧漏抗折算到一次侧的和，x1?+x，xx2?，在异步电机中1,2分别是定子电流产生的磁场在定子侧的漏电抗和转子侧感应电流产生的磁场在转子侧的漏电抗。

在变压器中，x1?和x2?近似相等，但远小于xm，在异步电动机中，x1和x2要根据定、转子实际材料，接线方式确定。

实验三异步电机的M-S曲线测绘一．实验目的用本电机教学实验台的测功机转速闭环功能测绘各种异步电机的转矩~转差曲线，并加以比较。

二．预习要点1．复习电机M-S特性曲线。

2．M-S特性的测试方法。

三．实验项目1．鼠笼式异步电机的M-S曲线测绘测。

2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘。

＞T m，（n=0）当负载功率转矩当S≥S m过读取不同转速下的转矩，可描绘出不同电机的M-S曲线。

102103四．实验设备1．MEL 系列电机系统教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。

3．电机起动箱（MEL-09）。

4．三相鼠笼式异步电动机M04。

5．三相绕线式异步电动机M09。

五．实验方法1被试电动机M04法。

G 功机，与按图线，实验步骤：（1）按下绿色“闭合”按钮开关，调节交流电源输出调节旋钮，使电压输出为220V ，起动交流电机。

观察电机的旋转方向，是之符合要求。

（2）逆时针缓慢调节“转速设定”电位器经过一段时间的延时后，M04电机的负载将随之增加，其转速下降，继续调节该电位器旋钮电机由空载逐渐下降到200转/分左右（注意：转速低于200转/分时，有可能造成电机转速不稳定。

）（3）在空载转速至200转/分范围内，测取8-9组数据，其中在最大转矩附近多测几点，填入表5-9。

（4）当电机转速下降到200转/分时，顺时针回调“转速设定”旋钮，转速开始上升，直到升到空载转速为止，在这范围内，读出8-9组异步电机的转矩T，转速n，填入表5-10。

2．绕线式异步电动机的M-S曲线测绘104（2）绕线电机的转子调节电阻调到2Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。

（3）绕线电机的转子调节电阻调到5Ω（断开电源，用万用表测量，三相需对称），重复以上步骤，记录相关数据。

3．换上不同的单相异步电机，按相同方法测出它们的转矩T、转速n。

七．实验报告1．在方格纸上，逐点绘出各种电机的转矩、转速，并进行拟合，作出被试电机的M-S 曲线。

实验四异步电动机变频调速系统（一）转速开环恒压频比控制变频调速系统实验一．实验目的1.通过实验掌握转速开环恒压频比控制调速系统的组成及工作原理。

2.掌握V/F控制方式下，选取不同的模式电机的静特性差异。

二．实验数据及分析转速开环恒压频比控制静特性n（r/min）1475 1488 1501 1511 1525 1543Ia(A) 2.5 2.2 2.0 1.9 1.8 1.7T(N.m) 100% 83.9% 68.1% 54.6% 37.4% 15%n（r/min）902 916 931 945 953 966Ia(A) 2.3 2.1 1.9 1.7 1.7 1.6T(N.m) 100% 82.7% 64.0% 46.4% 33.6% 16.5%n（r/min）475 488 495 508 518 528 Ia(A) 1.9 1.7 1.6 1.6 1.5 1.5T(N.m) 85% 69.2% 56.1% 45.1% 28.0% 21.7%n（r/min）472 485 495 506 508 525 Ia(A) 2.0 1.8 1.7 1.7 1.6 1.6T(N.m) 62.5% 50.5% 39.2% 27.4% 20.8% 3.6%三．思考题1.说明转速开环恒压频比控制静特性特点答：其他条件相同，转速与频率大致成正比；频率一样时，转速越高，带动转矩能力越差。

2.说明低频补偿对系统静特性的影响。

答：由于临界转矩随f减小而减小，f较低时，电动机负载能力较弱。

低频补偿可以增强系统负载能力，同转速时有低频补偿情况T较小。

3.说明载波频率的大小对电机运行影响答：低频时转矩大，噪音小，但此时主元器件开关损耗大，整机发热较多，效率下降。

高频时转矩变小，电流输出波形比较理想。

（二）异步电动机带速度传感器矢量控制系统实验一．实验目的1.通过实验掌握异步电动机带速度传感器矢量控制系统的组成及工作原理；2.掌握异步电动机带速度传感器矢量控制系统静、动特性。

单相异步电动机两相绕组通电时的机械特性当单相异步电动机主绕组与副绕组一同通入纷歧样相位的两相沟通电流时,—般状况下发作椭圆旋转磁通势F。

一个椭圆旋转磁通势也能够分红两个旋转磁通势,—个是正转磁通势F+，一个是回转磁通势F-，F+≠F-。

笼型转子在F+效果下发作电磁转矩T+，T+＝f(s)为正向转矩特性。

在F-效果下，发作电磁转矩T-＝f(s)为反向转矩特性。

这么构成转矩特性T＝f(s)，即机械特性为不过坐标原点的一条曲线。

当T+＞T-时，电动机的T＝f(s)、T+＝f(s)、T-＝f(s三条曲线如图1所示。

从图1椭圆磁通势时单相异步电动机机械特功用够看出,F+＞F-的状况下，当n=0时,T＞0,这即是说电功机有正向起动转矩,能够正向起动。

当n=0时,T＞0,即电动机起动后仍能持续作业。

当然，假定F+＜F-，则n=0时,T＜0；n＜0，T＜0，即电动机能够反向起动并反向电动作业。

了解了解，假定两相绕组m和a通入相位相差90°的两相沟通电流并发作圆形旋转磁通势,例如当F=F+，F-＝0时,则电动机T＝T+，T-＝0，机械待性T＝f(s)与三相异步电动机机械特性的状况—样了，由T＝0，起动转矩相对地比椭圆磁通势时的大。

图1单相异步电动机的起动特性从上面剖析的效果看出，单相异步电动机的要害疑问是怎样起动的疑问。

而的必要条件是：①定子具有空间纷歧样相位的两个绕组；②两个绕组中通入纷歧样相位的沟通电流。

实习单相异步电动机主绕组m是作业绕组(或称作业绕组)，与之差90°空间电视点是副绕组（或称起动绕组）。

作业绕组在电动机起动与作业时都一向接在沟通电源上，而起动绕组仅仅在起动时有必要通电．起动后能够切除不必。

单相异步电动机之利益首要是运用单相沟通电源，但是单相异步电动机起动的必要条件恳求两相绕组中通入相位纷歧样的两相电流。

怎样把作业绕组与起动绕组中的电流相位分隔，即所谓的“分相”，就成为了单相异步电动机的非常首要的疑问。

第五章电机机械特性的测定实验一三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性一．实验目的了解三相绕线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。

三．实验项目1．测定三相绕线式异步电动机在电动运行状态和再生发电制功状态下机械特性。

2．测定三相绕线式异步电动机在反接制动运行状态下的机械特性。

四．实验设备及仪器1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及测速表（MEL-13、MEL-14）3．直流电压、电流、毫安表4．三相可调电阻器900Ω（MEL-03）5．三相可调电阻器900Ω（MEL-04）6．波形测试及开关板（MEL-05）五．实验方法及步骤按实验线路图5-5接线M为三相绕线式异步电动机M09，额定电压U N=220伏，Y接法；G为直流并励电动机M03（作他励接法），其U N=220伏，P N=185WR S选用三组90Ω电阻（每组为MEL-04，90Ω电阻）R1选用675Ω电阻（MEL-03中，450Ω电阻和225Ω电阻相串联）。

R f选用3000Ω电阻（电机起动箱中，磁场调节电阻）V2、A2、mA分别为直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06或直流在主控制屏上V1、A1、W1、W2为交流、电压、电流、功率表，含在主控制屏上S1选用MEL-05中的双刀双掷开关1．测定三相绕线式异步电机电动及再发电制动机械特性仪表量程及开关、电阻的选择：（1）V2的量程为300V档，mA的量程为200mA档，A2的量程为2A档。

实验步骤：（1）接下绿色“闭合”按钮，接通三相交流电源，调节三相交流电压输出为180V（注意观察电机转向是否符合要求），并在以后的实验中保持不变。

（2）接通直流电机励磁电源，调节R f阻值使I f=95mA并保持不变。