三相异步电动机的工作特性及测取方法*转速特性*定子电流特性*功率因数特性*电磁转矩特性*效率特性异步电动机的工作特性在额定电压和额定频率运行的情况下，* 电动机的转速n、* 定子电流I1、* 功率因数cosΦ1、* 电磁转矩Tem、* 效率η等与输出功率P2 的关系即U1 = UN，f = fn 时的一.工作特性的分析(一) 转速特性输出功率变化时转速变化的曲线n = f (P2)转差率s、转子铜耗Pcu2 和电磁功率Pem 的关系式负载增大时，必使转速略有下降，转子电势E2s 增大，所以转子电流I2增大，以产生更大一点的电磁转矩和负载转矩平衡因此随着输出功率P2的增大，转差率s 也增大，则转速稍有下降，所以异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线(二)定子电流特性定子电流的变化曲线I1= f (P2)定子电流几乎随P2按正比例增加(三)功率因数特性定子功率因数的变化曲线cosΦ1 = f(P2)(1)空载时定子电流I1主要用于无功励磁，所以功率因数很低，约为0.1~ 0.2(2)负载增加时转子电流的有功分量增加，使功率因数提高，(3)接近额定负载时功率因数达到最大(4)负载超过额定值时s 值就会变得较大，使转子电流中得无功分量增加，因而使电动机定子功率因数又重新下降了(四)电磁转矩特性电磁转矩特性Tem = f (P2) 接近于一条斜率为1/Ω的直线(五)效率特性异步电动机的效率为当可变损耗等于不变损耗时，异步电动机的效率达到最大值中小型异步电机的最大效率出现在大约为3/4的额定负载时异步电动机的工作特性可用直接负载法求取，也可利用等效电路进行计算*空载试验*励磁参数与铁耗及机械损耗的确定通过空载试验可以测定异步电动机的励磁参数，异步电动机的励磁参数决定于电机主磁路的饱和程度，所以是一种非线性参数；通过短路试验可以测定异步电动机的短路参数异步电动机的短路参数基本上与电机的饱和程度无关，是一种线性参数一.空载试验与励磁参数的确定(一) 空载试验1.异步电动机空载运行指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运行状态2.空载试验电路图5.7.1异步电动机空载试验电路3.空载试验的过程定子绕组上施加频率为额定值的对称三相电压，从(1.10 ~ 1.30) 倍额定电压值开始调节电源电压，逐渐降低到可能使转速发生明显变化的最低电压值为止每次记录端电压、空载电流、空载功率和转速，根据记录数据，绘制电动机的空载特性曲线图5.7.2空载特性曲线(二) 励磁参数与铁耗及机械损耗的确定从空载特性可确定计算工作特性所需等值电路中的励磁参数、铁耗和机械损耗1.机械损耗和铁耗的分离空载试验时输入电动机的损耗有：定子铜耗、铁耗和机械损耗其中定子铜耗和铁耗与电压大小有关，而机械损耗仅与转速有关上式改写为由于可认为铁耗与磁密平方成正比，因而铁耗与端电压平方成正比，绘制曲线p Fe + p mec = f (U1)2图5.7.3 机械损耗与铁耗的分离作曲线延长线相交于直轴于0ˊ点，过0ˊ作一水平虚线将曲线的纵坐标分为两部分，由于空载状态下电动机的转速n 接近n0 ，可以认为机械损耗是恒值所以虚线下部纵坐标表示与电压大小无关的机械损耗，虚线上部纵坐标表示对应于某个电压U1 的铁耗2.励磁参数的确定(1)空载试验时的等效电路图5.7.4 空载试验等效电路(2)励磁参数计算公式二. 短路试验与短路参数的确定(一) 短路试验对异步电动机而言，短路是指T 形等效电路中的附加电阻(1-s)r2'/s = 0 的状态，即电动机在外施电压下处于静止的状态1.短路试验电路图5.7.5 异步电动机短路试验电路2.短路试验的过程短路试验在电动机堵转降低电源电压情况下进行，一般从U1 = 0.4 UN 开始，然后逐步降低电压，测量5~7个点，每次记录端电压、定子短路电流和短路功率，并测量定子绕组的电阻。
根据记录数据，绘制电动机的短路特性I1s = f (U1), p1s = f (U1)图5.7.6 异步电动机的短路特性(二) 短路参数的确定1.电动机堵转时的等效电路图5.7.7 异步电动机堵转时等效电路2.短路参数计算公式由于Zm>>Z2'，可以认为励磁支路开路，Im≈0，铁耗可忽略不计所以第六章三相异步电动机的电力拖动本章讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械特性为理论基础，研究三相异步电动机的起动、制动和调速等问题。
§6-1 三相异步电动机的机械特性6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式一.异步电动机机械特性的物理表达式1.异步电动机电磁转矩表达式:2.转矩常数表达式:3.转子电流表达式:4.转子电路功率因数表达式:可以看出:转差与电流、功率因数的关系及异步电动机机械特性(图6.1.1)图6.1.11.电流与转差关系(图6.1.1)I2' 最初与s 成正比地增加，s 较大时，I2' 增加逐步减缓2.功率因数与转差关系(图6.1.1)s = 0，cosΦ'2 = 1随着n 的逐步下降，s 增加，cos Φ'2 将逐步下降3.合成曲线两条曲线相乘，并乘以常数C T J Φm ,即得n = f(T) 的曲线，称为异步电动机的机械特性。
(图6.1.1)反映了不同转速时T 与Φm 及转子电流的有功分量I2' cosΦ'2 间的关系在物理上，这三个量的方向遵循左手定则二.异步电动机机械特性的参数表达式采用参数表达式可直接建立异步电动机工作时转矩和转速关系并进行定量分析由异步电动机的近似等效电路:1.异步电动机的机械特性参数表达式：2.异步电动机的机械特性图6.1.2 异步电动机的机械特性因为异步电动机机械特性为二次方程式，所以在某一转差率sm 时，转矩有一最大值Tm，该值称为异步电动机的最大转矩求出生产Tm 时的转差sm3.对应异步电动机的最大转矩Tm为正号对应于电动机状态，而负号则适用于发电机状态考虑R1 << ( X1 + X2') ,可得：4.几点规律1)当电动机各参数及电源频率不变时，Tm 与U 成正比，s m因与U X无关而保持不变2)当电源频率及电压不变时，s m与Tm 近似地与( X1 + X2')成反比3)Tm 与R2' 之值无关，sm 与R2'成正比5.电动机过载倍数K T一般异步电动机的K T约等于1.8 ~ 3.0起重冶金机械用的电动机，KT 可达3.5过载倍数K T是电动机短时过载的极限6.起动转矩倍数Kst异步电动机起动转矩Tst ，即为S = 1 时电机的电磁转矩三.机械特性的实用表达式考虑机械特性参数表达式及最大转矩Tm 的表达式，机械特性可简化为忽略R1 可以得到异步电动机机械特性的实用表达式这里当电动机在额定负载下运行时，转差率很小，忽略s/sm，得:6.1.2三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一.异步电动机的固有机械特性异步电动机在下述条件下工作：额定电压额定频率电动机按规定接线方法接线定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时的机械特性曲线n = f ( T ) ，称之为固有机械特性其中：起动点额定工作点同步速点最大转矩点电动状态最大转矩点回馈制动最大转矩点A B H P P'可见:回馈制动时异步电动机过载能力大于电动状态时的过载能力二.人为机械特性由电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩T 的数值是由某一转速n （或s ）下，电源电压Ux、电源频率f1、定子极对数p、定子及转子电路的电阻R1、R2'及电抗X1、X2' 等参数决定人为特性，改变电源电压、电源频率、定子极对数、定子和转子电路的电阻及电抗等参数，可得到不同的人为机械特性。
(一) 降低电源电压Ux最大转矩Tm 及起动转矩Tst 与U 成正比地降低；sm 与Ux 的降低无关1.降低电网电压对电动机的影响过载能力下降负载电流上升从机械特性物理表达式进行分析因为电网电压下降，电动机气隙磁通下降，所以在电动机带一定负载转矩情况下，转子电流增加2.降低电源电压的机械特性图6.2.2异步电动机降低电源电压的机械特性(二) 转子电路内串联对称电阻由(6.2.3)由(6.2.4) 知道：最大转矩Tm 不变；sm 随串联电阻增大而增加1.转子电路串联对称电阻时机械特性图6.2.3 异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性2.转子电路串联对称电阻用途(1)绕线转子异步电动机的起动(2)调速(三) 定子电路串联对称电抗由(6.2.3) (6.2.4) 知道：最大转矩Tm 随串联电抗增大而减小；sm 随串联电抗增大而减小1.转子电路串联对称电抗时机械特性图6.2.4异步电动机转子电路串联对称电抗时机械特性2.用途：用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流(四) 定子电路串联对称电阻由(6.2.3) (6.2.4) 知道：最大转矩Tm 随串联电阻增大而减小；sm 随串联电阻增大而减小1.转子电路串联对称电阻时机械特性图6.2.5 异步电动机转子电路串联对称电阻时机械特性2.用途：用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流(五) 转子电路接入并联阻抗1.电路异步电动机转子电路接入并联阻抗的电路(图6.2.5)2.机械特性异步电动机转子电路接入并联阻抗的机械特性(图6.2.5)3.对人为机械特性的解释1)起动初期因为转子频率相当大，感抗较大，转子电流的大部分将流过电阻Rst所以起动转矩相当大, 相当于转子电路串大电阻2)转子加速转子频率逐步降低，转子频率将变得很小，Xst 之值很小所以相当于电动机转子串联很小对称电阻时的机械特性3)几乎恒定的转矩适当的参数配合，可使电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩4)电抗器参数选取接入并联阻抗的转子等效电路图6.2.6 接入并联阻抗转子的等效电路其中：（6.2.6）三相异步电动机的起动方法一. 三相笼型异步电动机的起动方法三相笼型异步电动机的起动方法有直接起动和降压起动两种方法。
（一）直接起动（1）异步电动机的功率小于7.5 KW（2）异步电动机的功率大于7.5 KW 时K I = I 1st / I1N < 0.25 [ 3 + (电源总容量/起动电动机容量）]（二）降压起动（1）定子串电阻或电抗起动定子串电阻起动电路图6.2.1图6.2.2 定子串电抗起动电路（图6.2.1，图6.2.2）定子串电阻或电抗起动的方法特点为：起动平稳、运行可靠、方法简单降压后，起动转矩Tst 与电压的平方成正比例地降低起动电流Ist 与电压成正比例地降低（2）用自耦变压器起动图6.2.3自耦变压器图6.2.4定子串自耦变压器起动电路由变压器原理知：Ux/U1 = N2 / N1设起动时：电压电流U1 IstUx Ix根据（图6.2.3）则有：Ix/Ist = ( Ux/U1 =) N2/N1 (式6.2.4)而利用变压器原理可以得到：I1/Ix = ( Ux/U1 =) N 2 / N 1 (式6.2.5)由(式6.2.4) (式6.2.5) 可以得到：I1/Ist = (N 2 / N 1)2或I 1 = Ist (N 2 / N 1 ) 2采用自耦变压器起动时起动电流Ist 与起动转矩Tst 以同样规律变化自耦变压器若采用不同抽头（40%, 68% 和80%）便可满足不同的起动要求（3）定子绕组星- 三角形接法切换起动图6.2.5定子绕组星- 三角形接法切换起动电路定子绕组星- 三角形切换起动方法适用于运行时接成三角形，且每相绕组有两个引出端的三相异步电动机笼型异步电动机分别为星形和三角形接法时起动时有关参数的比较如下：采用定子绕组星- 三角形切换起动方法起动时，起动电流Ist 与起动转矩Tst 均降为(三角形接法）全压起动时的1/3二. 三相绕线式异步电动机的起动方法（一）转子串电阻起动图6.2.6 起动电路原理图（二）转子串频敏变阻器起动图6.2.7 频敏变阻器图6.2.8 频敏变阻器等效电路一. 深槽异步电动机图6.2.9深槽异步电动机槽内导条电流分布深槽异步电动机的槽型窄而深，处于槽底等效线匝的漏电抗大于处于槽口等效线匝的漏电抗。