电机学课堂讲义第四部分异步电机10h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 第十七讲异步电机的参数测定 重点：利用等效电路、空载试验和堵转试验测定参数 难点：空载参数和堵转参数的物理涵义 问题：什么是异步电机的空载运行和短路运行？异步电机等效电路中有哪些参数？如何测定异步电 机的转矩一转差率特性？ 1、空载试验 (1)空载试验的目的 测定激磁阻抗，铁耗和机械损耗。 (2)空载试验方法 异步电机作为电动机运行，定子施加额定频率的三相对称可调电压源，转子电路短路且转轴上不带 任何机械负载，稳定运行时转子转速接近同步速，测定不同定子电压时的空载定子电流、空载输入 电功率。试验完成后测定绕组电阻。 (3)参数计算方法 利用空载相电压和相电流计算每相空载阻抗Zo=UI0。 空载试验时，异步电机的空载输入电功率主要用于定子铁心损耗、机械轴上的机械损耗，转子铁心 损耗和转子绕组电阻损耗可以忽略不计，定子绕组电阻损耗随空载电流变化，但因为空载电流本身 很小，相对铁耗来说可以忽略不及，转子机械损耗因转子转速基本接近同步速，可以认为不变，而 定子铁耗与主磁通密度成非线性关系，而主磁通取决于定子绕组感应电势，由于感应电势与定子绕 组电压基本相等，因此定子铁心损耗与电压成非线性关系。因铁心损耗主要包含磁滞损耗与涡流损 耗两部分，在电源频率不变的条件下，磁滞损耗与涡流损耗基本上与磁通密度的平方呈正比。 Py Pmec Pad =Po-m IoR f(U) A、利用平方电压关系曲线拟合法 假设铁耗与电压平方呈正比，而机械损耗和附加损耗恒定，作空载损耗扣除定子绕组铜耗后的损耗 与定子电压平方关系曲线，再用直线拟合曲线，寻求拟合直线与纵坐标的交点，该交点纵坐标认为 是机械损耗与附加损耗之和。 机械损耗与附加损耗分离后，获得铁心损耗与空载电流的关系，计算铁耗电阻RmPJ(m,): 最后计算激磁电抗XZ行-(R+Rm)2。 B、利用对数电压关系曲线拟合法 假设铁耗是电压的幂函数Pe=f(U6),其中α是未知的常数，且函数f是线性的。 2、堵转试验 (1)短路试验的目的 测定折算到定子的转子电阻和定转子漏电抗。 (2)短路试验方法 短路试验时，转子堵转（静止不动），因此也称为堵转试验。试验时定子施加频率额定的三相对称 可调电压源，定子电枢电压从额定电压值的0.9一1.1开始测定，但电枢电流超过额定电流时，连续通
电机学课堂讲义 第四部分 异步电机 10h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 1 第十七讲 异步电机的参数测定 重点：利用等效电路、空载试验和堵转试验测定参数 难点：空载参数和堵转参数的物理涵义 问题：什么是异步电机的空载运行和短路运行？异步电机等效电路中有哪些参数？如何测定异步电 机的转矩－转差率特性？ 1、空载试验 （1）空载试验的目的 测定激磁阻抗，铁耗和机械损耗。 （2）空载试验方法 异步电机作为电动机运行，定子施加额定频率的三相对称可调电压源，转子电路短路且转轴上不带 任何机械负载，稳定运行时转子转速接近同步速，测定不同定子电压时的空载定子电流、空载输入 电功率。试验完成后测定绕组电阻。 （3）参数计算方法 利用空载相电压和相电流计算每相空载阻抗Z0=U0/I0。 空载试验时，异步电机的空载输入电功率主要用于定子铁心损耗、机械轴上的机械损耗，转子铁心 损耗和转子绕组电阻损耗可以忽略不计，定子绕组电阻损耗随空载电流变化，但因为空载电流本身 很小，相对铁耗来说可以忽略不及，转子机械损耗因转子转速基本接近同步速，可以认为不变，而 定子铁耗与主磁通密度成非线性关系，而主磁通取决于定子绕组感应电势，由于感应电势与定子绕 组电压基本相等，因此定子铁心损耗与电压成非线性关系。因铁心损耗主要包含磁滞损耗与涡流损 耗两部分，在电源频率不变的条件下，磁滞损耗与涡流损耗基本上与磁通密度的平方呈正比。 ! pfe + pmec + pad = P0 " m1I0 2 R1 = f (U0 ) A、利用平方电压关系曲线拟合法 假设铁耗与电压平方呈正比，而机械损耗和附加损耗恒定，作空载损耗扣除定子绕组铜耗后的损耗 与定子电压平方关系曲线，再用直线拟合曲线，寻求拟合直线与纵坐标的交点，该交点纵坐标认为 是机械损耗与附加损耗之和。 机械损耗与附加损耗分离后，获得铁心损耗与空载电流的关系，计算铁耗电阻Rm=pfe/(m1I0 2 )； 最后计算激磁电抗 ! Xm = Z0 2 " (R1 + Rm ) 2 。 B、利用对数电压关系曲线拟合法 假设铁耗是电压的幂函数 ! pfe = f (U0 " )，其中α是未知的常数，且函数f是线性的。 2、堵转试验 （1）短路试验的目的 测定折算到定子的转子电阻和定转子漏电抗。 （2）短路试验方法 短路试验时，转子堵转（静止不动），因此也称为堵转试验。试验时定子施加频率额定的三相对称 可调电压源，定子电枢电压从额定电压值的0.9－1.1开始测定，但电枢电流超过额定电流时，连续通
电机学课堂进义第四部分异步电机10h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 电时间应该很短，以免绕组过热烧坏。一般从2一3倍额定电流开始，逐渐降到额定电流，测量定子 绕组的短路电压、电流、输入电功率。试验结束时测定定子电阻。 (3)参数计算方法 转子堵转状态，定转子电流很大，激磁电流可以忽略不计。根据等效电路分析可知，由于电势相对 较小，因此主磁通相对额定负载或空载较弱，铁心损耗可以忽略不计，于是，短路损耗主要是定转 子绕组的电阻损耗，短路阻抗由短路电流和短路电压计算确定 思R+®一条么-号 X=☑-民 通过测量数据计算可以发现，短路参数与电压和电流有关。这是因为短路参数与集肤效应和漏磁路 饱和程度有关。而漏磁路饱和程度与绕组电流和磁路槽口形状有关，开口槽或半开口槽的漏磁路不 易饱和，闭口槽与半闭口槽容易饱和。 异步电机的短路参数一般随电流变化而变化，根据需要确定采用哪一组数据：计算异步电机工作特 性时，采用额定电流短路参数：计算最大电磁转矩时采用2一3倍额定电流参数； 计算短路或起动性 能时采用额定电压时的电流参数。 3、异步电机工作特性 在电枢电压和频率恒定的条件下，利用“T”型等效电路分析转差率、输入功率因数、效率、电枢电 流、电磁转矩与输出功率的关系。 对于恒转矩负载和变转矩负载分析的方法是不同的，因为机械特性的稳定工作区不同。 转差率是随输出功率增大而增大，用标么值表示输出功率时，转差率是上翘的曲线。空载时，转差 率接近于零。负载增大，转差率增加，额定负载时，转差率约为5%左右，最大功率时，转差率约为 20%左右。 输入功率因数总是滞后的，并随负载增大而增大，功率因数是上翘的曲线。空载时，输入电流主要 建立气隙磁场，有功分量很小，功率因数也很小。随着负载增大，转子电流的有功分量增大，功率 因数增加。 效率随负载增加先增加，达到最大值后，逐渐减小，但比较平坦。 电磁转矩随负载增大是上翘的曲线。 电枢电流随负载增大而增大。 4、异步电机机械特性 异步电机机械特性是在电压和频率额定，转子转速与电磁转矩的关系曲 电动 线，如图1所示。正向电动机与发电机运行状态如黑色特性曲线，同步转 发电 速，高于同步转速为发电机运行状态，稳定运行区域不超过最大电磁 转矩点转速，转速在零与同步速之间为电动机运行状态，对于恒转矩负 Tem 载的稳定运行区域为同步速与最大电磁转矩对应转速之间，而转速小于 发电 零的部分为电磁制动运行状态：反向电动机与发电机运行状态如红色特 电动 -1 性曲线，同步转速-1，特性曲线与正向运行的正好相反。反向不仅仅是 指转速与规定方向相反，而且是定子磁场旋转方向由正序变为负序。 图1异步电机机械特性 教学方法： 异步电机参数测定一一空载试验一一堵转试验一一工作特性一一转差率特性一一效率特性一一转矩 特性—一功率因数特性—一定子电流特性—一机械特性。 2
电机学课堂讲义 第四部分 异步电机 10h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 2 电时间应该很短，以免绕组过热烧坏。一般从2－3倍额定电流开始，逐渐降到额定电流，测量定子 绕组的短路电压、电流、输入电功率。试验结束时测定定子电阻。 （3）参数计算方法 转子堵转状态，定转子电流很大，激磁电流可以忽略不计。根据等效电路分析可知，由于电势相对 较小，因此主磁通相对额定负载或空载较弱，铁心损耗可以忽略不计，于是，短路损耗主要是定转 子绕组的电阻损耗，短路阻抗由短路电流和短路电压计算确定 ! Rk = R1 + R2 = Pk m1Ik 2 , ! Zk = Uk Ik , ! Xk = Zk 2 " Rk 2 通过测量数据计算可以发现，短路参数与电压和电流有关。这是因为短路参数与集肤效应和漏磁路 饱和程度有关。而漏磁路饱和程度与绕组电流和磁路槽口形状有关，开口槽或半开口槽的漏磁路不 易饱和，闭口槽与半闭口槽容易饱和。 异步电机的短路参数一般随电流变化而变化，根据需要确定采用哪一组数据：计算异步电机工作特 性时，采用额定电流短路参数；计算最大电磁转矩时采用2－3倍额定电流参数；计算短路或起动性 能时采用额定电压时的电流参数。 3、异步电机工作特性 在电枢电压和频率恒定的条件下，利用“T”型等效电路分析转差率、输入功率因数、效率、电枢电 流、电磁转矩与输出功率的关系。 对于恒转矩负载和变转矩负载分析的方法是不同的，因为机械特性的稳定工作区不同。 转差率是随输出功率增大而增大，用标幺值表示输出功率时，转差率是上翘的曲线。空载时，转差 率接近于零。负载增大，转差率增加，额定负载时，转差率约为5％左右，最大功率时，转差率约为 20％左右。 输入功率因数总是滞后的，并随负载增大而增大，功率因数是上翘的曲线。空载时，输入电流主要 建立气隙磁场，有功分量很小，功率因数也很小。随着负载增大，转子电流的有功分量增大，功率 因数增加。 效率随负载增加先增加，达到最大值后，逐渐减小，但比较平坦。 电磁转矩随负载增大是上翘的曲线。 电枢电流随负载增大而增大。 4、异步电机机械特性 异步电机机械特性是在电压和频率额定，转子转速与电磁转矩的关系曲 线，如图1所示。正向电动机与发电机运行状态如黑色特性曲线，同步转 速n1，高于同步转速为发电机运行状态，稳定运行区域不超过最大电磁 转矩点转速，转速在零与同步速之间为电动机运行状态，对于恒转矩负 载的稳定运行区域为同步速与最大电磁转矩对应转速之间，而转速小于 零的部分为电磁制动运行状态；反向电动机与发电机运行状态如红色特 性曲线，同步转速-n1，特性曲线与正向运行的正好相反。反向不仅仅是 指转速与规定方向相反，而且是定子磁场旋转方向由正序变为负序。 教学方法： 异步电机参数测定——空载试验——堵转试验——工作特性——转差率特性——效率特性——转矩 特性——功率因数特性——定子电流特性——机械特性。 Tem n n1 -n1 0 电动 发电 电动 发电 图1 异步电机机械特性