583742460毕业设计（论文）三相异步电动机机械特性的测量.doc

摘 要三相异步电动机就是通过一种旋转磁场与由这种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所感生的电流相互作用，以产生电磁转矩来实现拖动的电动机。本文通过定子、转子冷态电阻实验，空载实验，短路实验，负载实验，绕线式三相异步电动机固有机械特性试验，绕线式三相异步电动机转子绕组串连可变的电阻的起动实验，绕线式三相异步电动机人为机械特性实验的实验数据进行计算，然后画出各种曲线图，最后进行分析得出绕线式三相异步电动机特性。关键词：三相异步电动机；转矩；旋转磁场；机械特性AbstractThree-phase asynchronous motor is the rotating magnetic field through a rotating magnetic field by means of such a role in the induction rotor winding currents induced by the interaction to generatethe electromagnetic torque of the motor to achieve drag. In this paper, stator, rotor resistance cold experiments experimental no-load, short-circuit test, load test, three-phase asynchronous motor winding mechanical properties inherent in the pilot wound rotor winding three-phase asynchronous motor serial start-up variable resistor test,Three-phase asynchronous motor winding mechanical properties of human testing of experimental data to calculateand then draw all kinds of curves, analysis of the final three-phase asynchronous motor winding characteristicsKey words: Three-phase asynchronous motor;Torque;Rotating magnetic field ;Mechanical properties符 号 表符号说明单位符号说明单位感应电动机定子电阻额定转差率感应电动机转子电阻最大转矩时的转差率感应电动机励磁电阻转子转速冷态电阻折算值额定转速的归算值同步转速、三相电压感应电动机定子电抗、三相电流感应电动机转子电抗定子电压感应电动机励磁电抗短路电流、堵转电流空载时的电抗、功率表显示的功率值堵转时的电抗输入功率感应电动机定子阻抗输出功率感应电动机转子阻抗电磁功率感应电动机励磁阻抗机械功率空载时的阻抗堵转输入功率堵转时的阻抗空载输入功率空载电流定子铁耗异步电动机定子电流定子铜耗异步电动机转子电流转子铜耗的归算值机械损耗交流励磁电流异步电动机附加损耗额定电流转差率堵转电流定子功率因数无额定电压效率相电压电磁转矩、转矩堵转电压额定转矩转子的机械角速度电动机输出转矩同步机械角速度最大转矩堵转转矩起动转矩额定功率目 录1 绪论11.1研究背景11.2异步电动机的用途和特点21.3异步电动机的发展22 异步电动机介绍52.1异步电动机简介52.2 三相异步电动机的工作原理52.3三相异步电动机的结构52.4三相异步电机Y、接线63 绕线式三相异步电动机参数的测定83.1定、转子冷态电阻的确定83.2堵转实验及漏阻抗参数的确定93.3空载实验及励磁参数的确定124 绕线式三相异步工作特性的求取184.1直接负载法求取工作特性184.1.1异步电动的机功率平衡的验证184.1.2转速工作特性204.1.3定子电流工作特性214.1.4功率因数工作特性224.1.5电磁转矩工作特性224.1.6效率工作特性235 绕线式三相异步电动机的机械特性255.1绕线式三相异步电动机固有机械特性的研究255.2绕线式三相异步电动机人为机械特性的研究265.2.1降低定子输入电压的人为机械特性275.2.2转子回路中串联对称电阻的人为机械特性286 调试分析32结 论33致 谢34参考文献351 绪论1.1研究背景电能是现代大量应用的一种能量形式。这种能量形式有许多优点，如生产和变换比较经济，传输和分配比较容易，使用和控制比较方便等。人类自从使用了电能，从繁重的体力劳动中得到了解放，劳动生产率大大提高，并能完成手工劳动所不易或不能完成的生产任务，因此，在现代社会中，电能的应用已遍及各行各业中。电能的生产、变换、传输、使用和控制等，都必须利用电机作为能量转换或信号变换的机电装置。在电力工业中，发电机和变压器是电站和变电所的主要设备。在工业企业中，大量应用电动机作为原动机去拖动各种生产机械。如在机械工业、冶金工业、化学工业中，机床、电铲、轧钢机、电车、抽水机、鼓风机等都要用大大小小的电动机来拖动；在自动控制技术中。各种各样的小巧灵敏的控制电机广泛地被作为检测、放大、执行和解算元件。不论是旋转电机的能量转换，还是控制电机的信号变换，都是通过电磁感应作用而实现的，因此分析电机内部的电磁过程及其所表现的特性时，要应用有关电和磁的规律，如电路第一、第二定律，全电流定律，电磁感应定律和电磁力定律等。但是，电机毕竟是一种机械，除电磁规律以外，还涉及到结构、工艺、材料等方面的问题，所以电机在拖动系统中是一种综合性的装置或元件。电机是随着生产发展而产生和发展的，而电机的发展反过来又促进社会生产力的不断提高。以前，电机的发展过程是由诞生到在工业上初步应用、各种电机初步定性以及电机理论和电机设计计算的建立和发展。在由电气化时代进入原子能、计算机及自动化时代的今天，不仅对厂家提出了诸如性能良好、运行可靠、单位容量的重量轻、体积小等方面越来越多的要求，而且随着自动控制系统和计算装置的发展，在旋转电机的理论基础上，发展出多种高精度、快响应的控制电机，成为电机学科的一个独立分支。与此同时，电力电子学等学科的渗透使电机这一较为成熟的学科得到新的发展。由于当前科学技术突飞猛进，因此使电机在制造上也朝着大型、巨型发展。中小型电机正向多用途、多品种方向发展，向高效节能方向发展。在应用上由于计算机技术迅速发展，将会出现由机器人工作到无人工厂，以计算机作为这些工厂的“中枢神经”，使实现无人化成为可能。在这种时代里，某些特种电机必须具有快速响应、模仿性运动、快速启动和停止等比人的手脚更复杂而精巧的运动。在理论上，在电机中应用了控制技术，是电机具有更良好的特性，使各类电机成为各种机电系统中一种及其重要的元件。1.2异步电动机的用途和特点异步电机主要作为电动机使用。它是工农业生产及国民经济各部门中应用最为广泛而且需要量最大的一种电机。金属切削机床、轧钢设备、鼓风机、粉碎机、水泵、油泵、轻工机械、纺织机械、矿山机械等，绝大部分都采用异步电动机拖动。人们的日常生活中，异步电机的应用也日益广泛，如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调机等家用电器中，都用到单相异步电机。电力拖动中，绝大多数的拖动电机为异步电动机，其用电量约占电网总负荷的60%。异步电动机之所以得到广泛应用，其原因在于和其它各种电动机比较，它具有结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等一系列优点，特别是和同容量的直流电动机相比，异步电动机的重量约为直流电动机的一半，而其价格仅为直流电动机的1/3。但是，异步电动机也有一些缺点：不能经济地实现范围较广的平滑调速，必须从电网吸取滞后的励磁电流，使电网功率因数变低，在要求有较宽广的平滑调速范围的场合，一般采用直流电动机。但是由于大多数的生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采取其他办法来进行补偿，而且近一二十年来，以电力电子器件和微型计算机为基础发展起来的异步电动机交流调速系统，使异步电动机的调速性能得以改善，使其用途更加广泛。因此，三相异步电动机仍不失为电力拖动系统中一个极为重要的元件。1.3异步电动机的发展从节约能源、保护环境出发，发展高效率异步电动机是目前的国际发展趋势。1992年美国发布了能源法，在该法规中规定了120hp三相异步电动机的效率标准，过度期为5年，1997年10月24日开始实施。我国加入WTO以后，电机行业面临国际社会的巨大竞争压力和挑战。从国际和国内发展趋势来看，开发高效异步电动机是非常有必要的，这也是使我国电机产品赶超国际先进水平和推进行业技术进步的需要。1美国高效电动机据美国能源署统计，1994年美国用于生产过程中的电动机系统耗能6790亿kW.h，相当于美国全年用电量的23%和公寓用电量的63%。美国能源署认为，如果积极推进电动机节能和电动机系统节能，将会产生年节电7501220亿kW.h的惊人效果，使整个工业系统的电动机能耗降低11%18%，按当时的电价计算，约为3658亿美元。按平均值估算，通过电动机效率升级，每年可节电246亿kW.h，约占电动机能耗的3.6%，通过电动机系统节能，每年可节电606亿kW.h，行业产品研究开发的重点，1997年10月24日生效的“Enerey Policy Act of 1992”，简称EPACT，更是一法律的形式在全美强制推行高效电动机。2欧洲高效电动机欧洲对发展高效电动机的看法最初并不一致，但经过多年的协调，于1999年对4极电机和2极电机的效率标准达成了CEMEP-EU协议。西门子公司对高效电动机的开发和生产十分重视，至2001年底，已全部淘汰fff3电动机。西门子公司的高效电动机有下面两个明显的特点：第一，将CEMEP-EU协议向上下左右做了延伸和扩展，即功率从1.190KW想下延伸到0.06Kw，向上延伸到1000 kW；极数由2、4极扩展到2、4、6、8级。第二，西门子公司除了生产欧洲高效电动机之外，还生产出口美国的EPACT电动机，且在机座号56200范围内。 3中国高效电动机中小型电机行业得十五规划已将卡法中国高效电动机提上了议事日程，并对开发中国高效电动机可借鉴欧洲标准达成了共识，这是因为我国的电工标准体系目前基本上是等同采用IEC的标准。我国的基本系列Y1和Y2系列均与德国DIN42673相对应，电压和频率也与欧洲的一致。我国的Y2系列与欧洲的eff2系列的效率水平基本相当。电动机效率不断提高是电动机产品不断更新换代的过程，同时而是一个国家电机工业综合水平的一种标志。我国中小型异步电动机的效率水平跟国际水平相比还有一定的差距，有进一步提高的必要性和可能性。电动机效率提高1%可节约73.8亿kW.h电能。生产和使用高效电动机，对电机制造厂和广大用户都是有利的。电机制造厂要改进电机设计和生产工艺，批量生产高效率电动机；同时要采用有效措施，大力拥护积极采用高效率电动机。2 异步电动机介绍2.1异步电动机简介交流电机有异步电机和同步电机两大类。同步电机的转速与所接电网的频率之间存在一种严格不变的关系，异步电机则不然，并无此种关系。异步电机有不带换向器和带换向器的，但习惯上所说的异步电机是指不带换向器的异步电机。这种异步电机的定子绕组接上电源以后，由电源供给励磁电流建立磁场，依靠电磁感应作用，使转子绕组产生电流，产生电磁转矩，以实现电机能量转换。因其转子电流是由电磁感应作用而产生的，因而也称为感应电机。2.2 三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机工作原理：当电机的定子绕组接通三相电源后，在定子内的空间便产生旋转磁场。假定旋转磁场按顺时钟方向旋转，则转子与旋转磁场间就有相对运动，转子导线产生感应电动势。由于磁场按顺时钟方向旋转，相对于磁场不动，按照右手定则，可确定转子上半部导线的感应电动势方向是进去的。由于所有转子导线的两端分别被两个铜环联在一起，因而构成了闭合回路。在此感应电动势的作用下，转子导线内就有电流通过，称为转子电流。转子电流在旋转磁场中受力，其方向由左手定则决定。这些电磁力对转轴形成一个转矩，称为电磁转矩，其作用方向与旋转磁场方向一致，因此转子就顺着旋转磁场的向转动起来。另外只要任意调换电动机的两根电源进线，使旋转磁场的转向改变就能改变电动机的旋转方向。 三相异步电动机转动后，由于转子的转速总比旋转磁场的速度小一些（所谓异步就是这个意思）因而它们之间的相对切割总是存在的，也就是转子的感应电流与转子在磁场中受力作用总是存在的，所以三相异步电动机始终转动而不会停止 2.3三相异步电动机的结构三相异步电动机主要由静止的定子和转动的转子两大部分组成。定子与转子之间有一个较小的气隙。图2.1所示为绕线转子三相异步电动机的结构。图2.1绕线转子异步电动机剖面图1转子绕组 2端盖 3轴承 4定子绕组 5转子 6定子 7集电环 8出线盒。2.4三相异步电机Y、接线三相电动机的三相定子绕组每相绕组都有两个引出线头。一头叫做首端，另一头叫末端。规定第一相绕组首端用D1表示，末端用D4表示；第二相绕组首端用D2表示，末端用D5表示；第三相绕组首末端分别用D3和D6来表示。这六个引出线头 引入接线盒的接线柱上，接线柱相应地标出D1D6的标记。三相定子绕组 的六根端头可将三相定子绕组接成星形或三角形，星形接法是将三相绕组的末端并联起来， 即将D4、D5、D6三个接线柱用铜片连结在一起，而将三相绕组首端分别接入三相交流 电源，即将D1、D2、D3分别接入A、B、C相电源。而三角形接法则是 将第一相绕组的首端D 1与第三相绕组的末端D6相连接，再接入一相电源；第二相绕组的 首端D2与第一相绕组的末端D4相连接，再接入第二相电源；第三相绕组的首端D3与第 二相绕组的末端D5相连接，再接入第三相电源。即在接线板上将接线柱D1和D6、D2和D4、D3和D5分别用铜片连接起来，再分别接入三相电源，如图2.2所示。一台电动机是接成星形还是接成三角形，应视厂家规定而进行，可以从电动机铭牌上查到。三相定子绕组的首末端是生产厂家事先设定好的，绝不可任意颠倒，但可将三相绕组的首末端一起颠倒，例如将三相绕组的末端D4、D5、D6倒过来作为首端，而将D1、D2、D3作为末端，但绝不可单独将一相绕组的首末端颠倒，否则将产生接线错误。如果接线盒中发 生接线错误，或者绕组首末端弄错，轻则电动机不能正常起动，长时间通电造成启动电流过大，电动机发热严重，影响寿命，重则烧毁电动机绕组，或造成电源短路。 图2.2异步电动机定子接线示意图3 绕线式三相异步电动机参数的测定3.1定、转子冷态电阻的确定将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量绕组的直流电阻，此阻值即为冷态电阻。图3.1三相交流绕组电阻测量接线图按图3.1接线。调节电阻R使电流分别调至26mA、30mA、32mA实验时调节电流源使实验电流不超过电机额定电流的10%(为了防止因实验电流过大而引起绕组的温度上升)。接通开关读取电流值，再接通开关,读取电压值。读完后，先打开开关再打开开关。取在三个电流下测得的电阻的平均值，测量数据如表3-1和3-2所示。表3-1定子绕组电阻测量数据定子绕组定子绕组定子绕组2630322630322630320.360.410.440.360.410.440.360.410.4413.8513.6713.7513.8513.6713.7513.8513.6713.75定子绕组平均13.7613.7613.76表3-2转子绕组电阻测量数据转子绕组转子绕组转子绕组2630322630322630320.300.320.380.600.691.081.281.061.1611.5410.6711.8823.082333.7549.2335.3336.25转子绕组平均电阻11.3626.6140.27将3-1和3-2得出的平均电阻值代入公式=（为冷态温度）。即将冷态电阻折算到参考温度了。计算数据如表3-3所示。表3-3定、转子冷态电阻计算数据冷态电阻折算值定子绕组定子绕组定子绕组16.7916.7916.79转子绕组转子绕组转子绕组13.8632.4649.133.2堵转实验及漏阻抗参数的确定堵转实验是在电动机转子不转动的情况下进行的。用一个小的螺丝刀插入测功机上端的小孔中使电机转子堵转，然后将调压器退至零。实验电路图如图3.1所示。图3.2绕线式三相异步电动机堵转实验接线图合上三相交流电源，调节调压器使之升压使电流到1.2倍额定电流，再逐渐降低电压，在这个过程中读取电压、电流、功率共读取7组数据，测量数据如表3-4所示。表3-4绕线式三相异步电动机堵转实验数据45.3036.5040.9540.830.730.690.570.6615.8920.4936.3842.5033.1537.3837.680.680.650.510.6114.2816.4730.7538.9533.1537.4536.520.630.600.530.5911.3117.3028.6133.0328.9532.9231.630.550.510.470.517.9313.4721.4028.1524.6028.6127.120.480.430.410.445.829.8315.6521.1417.8221.3120.090.360.320.300.323.415.138.5414.3310.7014.0213.010.240.210.180.211.701.903.60根据表3-4中记录的数据，绘制出电动机的堵转特性曲线，如图3.3所示。图3.3绕线式三相异步电动机堵转特性曲线因为s=×100%，当异步电动机堵转时所以s=1，代表机械负载的附加电阻，相当于电路短路状态，其等效电路如图3.4所示。图3.4堵转时绕线式三相异步电动机等效电路图根据堵转时异步电动机等效电路图和归算过的定、转子电动势方程式；，磁动势方程式就可以画出堵转时异步电动机的向量图，如图3.5所示。图3.5堵转时绕线式三相异步电动机向量图由于，可认为励磁支路开路，则，则铁耗可忽略不计。此时输出功率和机械损耗为零，全部输入电功率都变成定子铜耗与转子铜耗。因为，则可认为，所以根据堵转实验的数据，可求出堵转是的阻抗（即短路阻抗）、电阻和电抗。（式中） 式中，由冷态电阻实验已经确定为13.76所以式中。对于大、中型异步电动机，可认为对于100以下的小型异步电动机，可取。因为我用的饶线式三相异步电动机额定功率，额定转数因为额定转数略小于同步转数，所以我用的电动机同步转数又因为 = 所以我用的电动机极数为2。所以取、。都知道了，根据公式得：3.3空载实验及励磁参数的确定空载实验是指在额定电压和额定频率下，电动机不带任何负载的运行，实验是在空载运行下，将电动机运转一段时间使机械损耗达到稳定值，然后调节三相调压器，让电源电压从（1.11.3）倍开始，我选择从1.2倍开始，也就是开始，逐渐降低到可能达到的最低电压值（电压降低时，转速发生明显变化为止）。实验电路图和堵转实验一样，但是不对电动机进行堵转，如图3.1所示。在这个过程中读取空载电压、空载电流、空载功率和转速共读取9组数据，测量数据如表3-5所示。表3-5绕线式三相异步电动机空载实验数据263.2255.6272.7263.80.420.430.320.3918.351.7701486230.4227.3243.5233.70.350.330.300.3317.946.264.11481218.2212.7228.9219.90.330.310.260.3012.139.751.81480207.4199.9204.1203.80.320.300.230.287.9233.540.81480177.5170.9174.6174.30.270.250.200.243.5326.329.81475144.9142.2146.3144.50.230.190.190.203.4923.326.81462114.7111.6116.3114.20.200.160.170.180.5817.518.1144684.6381.3985.6383.90.190.140.170.173.5913.316.91403根据表3-5中记录的数据，绘制出电动机的空载特性曲线，如图3.6所示。图3.6绕线式三相异步电动机空载特性曲线图空载时，所以异步电动机空载时输入电动机的电功率用来补偿定子铜耗，铁耗和机械损耗，即式中，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。上式可以简化为,由于铁耗可认为与磁密的平方成正比，则与端电压平方成正比，故须绘制铁耗与机械损耗之和与端电压平方值的曲线，如图3.7所示。图3.7 绕线式三相异步电动机曲线如上图所示，将曲线延长相交于纵轴处，过交点做一条水平虚线将曲线的纵轴分为两部分，由于机械损耗仅与电动机的转速有关，而在空载状态下，则机械损耗可认为是恒定值为10.51W，所以虚线下部纵坐标表示与电压大小无关，虚线上部纵坐标表示对应于电压大小的铁耗。因为s=×100%，电动机空载时转子转速与同步转速非常接近，即所以转差率，T形等效电路中代表机械负载的附加电阻，转子相当于开路状态，等效电路如图3.8所示。图3.8 空载时绕线式三相异步电动机等效电路图根据空载时异步电动机等效电路图和归算过的定、转子电动势方程式；，磁动势方程式就可以画出空载时异步电动机的向量图，如图3.9所示。图3.9空载时绕线式三相异步电动机向量图根据等效电路图计算，可得励磁参数如下：（式中）；式中，其中、由堵转实验已经确定，由冷态电阻实验已经确定，所以。；4 绕线式三相异步工作特性的求取4.1直接负载法求取工作特性直接负载法就是通过负载实验测得的数据画出工作特性曲线图然后通过对实际测量数据和工作特性曲线图进行工作特性分析。负载实验是在额定电压额定频率下进行的，即实验时，调节三相调压器保持电源电压和频率为额定值，并调节测功机转矩设定旋钮使之加载，使异步电动机的定子电流逐渐上升到1.25倍额定电流，约为0.69安培，也就是加负载到额定值的1.25倍。从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，实验电路图和堵转实验一样，如图3.1。在这个范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速，转矩共5组数据，测量数据如表4-1所示。表4-1绕线式三相异步电动机负载实验数据0.750.690.630.6976.51-132208.511.081328160.520.650.600.530.5962.39-112174.390.911360135.250.530.490.420.4843.70-88.7132.40.66139998.100.440.420.330.4026.95-67.994.850.44143165.400.330.350.250.31-6.16-35.041.160.00148104.1.1异步电动的机功率平衡的验证要想研究异步电动机的工作特性，就必须知道它的功率转换过程。当异步电动机负载时，从异步电动机的T形等效电路图可以看出，输入功率是由电电源供给的，是从定子绕组输入电动机的。输入功率的一小部分消耗于定子电阻上的定子铜耗，还有一小部分消耗于定子铁心中的铁耗。剩下的大部分电功率借助于旋转磁场由定子输送到了转子，这部分功率就是异步电动机的电磁功率，异步电动机的电磁功率传送到转子之后，必然产生转子电流，有电流在转子绕组内通过，必然在转子电阻上产生转子铜耗。在气隙旋转磁场传递电磁功率的过程中，旋转磁场与转子铁心存在着相对运动，就是常说的转差率，旋转磁场切割转子铁心理应引起转子铁心的铁耗，但是实际上当异步电动机正常运行时转差率很小，即气隙旋转磁场与转子铁心相对运动很小，以致转子铁心中磁通变化频率很低，通常仅13Hz，所以转子铁耗可以忽略不计。所以从定子传递到转子的电磁功率仅须扣除转子铜耗就成了使转子产生旋转运动的总机械功率。总的机械功率补偿了机械损耗和附加损耗就是由转子转轴上输出的净机械功率。的大小与气隙大小及一些工艺因素有关，是难以准确计算的，在小型异步电动机中，满载时可达1%3%，或者更大些；在大型异步电动机中约为输出功率的0.5%。由于很小所以可以忽略不计。下面我们通过负载实验的第二组实验数据和功率损耗的计算公式来验证异步电动机的转换过程，因为第二组数据比较接近额定值，更能反映出电动机在额定状态下的功率转换过程。根据实验数据可以看出输出功率，然后减去定子铜耗和定子铁耗，因为负载实验是在额定电压和额定频率下进行的，所以负载的定子铁耗等于额定电压下空载的铁耗，就是用空载输入功率减去空载定子铜耗和机械损耗。，所以异步电动机的电磁功率，电磁功率在减去转子铜耗就等于电磁功率，转子铜耗，电磁功率减去转子铜耗等于机械功率，机械功率减去机械损耗和附加损耗就等于了输出功率，而的大小与气隙大小及一些工艺因素有关，是很难计算的，在小型异步电动机中，满载时约为输出功率的1%3%，或者更大些所以，而输出功率的测量值为98.10W，和计算的值相差12.07W，这个相差值就是附加损耗。异步电动机功率转换关系可形象的由图4.1来表示。图4.1绕线式三相异步电动机功率关系图4.1.2转速工作特性异步电动机在额定电压额定频率下，输出功率变化时转速变化的曲线称为转速工作特性。如图4.2所示。图4.2绕线式三相异步电动机转速工作特性曲线根据公式得当电动机空载时，输出功率所以根据上式可以看出和转差率成正比关系，所以，所以电动机转速。当增大负载时，转速也将随之下降，转差率随之增大，所以转子电流增大，使电磁转矩增大来平衡负载转矩。因此随着输出功率的增大转差率也增大，转速减小，所以异步电动机的转速特性为一条向下倾斜的曲线。4.1.3定子电流工作特性异步电动机在额定电压额定频率下，输出功率变化时，定子电流的变化曲线称为定子电流工作特性。如图4.3所示。图4.3绕线式三相异步电动机定子电流工作特性曲线根据磁动势方程可以看出定子电流和励磁电流转子电流的关系。转速工作特性中已经说明，空载时转子电流即，此时定子电流几乎全部为励磁电流。当增大负载时，转子转速下降，定子电流也随之增大。定子电流几乎随输出功率按正比例增加。4.1.4功率因数工作特性异步电动机在额定电压额定频率下输出功率变化时，定子功率因数的变化曲线称为功率因数特性。如图4.4所示。图4.4绕线式三相异步电动机功率因数工作特性曲线当电动机空载时，定子电流基本上等于励磁电流，主要用于无功励磁，所以功率因数很低甚至几乎为零。当加了负载之后，转子电流的有功分量增加，定子电流的有功分量随之增加，功率因数开始增加。在接近额定负载时功率因数达到最大。4.1.5电磁转矩工作特性异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时电磁转矩的变化曲线称为电磁转矩工作特性。稳态运行时，异步电动机的转矩平衡方程式为因为输出功率所以。因为所以很小而且大小基本上不变。异步电动机的负载不超过额定值时，转速和角速度变化很小，所以电磁转矩工作特性曲线近似为一条斜率为1/的直线，如图4.5所示。图4.4绕线式三相异步电动机电磁转矩工作特性曲线4.1.6效率工作特性异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时效率的变化曲线称为效率工作特性。根据效率的定义，异步电动机的效率为：异步电动机中的损耗可分为可变损耗和不变损耗两部分。当输入功率增加时，可变损耗增加较慢所以效率上升很快。当可边损耗等于不变损耗的时候，异步电动机效率达到最大值。随后负载继续增加可变损耗增加很快，效率就降低了。根据上面效率公式计算可画出效率特性曲线图，如图4.5所示。图4.5绕线式三相异步电动机效率工作特性曲线5 绕线式三相异步电动机的机械特性5.1绕线式三相异步电动机固有机械特性的研究绕线式三相异步电动机固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，定子转子电路中不外接电阻、电抗或电容时所获得的机械特性曲线。接线图和图3.2堵转实验接线图一样。要研究三相异步电动机的固有机械特性首先要研究几个非常有特征的点，根据这几个特征点就可以绘制出固有机械特性曲线。下面我分别就这几个点进行说明。1. 起动点：起动点也就是电动机由静止到动起来的临界点，此时，电动机的转速处于静止状态，所以转差率，这个时候电动机的起动电流很大约为额定电流的47倍。这个时候电动机的电磁转矩。根据三相异步电动机机械特性的实用表达式就可以算出起动转矩，其中最大转矩,为异步电动机的过载倍数它是异步电动机很重要的参数，它反映了电动机短时过载的极限，一般异步电动机的，我取2.4。是异步电动机的额定转矩。所以。为最大转矩对应的转差率，,为额定转矩下的转差率，2.额定工作点：额定工作点就是电动机的所有数据都达到额定值，也就是在额定转矩，额定功率，额定转速，额定转差率下工作，此时、3.同步转速点：同步转速点就是电动机的转速达到了同步转速，也就是。此时的转矩值、转子电流折算值为零。一般，电动机在电动状态下，额定电压、额定频率下，电机转速是略小于同步转速的。4.最大转矩点：异步电动机在正常运行的情况下，有一点的电磁转矩最大，称为最大转矩点。此时、根据以上几个特征点的分析我们就可以描绘出绕线式三相异步电动机的固有机械特性曲线，如图5.1所示。图5.1绕线式三相异步电动机固有机械特性曲线5.2绕线式三相异步电动机人为机械特性的研究由异步电动机的机械特性参数表达式可知道，异步电动机电磁转矩的大小是由某一转速下的电源电压、频率、定子极对数、定子和转子电路的电阻及阻抗决定的。因此人为的改变这些参数，就可以得到不同的人为机械特性。下面分别介绍降低定子输入电压和转子回路中串联对称电阻的人为机械特性。5.2.1降低定子输入电压的人为机械特性降低定子输入电压的人为机械特性曲线是按照固有机械特性曲线的绘制方法来绘制，也是根据几个特征点来绘制，不同的是最大转矩和起动转矩将随定子输入电压的降低而发生变化。根据最大转矩公式:和最大转矩对应的转差率公式：，起动转矩公式：可以看出当降低异步电动机定子输入电压时最大转矩及起动转矩与异步电动机定子输入电压成正比的降低，不随的变化而变化，因为同步转速，所以也不随的变化而变化。根据以上的分析我们就可以描绘出绕线式三相异步电动机降低定子输入电压的人为机械特性曲线，如图5.2所示。图5.2绕线式三相异步电动机降低定子输入电压的人为机械特性曲线5.2.2转子回路中串联对称电阻的人为机械特性转子回路中串联对称电阻的人为机械特性曲线也是按照固有机械特性曲线的绘制方法来绘制，是根据几个特征点来绘制。我分别将转子串入对称的、三种电阻。下面分别研究几个特征点的求取方法。1.起动转矩的求取：起动转矩的是通过三相异步电动机的起动实验来求取的。三相异步电动机启动实验就是一种堵转实验，但是又和堵转实验有些不同。实验接线如图5.3所示。图5.3绕线式三相异步电机起动实验接线图实验前先把三相交流调压器调到零位，用一个小的螺丝刀插入测功机上端的小孔中使电机转子堵转，合上电源开关，调节调压器，使输入定子电压为180伏，三相转子绕组分别串入对称的、电阻，测定定子电流和转矩值(实验时通电时间不超过10秒以免绕组过热)。测量数据如表5-1所示。表5-1绕线式三相异步电机起动实验测量数据转子串联对称电阻值185.2177.3180.5181.01.851.801.711.791.59185.3176.1178.9180.11.521.491.421.481.57184.7177.4180.3180.81.051.020.991.021.31根据表5-1的数据、起动转矩公式、起动电流公式，就可以求出三相转子绕组串入对称的、电阻时的起动转矩。当转子绕组串入的对称电阻时，当转子绕组串入的对称电阻，当转子绕组串入的对称电阻时。2.最大转矩时转速的求取：根据三相异步电动机机械特性的参数表达式和最大转矩对应的转差率的公式推导出的最大转矩的表达式通过最大转矩