异步电动机的工作特性详解

异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行时，电动机的转速n、定子电流I1、电磁转矩T、功率因数cosφ1、效率η等与输出功率P2的关系，即U1=U1N、f1=f1N时，n、I1、cosφ1、η=f（P2）的曲线。由于异步电动机是一种交流电动机，所以对电网来说需要考虑功率因数；同时由于单边励磁，励磁电流与负载电流共存于定子绕组中，所以要注意到定子电流，而转子电流一般不能直接测取，故这些特性仅对输出功率而言。

异步电动机的工作特性指标在国家标准中都有具体规定，设计和制造都必须满足这些性能指标。工作特性曲线可用等值电路计算求得，也可以通过实验测定。如图7.4.3所示是异步电动机的工作特性曲线，现简要分析如下。

图7.4.3　异步电动机的工作特性曲线

1.转速特性n=f（P2）

异步电动机在额定电压和额定频率下，转速随输出功率变化的曲线n=f（P2）称为转速特性曲线。

根据式PCu2=SPM 可知异步电动机的转差率S、转子铜耗PCu2和电磁功率PM 的关系（T0为空载转矩，T2为负载转矩）为

将代入上式得：

由式（7.4.1）可以看出，当异步电动机空载时，输出功率P2=0，转子电流I2≈0，所以n≈nS；随着负载的增加，输出功率就增大，转子电流I2增加，所以转速下降。从物理概念来说，负载增大势必引起转速下降。主磁通相对转子的速度增加，转子感应电动势和电流增大，电磁转矩增大，直到与负载转矩相平衡。因此，随着输出功率P2的增大，转速稍有下降。所以，转速特性曲线n=f（P2）是一条稍微下斜的直线，如图7.4.3所示。它与直流他励电动机的转速特性很相似，也是硬特性。

2.定子电流特性I1=f（P2）

异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，定子电流的变化曲线I1=f（P2）称为定子的电流特性。

由等值电路得异步电动机的定子电流方程式（即磁势平衡方程式）为

上面已经说明，空载时P2=0，n≈nS，转子电流≈0，此时定子电流全部为励磁电流I0。随着负载的增加，转速下降，转子电动势和电流I2增大，与之平衡的定子电流负载分量（）也增加，以维持励磁磁势近似不变。所以定子电流随负载成正比例增加，其特性曲线如图7.4.3所示。

3.功率因数特性cosφ1=f（P2）(www.xing528.com)

异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，定子功率因数cosφ1=f（P2）称为功率因数特性。

从异步电动机的等值电路可以看出，对于电源来说，异步电动机相当于一个电阻和电感串并联的负载，因而功率因数总是滞后的，也总小于1。空载运行时，定子电流基本上是励磁电流I0。因此，空载时功率因数很低，通常小于0.2。当负载增加时，定子电流的有功分量增加，功率因数逐渐上升，在额定负载附近，功率因数达到最大值。超过额定负载后，由于转速降低较多，转差率S较大，变小，转子电路中的功率因数角，cosφ2及cosφ1均随之下降，所以功率因数曲线如图7.4.3所示。一般的电动机，额定负载时的功率因数在0.75～0.90。

4.转矩特性T=f（P2）

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T=f（P2）称为转矩特性。

异步电动机稳定运行时，电磁转矩应与负载的制动转矩相平衡，即T=T0+T2。因，且电动机从空载到额定负载运行时，其转速变化不大，可认为是常数。所以T2与P2成比例关系。而空载转矩T0也可近似认为不变，因此当P2增大时，电磁转矩T也近似直线上升，如图7.4.3所示。

5.效率特性η=f（P2）

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η=f（P2）称为效率特性。

根据效率的定义，异步电动机的效率为

与直流电动机一样，异步电动机中的损耗也可分为不变损耗和可变损耗两部分。从空载运行到额定负载运行，由于主磁通和转速变化很小，所以铁耗PFe和机械损耗Pj变化也很小，可看成不变损耗；而定子、转子的铜耗（分别与定、转子电流的平方成正比）和附加损耗随负载而变，称为可变损耗。空载时，无输出功率，效率为零。当负载开始增加，可变损耗增加较慢，总损耗增加较少，所以效率增加较快；负载继续增加，当可变损耗增加到与不变损耗相等时，效率达到最高。若负载继续增大，由于定子、转子的钢耗增加很快，可变损耗大于不变损耗，效率反而下降，如图7.4.3所示。一般说来，中小型异步电动机的最大效率出现在负载为0.7～1.0倍的额定负载时，而且电动机的功率越大，效率也就越高。

由上面的分析可知，异步电动机的功率因数和效率一样，都在额定负载附近达到最大值。所以选用电动机时，功率应与负载相匹配，不宜过大或过小。如果电动机的功率选得过小，将使电动机经常处于超载运行，效率降低，电动机过热，温升增加而影响电动机的使用寿命；但功率选得太大，不仅电动机的价格较高，而且由于电动机长期处于轻载运行，其效率和功率因数都较低，增加运行费用，很不经济。

7.4测试题及答案