三相异步电动机的空载运行优化措施

1.电磁关系

三相异步电动机空载运行时，定子三相绕组接到三相交流电源上，转子转轴接负载（生产机械），即转子在空转，这时定子绕组的电流称为空载电流。

三相空载电流通过定子三相绕组产生旋转磁场。旋转磁场与静止不动的三相定子绕组存在相对运动，在定子三相绕组中产生感应电动势。与三相变压器一次绕组中的感应电动势一样，都是由电磁感应现象产生的，计算公式也基本相同。但是由于它们的结构不同，变压器的绕组是集中绕在铁芯上的，主磁通在各匝线圈中产生的电动势大小相等、相位相同，绕组的电动势等于各匝线圈电动势的算术和。而三相异步电动机由于各铁芯槽内的线圈边在空间的位置不同，旋转磁场经过它们的时刻不同，因而各线圈边中的感应电动势的相位不同，绕组的电动势等于各串联线圈电动势的相量和，它的数值比算术和小。也就是说，在匝数N 和磁通Φm的最大值相同的情况下，三相异步电动机绕组中的电动势将小于三相变压器绕组中的电动势，两者之比称为绕组因数，用kw 表示，其值小于1。因此三相异步电动机定子绕组中的感应电动势E1 在数值上就为

式中：Φm 为旋转磁通的最大值；kw1N1 为定子每相绕组的有效匝数；f1 为三相绕组中感应电动势的频率，简称定子频率。由于p 对磁极的旋转磁场每分钟绕定子绕组转了n0 圈，感应电动势每分钟变化了pn0 个周期，因此每秒变化的周期数，即定子频率为

与式（3.1）比较，两者一致，即定子感应电动势的频率与定子电压和电流的频率相同，即与电源的频率相同。

定子三相电流通过定子三相绕组除了产生旋转磁场之外，每相电流还会产生仅与该相绕组相交链的主要经空气隙而闭合的漏磁通，与之对应的漏电抗为X1。此外定子绕组每相还有电阻R1。于是，本相异步电动机空载运行时，每相绕组的电动势平衡方程式与变压器的一样为

式中：R1、X1、Z1 为定子每相绕组的电阻、漏电抗和漏阻抗；为定子每相绕组的相电压、相电流和相电动势。

如果忽略R1、X1、，则由式（3.5）和式（3.3）可知

U1=E1=4.44kw1N1f1Φm(www.xing528.com)

可见，Φm 正比于定子绕组相电压U1。

再看转子电路的情况，由于空载运行时，转子不带机械负载，转速很高，接近同步转速，即n≈n0，转差率很小，s≈0，即转子与旋转磁场之间的相对运动速度几乎为零。而转子绕组中的感应电动势E2=0，转子电流I2=0，转子磁动势F2=0。

2.空载损耗

空载损耗是指三相异步电动机在空载运行时，转子没有输出机械功率，定子从电源输入少量的电功率供电动机空载运行的功率损耗。它包括铁损耗PFe、铜损耗PCu，以及因转子旋转产生的轴承摩擦和风阻机械损耗PMe。与变压器一样，空载铜损耗很少，可忽略不计。空载损耗近似等于铁损耗与机械损耗之和，即

由空载损耗所形成的转矩T0称为空载转矩，这是一个阻碍转子旋转的制动性质转矩。它与空载损耗P0和转子转速n之间的关系为

式中：P0的单位为kW，n的单位为r/min，T0的单位为N·m。

三相异步电动机在空载运行时，电磁转矩T 应与空载转矩T0保持平衡关系，即大小相等、方向相反，也就是

【例3.2】　有一台三相异步电动机，空载运行时，定子线电压U1L=380V，定子线电流I1L=1.24A，功率因数λ=0.49，空载转速n=1497r/min，求该电动机的空载损耗和空载转矩。