第5章异步电机异步电机是一种交流电机。由于它的转子和定子所接交流电源产生的旋转磁势不是同步旋转，故称异步电机
（ asynchronous machine）。电机的定、转子之间没有电的直接联系，是靠定、转子之间的电磁感应作用实现机电能量转换，故称为感应电机（ induction machine）。
异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。
什么是异步电机？
异步电动机的优点：
1,具有结构简单，重量较轻；
2,制造、使用和维护方便；
3,运行可靠以及成本较低；
4,异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行。
① 不能经济地在较宽广的范围内实现转速调节，因而在要求任意调速的工作场合，往往选用容易调节转速的直流电动机；
② 异步电动机工作时，需要从电网吸取滞后电流．从而使电网功率因数变差，因此，在需要大功率、恒转速拖动的场合，往往改用可以调节电网功率因数的同步电动机。
异步电动机的缺点：
5.1 异步电动机的基本类型和基本结构
5.1.1 异步电动机的类型
（ 1）按定子相数
① 单相异步电动机
② 两相异步电动机
③ 三相异步电动机
（ 2）按转子结构分
① 绕线式异步电动机
② 鼠笼式异步电动机
① 高压异步电动机
② 低压异步电动机
（ 3）按电压的高低单鼠笼异步电动机双鼠笼异步电动机深槽式异步电动机
5.1.2 异步电动机的主要结构异步电动机在结构上也是由定子、转子、气隙组成。
一、异步电动机的定子：
异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成。
机座定子铁心定子绕组
1、定子铁心：
定子铁心是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用 0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。
定子槽口大，嵌线工艺简单，槽口大小，电磁性能好开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；
半开口槽，用于中型 500V以下的异步电动机半闭口槽，用于低压小型异步电动机中
2,定子绕组高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用 Y
接，只有三根引出线。对中、小容量低压异步电动机，
通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成 Y形或△形，定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。
3,机座主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。
对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。
对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，
整个机座和轴承都固定在同一个底板上。
二、气隙异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为 0.2~1.5mm
左右。
转子铁心是电动机磁路的一部分，它用 0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。
三、异步电动机的转子
1,转子铁心异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 。
转子绕组：分为笼型和绕线型两类。
1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。
在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子
，因此又叫鼠笼转子。材料有铜的，也有铝的。
2.转子绕组如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起。
笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。
如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成。
2）绕线型转子,绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成 Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。
与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，
因此只在要求起动电流小，起动转距大，
或需平滑调速的场合使用。
5.1.3 异步电动机的铭牌数据异步电动机的型号：
电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如Y系列三相异步电动机表示如下
Y 100 L 1 2
机座中心高异步电动机 极数铁心长度代号机座长度代号异步电动机的额定值：
①额定功率 P
N
指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是 kW。
②额定电压 U
N
指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为 V。
③额定电流 I
N
指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为 A。
④额定频率 f
N
,指我国规定工业用电的频率是 50Hz。
⑤额定转速 n
N
,指电动机定子加额定频率的额定电压，
且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为 r/min 。
⑥ 额定功率因数 cosφ
N
,指电动机定子加额定负载时，
定子边的功率因数。
如何根据电机的铭牌进行定子的接线？
① 当电动机铭牌上标明“电压380/220V，接法Y/△”
时，这种情况下，究竟是接成Y或△，要看电源电压
（线电压）的大小。如果电源电压为380V，则接成Y
接；电源电压为220V时，则接成△接。
② 当电动机铭牌上标明“电压380V,△接法”时，则只有这一种△接法。但是在电动机起动过程中，可以接成Y接，接在380V电源上，起动完毕，恢复△接法。
③ 对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只在电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。
5.2 异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的转动原理定子接三相电源后，形成圆形旋转磁动势(逆时针转)
若转子不转，转子导条与磁密有相对运动，导条中有感应电动势 e，方向由右手定则确定。
不考虑电动势与电流的相位差时，电流方向同电动势方向导条就在磁场中受力 f，用左手定则确定受力方向转子受力，产生转矩T，为电磁转矩，方向与旋转磁动势同方向，转子便在该方向上旋转起来。转子旋转后，转速为 n，只要 n＜ n
1
（ n
1
为旋转磁动势同步转速 )，
转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩 T 仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在 T=T
L
情况下。
二、转差率（slip）
1
1
1
n
nn
n
n
s
=
Δ
=
n与 n
1
之间总是存在着差异。 n
1
与 n的差值称为转差，用Δ n表示，即Δ n＝ n
1
—n。将转差Δ n与同步转速 n
1
的比值称为转差率或滑差，用 s表示，即转速 n是一代数量，一般取气隙旋转磁场的转向为转速的正方向。根据上式可以看出当 n=n
1
时,s＝ 0；当 n＝
0时,s＝ 1;当 n＞ n
1
时,s是负值；当电机反转时,n是负值,s＞ 1。
注意,在正常情况下，异步电动机的转子转速总是略低与旋转磁场的转速（同步转速）。转差率是一个表征异步电动机运行状态的一个基本参数。感应电动机的转速随负载的变化而变化，使转子导体中的电动势和电流改变，以产生新的电磁转矩来适应负载的需要。通常异步电动机空载时的转差率在 0.005以下，满载时的转差率在 0.05以下。
三、异步电机三种不同的运行状态异步电机的有三种运行状态,a) 电动机状态； (b)
发电机状态； (c) 电磁制动状态。 异步电机的运行状态和转子的转速范围有密切的关系。
电磁制动状态 电动机状态 发电机状态
1.电动机状态转子正转并且转速低于同步转速的情况，
即 0＜ n＜ n
1
，或 1＞ s＞ 0
右手定则判断定转子导体的感应电动势转子导体电流方向和电动势同相邻的定、转子导体电流方向相反左手定则判断定转子导体的电磁力方向定子侧,e
1
i
1a
<0,
吸收电能转子侧,T
em
n>0,
输出机械能电机从电源吸收电能，转换为机械能
2.发电机状态转子正转并且转速高于同步转速的情况，
即 n>n
1
，或 s<0
右手定则判断定转子导体的感应电动势转子导体电流方向和电动势同相邻的定、转子导体电流方向相反左手定则判断定转子导体的电磁力方向定子侧,e
1
i
1a
>0,
输出电能转子侧,T
em
n<0,
吸收机械能电机从外界吸收机械能，转换为电能
3.电磁制动状态转子反转，即 n<0，或 s＞ 1
右手定则判断定转子导体的感应电动势转子导体电流方向和电动势同相邻的定、转子导体电流方向相反左手定则判断定转子导体的电磁力方向定子侧,e
1
i
1a
<0,
吸收电能转子侧,T
em
n<0,
吸收机械能电机既吸收电能，
又吸收机械能，
转换为热能电磁制动状态 电动机状态 发电机状态
n
S
0
n
1
0
1
0<n<n
1
1>S>0
n>n
1
S<0
n<0
S>1
5.4 转子静止时的异步电动机
5.4.1 转子不转、转子绕组开路时的电磁关系正常情况下，电机转子总是旋转的，但是为了分析问题的方便，在这里我们首先从转子静止出发进行分析。
正方向的规定：
（）（b）（）
（1） 励磁磁动势,我们给异步电动机通入对称的三相交流电时，根据我们前面所学的可知将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，但是由于转子绕组是开路的所以，没有电流，
即没有磁动势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此,定子磁动势又叫做励磁磁动势，定子电流亦叫做励磁电流。
一、磁动势与磁通
0
11
0
2
24
2
3
I
p
kN
F
N
π
=
1
1
2
2
60
pn
f
π
ωπ==
（ 4）瞬间位置：正如前面所分析的，当 A相电流达到正最大 时，他所对应的磁动势也达到正最大。
旋转磁场的磁动势的特点：
（ 1）幅值：
（ 2）转向：逆时针转向。 A1—B1—C1
（ 3）转速：相对于定子绕组以角频率
2）主磁通和漏磁通：
主磁通,同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用Φ
1
表示。
磁路包括：定子铁心 —气隙 —转子铁心 —气隙 —定子铁心漏磁通,只交链定子绕组就形成闭和回路，叫定子漏磁通，
用Φ
1σ
表示。
漏磁通按其路径分为三部分：
①槽漏磁,横穿定子槽壁的漏磁通；
②端部漏磁,定子绕组端部产生的漏磁通；
③谐波漏磁或称差漏磁,气隙总磁通减去基波磁通后所剩下的谐波磁通，所以又称差漏磁。
1
2
B l
δ
τ
π
Φ=
气隙磁密和励磁磁动势同方向，这是因为磁动势达到最大值时，该处的磁密也为最大。（在不考虑磁滞、
涡流的影响下）
B
δ
B
δ
B
δ
由于气隙是均匀的，励磁磁动势 F
0
产生的主磁通Φ
1
所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转、在空间按正弦分布的磁密。用空间向量表示为,的位置载其最大值处,为是气隙磁密的最大值。气隙每极主磁通为：
11111
44.4 Φ=
N
kNfE
12212
44.4 Φ=
N
kNfE
22
11
2
1
N
N
e
kN
kN
E
E
k ==
旋转磁场同时切割定转子绕组，在定转子绕组内将会产生感应电动势 E
1
,E
2
:
三 感应电动势定子、转子每相电动势之比叫电压变化，用 ke表示，即,
1
E
2
E
和 的相位关系：
感应电动势总是滞后于产生它的磁通Φ 90?。
定子绕组 A相轴线和转子 a相轴线重合时,和 同相位若转子 a相轴线滞后定子绕组 A相轴线,滞后 θ
12
角度。
1
E
2
E
1
E
2
E
四、励磁电流：
μ
III
Fe
+=
0
和前面分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由 I
Fe
和 I
μ
两分量组成。
有功分量 I
Fe
很小，因此 领先 一个不大的角度。
在时间空间向量图上,与 相位相同,与 相位一样,和 领先 一个不大的角度。
0
I
μ
I
0
I
0
F
μ
I
δ
B
0
I
0
F
δ
B
五、电动势平衡关系
σ1
E
101
EjIX
σσ
=?
定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势，称之为定子漏电动势，用 表示，
电压方程式为：
σ11011
ERIEU
+?=
101 01
EIR jIX
σ
=? + +
101 1
()EIR jX
σ
=? + +
101
ZIE
+?=
一相绕组的漏阻抗六、等效电路
()
10 0mm m
EIR jX IZ?= + =
()
σ11011
jxRIEU ++?=
()()
001mm
I RjX IRjX
σ
=+++
()
10
ZZI
m
+=
与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出并联或串联的等值电路。知：
电压平衡等式为
1
U
1
R
1
X
σ
m
R
m
X
0
I
转子回路电压方程式
22
EU=
5.4.2 转子堵转时的电磁关系一、定、转子磁动势的相对静止转子磁动势,转子被短路，当在定子绕组内通入三相对称电流后，产生的沿逆时针方向旋转的磁场，不仅在定子绕组内产生磁动势，在转子绕组内也会产生磁动势。
转子侧磁动势的特点：
1）幅值
2
22
2
2
24
2
3
I
P
kN
F
N
π
=
2）转向：设气隙旋转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕组内感应产生的电动势及电流的相序就应为 a—b—c
1
12
2
6060
n
p
f
p
f
n ===
3）转速：相对于转子绕组为注意：现在定转子被同一个磁通所交链，所以，产生的电流的频率是相等的。
4）瞬间位置：
当 A相电流达到正的最大值时，与他相对应的磁动势也达到正的幅值。
12 m
F FF+=
m
F
既然它们是同步旋转，又作用在同一个磁路上，把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势用 表示。
即,
转于绕组短路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有两个,一为定子旋转磁动势 ；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转方向相同，转速又相等，是 相对静止的,称它们为同步旋转。
这个合成旋转磁动势才是产生气隙每极主磁通 的磁动势。
二、磁动势平衡方程
1
F
G
2
F
G
m
F
G
m
F
G
m
B
G
m
F
G
空间矢量,和 都以同步转速 n
1
、逆时针方向旋转，在空间均按正弦波分布。由于电机磁路中总有磁滞和涡流损耗，所以由 产生的旋转磁场的磁通密度波 在空间上滞后 波一个铁耗角 α
Fe
1
111
1
9.0
2
I
p
kNm
F
N
=
2
222
2
9.0
2
I
p
kNm
F
N
=
m
N
m
I
p
kNm
F
111
9.0
2
=
12 m
FF F+=
222
111
w
w
i
kNm
kNm
k =
mi
IkII
=+ /
21
电流变比三、电动势平衡方程式与变压器类似，主磁通 在定、转子绕组中分别感应出电动势,,转子静止时，两者的频率均为 f
1
，
相位上滞后主磁通 90°。两者的有效值为：
m
Φ
.
1
E
.
2
E
m
Φ
mN
kNfE Φ=
1111
44.4
mN
kNfE Φ=
2212
44.4
21
EkE
e
=
22
11
221
111
2
1
44.4
44.4
w
w
w
w
e
kN
kN
kNf
kNf
E
E
k =
Φ
Φ
==
由上式可得,
式中电动势变比：
与变压器副边短路时有相似的物理过程，仿照变压器中各物理量正方向的规定，根据电路定律可得定、转子的电动势方程式：
)(
11
111
σ
jXRIEU ++?=
)(0
22
22
σ
jXRIE +?=
σ111
jXRZ +=
σ222
jXRZ +=
式中：定子每相漏阻抗为：
转子每相漏阻抗为：
式中：Ｚ
m
为励磁阻抗；大小与铁心的饱和程度有关；
R
m
为励磁电阻，反映异步机铁耗的等效电阻；
X
m
为励磁电抗，定子每相绕组与主磁通对应的电抗。
定子电动势 可用阻抗压降表示为：
1
E
mmmmm
ZIjXRIE
=+?= )(
1
由于异步电机定、转子之间存在气隙，它的各项参数与变压器在数值范围上差别较大。例如一般电力变压器，
用标么值表示时,＝ l~5，＝ 10~50，而一般异步电动机则 ＝ 0.08~0.35，＝ 2~5。另一方面由于结构上的差别，异步电机的漏抗通常比变压器大，变压器的,约在 0.012~0.08范围内，异步机的,则约在 0.08~0.12范围内。
*
m
R
*
m
X
*
m
R
*
m
X
*
1σ
X
*
2σ
X
*
1σ
X
*
2σ
X
四、转子绕组的折算从前面的分析我们可以看出，分别对定转子进行分析太过麻烦，异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，
只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似,所以在这里我们仍采用折算的方法，把转子折算到定子侧，用一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样。
定子的相数 m
1
，
每相串联匝数 N
1
绕组系数 k
N1
转子的相数 m
2
，
每相串联匝数 N
2
绕组系数 k
N2
新转子 的相数 m
1，
每相串联匝数 N
1
绕组系数 k
N1
折算的原则,保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发生改变，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、
转子的铜耗和漏磁场储能均保持不变。
1）电流的折算
2
222
2
9.0
2
I
p
kNm
F
N
=
折算前
2
111
2
9.0
2
I
p
kNm
F
N
′
=
′
折算后
222
111
w
w
i
kNm
kNm
k =
电流变比
22
FF =
′
i
kII /
22
=
′
mN
kNfE Φ=
′
1112
44.4
22
11
221
111
2
1
44.4
44.4
N
N
N
N
e
kN
kN
kNf
kNf
E
E
k =
Φ
Φ
==
2）电动势的折算
mN
kNfE Φ=
2212
44.4折算前折算后电动势变比
22
EE =
′
22
EkE
e
=
′
3）转子电阻的折算
2
2
222
RImp
cu
=
折算前
22 cucu
pp =
′
2
2
2
2
1
2
2
R
I
I
m
m
R
′
=
′
折算前后电阻上消耗的功率不变折算后
2
2
212
RImp
cu
′′
=
′
2
222
111
22
11
2
2
222
111
1
2
2
R
kNm
kNm
kN
kN
R
kNm
kNm
m
m
R
N
N
N
N
N
N
=
=
′
22
RkkR
ei
=
′
4）漏电抗的折算
σσ 2
2
212
2
22
2
1
2
1
XImXIm
′′
=
σσ 2
2
2
2
1
2
2
X
I
I
m
m
X
′
=
′
折算前后漏磁场的储能不变
σσσ 2
222
111
22
11
2
2
222
111
1
2
2
X
kNm
kNm
kN
kN
X
kNm
kNm
m
m
X
N
N
N
N
N
N
=
=
′
σσ 22
XkkX
ei
=
′
折算后的基本方程式：
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
定子侧
)(0
2222 σ
XjRIE
′
+
′′
′
=
转子侧
m
III
=
′
+
21
磁动势平衡
21
EE
′
=
电动势关系
mmmmm
ZIjXRIE
=+?= )(
1
E
1
和激磁电流关系异步电动机定、转子的漏阻抗标么值都是比较小的，
如果在它的定子绕组加上额定电压，这时定、转子的电流都很大，大约是额定电流的 4～ 7倍。 这就是异步电动机加额定电压直接起动而转速等于零的瞬间情况。如果使电动机长期工作在这种状态，则有可能将电机烧坏。
有时为了测量异步电动机的参数，采用转子绕组短路并堵转实验。为了不使电动机定转子过电流，必须把加在定子绕组上的电压降低，以限制定、转子绕组中的电流。
5.5 转子旋转时的异步电机
1
1
n
nn
s
=
转子旋转时，电机将以某一低于同步转速 n1的转速 n
沿着气隙旋转磁场的方向旋转。气隙旋转磁场切割转子绕组的速度、转子感应电动势的频率和大小、转子绕组的漏电抗、以及转子电流的频率和大小都要发生相应的变化，
此时磁动势平衡关系是否还成立呢？
转子旋转时的转差率
5.5.1转子绕组的各电磁量
1.转子电动势的频率气隙旋转磁场以同步转速旋转，如果转子以 n的转速向同一方向旋转，则旋转磁场与转子绕组之间的相对转速是 n
2
＝ n
1
-n，此时旋转磁场将以 n
2
的转速与转子绕组相切割。因此在转子绕组里所感应的电势及电流的频率（简称转子频率）是：
1
1
1
11
2
6060
)(
sf
pn
n
nnnnp
f =×
=
=
正常运行时,s值很小，转子频率很低，因此转子铁耗很小，额定负载时 s=0.02~0.05,f
2
=1~2.5Hz。
2.转子绕组的感应电动势
3.转子绕组的电抗
S
E
2
.
由于频率改变，转子感应电动势也发生改变,用表示转子旋转时转子每相电动势，则其有效值为：
22212222
44.444.4 sEkNfskNfE
mNmNS
=Φ=Φ=
转子绕组的电抗与频率成正比，故转子旋转时的转子每相漏电抗 X
2σs
为
σσσσ
ππ
221222
22 sXLsfLfX
S
===
4.转子绕组的电流
5.转子绕组的功率因数转子旋转时的转子电流与转子静止时的电流的频率不同。转子电流决定于转子绕组中感应的滑差频率电动势及该滑差频率下的转子绕组漏电抗，即：
转子功率因数角为
σσ 22
2
22
2
2
jsXR
Es
jXR
E
I
S
S
+
=
+
=
2
2
2
2
2
arctanarctan
R
sX
R
X
s σσ
==
转子功率因数随 s的增加而减小。
5.5.2 转子旋转时定、转子磁动势的相对静止
F
1
相对定子的转速：
p
f
n
1
1
60
=
逆时针方向转子转速 n<n
1
，
旋转磁场相对转子 a-b-c，
转子电流的相序 a-b-c，
转子电流的频率：
12
sff =
F
2
相对转子的转速：
1
1
2
60
sn
p
sf
n ==
F
2
相对转子的转速：
11122
)1( nsnnsnnn =+?=+=
′
逆时针方向
F
1
和 F
2
相对静止同理，可以证明，异步电机运行在发电机状态和电磁制动状态时，定、转子磁动势也保持相对静止。
定子磁动势的转速 n
1
发电机状态,s<0
电磁制动状态,s>1
电动机状态,0<s<1
n
sn
1
n
sn
1
n
sn
1
可见，转子磁动势和定子磁动势的转速在空间总是等于同步转速，始终保持相对静止，
即定、转子磁势之间没有相对运动！所以，感应电机在任何异步转速下均能 产生恒定的电磁转矩,并 实现机电能量转换 。
转子旋转时定、转子磁动势仍然相对静止，此时异步电机中的电磁过程和转子静止时是一样的，所以磁动势平衡方程与电动势平衡方程式分别与转子静止时相同，即：
磁动势平衡方程式为：
m
FFF =+
21
m
III
=
′
+
21
转换为电流的形式
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
定子侧
)(0
2222 ss
jXRIE
σ
+?=
转子侧
22
EsE
s
=
电动势关系
mmmmm
ZIjXRIE
=+?= )(
1
E
1
和激磁电流关系频率为 f
1
频率为 s f
1
如何获得等效电路图？？
5.5.3 转子绕组频率的折算等效电路图和相量图是电机学中很重要的分析方法。
为了获得等效电路图，在变压器中采用绕组折算的方法，
可以把原、副方两个不同的绕组参数折算成同一侧的，并画在一个图中，方便进行定量计算。
在异步电机中，由于转子是旋转的，要获得等效电路图首先要进行频率折算，用一个等效的静止转子代替旋转的转子，然后再采用绕组折算。而经过折算的相量图便于进行定性分析。
频率折算的目的是使定、转子的频率相同，而转子静止时定转子的频率相同，能不能用一个静止的转子等效代替旋转的转子？其前提条件应该是使定子侧的各物理量不受转子的影响。
而转子对定子的影响是通过转子磁动势 F
2
实现的，所以要实现异步电机的频率折算，必须保持转子磁动势 F
2
的大小和相位不变。进一步说，转子磁动势 F
2
是由转子电流产生的，所以简单地说，频率折算的原则是使等效前后转子电流的大小和相位相等以保持转子磁动势 F
2
的大小和相位不变；并且等效前后转子电路的功率和损耗相等。
设转子串入一电阻 R
st
转子静止时 转子旋转时
S
S
jXR
E
I
σ22
2
2
+
=
st
RjXR
E
I
++
=
σ22
2
2
σ22
2
jsXR
Es
+
=
σ2
2
2
jX
s
R
E
+
=
222
2
1
R
s
s
jXR
E
++
=
σ
R
st
=(1-s)R
2
/s
只要在转子中串入合适的电阻，就可以用一静止的转子来代替旋转的转子，从而完成转子频率的折算。
这个电阻称为附加电阻，其阻值为：
2
1
R
s
s
R
st
=
但所串的电阻要消耗能量，如何体现功率的平衡？？？
这个电阻上所消耗的功率：
就代表了电动机转轴上产生的机械功率
2
2
22
1
R
s
s
ImP
mec
=
Ω=
emmec
TP
sR
X
R
sX
R
X
s
2
2
2
2
2
2
2
arctanarctanarctan
σσσ
===
同时，在频率变换的过程中，除了电流有效值保持不变外，转子电路的功率因数角φ
2
也没有发生任何变化。即
5.5.4 基本方程式、等值电路
mmmmm
ZIjXRIE
=+?= )(
1
折算前的基本方程式 频率折算
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
)(
2222 Ss
jXRIE
σ
+=
mi
IkII
=+ /
21
22
EsE
s
=
21
EkE
e
=
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
)
1
(
22222
R
s
s
jXRIE
++=
σ
mi
IkII
=+ /
21
)(
1 mmm
jXRIE +?=
21
EkE
e
=
转子的频率为 sf
1
转子的频率为 f
1
21
EkE
e
=
)(
1 mmm
jXRIE +?=
绕组折算
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
m
III
=
′
+
21
21
EE
′
=
频率折算后基本方程式
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
)
1
(
22222
R
s
s
jXRIE
++=
σ
mi
IkII
=+ /
21
)(
1 mmm
jXRIE +?=
21
EkE
e
=
)
1
(
22222
R
s
s
XjRIE
′
+
′
+
′′
=
′
σ
)(
1 mmm
jXRIE +?=
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
)
1
(
22222
R
s
s
XjRIE
′
+
′
+
′′
=
′
σ
1
U
1
R
1
X
σ
1
E
m
R
m
X
m
I
1
E
2
1 S
R
S
′
2
R
′
2
X
σ
′
2
I
′
2
E
′
1
U
1
R
1
X
σ
1
E
m
R
m
X
m
I
1
E
2
1 S
R
S
′
2
R
′
2
X
σ
′
2
I
′
2
E
′
m
III
=
′
+
21
21
EE
′
=
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
2
R
′
2
I
′
从等效电路：
① 当异步电动机空载时，转子的转速接近同步速，转差率 s很小,/s趋于∝,电流 可认为等于零,这时定子电流就是励磁电流,电动机的功率因数很低。
② 当电动机运行于额定负载时，转差率 s≈ 0.05,R'
2
/s 约为 R'
2
的 20倍左右，等值电路里转子边呈电阻性，功率因数 cosφ
2
较高。这时定子边的功率因数 cos φ
1
也比较高，可达 0.8～ 0.85.
③ 由于异步电动机定子漏阻抗不大,异步电动机从空载到额定负载运行时，由于定于电压不变，主磁通Φ
m
基本上也是固定的数值。因此励磁电流也差不多是个常数。
④ 当异步电动机刚起动时，转速 n＝ 0（ s=1），这时定子电压全部降落在定、转子的漏阻抗上，已知定、转子漏阻抗,这样，定、转子漏阻抗上的电压降近似为定子电压一半左右。也就是说，近似是的一半左右，气隙主磁通Φ
ｍ
也将变为空载时的一半左右
5.5.5 相量图根据上述五个基本方程式画出的异步电动机时间空间相量图．
1
U
1
I
21
EE
′
=
11
RI
1
E
)(
11111 σ
jXRIUE +?=?
σ11
XIj
φ
1
m
Φ
)
1
(
22222
R
s
s
XjRIE
′
+
′
+
′′
=
′
σ
2
2
I
s
R
′
′
22
IXj
′′
σ
m
III
=
′
+
21
m
I
5.6 等效电路的简化
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
m
R
m
X
由于激磁阻抗较小，
直接左移引起的误差较大，引入修正系数
1
1
1
m
Z
Z
σ =+
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
2
1
I
σ
′
2
1
σ
2
1
σ
1
σ
2
1
σ
1
σ
1
σ
1
σ
定子侧阻抗乘以校正系数转子子侧阻抗乘以校正系数的平方转子电流除以校正系数
“Γ”型等效电路
1
U
11
Rσ
2
12
1 S
R
S
σ
′
11
X
σ
σ
2
12
Rσ
′
2
12
X
σ
σ
′
m
R
m
X
1
I
1
2
I
σ
′
校正系数为复数，计算不方便，将之简化：
1
1
1
m
X
X
σ =+
1
R
1
X
σ
较准确的,Γ”型等效电路
1
U
11
Rσ
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
2
I
′
进一步简化：σ
1
＝1
1
R
1
X
σ
简化的,Γ”型等效电路
5.7 三相异步电动机参数的测定为了要用等值电路计算异步电动机的工作特性，
应先知道它的参数。和变压器一样，通过做 空载和短路 （堵转）两个试验，就能求出异步电动机的参数来。
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
1
U
m
R
m
X
空载时,S≈ 0,
相当于开路堵转时,S＝ 1,
相当于短路
5.7.1 空载实验试验过程,
① 转轴上不加任何负载，即电动机处于空载运行，把定子绕组接到频率为额定的三相对称电源上，当电源电压为额定值时，让电动机运行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。
实验目的,
测量励磁阻抗 R
m
,X
m
，机械损耗 p
mec
,铁心损耗 p
Fe
。
② 改变加在电动机上的电压，使其从 (1.1～ 1.3)UN开始，
逐渐降低电压,直到电动机的转速 发生明显的变化、或定子的电流开始回升为止。
③ 记录电动机的端电压、
空载电流、空载功率 P
0
和转速 n，并画成曲线。
如图所示，即异步电动机的空载特性。
① 由于异步电动机处于空载状态，转子电流很小，转子里的铜损耗可忽略不计。所以这个时候的空载损耗全部消耗在定子铜耗,铁耗,机械损耗,和附加损耗中：
admecFe
pppRIP +++=
1
2
00
3
admecFe
pppRIPP ++=?=
′
1
2
000
3
铁耗和附加损耗与磁密的平方成正比，近似地看成为与电动机的端电压成正比。
机械损耗与电压无关,只要转速不变,
可认为是常数数据处理常数=
mec
p
2
1
)( Upp
adFe
∝+
0
P
′
2
1
U
作出 对 的关系曲线
2
0
0
0
0
1
0
3
,
I
pP
R
I
U
Z
mec
==
2
0
2
00
RZX?=
σ10
XXX
m
+=
② 定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据，可以算出：
式中 P
0
是测得的三相功率； I
0
,U
1
分别是相电流,相电压。
σ1
X 可从短路（堵转）试验中测出
σ10
XXX
m
=
于是励磁电抗,
10
RRR
m
=
励磁电阻,
5.7.2 短路(堵转)实验短路试验又叫堵转试验，即把绕线式异步电机的转于绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠笼式电机转子本身已短路。
实验过程,从 U
k
=0.4U
N
开始,然后逐渐降低电压。记录定子绕组加的端电压、定子电流 I
k
和定子输入功率 P
k
。试验时，还应量测定子绕组每相电阻 R
1
的大小。
① 根据试验的数据，画出异步电动机的短路特性 。
数据处理
② 算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。
=
=
=
22
2
3
KKK
K
K
K
K
K
k
RZX
I
P
R
I
U
Z
′
+=
′
+=
σσ 21
21
XXX
RRR
k
k
K KK
Z RjX=+ m
R
m
X
1
R
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
近似处理：
=
′
=
=
′
k
k
XXX
RRR
2
1
21
12
σσ
5.8 笼型转子的相数、极数和参数折算
5.8.1 笼型转子的相数和极数交流绕组的相数是按绕组中电流的相位来确定的，即同一相绕组里的电流同相位，对于笼型转子，导条中电流的相位是怎样的呢？
笼型转子的绕组是由在圆周上均匀分布的 Z
2
根导条构成的。各导条在气隙磁场的空间位置不同，所感应的电动势在时间上的相位是不相同的，相邻导条感应电动势的相位差为：
2
0
2
360
Z
p ×
=α
由于笼型转子绕组在结构上是对称的，每根导条的漏阻抗相同，因此每根导条中的电流落后于该导条的电动势
ψ
2
角，各导条的电流都不同相位，因而每一根导条就是独立的一相，即转子相数为,m
2
=Z
2
笼型转子的绕组，由于每对极下每相只有一根导条，
相当于半匝，所以每相中串联绕组数 N＝ 0.5；由于每相只有一根导条，不存在短矩绕组和分布绕组的问题，因此绕组系数 k
N2
=1
笼型转子的匝数和绕组系数下图表示某一瞬间笼型转子导条电动势和磁动势 F2的空间分布波。图中 Bm表示气隙中旋转的基波磁通密度波，其转速为 n
1；转子的转速为 n，则旋转磁场以Δ n=n
1
-
n=sn
1
的转速切割转子导条感应出电动势。由于导条的空间位置不同,e=Blv，每根导条中电动势瞬时值的大小也不同。因此，在同一瞬间，按照每根导条中电动势的大小沿着转子圆周方向所得出的空间分布波与磁通密度分布波 Bm是同波形、同相位的。
导条中的电流取决于导条中的电动势和导条、端环的阻抗。设导条和端环两者的等效阻抗角为ψ
2
。则每根导条中感应的电流在时间上将滞后于该导条中的电动势ψ
2
相位角。同样，由产生的磁动势 F
2
的波形也与磁通密度分布波
B
m
是同波形、相位上滞后ψ
2
角。
根据上述的电流波，即可画出转子各导条中的电流分布情况，可见，二极电机的气隙磁场在导条中感应出的电流分布也形成二极，若气隙磁场为四极，则导条感应的电流分布也为四极。
由于气隙磁场的极数取决于定子绕组的极数，故得结论,笼型转子本身没有特定的极数，它完全取决于定子绕组的极数，也就是气隙磁通基波的极数，并自动与其保持相等，而与转子导条的数目无关。
5.8.2 笼型转子参数的折算笼型转子参数的折算可以分两步走：先把端环各段阻抗折算到导条，求出转子每相的漏阻抗 Z
2
，然后再把漏阻抗折算到定子，求得转子每相漏阻抗的折算值。
先求转子每相的参数，这是根据导条电流与端环电流的关系而获得的。折算原则是：保持折算前后有功功率和无功功率不变。
Z
B
表示导条的漏阻抗
Z
R
表示端环的漏阻抗各相的电动势或电流的有效值均相等，并且相邻两相的相位在时间上均相差α度
2
2
Z
pπ
α =
根据节点电流法，
画出电流相量图
2
sin2
2
sin2
Z
p
III
RRB
πα
==电流的关系：
RRRB
RImRIm
2
2
'2
2
=
根据转子铜耗守恒原则
2
2
2'
sin4
)(
Z
p
R
I
I
RR
R
B
R
RR
π
==
折算到导条的端环电阻
2
2
'
sin4
Z
p
X
X
R
R
π
=折算到导条的端环电抗每根导条对应两段端环，笼型转子每相的电阻和电抗值,
'
2
2
RB
RRR +=
'
2
2
RB
XXX +=
σ
1cu
p
5.9 三相异步电动机的功率与转矩
1 功率关系
1111
cos3?IUP =
2
111
3
cu
p IR=
电动机以转速 n稳定运行时，从电源输入的功率为 P
1
:
定子铜损耗 pcu1为,
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
m
I
2
I
′
1
E
1
P
Fe
p
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
m
I
2
I
′
1
E
em
P
2
3
Fe m m
p IR=
电动机的铁耗：
通过气隙传输给转子回路的功率称为电磁功率：
2
2
11
3
em Cu Fe
R
PPp p I
s
′
′
= =
22 2 2 22 2
3cos cos
em
PEI mEI
′′
==
或
mec
P
2cu
p
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
m
I
2
I
′
1
E
2
2122c emu
pI PmRs
′′
==
转子的铜耗：
电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是附加电阻上消耗的功率，也就是电机转轴上总的机械功率：
()
2
22 2
1
3(1)
mec em Cu em
s
PPp I R sP
s
′′
=? = =?
2 mec mec ad
PP p p=
P
mec
并不是电动机的输出功率，还有机械损耗 /附加损耗等,输出功率为：
P
mec
:机械功率,P大写
p
mec
:机械损耗,p小写整个功率传递过程的流程图输入功率
1
P
电磁功率
em
P
输出功率
2
P
机械损耗 +附加损耗
mec ad
p p+
转子损耗
cu2
p
铁心损耗
Fe
p
定子铜耗
cu1
p
机械功率
mec
P
2
(1 )
cu em
mec em
psP
P sP
=
=?
异步电动机运行时电磁功率、转子铜耗和机械功率三者之间的关系：
2,转矩关系
mec
em
P
T =
Ω
1
1
(1 )
22
(1 )
60 60
mec mec em em
em
PP sPP
T
nn
s
ππ
== = =
ΩΩ
机械功率 P
mec
除以轴的角速度Ω就是电磁转矩 T
em
，即：
1
(1 )
(1 )
mec em
nsn
PsP
=?
=?
考虑到：
式中 Ω
1
为同步角速度（用机械角表示）
02
TTT?=
0
0
mec ad
p pp
T
+
==
ΩΩ
功率平衡：
2 mec mec ad
PP p p=
2 mec mec ad
PppP +
=?
ΩΩ Ω
T
0
是空载转矩转矩平衡：
5.10 电磁转矩的三种表达式
5.10.1 电磁转矩的物理表达式电磁功率除以同步机械角速度Ω
1
，得电磁转矩：
2
12 2
1
1
/
2
60
em
em
P mI R s
T
nπ
′′
==
Ω
122 2
1
cos
2
60
mE I
n
π
′′ ′
=
()
2
21222
1
2cos
602
60
Nm
mfNkI
f
p
π?
π
Φ
=
22 2
22
cos
2
N
m
pm N k
I?=Φ
22
cos
Mm
CI?=Φ
222 2
1
cos
2
60
mEI
n
π
=
Tem和磁通成正比，和转子电流的有功分量成正比
5.10.2 电磁转矩的参数表达式
1
U
1
R
2
1 s
R
s
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
0
I
2
I
′
2
2
12em
R
PmI
s
′
′
=电磁功率：
1
2
2
2
2
11
()
U
I
R
RXX
s
σσ
′
=
′
′
+++
2
2
11
2
2
2
11 1 2
2()
em
R
mpU
s
T
R
fR X X
s
σσ
π
′
=
′
′
+++
2
I
′
异步机等效电路中，由于励磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，把 T型等值电中励磁阻抗这一段电路前移来计算,
误差很小,故,
代入上面电磁转矩公式中去，得到
T－ s曲线电磁制动状态 电动机状态 发电机状态
em
T
s
0
1
∞
max
T
max
T
m
s
st
T
s
em
T
① s=0时,Tem=0；这是因为转子转速等于同步转速，转子与旋转磁场之间没有相对运动，电机中不能产生有效的电磁转矩 。
②当 s很小时,R’
2
/s值很大，在电机中起主要作用,R1忽略之后，约去分母中的 R
2
’/s，可认为 T
em
∝ s。
③当 较大时,R2’/s相对变小，电机的电抗起主要作用，
分母中电阻值可忽略不计，可认为 Tem∝（ R2’/s）,所以随着 s增加，电磁转矩反而减小
④ 转矩特性中存在一个电磁转矩的最大值 Tmax
0=
ds
dT
em
()
2
21
2
1
2
σσ
xxr
r
s
m
′
++
′
±=
1.最大电磁转矩,
正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得，令,
得到最大转矩对应的转差率（称为临界转差率）
最大电磁转矩
2
11
max
22
11 1 1 2
4()
mpU
T
fR R X X
σσ
π
=±
′
±+ + +
2
11
max
22
11 1 1 2
4()
mpU
T
fR R X X
σσ
π
=±
′
±+ + +
① 当电源频率和电机参数不变时，最大电磁转矩与电压的平方成正比，即 Tmax∝；并且 s
m
与无关。
因此，当电动机在额定负载下运行时，若电压下降过多，以至最大电磁转矩 Tmax小于总制动转矩 (T
2
+T
0
)，
而则将发生停转事故。
2
1
U
2
1
U
② 最大电磁转矩的大小与转子回路电阻 R
2
无关；但 S
m
与转子回路电阻 R
2
成正比。故当增加转子回路电阻时，
T
max
虽然不变，但发生最大电磁转矩的转差率 S
m
增加。
③ 由于定、转子漏抗与频率成正比，最大电磁转矩近似与 (U
1
/f
1
)
2
成正比，即 T
max
随电源频率的增加而降低。
最大电磁转矩是异步电动机的重要性能指标之一，当电动机运行时，总制动转矩（ T
2
+T
0
）不能超过 T
max
，否则电动机将停转下来。由此可见，最大电磁转矩越大，电动机的短时过载能力越强，因此为了保证电动机不因短时过载而停止运转，对 T
max
的数值有 —定的要求。定义电动机的过载能力 k
M
：
对一般异步电动机,k
M
的大小通常在 1.6～ 2.5之间，
起重、冶金用的异步电动机 k
M
=2.2～ 2.8
max
M
N
T
k
T
=
满足 n=0,s=1的电磁转矩,将 s＝ 1代入式 Tem=f(s)中，
得到起动转矩为,
2,起动转矩,
2
112
st
22
11 2 1 2
2( )( )
mpU R
T
fRR X X
σσ
π
′
=
′′
+++
① T
st
与定子的端电压成正比；
② 转子电阻增加时,T
st
先增加后减小；当 s
m
=1时，起动转矩将达到最大电磁转矩。
③ f
1
一定时，漏电抗越大,T
st
越小。
④ T
max
随电源频率的增加而降低。
起动转矩倍数,起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数，用 k
st
表示,
电动机起动时，只有 T
st
大于 (1.1～ 1.2)倍的负载转矩才可顺利起动。一般异步电动机起动转矩倍数 k
st
=0.8～ 1.2。
st
st
N
T
k
T
=
5.10.3 电磁转矩的实用计算公式实际应用时，三相异步电机的参数不易得到，这样我们用前面的机械特性表达式就很不方便，所以，在实际工程中，若利用异步电机产品目录中给出的数据，找出异步电动机的机械特性公式，即便是粗糙些，但也很有用，这就是实用公式
max
m
2
s
s
em
m
T
s
T
s
=
+
如何得到其实用计算公式?
2
11
max
22
11 1 1 2
4()
mpU
T
fR R X X
σσ
π
=±
′
±+ + +
2
2
11
2
2
2
11 1 2
2()
em
R
mpU
s
T
R
fR X X
s
σσ
π
′
=
′
′
+++
22
2
1112
2
max
2
2
11
2
()
()
em
R
RRXX
T
s
T
R
RXX
s
σσ
σσ
′
′
±+ + +
′
′
+++
=
22
2
1112
2
max
2
2
11
2
()
()
em
R
RRXX
T
s
T
R
RXX
s
σσ
σσ
′
′
±+ + +
′
′
+++
=
而,
22
2
112
()
m
R
RXX
s
σσ
′
′
++ =
2
12
m
R
XX
s
σσ
′
′
+=忽略 R
1
22
2
max
2
22
2
()
m
em
m
RR
ss
T
T
RR
ss
′′
′′
+
=
max
2
em
m
m
T
ss
T
ss
+
=
实用公式的使用从实用公式看出，必须先知道最大转矩及临界转差率才能计算。而额定输出转矩可以通过额定功率和额定转速计算，在实际应用中，忽略空载转矩，近似认为 T
emN
=T
N
。
过载能力 k
m
可从产品目录中查到，故 T
max
便可确定。
利用额定运行点确定临界转差率 s
m
:
额定工作点的 T
N
和 s
N
,代入实用计算公式：
2
N
Nm
mN
mN
T
ss
kT
ss
=
+
2
(1)
mNm m
ssk k=+?
① 当三相异步电动机在额定负载范围内运行时，它的转差率小于额定转差率（ s
N
＝ 0.01～ 0.05）。
s
m
m
s
ss
<<
o 经过以上简化，使三相异步电动机的机械特性呈线性变化关系，使用起来更为方便。但是，上式只能用于转差率在 s
N
≥ s＞ 0的范围内。
max
2
em
m
T
Ts
s
=则：
5.10.4机械特性稳定运行问题定义：在电动机的电压、频率为恒值条件下，电机的转速与电磁转矩之间的关系：n = f ( T
em
)
由于 n=(1-s)n,n = f ( T
em
)
曲线由 T-s曲线演变得到。
n
em
T
1
n
人为机械特性曲线
1) 降低定子端电压的人为机械特性
n
em
T
1
n
电磁转矩 T
em
与成正比，为此最大转矩 T
max
以及起动转矩 T
st
要随电压的降低而按 的平方减小。而最大转矩对应的转差率 s
m
不变。
2
1
U
1
U
2) 转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性,
绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把 三相对称电阻串入转子回路而后三相再短路。
n
em
T
1
n
最大电磁转矩与转子每相电阻值无关，即转子串入电阻后,T
max
不变。
临界转差率 s
m
和转子回路电阻成正比。
稳定运行问题电力拖动系统中，满足下列条件，系统才可以稳定运行。
dd
dd
em L
TT
nn
<
0em L
TTT=+
n
em
T
1
n
A
B
L
T
对于给定恒负载,A点和 B
点都可以达到转矩平衡，
但只有 A点可以稳定运行。
5.11 三相异步电动机的工作特性
1
I
1
cos?
N
UU =
1 N
ff =
1
异步电动机的工作特性,指时电动机的转速 n、定子电流,功率因数,电磁转矩 T、效率 η 等与输出功率 P
2
的关系。
可以通过直接给异步电动机带负载测得工作特性，
也可以利用等值电路计算而得。
)(
2
Pfn =
1
n
S
E
2
S
I
2
1)转速特性三相异步电动机空载时，转子的转速 n接近于同步转速 。随着负载的增加，转速 n要略微降低，这时转子电动势增大，转子电流 增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，
随着 P
2
的增加，转子转速
n下降，转差率 s增大。
2
P
,ns
n
s
)(
21
PfI =2)定子电流特性空载时,转子电流基本上为零,此时的定子电流就是励磁电流 I
0
,随着负载的增加,转速降低,转子电流增大,
定子电流也增大,
2
P
1
,,nsI
n
s
1
I
0
I
)(cos
21
Pf=?
3) 功率因数三相异步电动机运行时必须从电网中吸收滞后的无功功率来建立磁场,
所以它的功率因数永远小于 1.空载时,定子侧的功率因数很低,不超过 0.2,接近额定负载时,定子电流中的有功电流增加,使功率因数提高,但是如果进一步增大负载,由于转差率的增大,使功率因数角增大,则功率因数减小,
2
P
11
,,,cosnsI?
n
s
1
I
0
I
1
cos?
)(
2
PfT
em
=
20
TTT
em
+=
Ω=
22
TP
Ω
+=
2
0
P
TT
em
0
TT
em
=
2
P
4)电磁转矩特性稳定运行时异步电动机的转矩方程为输出功率,所以当电动机空载时，电磁转矩 。随着负载增加,增大，机械角速度Ω
变化不大，电磁转矩 T
em
随的变化近似地为一条直线。
2
P
11
,,,cosnsI?
n
s
1
I
0
I
1
cos?
em
T
5) 效率特性,
空载时,P
2
= 0,η ＝ 0，输出功率的增加，效率也增加。
在正常运行范围内主磁通变化很小，铁耗变化不大，机械损耗变化也很小，合起来叫不变损耗。定、转子铜损耗与电流平方成正比，变化很大，叫可变损耗。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达最大。对中、小型异步电动机,大约时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。
一般来说，电动机的容量越大，效率越高。
N
PP 75.0
2
=
2
P
11
,,,cos,,
em
nsI T? η
n
s
1
I
0
I
1
cos?
em
T
η
用试验法测三相异步电动机的工作特性,
直接负载试验是在电源电压为额定电压、额定频率的条件下，给电动机的轴上带上不同的机械负载，测量不同负载下的 输入功率、定子电流、转速 n，即可算出各种工作特性，并画成曲线。
5.12 三相异步电动机的起动我们知道异步电动机的作用就是拖动负载工作，那么关于它的起动、制动和调速问题就是我们关心的重点。
① 足够大的起动转矩倍数 T
st
/T
N
，以缩短起动时间；
② 尽可能小的起动电流倍数 I
st
/I
N
,以减小对电网的冲击；
③ 起动时间短，能符合生产技术要求；
④ 起动时绕组中消耗的能量和绕组的发热少；
⑤ 起动设备简单、经济、可靠；
⑥ 起动时的过渡过程短。
异步电动机起动性能包括：
其中最主要的是起动转矩和起动电流的倍数。
三相异步电动机直接起动，起动电流很大．而起动转矩并不大？？
1）起动电流很大由于漏阻抗较小，起动电流很大。另外，转子静止时，
旋转磁场相对转子导体的转速较高，转子绕组的感应电动势较大，转子电流大。
从简化的Г形等效电路可见，异步电动机起动的瞬间,n=0,s=1，机械模拟电阻 =0，相当于变压器二次侧直接短路，起动电流只受短路阻抗的限制，大小为：
'
2
1
R
s
s?
k
st
Z
U
XXRR
U
I
1
2
21
2
21
1
)()(
=
′
++
′
+
=
σσ
7~5==
N
st
i
I
I
k起动电流倍数,
2）起动转矩并不大
22
cosψICT
mTem
Φ=电机的电磁转矩：
①起动时,s＝ 1,f
2
=f
1
，此时 φ
2
=arctan(X
2σ
/R
2
)接近 90°,
cosφ
2
很小，所以，尽管转子电流 I
2
很大，转子电流的有功分量 I
2
cosφ
2
并不大；
② 由于起动电流较大，定子的漏阻抗压降增大，致使感应电动势 E1减小，也就是 Φ
m
变小。
起动电流虽然大．但由于 I
2
cosφ
2
不大，及 Φ
m
变小，故起动转矩并不大
5.12.1.直接起动这种起动方法就是把异步电动机的定子绕组直接接到额定电压的电网上进行起动。
直接起动优点：是设备简单，操作方便；
缺点：是起动电流大，必须有足够大的电源。
就电动机本身而言，笼型异步电动机设计时均允件在额定电压下直接运动，是否采用此法起动，取决于电源容量的大小。若电网容量足够大，起动电流不致引起显著的电压降落，应优先采用直接起动，因为它简单而且起动快；若电源容量不够大，引起电压降落超过 15％，则应设法限制起动电流，采用降压起动。
若引起电压降落超过 15％，则可能导致其它电动机停机。
一般电动机的过载能力 k
m
>1.6，若电压降为额定电压的 85％，则电动机的最大电磁转矩为
T
emmax
=0.85
2
× 1.6T
N
=1.156 T
N
若再降低电压，则可导致停机。
为什么电压降落超过 15％ …….？？
5.12.2 降压起动降压起动就是用降低电机端电压的方法来限制起动电流，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压。电动机的起动转矩与端电压的平方成正比，降压起动时，起动转矩也随之减小。
所以，这种起动方法只适用于对起动转矩要求不高的场合。
常用的降压起动方法
① 定子回路串电抗器起动
② 自耦变压器起动
③ 星形-三角形换接起动
1,定子串接电抗器起动起动后，切除电抗器，
进入正常运行。
Ｋ1
运行起动三相异步电动机定子串电抗器起动，起动时电抗器接入定子电路；
电抗器咱在电动机起动时起到了分压的作用。
三相电源由于起动电流正比于定子的端电压，而起动转矩正比于定子端电压的平方，如果起动时电机端电压降到额定电压的 1／ K倍，则起动电流降到额定电压时起动电流的 l／
K倍，但起动转矩降到原来的 1／ K
2
倍,
1
st stN
I I
K
=
2
1
st stN
TT
K
=
式中,K为电动机端电压之比，且 K=U
N
/U>1。
I
stN
为额定电压下直接起动的起动电流
T
stN
为额定电压下直接起动的起动转矩因此，该起动方法只能用于容量小于 20kW电动机空载或轻载起动。
1
st st N st k
stNstNNstNk
IkIk z
I kI k z X K
==≈ =
+
(1)
k
XK z=?
工程实际中，往往先给定线路允许电动机起动电流的大小 I
st
(或允许的起动电流倍数 k
st
=I
st
/I
N
)，再计算降压倍数和电抗 X的大小。
33
NN
k
stN stN N
UU
z
I kI
==
其中短路阻抗为
2.自耦变压器降压起动
N
A
U
k
U
=
′
N
U
st
I
U
′
st
I
′
自耦变压器的变比为 k
A
,
st
A
st
I
k
I
′
=
直接起动时，电机的端电压为 U
N
，起动电流 I
stN
，起动转矩 T
stN
自耦变压器减压起动时，电机端电压为 U′ =U
N
/ k
A
1
st stN
A
I I
k
′
=
2
1
st stN
A
TT
k
=
电机侧起动电流起动转矩
2
1
st
st stN
AA
I
I I
kk
′
===
电源侧起动电流实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。
例如 QJ 2型有三种抽头，分别为 55%（即 1/k
A
=55%）、
64%,75%（出厂时接在 73%抽头上）； QJ 3型也有三种抽头，分别为 40％,60%,80%（出厂时接在 60％抽头上 ）
等。这也是我们前面所讲的优点，但是，自耦变压器体积大，价格高，也不能带重负载起动。自耦变压器降压起动在较大容量鼠笼异步电动机上广泛应用。
3.星 —三角起动
3
在这里主要是利用了星 —三角电压之间的关系，在星接中线电压是相电压的 倍，注意这种方法只适用于绕组在起动的时候是星接，而运行的时候是三角接。
直接起动时，相当于绕组的连接为三角形连接，电机的端电压为 U
N
，起动电流 I
stN
（ I
st?
），起动转矩 T
stN
(T
st?
)
I
st?
3
I
st?
每相的相电流为：
1
3
st st
II
ΔΔ
=
I
stY
当绕组的连接为 Y连接，电机的端电压为 U
N
/,起动电流 I
stY
，起动转矩 T
stY
，有
3
3
3
st
st
stY
I
I
I
Δ
Δ
==
3
st
stY
T
T
Δ
=
Y一?起动时，尽管相电压和相电流与直接起动时相比降低到原来的 1／,但是对供电变压器造成冲击的起动电流则降低到直接起动时的 1／ 3。
3
到目前为止，前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方法，主要目的都是减小起动电流，但同时又都程度不同地降低了起动转矩,因此只适合空载或轻载起动 。
对于重载起动，尤其要求起动过程很快的情况下，则需要起动转矩较大的异步电动机。
加大起动转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线式异步电动机，则可在转子回路内串电阻。对于鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值，这类电动机有 双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机 。
5.12.3深槽式和双鼠笼异步电动机一种理想的转子电阻是阻值 R
2
可以随转速的改变而自动改变。对于绕线转子电动机，可在转子回路串入电阻来起动，在正常运行时切除它，来满足上述要求，但结构复杂，成本较高，维护不便，使其应用受到一定的限制。
笼型异步电动机可根据起动和运行时转子频率的差别，从改变转子槽形入手，利用转子电流分配不均匀的 集肤效应（趋肤效应） 原理，在起动过程自动改变转子电阻，从而改善了笼型电动机的起动性能。
1,深槽式异步电动机深槽式异步电动机也是一种单笼电机，定子与普通鼠笼电动机一样，但转子槽形窄而深，一般槽深与槽宽之比为 10－
20以增强集肤效应。
左图为深槽中导条的漏磁场分布图，
可见在转子导条下部交链的漏磁通比上部多，漏磁通不会饱和，因而槽口附近的磁导率 μ小于槽底附近的，即槽口附近的漏电抗小于槽底附近的漏电抗。
在起动时 s＝ 1，转子电流频率 f
2
＝ f
1
，漏电抗较大，是导条阻抗的主要成分，导条中的电流分布近似与电抗成反比分配，故导条中电流密度的分布由下 (槽底 )而上 (槽口 )逐渐加大。
电流密度向导条表面密集分配，相当于整个导条高度缩短，相应地导条面积减小，如图所示，这种现象称为集肤效应。
转子电阻 R
2
可增大，使起动转矩增加，起动电流减小。
同时由于电流向槽口部分挤，使得交链的总磁链数减少，
所以起动时的漏电抗有所减少，也有利于起动转矩的提高。
当起动完毕，转速升高，转子电流频率逐渐降低，集肤效应减弱，转子电流分布将逐渐均匀。到正常运行时，
f2很低只有 1~3Hz，此时转子的漏电抗比电阻小得多，电流按导条电阻均匀分布在导条中，集肤效应消失，即转子电阻、电抗均恢复正常值，从而保证运行时转子铜耗小和效率高的要求，具有较好的运行性能。
目前的中小型异步电动机，为增大电机起动转矩，常采用深槽式。
2.双笼型异步电动机上笼 黄铜或青铜制成 电阻率 ρ大截面小 电阻 R
2
大下笼紫铜制成 电阻率 ρ小截面大 电阻 R
2
小漏磁通的磁阻大，漏电抗小漏磁通的磁阻小，漏电抗大漏磁通的分布所以正常运行时转子电阻较小。
在起动时 s＝ 1，转子电流频率 f2＝ f1，转子的频率高漏电抗大于电阻，电流的分布取决于漏电抗上笼漏电抗小，电流被挤到上笼起动时转子有较大的电阻转子有较高的功率因数，起动转矩大。
正常运行时,转子电流频率 f2＝ sf1，转子的频率低漏电抗远小于电阻，电流的分布取决于电阻上笼电阻小，电流主要集中在下笼起动笼工作笼
5.12.４三相绕线式异步电动机的起动异步电动机转子串入合适的电阻起动，既可以降低起动电流，又可以提高起动转矩。绕线式异步电动机的转子侧串电阻起动，可以很好地改善电机的起动性能。
一般要求串入的电阻随转速的升高而逐步切除，所串的电阻一般有两种形式,
分段电阻 和 频敏电阻一、转子串电阻分级起动为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、
绕线式异步电动机可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。
转子串电阻后对电动机机械特性 (T—s曲线 )的影响：
转子串电阻后，转子的功率因数提高，故电动机的起动转矩提高，但并不是串入的电阻越大，起动转矩越大。
起动过程电阻分段数是否越多越好？？
二、转子串频敏变阻器起动对于单纯为了限制起动电流、增大起动转矩的绕线式异步电动机，可以采用转子串频敏变阻器起动。
频敏电阻：频率高电阻大；
频率低电阻小；
接触器触点 K断开时，电动机转子串入频敏变阻器起动。起动过程结束后，接触器触点 K再闭合，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行 。
频敏变阻器：有较大铁耗的变压器。
每一相的等值电路与变压器空载运行时的等值电路是一致的，忽略绕组漏阻抗时，其励磁阻抗为励磁电阻与励磁电抗串联组成。但是与一般变压器励磁阻抗不完全相同：
①频率为 5OHz的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，既限制了起动电流，又不致使起动电流过小而减小起动转矩。
②频率为 5OHz的电流通过时,频敏变阻器中磁密取得高，
铁心处于饱和状态，励磁电流越大，因此励磁电抗较小。而铁心是厚铁板或厚钢板的、磁滞涡流损耗都很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，与一般变压器相比较要大几百倍，因此 铁耗电阻较大 。
③ 绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器起动时,s＝
1，转子回路中的电流的频率为 5OHz。转子回路中电阻远大于电抗，因此转子回路主要是串入了电阻。这样，转子回路功率因数大大提高了，既限制了起动电流，又提高了起动转矩。
5.13 三相异步电动机的制动我们知道当异步电动机的电磁转矩和转子的转速是同方向时，电动机运行与电动状态，若电磁转矩和转速的方向相反时，电动机处于制动状态．
在制动运行状态中，根据转矩和转速的不同情况，
又可分为：
反接制动、回馈制动、能耗制动及倒拉反转等。
5.13.1 反接制动反接制动过程,处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，
当改变三相电源的相序时，电动机便进入了反接制动过程,反接制动过程中，电动机电源相序为负序,如图所示．
接触器触点 K1闭合为正向电动运行,K1断开 K2闭合，则改变了电源相序。
反接制动的同时转子回路串入较大电阻。电动机从
A—B—C,到 C点后，
－ T
L
＜ T
em
＜ T
L
可以准确停车。
转子回路串入较大电阻时的反接制动机械特性电动机的运行点反抗性恒转矩负载
0
1
3
2
2
2
<
′
′
= R
s
s
IP
m
而在反接制动过程中,因为接的是反相序电源,所以,转速大 n>0时,相应的转差率 s>1。若转子回路总电阻折算值为 R'
2
，机械功率则为即负载向电动机内输入机械功率。显然负载提供机械功率是靠转动部分减少动能。
03
2
2
2
>
′
′
=
s
R
IP
em
从定子到转子的电磁功率为
mecemmecemcu
PPPPRIp +=?=
′′
=
2
2
22
3
转子回路铜损耗转子回路中消耗了从电源输入而来的电磁功率及由负载送入的机械功率，数值很大，在转子回路中必须串入较大的外串电阻，以消耗大部分转子回路铜损耗，保护电动机不致由于过热而损坏。
如果进行反接制动停车，那么必须在降速到 n＝ 0时切断电动机电源并停车，否则电动机将会反向起动。
电动机拖动位能性恒转矩负载运行
5.13.2 倒拉反转制动运行若在转子回路内串入一定值的电阻，电动机转速可以降低。如果所串的电阻超过某一数值后，电动机还要反转，称之为倒拉反转制动运行状态。
倒拉反转时，转差率 s＞
1，异步电机运行在电磁制动状态，电磁功率 ＞ 0，机械功率＜
0，电磁转矩为制动性质。
5.13.3 回馈制动回馈制动运行分为 正向回馈制动 运行和 反向回馈制动 运行。
电动机运行在第 II象限，
转速 n＞ n
1
，电磁转矩 T
em
＜
0，是个制动运行状态，异步电机运行在发电机状态，称之为正向回馈制动过程。
1、正向回馈制动运行
0
1
1
<
=
n
nn
s
电动机的转速 n＞ n
1
，转差率
2
22
1
30
mec
s
PI R
s
′′
=<
电动机总的机械功率为从定子到转子的电磁功率为
2
2
2
30
em
R
PI
s
′
′
=<
电动机的输入功率则为
0cos3
1111
<=?IUP
异步电机吸收机械能，转化为电能，回馈给电源
2、反向回馈制动运行当三相异步电动机拖动位能性恒转矩负载，电源为负相序（ A,C,B）
时，电动机运行于第 IV象限，如图 中的 B点，电磁转矩 T＞ 0，转速 n＜ 0,称为反向回馈制动运行。
① 起重机高速下放重物时，经常采用反向回馈制动运行方式。若负载大小不变，转子回路串入电阻后，转速绝对值加大，如图中的 C点；串入电阻值越大，转速绝对值越高。
② 反向回馈制动运行时，电动机的功率关系与正向回馈制动过程是一样的，电动机是一台发电机，它把从负载位能减少而输入的机械功率转变为电功率，然后回送给电网。从节能的观点看问题，反向回馈制动下放重物比能耗制动下放重物要好。
5.13.4 能耗制动
1,能耗制动基本原理,① 切断电动机的三相交流电源，同时把直流电 I
=
通入它的定于绕组
(K1打开,K2闭合 )
② 三相异步电动机内形成了一个不旋转的空间固定磁动势 F
=
。
③ 空间固定不转的磁动势相对于旋转的转子来说变成了一个旋转磁动势,旋转方向为顺时针，转速大小为 n。
④ 转子与空间磁动势 F=有相对运动，转子绕组则感应电动势，产生电流；进而转子受到电磁转矩 T
em
。 T
em
的方向与磁动势 F
=
相对于转子的旋转方向是一样的，即 T
em
为制动性的转矩。转速 n＝ 0时，磁通势与转子相对静止,E
2
＝ 0,I
2
＝ 0,T
em
＝ 0，减速过程才完全终止。
⑤ 上述制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗了，
这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中。因此，上述过程亦称之为能耗制动过程。
5.14 异步电动机的调速
)1(
60
)1(
1
1
s
p
f
snn?=?=
三相异步电动机的调速方法大致可以分成以下几种类型：
① 改变转差率 s调速，包括降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法；
② 改变定于绕组极对数；
③ 改变供电电源频率。
其它方法：
① 双馈调速，包括串级调速，属改变理想空载转速的一种调速方法；
② 利用转差离合器调速。
异步电动机的转速为：
5.14.1 变极调速异步电机旋转磁场的同步转速 n
1
，当改变极对数 p
时,n
1
将发生改变．而转子转速 n总是小于但接近于 n
1
，也相应改变，此即变极调速。
但是极对数 p只能整数倍变化，所以转子转速 n 的改变也是不平滑的有级调速。
交流电机定子磁动势的极对数，取决于绕组中电流的方向，若改变绕组连接方式，使绕组中电流方向改变，则可改变了定子磁动势的极数。
4极电机的绕组连接方式
２极电机的绕组连接方式变极原理变极调速异步电动机可以采用两套绕组。
为了提高材料的利用率，一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，
以实现变极调速。
p
f
n
1
1
60
=
因此，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。
5.14.2 变频调速已知：
1,从基频向下变频调速
mN
kNfEU Φ=≈
11111
44.4
降低电源频率时，必须同时降低电源电压U
1
。降低电源电压U
1
有两种控的制方法。
三相异步电动机每相电压：
1
1
f
E
⑴保持 =常数，即恒磁通控制方式
()
()
2
2
2
12
122
2
1
11
2
2
2
2
2
60
em
em
r
mI
P mp E r
s
T
n
f s
r
x
s
σ
π
π
′
′
′′
== =
Ω
′
′
+
()
2
2
11 1
2
2
1
2
2
2
r
mpf E
s
f
r
x
s
σ
π
′
=
′
′
+
恒磁通控制方式下的电磁转矩
()
2
2
11 11 1
2
1
2
2
2
22
r
mpf mpf E
s
f
sx
r
sr
σ
ππ
′
==
′
′
+
′
d
0
d
em
T
s
=
2
2
m
R
s
X
σ
′
=
′
最大转矩 T
max
及相应的转差率 s
m
2
11 1
max
12 2
1
2
mpf E
T
f XX
σσ
π
=
′′
+
2
11 1
12
1
22
mp E f
f X
σ
π
=?
′
常数=
′
=
σ
ππ
2
2
1
11
2
1
22
1
Lf
Epm
即电动机的最大转矩 T
max
保持不变
21 2
1
22
60 60
2
mm
RfR
nsn
Xp Lp
σσ
π
′′
Δ= =? =? =常数最大转矩处的转速降落为：
当改变频率时，若保持 E
1
/f
1
=
常数，最大转矩 T
max
=常数，
与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。
恒磁通变频调速的机械特性
① 这种调速方法机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。
② 电动机在正常负载运行时，转差率 s较小，因此转差功率较小，效率较高。
N
II
11
=
N
II
22
′
=
′
N
TT =
③ 恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当：
时，
′
++
+
′
+
′
=
2
21
2
2
11
2
2
11
)(2
σσ
π XX
S
R
rf
S
R
pUm
T
()
2
21
2
2
1
2
1
2
1
11
2
σσ
π
XX
s
R
r
s
R
f
f
Upm
′
++
′
+
′
=
1
1
f
U
若保持 =常数，电机的电磁转矩
()
′
++
′
+
=
2
21211
2
11
max
2
2
1
σσ
π XXRRf
pUm
T
()
2
21
2
21
1
2
1
11
22
1
σσ
π
XXRR
f
f
Upm
′
++
′
+
=
最大电磁转矩转矩 T
max
为：
2
1
21
2
1
2
1
1
2
1
11
1
22
1
′
+
+
′
+
=
f
XX
f
R
f
R
f
Upm
σσ
π
已知（ X
1σ
+ X?
2σ
）与 f1成正比变化,R
1
与 f1无关。因此，在 f
1
接近额定频率时,R
1
<(X
1σ
+ X?
2σ
)随着 f
1
的减小，
T
max
减少得不多，但是，当 f
1
较低时，（ X
1σ
+ X?
2σ
）比较小,相对变大了。这样一来,随着 f
1
的降低，
T
max
就减小了 。显然此时的机械特性上面的机械特性，特别在低频低速的机械特性变坏了。
保持 U
1
/f
1
=常数,降低频率调速近似为恒转矩调速方式。
()
′
++
′
+
′
=
2
21
2
2
11
2
2
11
em
2
σσ
π XX
s
R
Rf
s
R
pUm
T
2,从基频向上变频调速升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为 U
N
不变，频率越高，磁通 Φ
m
越低，
是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。
保持不变升高频率时，电动机电磁转矩
()
′
+++
=
2
21
2
111
1
2
11
max
2
2
1
σσ
π XXRRf
fpUm
T
()
2
1
211
2
11
1
22
1
f
XXf
pUm
∝
′
+
≈
σσ
π
() σσ
σσ
21
2
2
21
2
1
2
XX
R
XXR
R
S
m
′
+
′
≈
′
++
′
=
()
1211
2
1
2 fLLf
R
∝
′
+
′
=
σσ
π
因此，频率越高时,T
max
越小,S
m
也减小，最大转矩对应的转速降落为根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行,
()p
f
LLf
R
nsn
m
1
211
2
11
60
2
σσ
π
′
+
′
=
=Δ
三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：
① 从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；
② 调速范围大；
③ 转速稳定性好；
④ 运行时小，效率高；
⑤ 频率可以连续调节，变频调速为无级调速。
5.14.3 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速改变转子回路串入电阻值的大小，例如转子绕组本身电阻为 R
2
，分别串入电阻 R
Sl
,R
S2
,R
S3
时,如图所示：
所串电阻越大，转速越低,（拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩，即 T
L
=T
N
）
已知电磁转矩 T为：
T
em
=C
T
Φ
m
I
2
cosφ
2
当电源电压一定时，主磁通 Φ
m
基本上是定值，转子电流 I
2
可以维持在它的额定值工作。
常数=
+
=
s
RR
s
R
j
N
2
2
电磁转矩：
转子串电阻调速时，若保持负载转矩不变，则有
()
′
++
′
+
′
=
2
21
2
2
11
2
2
11
em
2
σσ
π XX
s
R
Rf
s
R
pUm
T
由等效电路可知，定转子电流、功率因数等不变，
输入的电功率不变，而输出的机械功率随转速的降低而下降,电动机的效率也下降 。
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
常数=
′
+
′
=
′
s
RR
s
R
j
N
2
2
3
32
2
22
1
122
s
Rr
s
Rr
s
Rr
s
r
SSS
N
+
=
+
=
+
=
① 转子回路串电阻是属恒转矩调速方法，当负载转矩
T
L
=T
N
时，根据上式，则有：
式中 s1,s2,s3别是转子串入不同的电阻后的转差率。
这种调速方法的调速范围不大，一般为 （ 2～ 3）,1。
② 负载小时，调速范围就更小了。
③ 由于转子回路电流很大，使电阻的体积笨重，抽头不易，所以调速的平滑性不好，基本上属有级调速。
5.14.4 改变定子端电压调速在频率、参数和转差率不变时，电磁转矩便与端电压平方成正比，改变定子端电压时的机械特性如右图
① 对于普通笼型异步电动机 s
m
较小，所以调速范围很小。
② 机械特性变软，致使低速运行稳定性交差 。
③ 普通笼型异步电机的转子电流随转速降低而增大，可能引起电机过热并损坏。
改变定子端电压是一简便的调速方法，但低速时则铜耗大、
效率低、电机散热差，发热严重。对于恒转矩负载不宜长期在低速下工作，较适合于风机类负载的调速。
5.15 三相异步电动机不对称运行及单相异步电动机前面分析了三相供电电源以及三相异步电 动机均为对称的运行情况，但是，电机在运行中有时会遇 到供电电源三相不对称，或电源对称而定子或转子绕组断 线造成电机本身不对对称的情况。本节将研究供电电源不 对称以及转子单相断线时对异步电动机运行性能的影响及其 分析方法 。
此外，再讨论单相异步电动机。
5.15.1三相异步电动机在不对称电压下的运行分析三相异步电动机在不对称电压下运行的基本方法是对称分量法，即将不对称电压分解为正序、负序和零序三组三相对称系统，然后把电机在各分量单独作用下所得效果叠加起来，得到电机在不对称电压下的实际运行情况。
若异步电机的定子绕组采用Υ无中性线连接，则零序电流在定子三相绕组中无法流通；当定子绕组接成Δ接法，零序电流在线电流中也无法流通。因此通常情况下只需 分析正序和负序两个分量,而 不用考虑零序分量 。
将定子端的不对称电压分解为正序和负序两个分量，
取分量中大的电压作为正序电压，小的作为负序电压。
正序电压
+1
.
I
.
2
+
I
正序电流 和建立正序的旋转磁场，
转速为同步转速 n
1
产生正序的电磁转矩 Tem+
产生正序的电磁功率 Pem+
负序电压
+1
.
I
.
2
I
负序电流 和建立负序的旋转磁场，
转速为同步转速 n
1
产生负序的电磁转矩 T
em－
产生负序的电磁功率 P
em－
转子对正序磁场的转差率的转差率 s
+
为：
负序系统与正序系统的转差率
1
1
nn
s s
n
==
转子对负序磁场的转差率的转差率 s
－
为：
111
2( )
2
nn n nn
s s
== =?
n
1
n
1
n?
异步电动机在不对称电压运行时正序和负序等放电路若考虎到集肤效应正、负序每相转子电阻和漏电抗是不相等的。设 和 为已考虑到集肤效应的负序系统转子电阻和漏电抗的折算值，与正序相比较有：
''
2
X
σ
''
2
R
'' '
22
RR>
'' '
22
X X
σσ
<
1
U
+
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
正序等放电路
1
I
+
2
I
+
′
Z
+
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
负序等放电路
1
I
2
I
′
忽略正、负序每相转子电阻和漏电抗的差异
Z
忽略激磁阻抗，负序的等效阻抗为：
2
112
()( )
2
k
R
ZR jXX Z
s
σσ?
′
′
=+ + + ≈
定子正序和负序电流为
1
12
'
'
2
112
()( )
U
II
R
RjXX
s
σσ
+
++
′
≈? =
++ +
1
12
'
'
2
112
()( )
2
U
II
R
RjXX
s
σσ
′
≈? =
+++
电动机在实际运行时，由于 s很小，因而 s－ =2-s≈ 2，
11
12
'
2'2
2
11
()( )
2
k
UU
II
Z
R
RXX
s
σσ
′
≈? = ≈
+++
式中 Zk为异步电动机的短路阻抗可见不对称运行时，异步电动机定子的负序电流只受到短路阻抗的限制，只要有一个很小的负序电压，在异步机中就会产生一个很大的负序电流。
电机运行时，正序的旋转磁场与转子转向一致，产生的正序电磁转矩肘 T
em+
为驱功性质。负序的旋转磁场与正序旋转磁场转向相反，因而也与转子转向相反，于是负序电磁转矩 T
em-
为制动性质。
2
12
2
11
2
em
em
PmpR
TI
f sπ
+
++
′
′
==
Ω
2
12
2
11
22
em
em
PmpR
TI
f sπ
′
′
==?
Ω?
S小
em
T
小由于负序电磁转矩存在．使电磁转矩减小。但这不是主要的问题,更为严重的是负序电流。由于限制负序电流的阻抗相当于是短路阻抗，其值很小，有一个很小的负序电压，在异步机中就会产生一个很大的负序电流，引起电机过热。
由于负序磁场的存在，致使电动机最大电磁转矩转短减小，过载能力降低，定、转子铜耗增加，效率降低，温升提高，因此异步电动机不允许在长期严重不对称电压下运行。
5.15.2 单相异步电动机单相异步电动机只需要单相电源供电，使用方便，在家用电器、医疗器械中得到广泛应用。其定子为单相绕组，转子一般为鼠笼多相绕组。比同容量的三相异步电动机性能差，故目前多做成功率在 750w以下的小容量电机。
一、工作原理当定子工作绕组接到单相电源上时，就会产生脉振磁动势 F
1
，此脉振磁动势可以分解成转速相等，转向相反，幅值各为 F
l
一半的两个旋转磁动势
F
1＋
和 F
1-
，建立起正转磁场Φ
+
和反转磁场Φ
-
，这两个磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流，从而形成正反向电磁转矩 T
em+
,T
em-
，叠加后即为推动转子转动的合成转矩 T
em
。
当转子静止时，
转子对Φ
+
和Φ
-
的转差率都等于 1，所以转子对Φ
+
和Φ
-
的反应相同，由于在大小上有
F
1＋
=F
1-
，所以有
Φ
+
=Φ
-
，从而有 T
em+
和
T
em-
大小相等、方向相反，合成转矩互相抵消为零，即单相异步电动机无起动转矩。
当 0<s
+
<1时，对正转磁场说，电机处在电动机运行状态，
电磁转矩 T
em+
为驱动性质转矩。
由于 T
em+
>T
em-
，故电机合成转矩 T
em
为正，且为驱动性质转矩。但因 T
em-
存在，合成转矩 T
em
< T
em+
。
这时 1<s
-
<2，即对反转磁场说，电机处在制动运行状态，电磁转矩 T
em-
为制动性质。
转子正转，有正向电磁转矩当 1<s
+
<2时，对正转磁场说，电机处在制动运行状态，电磁转矩 T
em+
为制动性质转矩。
由于 T
em－
>T
em+
，故电机合成转矩 T
em
为负，且为驱动性质转矩。但因 T
em+
存在，合成转矩 T
em
< T
em-
。
这时 0<s-<1，即对反转磁场说，电机处在反向电动运行状态，电磁转矩 T
em-
为驱动性质。
转子反转，有反向电磁转矩由于单相异步电动机中存在正、反转两个磁场，在反向电磁转矩的作用下，合成转矩比同容量的三相异步电动机小，过载能力、功率因数和效率也都比同容量的三相异步电动机低。
二、单相异步电动机的起动方法单相异步电动机不能自起动，但若能有一个起动转矩，则可使电机按起动转矩方向转动。不能产生起动转矩的根本原因，在于单相绕组只产生脉振磁场，为了产生起动转矩，气隙磁动势必须是旋转磁动势，设法使电动机起动时产生一个旋转磁场，是解决单相异步电动机起动的出发点，常用的办法是在定子上另装一个空间轴线与主绕组有一定角度差的起动绕组。按起动方法不同，有不同的类型。
1.分相起动电动机
1
I
st
I
工作绕组和起动绕组在空间相差 90?，起动绕组串一电容用以分相，串一离心式开关，起动完毕后降起动绕组切除。
1
U
I
1
2
如果电容 C配置适当，可使φ
1
+φ
2
＝ 90? ；如果 A,B
绕组有效匝数 N
A
K
NA
和 N
B
K
NB
又设计适当，则可能使
I
A
N
A
K
NA
=I
B
N
B
K
NB
。因此 A,B二相绕组电流产生的合成磁势是一个 圆形旋转磁动势,并产生气隙旋转磁场，从而在该磁场的作用下，产生起动转矩使电机起动。待电机转速升高到 (75％～ 80％ )n
1
时，离心开关自动切断起动绕组，
仅靠主绕组接在电源上正常工作。这种电动机称为 电容起动电动机 。
如果起动绕组容许长期接在电源上工作，电容 C在运行中仍起着分相作用，这种电机就称为 电容电动机 了。事实上 电容电动机是两相电动机,设计合适可使气隙旋转滋场接近圆形，从而改善了电机性能，如功率因数、效率、
过载能力都比单相异步电动机高，从而有广泛应用。
电容分相起动的电动机转向问题：
电动机转子的转向取决于绕组的排列和绕组中电流的相位。转向从电流超前的绕组轴线转向电流滞后的绕组轴线。图示中若起动绕组的电流超前于工作绕组中的电流，
则转向为逆时针方向。
如何改变电动机的转向？
就是要改变电流的相序，将电压相位反一反，行不行？
不行，此时工作绕组和起动绕组的电流都反相，但超前滞后关系没变。
方法,将起动绕组 或 工作绕组的两接线对换
1
I
st
I
1
U
I
1
2
将起动绕组的两接线对换
st
I
工作绕组的电流超前起动绕组的电流
1
I
st
I
1
U
I
1
2
将工作绕组的两接线对换
1
I
工作绕组的电流超前起动绕组的电流
2.罩极电动机罩极电动机定子铁心通常做成凸极式，其上绕着主绕组并与单相电源相接，在极靴表面的一端开有一槽，并用一铜环将其套起来，称为罩极。
滞后 相当于产生一椭圆形旋转磁场，转向,超前的转向滞后的
1
Φ
3
Φ
工作原理主绕组 A通人单相交流电后，产生脉振磁场。
磁通的一部分 穿过短路环
2
Φ
在环中感应电势 和电流
k
E
k
I
在罩极部分产生与 同相的磁通
k
I
k
I
k
Φ
与 合成穿过环的磁通
k
Φ
2
Φ
3
Φ
极表面未罩极部分磁通为
1
Φ
电机转子从未罩部分向罩极部分转动
2
Φ
1
Φ
3
Φ
k
Φ
k
I
k
E
罩极电动机起动转矩较小，但结构简单、制造方便，多用于小型电扇、电唱机和录音机中。容量一般在
30～ 40W以下。这种电动机由于罩极结构已确定，不能靠改变主绕组接线的方式来改变转向。
（ asynchronous machine）。电机的定、转子之间没有电的直接联系，是靠定、转子之间的电磁感应作用实现机电能量转换，故称为感应电机（ induction machine）。
异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。
什么是异步电机？
异步电动机的优点：
1,具有结构简单，重量较轻；
2,制造、使用和维护方便；
3,运行可靠以及成本较低；
4,异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行。
① 不能经济地在较宽广的范围内实现转速调节，因而在要求任意调速的工作场合，往往选用容易调节转速的直流电动机；
② 异步电动机工作时，需要从电网吸取滞后电流．从而使电网功率因数变差，因此，在需要大功率、恒转速拖动的场合，往往改用可以调节电网功率因数的同步电动机。
异步电动机的缺点：
5.1 异步电动机的基本类型和基本结构
5.1.1 异步电动机的类型
（ 1）按定子相数
① 单相异步电动机
② 两相异步电动机
③ 三相异步电动机
（ 2）按转子结构分
① 绕线式异步电动机
② 鼠笼式异步电动机
① 高压异步电动机
② 低压异步电动机
（ 3）按电压的高低单鼠笼异步电动机双鼠笼异步电动机深槽式异步电动机
5.1.2 异步电动机的主要结构异步电动机在结构上也是由定子、转子、气隙组成。
一、异步电动机的定子：
异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成。
机座定子铁心定子绕组
1、定子铁心：
定子铁心是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用 0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。
定子槽口大，嵌线工艺简单，槽口大小，电磁性能好开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；
半开口槽，用于中型 500V以下的异步电动机半闭口槽，用于低压小型异步电动机中
2,定子绕组高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用 Y
接，只有三根引出线。对中、小容量低压异步电动机，
通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成 Y形或△形，定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。
3,机座主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。
对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。
对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，
整个机座和轴承都固定在同一个底板上。
二、气隙异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为 0.2~1.5mm
左右。
转子铁心是电动机磁路的一部分，它用 0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。
三、异步电动机的转子
1,转子铁心异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 。
转子绕组：分为笼型和绕线型两类。
1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。
在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子
，因此又叫鼠笼转子。材料有铜的，也有铝的。
2.转子绕组如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起。
笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。
如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成。
2）绕线型转子,绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成 Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。
与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，
因此只在要求起动电流小，起动转距大，
或需平滑调速的场合使用。
5.1.3 异步电动机的铭牌数据异步电动机的型号：
电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如Y系列三相异步电动机表示如下
Y 100 L 1 2
机座中心高异步电动机 极数铁心长度代号机座长度代号异步电动机的额定值：
①额定功率 P
N
指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是 kW。
②额定电压 U
N
指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为 V。
③额定电流 I
N
指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为 A。
④额定频率 f
N
,指我国规定工业用电的频率是 50Hz。
⑤额定转速 n
N
,指电动机定子加额定频率的额定电压，
且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为 r/min 。
⑥ 额定功率因数 cosφ
N
,指电动机定子加额定负载时，
定子边的功率因数。
如何根据电机的铭牌进行定子的接线？
① 当电动机铭牌上标明“电压380/220V，接法Y/△”
时，这种情况下，究竟是接成Y或△，要看电源电压
（线电压）的大小。如果电源电压为380V，则接成Y
接；电源电压为220V时，则接成△接。
② 当电动机铭牌上标明“电压380V,△接法”时，则只有这一种△接法。但是在电动机起动过程中，可以接成Y接，接在380V电源上，起动完毕，恢复△接法。
③ 对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只在电源电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。
5.2 异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的转动原理定子接三相电源后，形成圆形旋转磁动势(逆时针转)
若转子不转，转子导条与磁密有相对运动，导条中有感应电动势 e，方向由右手定则确定。
不考虑电动势与电流的相位差时，电流方向同电动势方向导条就在磁场中受力 f，用左手定则确定受力方向转子受力，产生转矩T，为电磁转矩，方向与旋转磁动势同方向，转子便在该方向上旋转起来。转子旋转后，转速为 n，只要 n＜ n
1
（ n
1
为旋转磁动势同步转速 )，
转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩 T 仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在 T=T
L
情况下。
二、转差率（slip）
1
1
1
n
nn
n
n
s
=
Δ
=
n与 n
1
之间总是存在着差异。 n
1
与 n的差值称为转差，用Δ n表示，即Δ n＝ n
1
—n。将转差Δ n与同步转速 n
1
的比值称为转差率或滑差，用 s表示，即转速 n是一代数量，一般取气隙旋转磁场的转向为转速的正方向。根据上式可以看出当 n=n
1
时,s＝ 0；当 n＝
0时,s＝ 1;当 n＞ n
1
时,s是负值；当电机反转时,n是负值,s＞ 1。
注意,在正常情况下，异步电动机的转子转速总是略低与旋转磁场的转速（同步转速）。转差率是一个表征异步电动机运行状态的一个基本参数。感应电动机的转速随负载的变化而变化，使转子导体中的电动势和电流改变，以产生新的电磁转矩来适应负载的需要。通常异步电动机空载时的转差率在 0.005以下，满载时的转差率在 0.05以下。
三、异步电机三种不同的运行状态异步电机的有三种运行状态,a) 电动机状态； (b)
发电机状态； (c) 电磁制动状态。 异步电机的运行状态和转子的转速范围有密切的关系。
电磁制动状态 电动机状态 发电机状态
1.电动机状态转子正转并且转速低于同步转速的情况，
即 0＜ n＜ n
1
，或 1＞ s＞ 0
右手定则判断定转子导体的感应电动势转子导体电流方向和电动势同相邻的定、转子导体电流方向相反左手定则判断定转子导体的电磁力方向定子侧,e
1
i
1a
<0,
吸收电能转子侧,T
em
n>0,
输出机械能电机从电源吸收电能，转换为机械能
2.发电机状态转子正转并且转速高于同步转速的情况，
即 n>n
1
，或 s<0
右手定则判断定转子导体的感应电动势转子导体电流方向和电动势同相邻的定、转子导体电流方向相反左手定则判断定转子导体的电磁力方向定子侧,e
1
i
1a
>0,
输出电能转子侧,T
em
n<0,
吸收机械能电机从外界吸收机械能，转换为电能
3.电磁制动状态转子反转，即 n<0，或 s＞ 1
右手定则判断定转子导体的感应电动势转子导体电流方向和电动势同相邻的定、转子导体电流方向相反左手定则判断定转子导体的电磁力方向定子侧,e
1
i
1a
<0,
吸收电能转子侧,T
em
n<0,
吸收机械能电机既吸收电能，
又吸收机械能，
转换为热能电磁制动状态 电动机状态 发电机状态
n
S
0
n
1
0
1
0<n<n
1
1>S>0
n>n
1
S<0
n<0
S>1
5.4 转子静止时的异步电动机
5.4.1 转子不转、转子绕组开路时的电磁关系正常情况下，电机转子总是旋转的，但是为了分析问题的方便，在这里我们首先从转子静止出发进行分析。
正方向的规定：
（）（b）（）
（1） 励磁磁动势,我们给异步电动机通入对称的三相交流电时，根据我们前面所学的可知将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，但是由于转子绕组是开路的所以，没有电流，
即没有磁动势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此,定子磁动势又叫做励磁磁动势，定子电流亦叫做励磁电流。
一、磁动势与磁通
0
11
0
2
24
2
3
I
p
kN
F
N
π
=
1
1
2
2
60
pn
f
π
ωπ==
（ 4）瞬间位置：正如前面所分析的，当 A相电流达到正最大 时，他所对应的磁动势也达到正最大。
旋转磁场的磁动势的特点：
（ 1）幅值：
（ 2）转向：逆时针转向。 A1—B1—C1
（ 3）转速：相对于定子绕组以角频率
2）主磁通和漏磁通：
主磁通,同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用Φ
1
表示。
磁路包括：定子铁心 —气隙 —转子铁心 —气隙 —定子铁心漏磁通,只交链定子绕组就形成闭和回路，叫定子漏磁通，
用Φ
1σ
表示。
漏磁通按其路径分为三部分：
①槽漏磁,横穿定子槽壁的漏磁通；
②端部漏磁,定子绕组端部产生的漏磁通；
③谐波漏磁或称差漏磁,气隙总磁通减去基波磁通后所剩下的谐波磁通，所以又称差漏磁。
1
2
B l
δ
τ
π
Φ=
气隙磁密和励磁磁动势同方向，这是因为磁动势达到最大值时，该处的磁密也为最大。（在不考虑磁滞、
涡流的影响下）
B
δ
B
δ
B
δ
由于气隙是均匀的，励磁磁动势 F
0
产生的主磁通Φ
1
所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转、在空间按正弦分布的磁密。用空间向量表示为,的位置载其最大值处,为是气隙磁密的最大值。气隙每极主磁通为：
11111
44.4 Φ=
N
kNfE
12212
44.4 Φ=
N
kNfE
22
11
2
1
N
N
e
kN
kN
E
E
k ==
旋转磁场同时切割定转子绕组，在定转子绕组内将会产生感应电动势 E
1
,E
2
:
三 感应电动势定子、转子每相电动势之比叫电压变化，用 ke表示，即,
1
E
2
E
和 的相位关系：
感应电动势总是滞后于产生它的磁通Φ 90?。
定子绕组 A相轴线和转子 a相轴线重合时,和 同相位若转子 a相轴线滞后定子绕组 A相轴线,滞后 θ
12
角度。
1
E
2
E
1
E
2
E
四、励磁电流：
μ
III
Fe
+=
0
和前面分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由 I
Fe
和 I
μ
两分量组成。
有功分量 I
Fe
很小，因此 领先 一个不大的角度。
在时间空间向量图上,与 相位相同,与 相位一样,和 领先 一个不大的角度。
0
I
μ
I
0
I
0
F
μ
I
δ
B
0
I
0
F
δ
B
五、电动势平衡关系
σ1
E
101
EjIX
σσ
=?
定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势，称之为定子漏电动势，用 表示，
电压方程式为：
σ11011
ERIEU
+?=
101 01
EIR jIX
σ
=? + +
101 1
()EIR jX
σ
=? + +
101
ZIE
+?=
一相绕组的漏阻抗六、等效电路
()
10 0mm m
EIR jX IZ?= + =
()
σ11011
jxRIEU ++?=
()()
001mm
I RjX IRjX
σ
=+++
()
10
ZZI
m
+=
与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出并联或串联的等值电路。知：
电压平衡等式为
1
U
1
R
1
X
σ
m
R
m
X
0
I
转子回路电压方程式
22
EU=
5.4.2 转子堵转时的电磁关系一、定、转子磁动势的相对静止转子磁动势,转子被短路，当在定子绕组内通入三相对称电流后，产生的沿逆时针方向旋转的磁场，不仅在定子绕组内产生磁动势，在转子绕组内也会产生磁动势。
转子侧磁动势的特点：
1）幅值
2
22
2
2
24
2
3
I
P
kN
F
N
π
=
2）转向：设气隙旋转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕组内感应产生的电动势及电流的相序就应为 a—b—c
1
12
2
6060
n
p
f
p
f
n ===
3）转速：相对于转子绕组为注意：现在定转子被同一个磁通所交链，所以，产生的电流的频率是相等的。
4）瞬间位置：
当 A相电流达到正的最大值时，与他相对应的磁动势也达到正的幅值。
12 m
F FF+=
m
F
既然它们是同步旋转，又作用在同一个磁路上，把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势用 表示。
即,
转于绕组短路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有两个,一为定子旋转磁动势 ；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转方向相同，转速又相等，是 相对静止的,称它们为同步旋转。
这个合成旋转磁动势才是产生气隙每极主磁通 的磁动势。
二、磁动势平衡方程
1
F
G
2
F
G
m
F
G
m
F
G
m
B
G
m
F
G
空间矢量,和 都以同步转速 n
1
、逆时针方向旋转，在空间均按正弦波分布。由于电机磁路中总有磁滞和涡流损耗，所以由 产生的旋转磁场的磁通密度波 在空间上滞后 波一个铁耗角 α
Fe
1
111
1
9.0
2
I
p
kNm
F
N
=
2
222
2
9.0
2
I
p
kNm
F
N
=
m
N
m
I
p
kNm
F
111
9.0
2
=
12 m
FF F+=
222
111
w
w
i
kNm
kNm
k =
mi
IkII
=+ /
21
电流变比三、电动势平衡方程式与变压器类似，主磁通 在定、转子绕组中分别感应出电动势,,转子静止时，两者的频率均为 f
1
，
相位上滞后主磁通 90°。两者的有效值为：
m
Φ
.
1
E
.
2
E
m
Φ
mN
kNfE Φ=
1111
44.4
mN
kNfE Φ=
2212
44.4
21
EkE
e
=
22
11
221
111
2
1
44.4
44.4
w
w
w
w
e
kN
kN
kNf
kNf
E
E
k =
Φ
Φ
==
由上式可得,
式中电动势变比：
与变压器副边短路时有相似的物理过程，仿照变压器中各物理量正方向的规定，根据电路定律可得定、转子的电动势方程式：
)(
11
111
σ
jXRIEU ++?=
)(0
22
22
σ
jXRIE +?=
σ111
jXRZ +=
σ222
jXRZ +=
式中：定子每相漏阻抗为：
转子每相漏阻抗为：
式中：Ｚ
m
为励磁阻抗；大小与铁心的饱和程度有关；
R
m
为励磁电阻，反映异步机铁耗的等效电阻；
X
m
为励磁电抗，定子每相绕组与主磁通对应的电抗。
定子电动势 可用阻抗压降表示为：
1
E
mmmmm
ZIjXRIE
=+?= )(
1
由于异步电机定、转子之间存在气隙，它的各项参数与变压器在数值范围上差别较大。例如一般电力变压器，
用标么值表示时,＝ l~5，＝ 10~50，而一般异步电动机则 ＝ 0.08~0.35，＝ 2~5。另一方面由于结构上的差别，异步电机的漏抗通常比变压器大，变压器的,约在 0.012~0.08范围内，异步机的,则约在 0.08~0.12范围内。
*
m
R
*
m
X
*
m
R
*
m
X
*
1σ
X
*
2σ
X
*
1σ
X
*
2σ
X
四、转子绕组的折算从前面的分析我们可以看出，分别对定转子进行分析太过麻烦，异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，
只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似,所以在这里我们仍采用折算的方法，把转子折算到定子侧，用一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样。
定子的相数 m
1
，
每相串联匝数 N
1
绕组系数 k
N1
转子的相数 m
2
，
每相串联匝数 N
2
绕组系数 k
N2
新转子 的相数 m
1，
每相串联匝数 N
1
绕组系数 k
N1
折算的原则,保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发生改变，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、
转子的铜耗和漏磁场储能均保持不变。
1）电流的折算
2
222
2
9.0
2
I
p
kNm
F
N
=
折算前
2
111
2
9.0
2
I
p
kNm
F
N
′
=
′
折算后
222
111
w
w
i
kNm
kNm
k =
电流变比
22
FF =
′
i
kII /
22
=
′
mN
kNfE Φ=
′
1112
44.4
22
11
221
111
2
1
44.4
44.4
N
N
N
N
e
kN
kN
kNf
kNf
E
E
k =
Φ
Φ
==
2）电动势的折算
mN
kNfE Φ=
2212
44.4折算前折算后电动势变比
22
EE =
′
22
EkE
e
=
′
3）转子电阻的折算
2
2
222
RImp
cu
=
折算前
22 cucu
pp =
′
2
2
2
2
1
2
2
R
I
I
m
m
R
′
=
′
折算前后电阻上消耗的功率不变折算后
2
2
212
RImp
cu
′′
=
′
2
222
111
22
11
2
2
222
111
1
2
2
R
kNm
kNm
kN
kN
R
kNm
kNm
m
m
R
N
N
N
N
N
N
=
=
′
22
RkkR
ei
=
′
4）漏电抗的折算
σσ 2
2
212
2
22
2
1
2
1
XImXIm
′′
=
σσ 2
2
2
2
1
2
2
X
I
I
m
m
X
′
=
′
折算前后漏磁场的储能不变
σσσ 2
222
111
22
11
2
2
222
111
1
2
2
X
kNm
kNm
kN
kN
X
kNm
kNm
m
m
X
N
N
N
N
N
N
=
=
′
σσ 22
XkkX
ei
=
′
折算后的基本方程式：
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
定子侧
)(0
2222 σ
XjRIE
′
+
′′
′
=
转子侧
m
III
=
′
+
21
磁动势平衡
21
EE
′
=
电动势关系
mmmmm
ZIjXRIE
=+?= )(
1
E
1
和激磁电流关系异步电动机定、转子的漏阻抗标么值都是比较小的，
如果在它的定子绕组加上额定电压，这时定、转子的电流都很大，大约是额定电流的 4～ 7倍。 这就是异步电动机加额定电压直接起动而转速等于零的瞬间情况。如果使电动机长期工作在这种状态，则有可能将电机烧坏。
有时为了测量异步电动机的参数，采用转子绕组短路并堵转实验。为了不使电动机定转子过电流，必须把加在定子绕组上的电压降低，以限制定、转子绕组中的电流。
5.5 转子旋转时的异步电机
1
1
n
nn
s
=
转子旋转时，电机将以某一低于同步转速 n1的转速 n
沿着气隙旋转磁场的方向旋转。气隙旋转磁场切割转子绕组的速度、转子感应电动势的频率和大小、转子绕组的漏电抗、以及转子电流的频率和大小都要发生相应的变化，
此时磁动势平衡关系是否还成立呢？
转子旋转时的转差率
5.5.1转子绕组的各电磁量
1.转子电动势的频率气隙旋转磁场以同步转速旋转，如果转子以 n的转速向同一方向旋转，则旋转磁场与转子绕组之间的相对转速是 n
2
＝ n
1
-n，此时旋转磁场将以 n
2
的转速与转子绕组相切割。因此在转子绕组里所感应的电势及电流的频率（简称转子频率）是：
1
1
1
11
2
6060
)(
sf
pn
n
nnnnp
f =×
=
=
正常运行时,s值很小，转子频率很低，因此转子铁耗很小，额定负载时 s=0.02~0.05,f
2
=1~2.5Hz。
2.转子绕组的感应电动势
3.转子绕组的电抗
S
E
2
.
由于频率改变，转子感应电动势也发生改变,用表示转子旋转时转子每相电动势，则其有效值为：
22212222
44.444.4 sEkNfskNfE
mNmNS
=Φ=Φ=
转子绕组的电抗与频率成正比，故转子旋转时的转子每相漏电抗 X
2σs
为
σσσσ
ππ
221222
22 sXLsfLfX
S
===
4.转子绕组的电流
5.转子绕组的功率因数转子旋转时的转子电流与转子静止时的电流的频率不同。转子电流决定于转子绕组中感应的滑差频率电动势及该滑差频率下的转子绕组漏电抗，即：
转子功率因数角为
σσ 22
2
22
2
2
jsXR
Es
jXR
E
I
S
S
+
=
+
=
2
2
2
2
2
arctanarctan
R
sX
R
X
s σσ
==
转子功率因数随 s的增加而减小。
5.5.2 转子旋转时定、转子磁动势的相对静止
F
1
相对定子的转速：
p
f
n
1
1
60
=
逆时针方向转子转速 n<n
1
，
旋转磁场相对转子 a-b-c，
转子电流的相序 a-b-c，
转子电流的频率：
12
sff =
F
2
相对转子的转速：
1
1
2
60
sn
p
sf
n ==
F
2
相对转子的转速：
11122
)1( nsnnsnnn =+?=+=
′
逆时针方向
F
1
和 F
2
相对静止同理，可以证明，异步电机运行在发电机状态和电磁制动状态时，定、转子磁动势也保持相对静止。
定子磁动势的转速 n
1
发电机状态,s<0
电磁制动状态,s>1
电动机状态,0<s<1
n
sn
1
n
sn
1
n
sn
1
可见，转子磁动势和定子磁动势的转速在空间总是等于同步转速，始终保持相对静止，
即定、转子磁势之间没有相对运动！所以，感应电机在任何异步转速下均能 产生恒定的电磁转矩,并 实现机电能量转换 。
转子旋转时定、转子磁动势仍然相对静止，此时异步电机中的电磁过程和转子静止时是一样的，所以磁动势平衡方程与电动势平衡方程式分别与转子静止时相同，即：
磁动势平衡方程式为：
m
FFF =+
21
m
III
=
′
+
21
转换为电流的形式
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
定子侧
)(0
2222 ss
jXRIE
σ
+?=
转子侧
22
EsE
s
=
电动势关系
mmmmm
ZIjXRIE
=+?= )(
1
E
1
和激磁电流关系频率为 f
1
频率为 s f
1
如何获得等效电路图？？
5.5.3 转子绕组频率的折算等效电路图和相量图是电机学中很重要的分析方法。
为了获得等效电路图，在变压器中采用绕组折算的方法，
可以把原、副方两个不同的绕组参数折算成同一侧的，并画在一个图中，方便进行定量计算。
在异步电机中，由于转子是旋转的，要获得等效电路图首先要进行频率折算，用一个等效的静止转子代替旋转的转子，然后再采用绕组折算。而经过折算的相量图便于进行定性分析。
频率折算的目的是使定、转子的频率相同，而转子静止时定转子的频率相同，能不能用一个静止的转子等效代替旋转的转子？其前提条件应该是使定子侧的各物理量不受转子的影响。
而转子对定子的影响是通过转子磁动势 F
2
实现的，所以要实现异步电机的频率折算，必须保持转子磁动势 F
2
的大小和相位不变。进一步说，转子磁动势 F
2
是由转子电流产生的，所以简单地说，频率折算的原则是使等效前后转子电流的大小和相位相等以保持转子磁动势 F
2
的大小和相位不变；并且等效前后转子电路的功率和损耗相等。
设转子串入一电阻 R
st
转子静止时 转子旋转时
S
S
jXR
E
I
σ22
2
2
+
=
st
RjXR
E
I
++
=
σ22
2
2
σ22
2
jsXR
Es
+
=
σ2
2
2
jX
s
R
E
+
=
222
2
1
R
s
s
jXR
E
++
=
σ
R
st
=(1-s)R
2
/s
只要在转子中串入合适的电阻，就可以用一静止的转子来代替旋转的转子，从而完成转子频率的折算。
这个电阻称为附加电阻，其阻值为：
2
1
R
s
s
R
st
=
但所串的电阻要消耗能量，如何体现功率的平衡？？？
这个电阻上所消耗的功率：
就代表了电动机转轴上产生的机械功率
2
2
22
1
R
s
s
ImP
mec
=
Ω=
emmec
TP
sR
X
R
sX
R
X
s
2
2
2
2
2
2
2
arctanarctanarctan
σσσ
===
同时，在频率变换的过程中，除了电流有效值保持不变外，转子电路的功率因数角φ
2
也没有发生任何变化。即
5.5.4 基本方程式、等值电路
mmmmm
ZIjXRIE
=+?= )(
1
折算前的基本方程式 频率折算
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
)(
2222 Ss
jXRIE
σ
+=
mi
IkII
=+ /
21
22
EsE
s
=
21
EkE
e
=
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
)
1
(
22222
R
s
s
jXRIE
++=
σ
mi
IkII
=+ /
21
)(
1 mmm
jXRIE +?=
21
EkE
e
=
转子的频率为 sf
1
转子的频率为 f
1
21
EkE
e
=
)(
1 mmm
jXRIE +?=
绕组折算
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
m
III
=
′
+
21
21
EE
′
=
频率折算后基本方程式
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
)
1
(
22222
R
s
s
jXRIE
++=
σ
mi
IkII
=+ /
21
)(
1 mmm
jXRIE +?=
21
EkE
e
=
)
1
(
22222
R
s
s
XjRIE
′
+
′
+
′′
=
′
σ
)(
1 mmm
jXRIE +?=
)(
11111 σ
jXRIEU ++?=
)
1
(
22222
R
s
s
XjRIE
′
+
′
+
′′
=
′
σ
1
U
1
R
1
X
σ
1
E
m
R
m
X
m
I
1
E
2
1 S
R
S
′
2
R
′
2
X
σ
′
2
I
′
2
E
′
1
U
1
R
1
X
σ
1
E
m
R
m
X
m
I
1
E
2
1 S
R
S
′
2
R
′
2
X
σ
′
2
I
′
2
E
′
m
III
=
′
+
21
21
EE
′
=
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
2
R
′
2
I
′
从等效电路：
① 当异步电动机空载时，转子的转速接近同步速，转差率 s很小,/s趋于∝,电流 可认为等于零,这时定子电流就是励磁电流,电动机的功率因数很低。
② 当电动机运行于额定负载时，转差率 s≈ 0.05,R'
2
/s 约为 R'
2
的 20倍左右，等值电路里转子边呈电阻性，功率因数 cosφ
2
较高。这时定子边的功率因数 cos φ
1
也比较高，可达 0.8～ 0.85.
③ 由于异步电动机定子漏阻抗不大,异步电动机从空载到额定负载运行时，由于定于电压不变，主磁通Φ
m
基本上也是固定的数值。因此励磁电流也差不多是个常数。
④ 当异步电动机刚起动时，转速 n＝ 0（ s=1），这时定子电压全部降落在定、转子的漏阻抗上，已知定、转子漏阻抗,这样，定、转子漏阻抗上的电压降近似为定子电压一半左右。也就是说，近似是的一半左右，气隙主磁通Φ
ｍ
也将变为空载时的一半左右
5.5.5 相量图根据上述五个基本方程式画出的异步电动机时间空间相量图．
1
U
1
I
21
EE
′
=
11
RI
1
E
)(
11111 σ
jXRIUE +?=?
σ11
XIj
φ
1
m
Φ
)
1
(
22222
R
s
s
XjRIE
′
+
′
+
′′
=
′
σ
2
2
I
s
R
′
′
22
IXj
′′
σ
m
III
=
′
+
21
m
I
5.6 等效电路的简化
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
m
R
m
X
由于激磁阻抗较小，
直接左移引起的误差较大，引入修正系数
1
1
1
m
Z
Z
σ =+
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
2
1
I
σ
′
2
1
σ
2
1
σ
1
σ
2
1
σ
1
σ
1
σ
1
σ
定子侧阻抗乘以校正系数转子子侧阻抗乘以校正系数的平方转子电流除以校正系数
“Γ”型等效电路
1
U
11
Rσ
2
12
1 S
R
S
σ
′
11
X
σ
σ
2
12
Rσ
′
2
12
X
σ
σ
′
m
R
m
X
1
I
1
2
I
σ
′
校正系数为复数，计算不方便，将之简化：
1
1
1
m
X
X
σ =+
1
R
1
X
σ
较准确的,Γ”型等效电路
1
U
11
Rσ
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
2
I
′
进一步简化：σ
1
＝1
1
R
1
X
σ
简化的,Γ”型等效电路
5.7 三相异步电动机参数的测定为了要用等值电路计算异步电动机的工作特性，
应先知道它的参数。和变压器一样，通过做 空载和短路 （堵转）两个试验，就能求出异步电动机的参数来。
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
1
U
m
R
m
X
空载时,S≈ 0,
相当于开路堵转时,S＝ 1,
相当于短路
5.7.1 空载实验试验过程,
① 转轴上不加任何负载，即电动机处于空载运行，把定子绕组接到频率为额定的三相对称电源上，当电源电压为额定值时，让电动机运行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。
实验目的,
测量励磁阻抗 R
m
,X
m
，机械损耗 p
mec
,铁心损耗 p
Fe
。
② 改变加在电动机上的电压，使其从 (1.1～ 1.3)UN开始，
逐渐降低电压,直到电动机的转速 发生明显的变化、或定子的电流开始回升为止。
③ 记录电动机的端电压、
空载电流、空载功率 P
0
和转速 n，并画成曲线。
如图所示，即异步电动机的空载特性。
① 由于异步电动机处于空载状态，转子电流很小，转子里的铜损耗可忽略不计。所以这个时候的空载损耗全部消耗在定子铜耗,铁耗,机械损耗,和附加损耗中：
admecFe
pppRIP +++=
1
2
00
3
admecFe
pppRIPP ++=?=
′
1
2
000
3
铁耗和附加损耗与磁密的平方成正比，近似地看成为与电动机的端电压成正比。
机械损耗与电压无关,只要转速不变,
可认为是常数数据处理常数=
mec
p
2
1
)( Upp
adFe
∝+
0
P
′
2
1
U
作出 对 的关系曲线
2
0
0
0
0
1
0
3
,
I
pP
R
I
U
Z
mec
==
2
0
2
00
RZX?=
σ10
XXX
m
+=
② 定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据，可以算出：
式中 P
0
是测得的三相功率； I
0
,U
1
分别是相电流,相电压。
σ1
X 可从短路（堵转）试验中测出
σ10
XXX
m
=
于是励磁电抗,
10
RRR
m
=
励磁电阻,
5.7.2 短路(堵转)实验短路试验又叫堵转试验，即把绕线式异步电机的转于绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠笼式电机转子本身已短路。
实验过程,从 U
k
=0.4U
N
开始,然后逐渐降低电压。记录定子绕组加的端电压、定子电流 I
k
和定子输入功率 P
k
。试验时，还应量测定子绕组每相电阻 R
1
的大小。
① 根据试验的数据，画出异步电动机的短路特性 。
数据处理
② 算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。
=
=
=
22
2
3
KKK
K
K
K
K
K
k
RZX
I
P
R
I
U
Z
′
+=
′
+=
σσ 21
21
XXX
RRR
k
k
K KK
Z RjX=+ m
R
m
X
1
R
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
近似处理：
=
′
=
=
′
k
k
XXX
RRR
2
1
21
12
σσ
5.8 笼型转子的相数、极数和参数折算
5.8.1 笼型转子的相数和极数交流绕组的相数是按绕组中电流的相位来确定的，即同一相绕组里的电流同相位，对于笼型转子，导条中电流的相位是怎样的呢？
笼型转子的绕组是由在圆周上均匀分布的 Z
2
根导条构成的。各导条在气隙磁场的空间位置不同，所感应的电动势在时间上的相位是不相同的，相邻导条感应电动势的相位差为：
2
0
2
360
Z
p ×
=α
由于笼型转子绕组在结构上是对称的，每根导条的漏阻抗相同，因此每根导条中的电流落后于该导条的电动势
ψ
2
角，各导条的电流都不同相位，因而每一根导条就是独立的一相，即转子相数为,m
2
=Z
2
笼型转子的绕组，由于每对极下每相只有一根导条，
相当于半匝，所以每相中串联绕组数 N＝ 0.5；由于每相只有一根导条，不存在短矩绕组和分布绕组的问题，因此绕组系数 k
N2
=1
笼型转子的匝数和绕组系数下图表示某一瞬间笼型转子导条电动势和磁动势 F2的空间分布波。图中 Bm表示气隙中旋转的基波磁通密度波，其转速为 n
1；转子的转速为 n，则旋转磁场以Δ n=n
1
-
n=sn
1
的转速切割转子导条感应出电动势。由于导条的空间位置不同,e=Blv，每根导条中电动势瞬时值的大小也不同。因此，在同一瞬间，按照每根导条中电动势的大小沿着转子圆周方向所得出的空间分布波与磁通密度分布波 Bm是同波形、同相位的。
导条中的电流取决于导条中的电动势和导条、端环的阻抗。设导条和端环两者的等效阻抗角为ψ
2
。则每根导条中感应的电流在时间上将滞后于该导条中的电动势ψ
2
相位角。同样，由产生的磁动势 F
2
的波形也与磁通密度分布波
B
m
是同波形、相位上滞后ψ
2
角。
根据上述的电流波，即可画出转子各导条中的电流分布情况，可见，二极电机的气隙磁场在导条中感应出的电流分布也形成二极，若气隙磁场为四极，则导条感应的电流分布也为四极。
由于气隙磁场的极数取决于定子绕组的极数，故得结论,笼型转子本身没有特定的极数，它完全取决于定子绕组的极数，也就是气隙磁通基波的极数，并自动与其保持相等，而与转子导条的数目无关。
5.8.2 笼型转子参数的折算笼型转子参数的折算可以分两步走：先把端环各段阻抗折算到导条，求出转子每相的漏阻抗 Z
2
，然后再把漏阻抗折算到定子，求得转子每相漏阻抗的折算值。
先求转子每相的参数，这是根据导条电流与端环电流的关系而获得的。折算原则是：保持折算前后有功功率和无功功率不变。
Z
B
表示导条的漏阻抗
Z
R
表示端环的漏阻抗各相的电动势或电流的有效值均相等，并且相邻两相的相位在时间上均相差α度
2
2
Z
pπ
α =
根据节点电流法，
画出电流相量图
2
sin2
2
sin2
Z
p
III
RRB
πα
==电流的关系：
RRRB
RImRIm
2
2
'2
2
=
根据转子铜耗守恒原则
2
2
2'
sin4
)(
Z
p
R
I
I
RR
R
B
R
RR
π
==
折算到导条的端环电阻
2
2
'
sin4
Z
p
X
X
R
R
π
=折算到导条的端环电抗每根导条对应两段端环，笼型转子每相的电阻和电抗值,
'
2
2
RB
RRR +=
'
2
2
RB
XXX +=
σ
1cu
p
5.9 三相异步电动机的功率与转矩
1 功率关系
1111
cos3?IUP =
2
111
3
cu
p IR=
电动机以转速 n稳定运行时，从电源输入的功率为 P
1
:
定子铜损耗 pcu1为,
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
m
I
2
I
′
1
E
1
P
Fe
p
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
m
I
2
I
′
1
E
em
P
2
3
Fe m m
p IR=
电动机的铁耗：
通过气隙传输给转子回路的功率称为电磁功率：
2
2
11
3
em Cu Fe
R
PPp p I
s
′
′
= =
22 2 2 22 2
3cos cos
em
PEI mEI
′′
==
或
mec
P
2cu
p
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
m
I
2
I
′
1
E
2
2122c emu
pI PmRs
′′
==
转子的铜耗：
电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是附加电阻上消耗的功率，也就是电机转轴上总的机械功率：
()
2
22 2
1
3(1)
mec em Cu em
s
PPp I R sP
s
′′
=? = =?
2 mec mec ad
PP p p=
P
mec
并不是电动机的输出功率，还有机械损耗 /附加损耗等,输出功率为：
P
mec
:机械功率,P大写
p
mec
:机械损耗,p小写整个功率传递过程的流程图输入功率
1
P
电磁功率
em
P
输出功率
2
P
机械损耗 +附加损耗
mec ad
p p+
转子损耗
cu2
p
铁心损耗
Fe
p
定子铜耗
cu1
p
机械功率
mec
P
2
(1 )
cu em
mec em
psP
P sP
=
=?
异步电动机运行时电磁功率、转子铜耗和机械功率三者之间的关系：
2,转矩关系
mec
em
P
T =
Ω
1
1
(1 )
22
(1 )
60 60
mec mec em em
em
PP sPP
T
nn
s
ππ
== = =
ΩΩ
机械功率 P
mec
除以轴的角速度Ω就是电磁转矩 T
em
，即：
1
(1 )
(1 )
mec em
nsn
PsP
=?
=?
考虑到：
式中 Ω
1
为同步角速度（用机械角表示）
02
TTT?=
0
0
mec ad
p pp
T
+
==
ΩΩ
功率平衡：
2 mec mec ad
PP p p=
2 mec mec ad
PppP +
=?
ΩΩ Ω
T
0
是空载转矩转矩平衡：
5.10 电磁转矩的三种表达式
5.10.1 电磁转矩的物理表达式电磁功率除以同步机械角速度Ω
1
，得电磁转矩：
2
12 2
1
1
/
2
60
em
em
P mI R s
T
nπ
′′
==
Ω
122 2
1
cos
2
60
mE I
n
π
′′ ′
=
()
2
21222
1
2cos
602
60
Nm
mfNkI
f
p
π?
π
Φ
=
22 2
22
cos
2
N
m
pm N k
I?=Φ
22
cos
Mm
CI?=Φ
222 2
1
cos
2
60
mEI
n
π
=
Tem和磁通成正比，和转子电流的有功分量成正比
5.10.2 电磁转矩的参数表达式
1
U
1
R
2
1 s
R
s
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
1
I
0
I
2
I
′
2
2
12em
R
PmI
s
′
′
=电磁功率：
1
2
2
2
2
11
()
U
I
R
RXX
s
σσ
′
=
′
′
+++
2
2
11
2
2
2
11 1 2
2()
em
R
mpU
s
T
R
fR X X
s
σσ
π
′
=
′
′
+++
2
I
′
异步机等效电路中，由于励磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，把 T型等值电中励磁阻抗这一段电路前移来计算,
误差很小,故,
代入上面电磁转矩公式中去，得到
T－ s曲线电磁制动状态 电动机状态 发电机状态
em
T
s
0
1
∞
max
T
max
T
m
s
st
T
s
em
T
① s=0时,Tem=0；这是因为转子转速等于同步转速，转子与旋转磁场之间没有相对运动，电机中不能产生有效的电磁转矩 。
②当 s很小时,R’
2
/s值很大，在电机中起主要作用,R1忽略之后，约去分母中的 R
2
’/s，可认为 T
em
∝ s。
③当 较大时,R2’/s相对变小，电机的电抗起主要作用，
分母中电阻值可忽略不计，可认为 Tem∝（ R2’/s）,所以随着 s增加，电磁转矩反而减小
④ 转矩特性中存在一个电磁转矩的最大值 Tmax
0=
ds
dT
em
()
2
21
2
1
2
σσ
xxr
r
s
m
′
++
′
±=
1.最大电磁转矩,
正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得，令,
得到最大转矩对应的转差率（称为临界转差率）
最大电磁转矩
2
11
max
22
11 1 1 2
4()
mpU
T
fR R X X
σσ
π
=±
′
±+ + +
2
11
max
22
11 1 1 2
4()
mpU
T
fR R X X
σσ
π
=±
′
±+ + +
① 当电源频率和电机参数不变时，最大电磁转矩与电压的平方成正比，即 Tmax∝；并且 s
m
与无关。
因此，当电动机在额定负载下运行时，若电压下降过多，以至最大电磁转矩 Tmax小于总制动转矩 (T
2
+T
0
)，
而则将发生停转事故。
2
1
U
2
1
U
② 最大电磁转矩的大小与转子回路电阻 R
2
无关；但 S
m
与转子回路电阻 R
2
成正比。故当增加转子回路电阻时，
T
max
虽然不变，但发生最大电磁转矩的转差率 S
m
增加。
③ 由于定、转子漏抗与频率成正比，最大电磁转矩近似与 (U
1
/f
1
)
2
成正比，即 T
max
随电源频率的增加而降低。
最大电磁转矩是异步电动机的重要性能指标之一，当电动机运行时，总制动转矩（ T
2
+T
0
）不能超过 T
max
，否则电动机将停转下来。由此可见，最大电磁转矩越大，电动机的短时过载能力越强，因此为了保证电动机不因短时过载而停止运转，对 T
max
的数值有 —定的要求。定义电动机的过载能力 k
M
：
对一般异步电动机,k
M
的大小通常在 1.6～ 2.5之间，
起重、冶金用的异步电动机 k
M
=2.2～ 2.8
max
M
N
T
k
T
=
满足 n=0,s=1的电磁转矩,将 s＝ 1代入式 Tem=f(s)中，
得到起动转矩为,
2,起动转矩,
2
112
st
22
11 2 1 2
2( )( )
mpU R
T
fRR X X
σσ
π
′
=
′′
+++
① T
st
与定子的端电压成正比；
② 转子电阻增加时,T
st
先增加后减小；当 s
m
=1时，起动转矩将达到最大电磁转矩。
③ f
1
一定时，漏电抗越大,T
st
越小。
④ T
max
随电源频率的增加而降低。
起动转矩倍数,起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数，用 k
st
表示,
电动机起动时，只有 T
st
大于 (1.1～ 1.2)倍的负载转矩才可顺利起动。一般异步电动机起动转矩倍数 k
st
=0.8～ 1.2。
st
st
N
T
k
T
=
5.10.3 电磁转矩的实用计算公式实际应用时，三相异步电机的参数不易得到，这样我们用前面的机械特性表达式就很不方便，所以，在实际工程中，若利用异步电机产品目录中给出的数据，找出异步电动机的机械特性公式，即便是粗糙些，但也很有用，这就是实用公式
max
m
2
s
s
em
m
T
s
T
s
=
+
如何得到其实用计算公式?
2
11
max
22
11 1 1 2
4()
mpU
T
fR R X X
σσ
π
=±
′
±+ + +
2
2
11
2
2
2
11 1 2
2()
em
R
mpU
s
T
R
fR X X
s
σσ
π
′
=
′
′
+++
22
2
1112
2
max
2
2
11
2
()
()
em
R
RRXX
T
s
T
R
RXX
s
σσ
σσ
′
′
±+ + +
′
′
+++
=
22
2
1112
2
max
2
2
11
2
()
()
em
R
RRXX
T
s
T
R
RXX
s
σσ
σσ
′
′
±+ + +
′
′
+++
=
而,
22
2
112
()
m
R
RXX
s
σσ
′
′
++ =
2
12
m
R
XX
s
σσ
′
′
+=忽略 R
1
22
2
max
2
22
2
()
m
em
m
RR
ss
T
T
RR
ss
′′
′′
+
=
max
2
em
m
m
T
ss
T
ss
+
=
实用公式的使用从实用公式看出，必须先知道最大转矩及临界转差率才能计算。而额定输出转矩可以通过额定功率和额定转速计算，在实际应用中，忽略空载转矩，近似认为 T
emN
=T
N
。
过载能力 k
m
可从产品目录中查到，故 T
max
便可确定。
利用额定运行点确定临界转差率 s
m
:
额定工作点的 T
N
和 s
N
,代入实用计算公式：
2
N
Nm
mN
mN
T
ss
kT
ss
=
+
2
(1)
mNm m
ssk k=+?
① 当三相异步电动机在额定负载范围内运行时，它的转差率小于额定转差率（ s
N
＝ 0.01～ 0.05）。
s
m
m
s
ss
<<
o 经过以上简化，使三相异步电动机的机械特性呈线性变化关系，使用起来更为方便。但是，上式只能用于转差率在 s
N
≥ s＞ 0的范围内。
max
2
em
m
T
Ts
s
=则：
5.10.4机械特性稳定运行问题定义：在电动机的电压、频率为恒值条件下，电机的转速与电磁转矩之间的关系：n = f ( T
em
)
由于 n=(1-s)n,n = f ( T
em
)
曲线由 T-s曲线演变得到。
n
em
T
1
n
人为机械特性曲线
1) 降低定子端电压的人为机械特性
n
em
T
1
n
电磁转矩 T
em
与成正比，为此最大转矩 T
max
以及起动转矩 T
st
要随电压的降低而按 的平方减小。而最大转矩对应的转差率 s
m
不变。
2
1
U
1
U
2) 转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性,
绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把 三相对称电阻串入转子回路而后三相再短路。
n
em
T
1
n
最大电磁转矩与转子每相电阻值无关，即转子串入电阻后,T
max
不变。
临界转差率 s
m
和转子回路电阻成正比。
稳定运行问题电力拖动系统中，满足下列条件，系统才可以稳定运行。
dd
dd
em L
TT
nn
<
0em L
TTT=+
n
em
T
1
n
A
B
L
T
对于给定恒负载,A点和 B
点都可以达到转矩平衡，
但只有 A点可以稳定运行。
5.11 三相异步电动机的工作特性
1
I
1
cos?
N
UU =
1 N
ff =
1
异步电动机的工作特性,指时电动机的转速 n、定子电流,功率因数,电磁转矩 T、效率 η 等与输出功率 P
2
的关系。
可以通过直接给异步电动机带负载测得工作特性，
也可以利用等值电路计算而得。
)(
2
Pfn =
1
n
S
E
2
S
I
2
1)转速特性三相异步电动机空载时，转子的转速 n接近于同步转速 。随着负载的增加，转速 n要略微降低，这时转子电动势增大，转子电流 增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，
随着 P
2
的增加，转子转速
n下降，转差率 s增大。
2
P
,ns
n
s
)(
21
PfI =2)定子电流特性空载时,转子电流基本上为零,此时的定子电流就是励磁电流 I
0
,随着负载的增加,转速降低,转子电流增大,
定子电流也增大,
2
P
1
,,nsI
n
s
1
I
0
I
)(cos
21
Pf=?
3) 功率因数三相异步电动机运行时必须从电网中吸收滞后的无功功率来建立磁场,
所以它的功率因数永远小于 1.空载时,定子侧的功率因数很低,不超过 0.2,接近额定负载时,定子电流中的有功电流增加,使功率因数提高,但是如果进一步增大负载,由于转差率的增大,使功率因数角增大,则功率因数减小,
2
P
11
,,,cosnsI?
n
s
1
I
0
I
1
cos?
)(
2
PfT
em
=
20
TTT
em
+=
Ω=
22
TP
Ω
+=
2
0
P
TT
em
0
TT
em
=
2
P
4)电磁转矩特性稳定运行时异步电动机的转矩方程为输出功率,所以当电动机空载时，电磁转矩 。随着负载增加,增大，机械角速度Ω
变化不大，电磁转矩 T
em
随的变化近似地为一条直线。
2
P
11
,,,cosnsI?
n
s
1
I
0
I
1
cos?
em
T
5) 效率特性,
空载时,P
2
= 0,η ＝ 0，输出功率的增加，效率也增加。
在正常运行范围内主磁通变化很小，铁耗变化不大，机械损耗变化也很小，合起来叫不变损耗。定、转子铜损耗与电流平方成正比，变化很大，叫可变损耗。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达最大。对中、小型异步电动机,大约时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。
一般来说，电动机的容量越大，效率越高。
N
PP 75.0
2
=
2
P
11
,,,cos,,
em
nsI T? η
n
s
1
I
0
I
1
cos?
em
T
η
用试验法测三相异步电动机的工作特性,
直接负载试验是在电源电压为额定电压、额定频率的条件下，给电动机的轴上带上不同的机械负载，测量不同负载下的 输入功率、定子电流、转速 n，即可算出各种工作特性，并画成曲线。
5.12 三相异步电动机的起动我们知道异步电动机的作用就是拖动负载工作，那么关于它的起动、制动和调速问题就是我们关心的重点。
① 足够大的起动转矩倍数 T
st
/T
N
，以缩短起动时间；
② 尽可能小的起动电流倍数 I
st
/I
N
,以减小对电网的冲击；
③ 起动时间短，能符合生产技术要求；
④ 起动时绕组中消耗的能量和绕组的发热少；
⑤ 起动设备简单、经济、可靠；
⑥ 起动时的过渡过程短。
异步电动机起动性能包括：
其中最主要的是起动转矩和起动电流的倍数。
三相异步电动机直接起动，起动电流很大．而起动转矩并不大？？
1）起动电流很大由于漏阻抗较小，起动电流很大。另外，转子静止时，
旋转磁场相对转子导体的转速较高，转子绕组的感应电动势较大，转子电流大。
从简化的Г形等效电路可见，异步电动机起动的瞬间,n=0,s=1，机械模拟电阻 =0，相当于变压器二次侧直接短路，起动电流只受短路阻抗的限制，大小为：
'
2
1
R
s
s?
k
st
Z
U
XXRR
U
I
1
2
21
2
21
1
)()(
=
′
++
′
+
=
σσ
7~5==
N
st
i
I
I
k起动电流倍数,
2）起动转矩并不大
22
cosψICT
mTem
Φ=电机的电磁转矩：
①起动时,s＝ 1,f
2
=f
1
，此时 φ
2
=arctan(X
2σ
/R
2
)接近 90°,
cosφ
2
很小，所以，尽管转子电流 I
2
很大，转子电流的有功分量 I
2
cosφ
2
并不大；
② 由于起动电流较大，定子的漏阻抗压降增大，致使感应电动势 E1减小，也就是 Φ
m
变小。
起动电流虽然大．但由于 I
2
cosφ
2
不大，及 Φ
m
变小，故起动转矩并不大
5.12.1.直接起动这种起动方法就是把异步电动机的定子绕组直接接到额定电压的电网上进行起动。
直接起动优点：是设备简单，操作方便；
缺点：是起动电流大，必须有足够大的电源。
就电动机本身而言，笼型异步电动机设计时均允件在额定电压下直接运动，是否采用此法起动，取决于电源容量的大小。若电网容量足够大，起动电流不致引起显著的电压降落，应优先采用直接起动，因为它简单而且起动快；若电源容量不够大，引起电压降落超过 15％，则应设法限制起动电流，采用降压起动。
若引起电压降落超过 15％，则可能导致其它电动机停机。
一般电动机的过载能力 k
m
>1.6，若电压降为额定电压的 85％，则电动机的最大电磁转矩为
T
emmax
=0.85
2
× 1.6T
N
=1.156 T
N
若再降低电压，则可导致停机。
为什么电压降落超过 15％ …….？？
5.12.2 降压起动降压起动就是用降低电机端电压的方法来限制起动电流，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压。电动机的起动转矩与端电压的平方成正比，降压起动时，起动转矩也随之减小。
所以，这种起动方法只适用于对起动转矩要求不高的场合。
常用的降压起动方法
① 定子回路串电抗器起动
② 自耦变压器起动
③ 星形-三角形换接起动
1,定子串接电抗器起动起动后，切除电抗器，
进入正常运行。
Ｋ1
运行起动三相异步电动机定子串电抗器起动，起动时电抗器接入定子电路；
电抗器咱在电动机起动时起到了分压的作用。
三相电源由于起动电流正比于定子的端电压，而起动转矩正比于定子端电压的平方，如果起动时电机端电压降到额定电压的 1／ K倍，则起动电流降到额定电压时起动电流的 l／
K倍，但起动转矩降到原来的 1／ K
2
倍,
1
st stN
I I
K
=
2
1
st stN
TT
K
=
式中,K为电动机端电压之比，且 K=U
N
/U>1。
I
stN
为额定电压下直接起动的起动电流
T
stN
为额定电压下直接起动的起动转矩因此，该起动方法只能用于容量小于 20kW电动机空载或轻载起动。
1
st st N st k
stNstNNstNk
IkIk z
I kI k z X K
==≈ =
+
(1)
k
XK z=?
工程实际中，往往先给定线路允许电动机起动电流的大小 I
st
(或允许的起动电流倍数 k
st
=I
st
/I
N
)，再计算降压倍数和电抗 X的大小。
33
NN
k
stN stN N
UU
z
I kI
==
其中短路阻抗为
2.自耦变压器降压起动
N
A
U
k
U
=
′
N
U
st
I
U
′
st
I
′
自耦变压器的变比为 k
A
,
st
A
st
I
k
I
′
=
直接起动时，电机的端电压为 U
N
，起动电流 I
stN
，起动转矩 T
stN
自耦变压器减压起动时，电机端电压为 U′ =U
N
/ k
A
1
st stN
A
I I
k
′
=
2
1
st stN
A
TT
k
=
电机侧起动电流起动转矩
2
1
st
st stN
AA
I
I I
kk
′
===
电源侧起动电流实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。
例如 QJ 2型有三种抽头，分别为 55%（即 1/k
A
=55%）、
64%,75%（出厂时接在 73%抽头上）； QJ 3型也有三种抽头，分别为 40％,60%,80%（出厂时接在 60％抽头上 ）
等。这也是我们前面所讲的优点，但是，自耦变压器体积大，价格高，也不能带重负载起动。自耦变压器降压起动在较大容量鼠笼异步电动机上广泛应用。
3.星 —三角起动
3
在这里主要是利用了星 —三角电压之间的关系，在星接中线电压是相电压的 倍，注意这种方法只适用于绕组在起动的时候是星接，而运行的时候是三角接。
直接起动时，相当于绕组的连接为三角形连接，电机的端电压为 U
N
，起动电流 I
stN
（ I
st?
），起动转矩 T
stN
(T
st?
)
I
st?
3
I
st?
每相的相电流为：
1
3
st st
II
ΔΔ
=
I
stY
当绕组的连接为 Y连接，电机的端电压为 U
N
/,起动电流 I
stY
，起动转矩 T
stY
，有
3
3
3
st
st
stY
I
I
I
Δ
Δ
==
3
st
stY
T
T
Δ
=
Y一?起动时，尽管相电压和相电流与直接起动时相比降低到原来的 1／,但是对供电变压器造成冲击的起动电流则降低到直接起动时的 1／ 3。
3
到目前为止，前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方法，主要目的都是减小起动电流，但同时又都程度不同地降低了起动转矩,因此只适合空载或轻载起动 。
对于重载起动，尤其要求起动过程很快的情况下，则需要起动转矩较大的异步电动机。
加大起动转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线式异步电动机，则可在转子回路内串电阻。对于鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值，这类电动机有 双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机 。
5.12.3深槽式和双鼠笼异步电动机一种理想的转子电阻是阻值 R
2
可以随转速的改变而自动改变。对于绕线转子电动机，可在转子回路串入电阻来起动，在正常运行时切除它，来满足上述要求，但结构复杂，成本较高，维护不便，使其应用受到一定的限制。
笼型异步电动机可根据起动和运行时转子频率的差别，从改变转子槽形入手，利用转子电流分配不均匀的 集肤效应（趋肤效应） 原理，在起动过程自动改变转子电阻，从而改善了笼型电动机的起动性能。
1,深槽式异步电动机深槽式异步电动机也是一种单笼电机，定子与普通鼠笼电动机一样，但转子槽形窄而深，一般槽深与槽宽之比为 10－
20以增强集肤效应。
左图为深槽中导条的漏磁场分布图，
可见在转子导条下部交链的漏磁通比上部多，漏磁通不会饱和，因而槽口附近的磁导率 μ小于槽底附近的，即槽口附近的漏电抗小于槽底附近的漏电抗。
在起动时 s＝ 1，转子电流频率 f
2
＝ f
1
，漏电抗较大，是导条阻抗的主要成分，导条中的电流分布近似与电抗成反比分配，故导条中电流密度的分布由下 (槽底 )而上 (槽口 )逐渐加大。
电流密度向导条表面密集分配，相当于整个导条高度缩短，相应地导条面积减小，如图所示，这种现象称为集肤效应。
转子电阻 R
2
可增大，使起动转矩增加，起动电流减小。
同时由于电流向槽口部分挤，使得交链的总磁链数减少，
所以起动时的漏电抗有所减少，也有利于起动转矩的提高。
当起动完毕，转速升高，转子电流频率逐渐降低，集肤效应减弱，转子电流分布将逐渐均匀。到正常运行时，
f2很低只有 1~3Hz，此时转子的漏电抗比电阻小得多，电流按导条电阻均匀分布在导条中，集肤效应消失，即转子电阻、电抗均恢复正常值，从而保证运行时转子铜耗小和效率高的要求，具有较好的运行性能。
目前的中小型异步电动机，为增大电机起动转矩，常采用深槽式。
2.双笼型异步电动机上笼 黄铜或青铜制成 电阻率 ρ大截面小 电阻 R
2
大下笼紫铜制成 电阻率 ρ小截面大 电阻 R
2
小漏磁通的磁阻大，漏电抗小漏磁通的磁阻小，漏电抗大漏磁通的分布所以正常运行时转子电阻较小。
在起动时 s＝ 1，转子电流频率 f2＝ f1，转子的频率高漏电抗大于电阻，电流的分布取决于漏电抗上笼漏电抗小，电流被挤到上笼起动时转子有较大的电阻转子有较高的功率因数，起动转矩大。
正常运行时,转子电流频率 f2＝ sf1，转子的频率低漏电抗远小于电阻，电流的分布取决于电阻上笼电阻小，电流主要集中在下笼起动笼工作笼
5.12.４三相绕线式异步电动机的起动异步电动机转子串入合适的电阻起动，既可以降低起动电流，又可以提高起动转矩。绕线式异步电动机的转子侧串电阻起动，可以很好地改善电机的起动性能。
一般要求串入的电阻随转速的升高而逐步切除，所串的电阻一般有两种形式,
分段电阻 和 频敏电阻一、转子串电阻分级起动为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、
绕线式异步电动机可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。
转子串电阻后对电动机机械特性 (T—s曲线 )的影响：
转子串电阻后，转子的功率因数提高，故电动机的起动转矩提高，但并不是串入的电阻越大，起动转矩越大。
起动过程电阻分段数是否越多越好？？
二、转子串频敏变阻器起动对于单纯为了限制起动电流、增大起动转矩的绕线式异步电动机，可以采用转子串频敏变阻器起动。
频敏电阻：频率高电阻大；
频率低电阻小；
接触器触点 K断开时，电动机转子串入频敏变阻器起动。起动过程结束后，接触器触点 K再闭合，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行 。
频敏变阻器：有较大铁耗的变压器。
每一相的等值电路与变压器空载运行时的等值电路是一致的，忽略绕组漏阻抗时，其励磁阻抗为励磁电阻与励磁电抗串联组成。但是与一般变压器励磁阻抗不完全相同：
①频率为 5OHz的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，既限制了起动电流，又不致使起动电流过小而减小起动转矩。
②频率为 5OHz的电流通过时,频敏变阻器中磁密取得高，
铁心处于饱和状态，励磁电流越大，因此励磁电抗较小。而铁心是厚铁板或厚钢板的、磁滞涡流损耗都很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，与一般变压器相比较要大几百倍，因此 铁耗电阻较大 。
③ 绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器起动时,s＝
1，转子回路中的电流的频率为 5OHz。转子回路中电阻远大于电抗，因此转子回路主要是串入了电阻。这样，转子回路功率因数大大提高了，既限制了起动电流，又提高了起动转矩。
5.13 三相异步电动机的制动我们知道当异步电动机的电磁转矩和转子的转速是同方向时，电动机运行与电动状态，若电磁转矩和转速的方向相反时，电动机处于制动状态．
在制动运行状态中，根据转矩和转速的不同情况，
又可分为：
反接制动、回馈制动、能耗制动及倒拉反转等。
5.13.1 反接制动反接制动过程,处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，
当改变三相电源的相序时，电动机便进入了反接制动过程,反接制动过程中，电动机电源相序为负序,如图所示．
接触器触点 K1闭合为正向电动运行,K1断开 K2闭合，则改变了电源相序。
反接制动的同时转子回路串入较大电阻。电动机从
A—B—C,到 C点后，
－ T
L
＜ T
em
＜ T
L
可以准确停车。
转子回路串入较大电阻时的反接制动机械特性电动机的运行点反抗性恒转矩负载
0
1
3
2
2
2
<
′
′
= R
s
s
IP
m
而在反接制动过程中,因为接的是反相序电源,所以,转速大 n>0时,相应的转差率 s>1。若转子回路总电阻折算值为 R'
2
，机械功率则为即负载向电动机内输入机械功率。显然负载提供机械功率是靠转动部分减少动能。
03
2
2
2
>
′
′
=
s
R
IP
em
从定子到转子的电磁功率为
mecemmecemcu
PPPPRIp +=?=
′′
=
2
2
22
3
转子回路铜损耗转子回路中消耗了从电源输入而来的电磁功率及由负载送入的机械功率，数值很大，在转子回路中必须串入较大的外串电阻，以消耗大部分转子回路铜损耗，保护电动机不致由于过热而损坏。
如果进行反接制动停车，那么必须在降速到 n＝ 0时切断电动机电源并停车，否则电动机将会反向起动。
电动机拖动位能性恒转矩负载运行
5.13.2 倒拉反转制动运行若在转子回路内串入一定值的电阻，电动机转速可以降低。如果所串的电阻超过某一数值后，电动机还要反转，称之为倒拉反转制动运行状态。
倒拉反转时，转差率 s＞
1，异步电机运行在电磁制动状态，电磁功率 ＞ 0，机械功率＜
0，电磁转矩为制动性质。
5.13.3 回馈制动回馈制动运行分为 正向回馈制动 运行和 反向回馈制动 运行。
电动机运行在第 II象限，
转速 n＞ n
1
，电磁转矩 T
em
＜
0，是个制动运行状态，异步电机运行在发电机状态，称之为正向回馈制动过程。
1、正向回馈制动运行
0
1
1
<
=
n
nn
s
电动机的转速 n＞ n
1
，转差率
2
22
1
30
mec
s
PI R
s
′′
=<
电动机总的机械功率为从定子到转子的电磁功率为
2
2
2
30
em
R
PI
s
′
′
=<
电动机的输入功率则为
0cos3
1111
<=?IUP
异步电机吸收机械能，转化为电能，回馈给电源
2、反向回馈制动运行当三相异步电动机拖动位能性恒转矩负载，电源为负相序（ A,C,B）
时，电动机运行于第 IV象限，如图 中的 B点，电磁转矩 T＞ 0，转速 n＜ 0,称为反向回馈制动运行。
① 起重机高速下放重物时，经常采用反向回馈制动运行方式。若负载大小不变，转子回路串入电阻后，转速绝对值加大，如图中的 C点；串入电阻值越大，转速绝对值越高。
② 反向回馈制动运行时，电动机的功率关系与正向回馈制动过程是一样的，电动机是一台发电机，它把从负载位能减少而输入的机械功率转变为电功率，然后回送给电网。从节能的观点看问题，反向回馈制动下放重物比能耗制动下放重物要好。
5.13.4 能耗制动
1,能耗制动基本原理,① 切断电动机的三相交流电源，同时把直流电 I
=
通入它的定于绕组
(K1打开,K2闭合 )
② 三相异步电动机内形成了一个不旋转的空间固定磁动势 F
=
。
③ 空间固定不转的磁动势相对于旋转的转子来说变成了一个旋转磁动势,旋转方向为顺时针，转速大小为 n。
④ 转子与空间磁动势 F=有相对运动，转子绕组则感应电动势，产生电流；进而转子受到电磁转矩 T
em
。 T
em
的方向与磁动势 F
=
相对于转子的旋转方向是一样的，即 T
em
为制动性的转矩。转速 n＝ 0时，磁通势与转子相对静止,E
2
＝ 0,I
2
＝ 0,T
em
＝ 0，减速过程才完全终止。
⑤ 上述制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗了，
这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中。因此，上述过程亦称之为能耗制动过程。
5.14 异步电动机的调速
)1(
60
)1(
1
1
s
p
f
snn?=?=
三相异步电动机的调速方法大致可以分成以下几种类型：
① 改变转差率 s调速，包括降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法；
② 改变定于绕组极对数；
③ 改变供电电源频率。
其它方法：
① 双馈调速，包括串级调速，属改变理想空载转速的一种调速方法；
② 利用转差离合器调速。
异步电动机的转速为：
5.14.1 变极调速异步电机旋转磁场的同步转速 n
1
，当改变极对数 p
时,n
1
将发生改变．而转子转速 n总是小于但接近于 n
1
，也相应改变，此即变极调速。
但是极对数 p只能整数倍变化，所以转子转速 n 的改变也是不平滑的有级调速。
交流电机定子磁动势的极对数，取决于绕组中电流的方向，若改变绕组连接方式，使绕组中电流方向改变，则可改变了定子磁动势的极数。
4极电机的绕组连接方式
２极电机的绕组连接方式变极原理变极调速异步电动机可以采用两套绕组。
为了提高材料的利用率，一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，
以实现变极调速。
p
f
n
1
1
60
=
因此，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。
5.14.2 变频调速已知：
1,从基频向下变频调速
mN
kNfEU Φ=≈
11111
44.4
降低电源频率时，必须同时降低电源电压U
1
。降低电源电压U
1
有两种控的制方法。
三相异步电动机每相电压：
1
1
f
E
⑴保持 =常数，即恒磁通控制方式
()
()
2
2
2
12
122
2
1
11
2
2
2
2
2
60
em
em
r
mI
P mp E r
s
T
n
f s
r
x
s
σ
π
π
′
′
′′
== =
Ω
′
′
+
()
2
2
11 1
2
2
1
2
2
2
r
mpf E
s
f
r
x
s
σ
π
′
=
′
′
+
恒磁通控制方式下的电磁转矩
()
2
2
11 11 1
2
1
2
2
2
22
r
mpf mpf E
s
f
sx
r
sr
σ
ππ
′
==
′
′
+
′
d
0
d
em
T
s
=
2
2
m
R
s
X
σ
′
=
′
最大转矩 T
max
及相应的转差率 s
m
2
11 1
max
12 2
1
2
mpf E
T
f XX
σσ
π
=
′′
+
2
11 1
12
1
22
mp E f
f X
σ
π
=?
′
常数=
′
=
σ
ππ
2
2
1
11
2
1
22
1
Lf
Epm
即电动机的最大转矩 T
max
保持不变
21 2
1
22
60 60
2
mm
RfR
nsn
Xp Lp
σσ
π
′′
Δ= =? =? =常数最大转矩处的转速降落为：
当改变频率时，若保持 E
1
/f
1
=
常数，最大转矩 T
max
=常数，
与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。
恒磁通变频调速的机械特性
① 这种调速方法机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。
② 电动机在正常负载运行时，转差率 s较小，因此转差功率较小，效率较高。
N
II
11
=
N
II
22
′
=
′
N
TT =
③ 恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当：
时，
′
++
+
′
+
′
=
2
21
2
2
11
2
2
11
)(2
σσ
π XX
S
R
rf
S
R
pUm
T
()
2
21
2
2
1
2
1
2
1
11
2
σσ
π
XX
s
R
r
s
R
f
f
Upm
′
++
′
+
′
=
1
1
f
U
若保持 =常数，电机的电磁转矩
()
′
++
′
+
=
2
21211
2
11
max
2
2
1
σσ
π XXRRf
pUm
T
()
2
21
2
21
1
2
1
11
22
1
σσ
π
XXRR
f
f
Upm
′
++
′
+
=
最大电磁转矩转矩 T
max
为：
2
1
21
2
1
2
1
1
2
1
11
1
22
1
′
+
+
′
+
=
f
XX
f
R
f
R
f
Upm
σσ
π
已知（ X
1σ
+ X?
2σ
）与 f1成正比变化,R
1
与 f1无关。因此，在 f
1
接近额定频率时,R
1
<(X
1σ
+ X?
2σ
)随着 f
1
的减小，
T
max
减少得不多，但是，当 f
1
较低时，（ X
1σ
+ X?
2σ
）比较小,相对变大了。这样一来,随着 f
1
的降低，
T
max
就减小了 。显然此时的机械特性上面的机械特性，特别在低频低速的机械特性变坏了。
保持 U
1
/f
1
=常数,降低频率调速近似为恒转矩调速方式。
()
′
++
′
+
′
=
2
21
2
2
11
2
2
11
em
2
σσ
π XX
s
R
Rf
s
R
pUm
T
2,从基频向上变频调速升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为 U
N
不变，频率越高，磁通 Φ
m
越低，
是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。
保持不变升高频率时，电动机电磁转矩
()
′
+++
=
2
21
2
111
1
2
11
max
2
2
1
σσ
π XXRRf
fpUm
T
()
2
1
211
2
11
1
22
1
f
XXf
pUm
∝
′
+
≈
σσ
π
() σσ
σσ
21
2
2
21
2
1
2
XX
R
XXR
R
S
m
′
+
′
≈
′
++
′
=
()
1211
2
1
2 fLLf
R
∝
′
+
′
=
σσ
π
因此，频率越高时,T
max
越小,S
m
也减小，最大转矩对应的转速降落为根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行,
()p
f
LLf
R
nsn
m
1
211
2
11
60
2
σσ
π
′
+
′
=
=Δ
三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：
① 从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；
② 调速范围大；
③ 转速稳定性好；
④ 运行时小，效率高；
⑤ 频率可以连续调节，变频调速为无级调速。
5.14.3 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速改变转子回路串入电阻值的大小，例如转子绕组本身电阻为 R
2
，分别串入电阻 R
Sl
,R
S2
,R
S3
时,如图所示：
所串电阻越大，转速越低,（拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩，即 T
L
=T
N
）
已知电磁转矩 T为：
T
em
=C
T
Φ
m
I
2
cosφ
2
当电源电压一定时，主磁通 Φ
m
基本上是定值，转子电流 I
2
可以维持在它的额定值工作。
常数=
+
=
s
RR
s
R
j
N
2
2
电磁转矩：
转子串电阻调速时，若保持负载转矩不变，则有
()
′
++
′
+
′
=
2
21
2
2
11
2
2
11
em
2
σσ
π XX
s
R
Rf
s
R
pUm
T
由等效电路可知，定转子电流、功率因数等不变，
输入的电功率不变，而输出的机械功率随转速的降低而下降,电动机的效率也下降 。
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
常数=
′
+
′
=
′
s
RR
s
R
j
N
2
2
3
32
2
22
1
122
s
Rr
s
Rr
s
Rr
s
r
SSS
N
+
=
+
=
+
=
① 转子回路串电阻是属恒转矩调速方法，当负载转矩
T
L
=T
N
时，根据上式，则有：
式中 s1,s2,s3别是转子串入不同的电阻后的转差率。
这种调速方法的调速范围不大，一般为 （ 2～ 3）,1。
② 负载小时，调速范围就更小了。
③ 由于转子回路电流很大，使电阻的体积笨重，抽头不易，所以调速的平滑性不好，基本上属有级调速。
5.14.4 改变定子端电压调速在频率、参数和转差率不变时，电磁转矩便与端电压平方成正比，改变定子端电压时的机械特性如右图
① 对于普通笼型异步电动机 s
m
较小，所以调速范围很小。
② 机械特性变软，致使低速运行稳定性交差 。
③ 普通笼型异步电机的转子电流随转速降低而增大，可能引起电机过热并损坏。
改变定子端电压是一简便的调速方法，但低速时则铜耗大、
效率低、电机散热差，发热严重。对于恒转矩负载不宜长期在低速下工作，较适合于风机类负载的调速。
5.15 三相异步电动机不对称运行及单相异步电动机前面分析了三相供电电源以及三相异步电 动机均为对称的运行情况，但是，电机在运行中有时会遇 到供电电源三相不对称，或电源对称而定子或转子绕组断 线造成电机本身不对对称的情况。本节将研究供电电源不 对称以及转子单相断线时对异步电动机运行性能的影响及其 分析方法 。
此外，再讨论单相异步电动机。
5.15.1三相异步电动机在不对称电压下的运行分析三相异步电动机在不对称电压下运行的基本方法是对称分量法，即将不对称电压分解为正序、负序和零序三组三相对称系统，然后把电机在各分量单独作用下所得效果叠加起来，得到电机在不对称电压下的实际运行情况。
若异步电机的定子绕组采用Υ无中性线连接，则零序电流在定子三相绕组中无法流通；当定子绕组接成Δ接法，零序电流在线电流中也无法流通。因此通常情况下只需 分析正序和负序两个分量,而 不用考虑零序分量 。
将定子端的不对称电压分解为正序和负序两个分量，
取分量中大的电压作为正序电压，小的作为负序电压。
正序电压
+1
.
I
.
2
+
I
正序电流 和建立正序的旋转磁场，
转速为同步转速 n
1
产生正序的电磁转矩 Tem+
产生正序的电磁功率 Pem+
负序电压
+1
.
I
.
2
I
负序电流 和建立负序的旋转磁场，
转速为同步转速 n
1
产生负序的电磁转矩 T
em－
产生负序的电磁功率 P
em－
转子对正序磁场的转差率的转差率 s
+
为：
负序系统与正序系统的转差率
1
1
nn
s s
n
==
转子对负序磁场的转差率的转差率 s
－
为：
111
2( )
2
nn n nn
s s
== =?
n
1
n
1
n?
异步电动机在不对称电压运行时正序和负序等放电路若考虎到集肤效应正、负序每相转子电阻和漏电抗是不相等的。设 和 为已考虑到集肤效应的负序系统转子电阻和漏电抗的折算值，与正序相比较有：
''
2
X
σ
''
2
R
'' '
22
RR>
'' '
22
X X
σσ
<
1
U
+
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
正序等放电路
1
I
+
2
I
+
′
Z
+
1
U
1
R
2
1 S
R
S
′
1
X
σ 2
R
′
2
X
σ
′
m
R
m
X
负序等放电路
1
I
2
I
′
忽略正、负序每相转子电阻和漏电抗的差异
Z
忽略激磁阻抗，负序的等效阻抗为：
2
112
()( )
2
k
R
ZR jXX Z
s
σσ?
′
′
=+ + + ≈
定子正序和负序电流为
1
12
'
'
2
112
()( )
U
II
R
RjXX
s
σσ
+
++
′
≈? =
++ +
1
12
'
'
2
112
()( )
2
U
II
R
RjXX
s
σσ
′
≈? =
+++
电动机在实际运行时，由于 s很小，因而 s－ =2-s≈ 2，
11
12
'
2'2
2
11
()( )
2
k
UU
II
Z
R
RXX
s
σσ
′
≈? = ≈
+++
式中 Zk为异步电动机的短路阻抗可见不对称运行时，异步电动机定子的负序电流只受到短路阻抗的限制，只要有一个很小的负序电压，在异步机中就会产生一个很大的负序电流。
电机运行时，正序的旋转磁场与转子转向一致，产生的正序电磁转矩肘 T
em+
为驱功性质。负序的旋转磁场与正序旋转磁场转向相反，因而也与转子转向相反，于是负序电磁转矩 T
em-
为制动性质。
2
12
2
11
2
em
em
PmpR
TI
f sπ
+
++
′
′
==
Ω
2
12
2
11
22
em
em
PmpR
TI
f sπ
′
′
==?
Ω?
S小
em
T
小由于负序电磁转矩存在．使电磁转矩减小。但这不是主要的问题,更为严重的是负序电流。由于限制负序电流的阻抗相当于是短路阻抗，其值很小，有一个很小的负序电压，在异步机中就会产生一个很大的负序电流，引起电机过热。
由于负序磁场的存在，致使电动机最大电磁转矩转短减小，过载能力降低，定、转子铜耗增加，效率降低，温升提高，因此异步电动机不允许在长期严重不对称电压下运行。
5.15.2 单相异步电动机单相异步电动机只需要单相电源供电，使用方便，在家用电器、医疗器械中得到广泛应用。其定子为单相绕组，转子一般为鼠笼多相绕组。比同容量的三相异步电动机性能差，故目前多做成功率在 750w以下的小容量电机。
一、工作原理当定子工作绕组接到单相电源上时，就会产生脉振磁动势 F
1
，此脉振磁动势可以分解成转速相等，转向相反，幅值各为 F
l
一半的两个旋转磁动势
F
1＋
和 F
1-
，建立起正转磁场Φ
+
和反转磁场Φ
-
，这两个磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流，从而形成正反向电磁转矩 T
em+
,T
em-
，叠加后即为推动转子转动的合成转矩 T
em
。
当转子静止时，
转子对Φ
+
和Φ
-
的转差率都等于 1，所以转子对Φ
+
和Φ
-
的反应相同，由于在大小上有
F
1＋
=F
1-
，所以有
Φ
+
=Φ
-
，从而有 T
em+
和
T
em-
大小相等、方向相反，合成转矩互相抵消为零，即单相异步电动机无起动转矩。
当 0<s
+
<1时，对正转磁场说，电机处在电动机运行状态，
电磁转矩 T
em+
为驱动性质转矩。
由于 T
em+
>T
em-
，故电机合成转矩 T
em
为正，且为驱动性质转矩。但因 T
em-
存在，合成转矩 T
em
< T
em+
。
这时 1<s
-
<2，即对反转磁场说，电机处在制动运行状态，电磁转矩 T
em-
为制动性质。
转子正转，有正向电磁转矩当 1<s
+
<2时，对正转磁场说，电机处在制动运行状态，电磁转矩 T
em+
为制动性质转矩。
由于 T
em－
>T
em+
，故电机合成转矩 T
em
为负，且为驱动性质转矩。但因 T
em+
存在，合成转矩 T
em
< T
em-
。
这时 0<s-<1，即对反转磁场说，电机处在反向电动运行状态，电磁转矩 T
em-
为驱动性质。
转子反转，有反向电磁转矩由于单相异步电动机中存在正、反转两个磁场，在反向电磁转矩的作用下，合成转矩比同容量的三相异步电动机小，过载能力、功率因数和效率也都比同容量的三相异步电动机低。
二、单相异步电动机的起动方法单相异步电动机不能自起动，但若能有一个起动转矩，则可使电机按起动转矩方向转动。不能产生起动转矩的根本原因，在于单相绕组只产生脉振磁场，为了产生起动转矩，气隙磁动势必须是旋转磁动势，设法使电动机起动时产生一个旋转磁场，是解决单相异步电动机起动的出发点，常用的办法是在定子上另装一个空间轴线与主绕组有一定角度差的起动绕组。按起动方法不同，有不同的类型。
1.分相起动电动机
1
I
st
I
工作绕组和起动绕组在空间相差 90?，起动绕组串一电容用以分相，串一离心式开关，起动完毕后降起动绕组切除。
1
U
I
1
2
如果电容 C配置适当，可使φ
1
+φ
2
＝ 90? ；如果 A,B
绕组有效匝数 N
A
K
NA
和 N
B
K
NB
又设计适当，则可能使
I
A
N
A
K
NA
=I
B
N
B
K
NB
。因此 A,B二相绕组电流产生的合成磁势是一个 圆形旋转磁动势,并产生气隙旋转磁场，从而在该磁场的作用下，产生起动转矩使电机起动。待电机转速升高到 (75％～ 80％ )n
1
时，离心开关自动切断起动绕组，
仅靠主绕组接在电源上正常工作。这种电动机称为 电容起动电动机 。
如果起动绕组容许长期接在电源上工作，电容 C在运行中仍起着分相作用，这种电机就称为 电容电动机 了。事实上 电容电动机是两相电动机,设计合适可使气隙旋转滋场接近圆形，从而改善了电机性能，如功率因数、效率、
过载能力都比单相异步电动机高，从而有广泛应用。
电容分相起动的电动机转向问题：
电动机转子的转向取决于绕组的排列和绕组中电流的相位。转向从电流超前的绕组轴线转向电流滞后的绕组轴线。图示中若起动绕组的电流超前于工作绕组中的电流，
则转向为逆时针方向。
如何改变电动机的转向？
就是要改变电流的相序，将电压相位反一反，行不行？
不行，此时工作绕组和起动绕组的电流都反相，但超前滞后关系没变。
方法,将起动绕组 或 工作绕组的两接线对换
1
I
st
I
1
U
I
1
2
将起动绕组的两接线对换
st
I
工作绕组的电流超前起动绕组的电流
1
I
st
I
1
U
I
1
2
将工作绕组的两接线对换
1
I
工作绕组的电流超前起动绕组的电流
2.罩极电动机罩极电动机定子铁心通常做成凸极式，其上绕着主绕组并与单相电源相接，在极靴表面的一端开有一槽，并用一铜环将其套起来，称为罩极。
滞后 相当于产生一椭圆形旋转磁场，转向,超前的转向滞后的
1
Φ
3
Φ
工作原理主绕组 A通人单相交流电后，产生脉振磁场。
磁通的一部分 穿过短路环
2
Φ
在环中感应电势 和电流
k
E
k
I
在罩极部分产生与 同相的磁通
k
I
k
I
k
Φ
与 合成穿过环的磁通
k
Φ
2
Φ
3
Φ
极表面未罩极部分磁通为
1
Φ
电机转子从未罩部分向罩极部分转动
2
Φ
1
Φ
3
Φ
k
Φ
k
I
k
E
罩极电动机起动转矩较小，但结构简单、制造方便，多用于小型电扇、电唱机和录音机中。容量一般在
30～ 40W以下。这种电动机由于罩极结构已确定，不能靠改变主绕组接线的方式来改变转向。
