第九章 异步电动机的基本结构和运行分析 异步电动机也称感应电动机，是工农业生产中应用最为广泛的一种电机。例如，中小型轧钢设备、矿山机械、机床、起重机、鼓风机、水泵、以及脱粒、磨粉等农副产品用的加工机械，大多采用异步电动机拖动。与其他电动机相比，异步电动机具有结构简单、坚固耐用、使用方便、运行可靠、效率高、易于制造和维修、价格低廉等许多优点。但是，异步电动机的应用也有一定的限制，这主要是由其调速性能差、功率因数低而引起的。 异步电动机是一种交流电机，它可以是单相的，也可以是三相的。但它的转速和电网频率没有同步电机那样严格不变的关系。本章将分别介绍三相异步电动机的基本结构、工作原理、运行特性以及单相异步电动机的基本结构和工作原理等。 第一节 异步电动机的基本结构、分类及铭牌 一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由固定的定子和旋转的转子两个基本部分组成，转子装在定子内腔里，借助轴承被支撑在两个端盖上。为了保证转子能在定子内自由转动，定子和转子之间必须有一间隙，称为气隙。电机的气隙是一个非常重要的参数，其大小及对称性等对电机的性能有很大影响。图9-1所示为三相鼠笼式异步电动机的组成部件。  图9-1 三相鼠笼式异步电动机的组成部件 1．定子 定子由定子三相绕组、定于铁心和机座组成。 定子三相绕组是异步电动机的电路部分，在异步电动机的运行中起着很重要的作用，是把电能转换为机械能的关键部件。定子三相绕组的结构是对称的，一般有六个出线端、、、、、。置于机座外侧的接线盒内，根据需要接成星形（）或三角形（），如图9一2所示，定子三相绕组的构成、连接规律及其作用将在第二节专门介绍。  图9一2 三相鼠笼式异步电动机出线端 定子铁心是异步电动机磁路的一部分，由于主磁场以同步转速相对定子旋转，为减小在铁心中引起的损耗，铁心采用0.5mm厚的高导磁电工钢片叠成，电工钢片两面涂有绝缘漆以减小铁心的涡流损耗。中小型异步电机定子铁心一般采用整圆的冲片叠成，大型异步电机的定子铁心一般采用肩型冲片拼成。在每个冲片内圆均匀地开槽，使叠装后的定子铁心内圆均匀地形成许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。槽的形状由电机的容量、电压及绕组的型式而定。绕组的嵌放过程在电机制造厂中称为下线。完成下线并进行浸漆处理后的铁心与绕组成为一个整体一同固定在机座内。 机座又称机壳，它的主要作用是支撑定子铁心，同时也承受整个电机负载运行时产生的反作用力，运行时由于内部损耗所产生的热量也是通过机座向外散发。中、小型电机的机座一般采用铸铁制成。大型电机因机身较大浇注不便，常用钢板焊接成型。 2．转子 异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴组成。 转子铁心也是电机磁路的一部分，也是用电工钢片叠成。与定子铁心冲片不同的是，转子铁心冲片是在冲片的外圆上开槽，叠装后的转子铁心外圆柱面上均匀地形成许多形状相同的槽，用以放置转子绕组。 转子绕组是异步电动机电路的另一部分，其作用为切割定子磁场，产生感应电势和电流，并在磁场作用下受力而使转子转动。其结构可分为鼠笼式转子绕组和绕线式转子绕组两种类型。这两种转子各自的主要特点是，鼠笼式转子：结构简单，制造方便，经济耐用；绕线式转子：结构复杂，价格贵，但转子回路可引人外加电阻来改善起动和调速性能。 鼠笼式转子绕组由置于转子槽中的导条和两端的端环构成。为节约用钢和提高生产率，小功率异步电机的导条和端环一般都是融化的铝液一次浇铸出来的；对于大功率的电机，由于铸铝质量不易保证，常用铜条插入转子铁心槽中，再在两端焊上端环。鼠笼式转子绕组自行闭合，不必由外界电源供电，其外形象一个鼠笼，故称鼠笼式转子，如图9-3所示。  图9-3 铸铝转子结构 （a）铸铝转子绕组；（b）铸铝转子 鼠笼式转子绕组的各相均由单根导条组成，其感应电势不大，加上导条和铁心叠片之间的接触电阻较大，所示无需专门把导条和铁心用绝缘材料分开。 绕线式转子绕组是用绝缘导线组成，嵌放在转子铁心槽内的三相对称绕组。三相一般为星型接法，三根引出线分别接到固定在转轴上并互相绝缘的三个集电环上，再通过安装在端盖上的电刷装置与集电环接触把电流引出来。这种转子的特点是可以通过集电环和电刷在转子回路中接入附加电阻，用以改善电动机的起动性能，或调节电动机的转速。有的绕线转子异步电动机还装有一种举刷短路装置，当电动机起动完毕而又不需要调节转速时，移动手柄使电刷被举起而与集电环脱离接触，同时使三只集电环彼此短接起来，这样可以减少电刷与集电环间的磨损和摩擦损耗，提高运行可靠性。与鼠笼式转子比较，绕线转子的缺点是结构复杂，价格较贵，运行的可靠性也较差。因此，绕线转子异步电动机只用在要求起动电流小、起动转矩大，或需要调节转速的场合，例如，用来拖动频繁起动的起重设备。 转轴是整个转子部件的安装基础，又是力和机械功率的传输部件，整个转子靠轴和轴承被支撑在定子铁心内腔中。转轴一般由中碳钢或合金钢制成。 3．气隙 异步电机的气隙是很小的，中小型电机一般为0.2～2mm。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就需要较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步电机的磁路磁阻远比变压器为大，因而异步电机的励磁电流也比变压器的大得多。变压器的励磁电流约为额定电流的3%，异步电机的励磁电流约为额定电流的30%。励磁电流是无功电流，因而励磁电流越大， 功率因数越低。为提高异步电机的功率因数，必须减少它的励磁电流，最有效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是汽隙过小会使装配困难，还有可能使定、转子在运行时发生摩擦或碰撞，因此，气隙的最小值由制造工艺以及运行安全可靠等因素来决定。 4．其他部件 端盖：安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座相同，一般为铸铁件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，以使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内膛里正常运转。端盖除了起支撑作用外，还起着保护定、转子绕组的作用。 轴承：连接转动部分与不动部分，目前都采用滚动轴承以减少摩擦。 轴承端盖：保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出。 风扇：冷却电动机。 二、异步电动机的分类 异步电动机按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机 3类。除约 200W以下的电动机多做成单相异步电动机外，现代动力用电动机大多数都为三相异步电动机。两相异步电机主要用于微型控制电机。 按照转子型式，异步电机可分为鼠笼型转子和绕线型转子两大类。鼠笼转子又分为普通鼠笼转子、深槽型鼠笼转子和双鼠笼转子3种。三相绕线式异步电动机外形示意图9-4所示，三相鼠笼式异步电动机外形示意图如图9-5所示。  图9-4 三相绕线式异步电动机外形 根据机壳不同的保护方式，异步电动机可分为开启式、防护式、封闭式和防爆式等。 防护式异步电动机具有防止外界杂物落入电机内的防护装置，一般在转轴上装有风扇，冷却空气进人电机内部冷却定于绕组端部及定子铁心后将热量带出来。JZ系列电动机就是鼠笼式转子防护式异步电动机JR系列电动机是绕线转子防护式异步电动机。 封闭式异步电动机的内部和外部的空气是隔开的。它的冷却是依靠装在机壳外面转轴上的风扇吹风，借机座上的散热片将电机内部发散出来的热量带走。这种电机主要用于尘埃较多的场所，例如机床上使用的电机。JOR系列及Ｙ系列电机就属于这种类型。 防爆式异步电动机为全封闭式，它将内部与外界的易燃、易爆性气体隔离。这种电机多用于有汽油、酒精、天然气、煤气等气体较多的地方，如矿井或某些化工厂等处。  图9-5 三相鼠笼式异步电动机外形 （a）开启式；（b）防护式；（c）封闭式 三、异步电动机的铭牌和额定值 每台异步电动机机壳上都装有铭牌，把它的运行额定值印刻在上面，如图9-6所示。 三相异步电动机  型号Y-112M-4 编号  4.0kW 8.8A  380kV 1440r/min LW82dB  接法 防护等级IP44 50Hz 45kg  标准编号 工作制SI B级绝缘 年月  电机厂  图9-6 三相异步电动机铭牌 电机按铭牌上所规定的条件运行时，就称为电机的额定运行状态。根据国家标准规定，异步电动机的额定值主要有： （1）额定功率：指电动机在制造厂（铭牌）所规定额定运行状态下运行时，轴端输出的机械功率，单位为W或kW。 （2）定子额定电压：指电动机在额定状态下运行时，定子绕组应加的线电压，单位为V或kV。 （3）定子额定电流：指电动机在额定电压下运行，输出额定功率时，流人定子绕组的电流，单位为A。 对三相异步电动机，额定功率为：  （9-1） 式中——额定运行时异步电动机的效率； ——额定运行时异步电动机的功率因数。 （4）额定转速：指电动机在额定状态下运行时，转子的转速，单位为r/min。 （5）额定频率 ：我国工频为 50HZ。 除上述数据外，铭牌上有时还标明定子相数和绕组接法、额定运行时电机的功率因数、效率、温升或绝缘等级、定额等。对绕线转子异步电机还标出定子加额定电压、转子开路时集电环间的转子电压和转子的额定电流等数据。下面对绕组接法、温升和定额作简要说明。 绕组接法：三相异步电动机的定于绕组可接成星形或三角形，视额定电压和电源电压的配合情况而定。例如星形接法时额定电压为380V，则改为三角形时就可用于220V的电源上。为了满足这种改接的需要，通常把三相绕组的6个端头都引到接线板上，以便于采用两种不同接法，如图9-7所示。  图9-7 三相异步电动机的接线板 (a) 星形连接；(b) 三角形连接。 温升：指电机按规定方式运行时，绕组容许的温度升高，即绕组的温度比周围空气温度高出的数值。容许温升的高低取决于电机所使用的绝缘材料。例如Y系列电机一般采用B级绝缘，其最高容许温度为130℃，如周围空气温度按40℃计算，并计入10℃的裕量，则B级绝缘的容许温升为130℃-（40 ℃＋10℃）=80℃。 定额：我国电机的定额分为3类，即连续定额、短时定额和断续定额。连续定额是指电机按铭牌规定的数据长期连续运行。短时定额和断续定额均属于间歇运行方式，即运行一段时间后就停止运行一段时间。可见，短时定额和断续定额方式下，有一段时间电机不发热，所以，容量相同时这类电机的体积可以做得小一些，或者连续定额的电机用作短时定额或断续定额运行时，所带的负载可以超过铭牌上规定的数值。但是，短时定额和断续定额的电机不能按其容量作连续运行，否则会使电机过热而损坏。 第二节 交流绕组(＊) 三相异步电动机的交流绕组是由许多嵌放在走子铁心槽中的线圈按照一定的规律分布、排列并连接而成的。本节主要介绍三相异步电动机交流绕组的构成、连接方法、展开图绘制方法。 一、交流绕组概述 交流绕组是把属于同相的导体绕成线圈，再按照一定的规律，将线图串联或并联起来。交流绕组通常都绕成开启式，每相绕组的始端和终端都引出来，以便于接成星形或三角形。 1．绕组的基本术语 （1）线圈、线圈组、绕组 线圈也称绕组元件，是构成绕组的最基本单元，它是用绝缘导线按一定形状绕制而成的，可由一匝或多匝组成；多个线圈连成一组就称为线圈组；由多个线圈或线圈组按照一定规律连接在一起就形成了绕组，图9-8所示为常用的线圈示意图。线圈嵌放在铁心槽内用，不能直接转换能量，称为端部。  图9-8 线圈示意图 （2）极距τ 极距是指交流绕组一个磁极所占有定子圆周的距离，一般用定子槽数来表示。即： τ＝ (9-2) 式中 Z1——定子铁心总槽数； 2P——磁极数； τ——极距。 （3）线圈节距Y 一个线圈的两个有效边所跨定于圆周的距离称为节距，一般也用定于槽数来表示。如某线圈的一个有效边嵌放在第1而另一个有效边放在第6槽，则其节距Y＝6-1＝5槽。从绕组产生最大磁势或电势的要求出发，节距Ｙ应接近于极距τ，即 Y≈τ （9-3） 当Y=τ时，称为整距绕组； Y＜τ时，称为短距绕组； Y＞τ时，称为长距绕组。 实际应用中，常采用短距和整距绕组，长距绕组一般不采用，因其端部较长，用钢量较多。 （4）机械角度和电角度 一个圆周所对应的几何角度为3600角度就称为机械角度。而从电磁方面来看，导体每经过一对磁极N、S，电势就完成一个交变周期。对于4电机，P=2这时导体每旋转一周要经过两对磁极，对应的电角度为 2x3600= 7200，若电机有 P对极，则 电角度=P×机械角度 （9-4） （5）每极每相槽数q 每极每相槽数q是指每相绕组在每个磁极下占的槽数，可由下式计算： q ( 9 –5 ) 式中ｍ——相数。 ｑ个增所占的区域称为一个相带。通常情况下．三相异步电动机每个磁极下可按相数分为3个相带，因一个磁极对应的电角度为1800，故每个相带占有电角度为600称为600相带。 （6）相距角α 槽距角是指相邻的两个槽之间的电角度。可由下式计算： α （9-6） （7）极相组 极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定方式串联成的线圈组。 2．交流绕组的基本要求 三相异步电动机交流绕组的构成主要从设计制造和运行两方面考虑。绕组的型式有多种多样，具体要求为： （1）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上应尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用钢量要省。 （2）对三相绕组，各相的电势和磁势要求对称而各相的电阻和电抗都相同。为此必须保证各绕组所用材料、形状、尺寸及匝数都相同且各相绕组在空间的分布应彼此相差1200电角度。 （3）绕组的绝缘和机械强度要可靠，散热条件要好。 （4）制造、安装、检修要方便。 三相交流绕组在槽内嵌放完毕后共有6个出线端引到电动机机座上的接线盒内。高压大、中型容量的异步电动机三相绕组一般采用星形接法；小容量的异步电动机三相绕组一般采用三角形接法。 3．三相交流绕组的分布、排列与连接要求 三相异步电动机交流绕组的作用是产生旋转磁场，要求交流绕组是对称的三相绕组，其分布、排列与连接应按下列要求进行： （1）各相绕组在每个磁极下应均匀分布，以达到磁场的对称。为此先将定子槽数按极数均分，每一等分代表180°电角度（称为分极）；再把每极下的槽数分为3个区段（相带），每个相带占60°电角度（称为分相）。 （2）各相绕组的电源引出线应彼此相隔120°电角度。 （3）同一相绕组的各个有效边在同性磁极下的电流方向应相同，而在异性磁极下的电流方向相反。 （4）同相线圈之间的连接应顺着电流方向进行。 4．交流绕组的分类 按槽内层数来分，可分为单层绕组、双层绕组和单双层混合绕组；按每极每相所占的槽数来分，可分为整数槽绕组和分数槽绕组；按绕组的结构形状来分，可分为链式绕组、交叉式绕、同心式绕组、叠绕组和波绕组等。以下介绍三相单层绕组和三相双层绕组。 二、三相单层绕组 单层绕组是指每一个槽内只有一条线圈边，整个绕组的线圈数等于定子总槽数一半的绕组。按照线圈的形状和端部连接方式的不同，单层绕组可分为链式绕组、交叉式绕组和同心式绕组等几种形式。根据前面所述对三相绕组的分布、排列和连接要求，可绘出三相单层绕组的展开图，下面举例说明3种常用的三相单层绕组的结构及展开图的绘制方法和步骤。 1．链式绕组 链式绕组是由相同节距的线圈组成，其结构特点是绕组线圈一环套一环，形如长链，其每及每相槽数ｑ一般为2槽。 【例9-1】国产 Y90L-4型三相异步电动机，定于绕组为单层链式绕组，定子槽数为 24，节距Y=5槽，试绘出其绕组展开图。 【解】（1）分极、分相 每极所占槽数。τ槽 每极每相槽数 q= 槽 分极：如图9-9（ａ）所示，将定子全部槽数按极数均分则每极下分有6槽。磁极按S、N、S、N排列。 分相：将每个磁极下的槽数按相数均分为3个相带，则每个相带占有2槽。因一个磁极下有3个相带，则每对极共有6个相带，将这6个相带按U1、W2、V1、U2、W1、V2的顺序排列，如图9-9a所示。 （2）标出线圈有效边的电流方向 按相邻两个磁极下线团边中的电流方向相反的原则进行．设S极下线圈边的电流方向向上，则N极下线圈边的电流方向向下，如图9-9（a）中箭头方向所示。  图9-9 链式绕组 （a）分极、分相；（b）U相绕组；（c）三相绕组。 （3）按绕组节距的要求把相邻异极性下同一相的槽中的线圈边连成线圈 由图 9-9（a）可知，U相绕组包含第 1、2、7、8、13、14、19、20 8个槽中的线圈边。线圈边1、2与7、8分别处于S极与N极下面，它们的电流方向相反，故线圈边1、2中的任意一个与线圈边7、8中的任意一个都可组成一个线圈；同样13、14中任意一个与19、20中任一个也都可组成一个线圈。本题中，节距Y=5，故可将U相带下8个槽中的导体组成以下4个线圈：2一7、8—13、14—19、20—1，如图9-9（b）所示。同理，V相的4个线圈为6—11、12—17、18一23、24—5；W相的4个线圈为10—15、16—21、22—3、4—9；如图9-9（c）所示。 （4）确定各相绕组的出线端 各相绕组的出线端彼此相隔1200电角度。由于本题电机的槽距角为 α=30° 则1200电角度相隔 槽 将U相绕组出线端的首端U1定在第2槽，则V相首端V1应定在第6槽(6+2),W相首端W1在第10槽，如图9-9(c)所示。 （5）顺着电流方向把同相线圈连接起来 将U相各线圈沿电流方向连接起来，便形成U相绕组的展开图，如图9-9(b)所示。显然，上述的连接方法是各线圈的“头接头、尾接尾”，这种连接方法称为反串联。按同样的方法，可连成V相绕组和W相绕组，从而得到三相绕组的展开图，如图9-9(c)所示。 国产JO2-21-4型、JO2-22-4型、Y802-4型等三相异步电动机的定于绕组都是采用这种链式绕组。 2．同心式绕组 同心式绕组的结构特点是各相绕组均由不同节距的同心式线圈连接而成，其每极每相槽数ｑ一般为4槽。 【例 9-2】国产Y100L-2型三相异步电动机，定子绕组为单相同心式绕组，定子槽数为24，大线圈节距为11槽，小线圈节距为9槽，试绘出其绕组展开图。 【解】1）分极、分相 每极所占槽数 τ 槽 每极每项槽数 7槽 由计算可知，该电机每个极下共有12槽，整个定子可分为6个相带，每相带内有4槽。采用与【例9-1】相同的方法分极、分相，如图9-10(a)所示。 （2）标出线圈有效边的电流方向 设S极下线圈边的电流方向向上，则N极下线圈边电流方向向下，如图9-10(a)中箭头方向所示。  图9-10 同心式绕组 （a）U相绕组；（b）三相绕组。 （3）按绕组节距的要求把同一相的线圈边按电流方向连成线圈。 由于大线圈边节距11槽，小线圈边节距9槽，则对U相绕组来说，可将线圈边3与14组成一个大线圈，4与13组成一个小线圈，大小线圈相套形成一个同心式极相组。同理，线圈边15与2组成大线圈，16与1组成小线圈，形成另一个同心式极相组，如图9-10(b)所示。 用同样的方法可得：V相的4个线圈为11—22、12—21、23—10、24—9；W相的4个线圈为19—6、20—5、7—18、8—17，如图9-10(c)所示。 （4）确定各相绕组的出线端 各相绕组的出线端彼此相隔120°电角度。由于本题电机的槽距角为  则120°电角度相隔等＝8槽 将 U相统组出线端的首端U1定在第三槽，则 V相首端V1在第11槽，W相首端W1在第19槽，如图9-10(b)所示。 （5）顺着电流方向把同相线圈连接起来 按照“头接头、尾接尾”的方法，将U相各线圈沿电流方向连接起来，便形成U相绕组的展开图，如图9-10(a)所示。同理，可连成V相绕组和W相绕组，从而得到三相绕组的展开图，如图9-10(c)所示。 国产JO2-12-2型、JO2-31-2型、Y112M-2型等三相异步电动机的定于绕组都是采用这种同心式绕组。 3．交叉式绕组 交叉式绕组主要用于每极每相槽数ｑ为3槽的四极或两极小型三相异步电动机中。这冲绕组可看成是链式绕组和同心式绕组的一个综合。它采用不等距的线圈，比同心式绕组的端部短，且便于布置。 【例9-3】国产 Y132S-4型三相异步电动机，定于绕组为单层交叉式，定子槽数为36，大线圈节距为8槽，小线圈节距为7槽，试绘出其绕组展开图。 【解】（1）分极、分相 每极所占槽数： τ槽 每极每相槽数： 槽 采用与【例9-1】相同的方法分极、分相，如图9-11(a)所示。 （2）标出线圈有效边的电流方向 设S极下线圈边的电流方向向上，则N极下线圈边电流方向向下，如图9-11(a)中箭头方向所示。 （3）按绕组节距的要求把同一相的线圈边按电流方向连成线圈 由于大线圈边节距8槽，小线圈边节距7槽，则对U相绕组来说，可将线圈边2与10和3与11组成一个双联（两个线圈联在一起）的大线圈组，12与19组成一个小线圈组；同理，线圈边20与28和21与29组成另一个大线圈组，3与1组成另一个小线圈组，如图9-11(a)所示。 用同样的方法可得,V相4个线圈组为8—16和9—17、18－25、26-34和27—35、36-7；W相的4个线圈组为14—22和15—23、24-31、32-4和33—5、6—13，如图9-11(b)所示。  图9-11 交叉式绕组 （a）U相绕组；（b）三相绕组。 （4）确定各相绕组的出线端 各相绕组的出线端彼此相隔120°电角度。由于本题电机的槽距角为  则120电°角度相隔＝6槽。 将U相绕组出线端的首端U1定在第2槽，则V相首端V1在第8槽，W相首端W1在第14槽，如图9-11(b)所示。 （5）顺着电流方向把同相线圈连接起来 按“头接头、尾接尾”的方法，将U相各线圈沿电流方向连接起来，便形成U相绕组的展开图，如图9-11(a)所示。同理，可连成V相绕组和W相绕组，从而得到三相绕组的展开图，如图9-11(b)所示。 国产JOZ-31-4型、JOZ-32-4型、Y132M-4型等三相异步电动机的定子绕组都是采用这种交叉式绕组。 单层绕组的构成最主要的是确定三相绕组的各个线圈在定子槽中的分布规律，只要保证每相绕组所属的槽号及电流方向，改变绕组元件的端接形式，对电磁效果就基本上没有影响。上面讨论的3种形式的单层绕组，它们从外部结构上看虽各不相同，但从产生的电磁效果角度看则基本上是一致的。因此到底选用哪种结构形式，主要要从缩短端接部分的长度（即节省有色金属）出发，当然也要考虑嵌线工艺的可能性。同心式绕组因端节部分较长，一般只在嵌线比较困难的两极电机中采用，功率较小的4极、6极、8极电机采用链式绕组，少部分的两极、四极电机采用交叉式绕组。 单层绕组的优点是结构简单，嵌线比较方便，槽的利用率高（因无层间绝缘）。其最大的缺点是产生的磁场和电势波形较差（与正弦波相差较大），从而使电机铁损和噪音都较大，起动性能不良，故多用于小容量的三相异步电动机中。 三、三相双层三绕组 双层绕组的每个槽内有上层、下层两个线圈边，每个线圈的一条边嵌放在某一槽的上层，另一条边嵌放在另一槽的下层，整个绕组线圈数正好等于槽数。 双层绕组可以选择最有利的节距，所有线圈具有同样的形状和尺寸，便于制造，端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度，所以容量较大（10kW以上）的三相异步电动机的定于绕组一般均采用双层绕组。 双层绕组可分为叠绕组和波绕组两种形式。叠绕组在嵌线时，两个互相串联的线圈，总是后一个叠在前一个上面，所以称为叠绕组。以下仅举例说明三相双层叠绕组的结构及展开图的绘制方法和步骤。 ［例9-4］一台三相4极异步电动机，定于绕组为双层叠绕组，定子精数为36，节距Y=7，试绘出其绕组展开图。 【解】（1）分极、分相 每极所占槽数 = 每极每相槽数  由计算可知，该电机每极下共有9个槽，整个定子可分为12个相带，每相带内有3个槽，采用与【例9-1】相同的方法分极、分相，如图9-12（ａ）所示。 （2）标出U相线圈有效边的电流方向 图9-12中，实线表示上层边，虚线表示下层边，每个线圈都由一根实线和一根虚线组成，各线圈的编号都用其上层边所在的槽号表示。设S极下线圈上层边的电流方向向上，则N极下线圈上层边电流方向向下，如图9-12（ａ）中箭头方向所示。 （3）按绕组节距的要求把同一相的线圈边按电流方向连成线圈并组成极相组 对U相绕组来说，因线圈节距Y=7槽，则第1槽的上层边与第8拾的下层被凌荡起来构成线圈1，第2槽的上层边与第9槽的下层边连接起来构成线圈2，以此类推，即可构成定子绕组U相的全部12个线圈。 将线圈1、2、3串联起来，19、20、21串联起来，分别组成了两个对应于S极下的极相组；将线圈10、11、12串联起来，28、29、30串联起来，分别组成了两个对应于N极下的极相组，如图9-12（ａ）所示。 （4）确定各相绕组的出线端 各相绕组的出线端彼此相隔120°电角度。由于本题电机的槽距角为  则120°电角度相隔。 由于U、V、W三相绕组出线端的首端应相隔1200电角度，将U相出线端的首端U1定在第1槽，则V相首端V1在第7槽，W相首端W1在第13槽，如图9-12(b)所示。 （5）顺着电流方向把各极相组连接起来 U相绕组中各线圈的电流方向如图9-12（ａ）所示，沿电流方向将U相绕组的4个极相组按“头接头，尾接尾”的方法连接起来，便形成U相绕组的展开图，如图9-12（ａ）所示。同理，可连成V相绕组和W相绕组从而得到三相绕组的展开图，如图9-12(b)所示。  图9-12 双层叠绕组 （a）U相绕组；（b）三相绕组。 上述绕组的连接，是假定绕组的并联支路数ａ＝1来分析的，即各相绕组的4个极相组串联成一条支路。若要求并联支路数ａ＝2，则只要改变各相绕组的4个极相组之间的连接。以U相为例，把第一对极中S极下的极相组1—2—3与N极下的极相组10—11—12用“尾接尾”的方法连接起来组成一条支路，而把另一对极中S极下的极相组19—20—21与N极下的极相组28—29—30用“尾接尾”的方法连接起来组成另一条支路，然后再把这两条支路的首端与首端（线圈1和线圈19的首端）相连，作为U相绕组的首端U1，尾端与尾端（线圈10和线圈28的首端）相连，作为U相绕组的尾端U2，即得到两条并联支路。 由上所述可知，双层叠绕组每相的极相组数正好等于电机的极数。而每个极相组都可单独成为一条支路，因此，双层叠绕组每相的最大并联支路数等于电机磁极数。 第三节 交流绕组的电势和磁势 一、三相定于绕组的电势 通过单层链式绕组、同心式绕组和交叉式绕组等的展开图，可以看出，这些绕组的线圈是按照一定的规律分布排列着，且它们的线圈节距均小于其极距，也就是说，它们是分布线圈绕组。相比较而言，可以说变压器原、副边绕组都是集中线圈绕组。根据电磁感应定律可以证明，三相异步电动机定于绕组的相电势E1为： E1=4.44f1N1ΦmKw。 （9-7） 式（9-7）中,f1为三相定子绕组中电流的频率；N1为每相定子绕组总的串联匝数；Φm为异步电动机的每极磁通；Ｋw=ＫyKq为绕组因数。 Ky称为节距因数，它的数值与线圈节距有关，它表示短距线圈和长距线圈电势的减小程度，短距线圈和长距线圈的Ky＜１，整距线圈的Ky=1。 Kq称为分布因数，它的数值与线圈分布有关，它表示分布线圈电势的减小程度，分布线圈的Kq＜1，集中线圈的Ｋq=1 二、三相定子绕组的磁势 1．单相绕组的磁势 在三相定于绕组中通入三相正弦波的电流，则三相定子绕组中的每一个单相绕组所产生的磁势为脉动磁势。所谓脉动磁势，就是磁势的轴线（即磁势幅值所在的位置）在空间固定不动，但振幅不断随时间而变化的磁势。 可以证明，单相绕组脉动磁势的数学表达式可以写成：  （9-8） 式（9-8）中：为磁势的幅值;x为空间坐标;t为时间坐标；为绕组中正弦交流电的角频率。 从式（9-8）可见，在任一瞬间，磁势的空间分布为一余弦波，但在空间任何一点的磁势，则又随时间作余弦变化。或者说，该磁势既是空间函数又是时间函数。 可以证明，单相绕组脉动磁势的幅值=，说明单相统组脉动磁势的幅值与绕组中的电流Ｉ成正比，与相绕组总的串联匝数Nｌ成正比，与绕组因数成正比，与电机的极对数p成反比。 2．三相绕组的磁势 三相绕组由3个单相绕组组成，这三个单相绕组分别产生脉动磁势。在三相异步电动机中，3个单相绕组是对称的，即U、V、W三相绕组在空间互相间隔的距离为1200电角度。电机在对称运行时，通入三相绕组中的三相电流亦是对称的，即其幅值相等，在时间相位上互差1200电角度，即  （9-9）  （9-10）  （9-11） 因此，U、V、W三相绕组的磁势分别为  （9-12）  （9-13）  （9-14） 把、、分别进行分解  （9-15）  （9-16）  （9-17） 把上述3个公式相加，可知前三相余弦互相托加，后三相之和为零。故三相合成磁势为  （9-18） 上式表明，当三相对称电流流过三相对称绕组时，三相绕组的合成磁势为一个圆形旋转磁势。 圆形旋转磁势的幅值为单相绕组脉动磁势幅值的1.5倍，其旋转速度称为同步转速，用ｎ1；来表示，其计算公式为：  （9-19） 式中 f－－三相定子绕组中电流的频率； p——三相异步电动机的磁极对数。 一个三相对称绕组流过三相对称电流时，它所产生的合成磁势一定是一个圆形旋转磁势。这个概念可以进一步用图9-13来解释。图9-13中U1U2、V1V2、W1W2是定子上的三相绕组，它们在空间互相间隔120○电角度。三相电流的变化曲线如图9-14所示。 在图9-13中假设：A、B、C三相电流分别流入U、V、W三相绕组，正值电流是从绕组的首端流入（用⊕来表示流入）而从尾端流出（用⊙来表示流出），负值电流则从绕组的尾端流入而从首端流出。  图9-13 旋转磁场 (a)ｔ＝0时；(b)ｔ=120ｏ时；(c)ｔ=240ｏ时；(d)ｔ=360ｏ时。 在图9-14中，当。ｔ＝0时，A相电流具有正的最大值，相应地在图9-13（ａ）中A相电流是从U相绕组的首端U1点流入，而从尾端U2点流出，此时B相及C相电流均为负值，所以电流IＢ和ＩC分别从V相绕组及W相绕组的尾端V2和W2流人，而从首端V1和W1流出。从图9-13(a)中电流的分布情况可以清楚地看到：合成磁势的轴线正好与U相绕组的中心线相重合。 在图9-14中，当ｔ=120ｏ时,B相电流达到正的最大值,A相及C相电流则为负值，因此相应地在图9-13(b)中上相电流是从V相绕组的首端V1点流入，而从尾端V2点流出，A相及C电流分别从它们的尾端U2及W2点流入，而从首端Uｌ及W1点流出，此时合成磁势的轴线便与V相绕组的中心线相重合。  图9-14 三相电流 根据同样的方法可以解释图9-13（c），当ｔ=240ｏ时，C相电流有最大值，合成磁势的轴线便与W相绕组的中心线相重合。分析图9-13（ａ）、（ｂ）、（c）3个图形中磁势的位置，可以明显地看出：合成磁势是一个旋转磁势。旋转磁势的轴线总是与电流达到最大值的那一相绕组的中心线相重合。 如果三相绕组流过的是正序电流，则A相电流首先达到最大值，而后依次是B相及C相电流达到最大值，则合成磁势的轴线首先与U相绕组的中心线相重合，而后再依次同V相绕组和W相绕组中心线相重合。所以合成磁势的旋转方向是从U相到V相、再从V相到W相。也就是说：旋转磁势的转向总是从超前电流的相转向滞后电流的相。 如果三相绕组流过的是负序电流，则A相电流首先达到最大值，而后依次是C相及B相电流达到最大值，所以合成磁势的轴线首先与U相绕组的中心线相重合，而后再依次同W相绕组和V相绕组中心线相重合。合成磁势的旋转方向是从U相到W相，再从W相到V相。 可见：要改变旋转磁势的转向，只要改变通入电流的相序。也就是说，只要把三相绕组中的任何两个出线端的位置对换就可以了。 综上所述，三相绕组合成磁势具有以下性质： （1）三相合成磁势在任何瞬间保持着恒定的振幅，它是单相脉振磁势振幅的1.5倍； （2）三相绕组合成磁势的转速仅决定于电流的频率和电机的极对数； （3）当某相电流达到最大值时，合成磁势波的波幅就与该相绕组的轴线重合； （4）合成磁势的旋转方向决定于电流的相序。 第四节 三相异步电动机的工作原理及运行分析 一、三相异步电机的工作原理 三相异步电机工作原理示意图如图9—15所示，定子上的三相绕组接到三相交流电源上，转子绕组自成闭合回路。三相异步电机的工作可分为3种情况，以下分别作介绍。 １．三相异步电机作为电动机运行 三相异步电机作为电动机运行是其最普遍的工作状态。三相电流流入三相定于绕组产生旋转磁势，并在气隙中产生相应的旋转磁场。旋转磁场也是以同步转速11在旋转。为了电角度，即便于说明问题，在图9—15中用一对旋转的磁极来表示该旋转磁场。  图9—15 三相异步电机工作原理 (a)示意图；(b)电动机运行；(c)发电机运行；(d)制动状态。 当旋转磁场切割转子导体时，在其中产生感应电势，使转子导体中有电流流过。其方向可利用右手定则判断。转子电流与旋转磁场作用而产生电磁转矩，使转子以转速ｎ旋转，从而把电能转换成机械能，作电动机运行。由左手定则判断可知：转子方向与磁场旋转方向相同，如图9-15（b）所示。 当异步电机作为电动机运行时，为了克服负载的阻力转矩，三相异步电动机的转速ｎ总是略低于同步转速n1，以便气隙中的旋转磁场能够切割转子导体而在其中产生感应电势和感应电流，从而能够产生足够的电磁转矩来拖动转子旋转。如果转子的转速与同步转速相等，转向又相同，则气隙旋转磁场与转子导体之间没有相对运动，因而转子导体中就不会产生感应电势和电流，电机的电磁转矩也将为零。可见，异步电机产生电磁转矩的必要条件是，磁场的同步转速ｎｌ和转子的转速ｎ不相等，即ｎ1ｎ。 把同步转速n１和转子转速ｎ的差值称为转差，转差与同步转速ｎｌ的比值称为转差率，转差率用s来表示，即 ｓ＝ （9-20） 转差率是异步电机的一个基本变量，它可以表示异步电机的各种不同运行状态。 （1）在电机刚起动时，转子转速ｎ=0，则ｓ＝1，转子切割旋转磁场的相对速度为最大，转子中的电势及电流也最大。如果电动机产生的电磁转矩足以克服机械负载的阻力转矩，转子就开始旋转，转速会不断上升。 （2）随着转子转速ｎ的上升，转差率ｓ减小，转子切割旋转磁场的相对速度减小，转子中的电势及电流也减小。在额定状态下，转差率S的数值通常都是很小的，中小型异步电动机的转差率约为0.01—0.07，转子转速与同步转速相差并不很大。而空载时，因阻力矩很小，转子转速”很高，转差率则更小，约为0.004—0.007，可以认为转子转速近似等于同步转速。 （3）假设ｎ＝ｎｌ，则转差率ｓ＝0，此时转子导体不切割旋转磁场，转子中就没有感应电势及电流，也不产生电磁转矩。 可见，作电动机运行时，转速ｎ在0~ｎ1；的范围内变化，而转差率则在1~0的范围内变化。 三相异步电动机的转速可用转差率来计算，即 ｎ＝（1-s）ｎ1 （9—21） 2．三相异步电动机作为发电机运行 若异步电机的转轴上不是机械负载，而是用一原动机拖动异步电机的转子以大于同步转速的速度与旋转磁场同方向旋转，如图9—15（c）所示。此时，转子导体相对于旋转磁场的运动方向与图9—15(b)相反，转子导体中的电势及电流也反向。由左手定则可知，转子导体所产生的电磁转矩也与转子转向相反，起着制动作用。为了克服电磁转矩的制动作用，使转子能继续旋转下去，并保持ｎ＞ｎｌ，原动机就必须不断向电机输人机械功率，而电机则把输人的机械功率转换为电功率输出给电网，此时异步电机成为发电机。异步发电机运行时，转差率s为负值。 3．三相异步电机在制动状态下运行 若在外力作用下，使转子逆着旋转磁场方向转动，如图9—15(d)所示。比较图9—15（ｂ）和图9—15(d）可见，此时，转子导体相对于磁场的运动方向与电动机运行状态相同，故转子导体中的电势和电流方向仍与电动机状态相同，作用在转子上的电磁转矩方向与旋转磁场方向一致，但却与转子转向相反，起了阻止转子旋转的作用，故称为三相异步电动机的制动运行。在这种情况下，它一方面消耗原动机的机械功率，同时也从电网吸收了电功率，这两部分功率 均变为三相异步电动机内部的损耗。制动运行时，由于转子逆着磁场方向旋转，ｎ＜0。则转差率S＞1。 在3种运行状态下，转子转速总是与旋转磁场转速（同步转速）不同，因而称为异步电机。又由于异步电机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原理来产生感应电势和电流，从而产生电磁转矩使电动机旋转，因而异步电机又称为感应电机。 实际上，异步电机绝大多数都是作为电动机运行Ｚ异步发电机的性能不如同步发电机优越，因此仅用在特殊场合。制动运行往往是吊车等设备的一种特殊运行状态。 二、三相异步电动机的功率和转矩平衡关系 1．三相异步电动机中各个功率、损耗的含义 电机是机电能量转换的机械，在能量转换过程中必然会有功率平衡关系，必然会有损耗。 当三相异步电动机接在电网上稳定运行时，由电网供给的电功率称为三相异步电动机的输人功率Ｐ1。 P1=3U1I1cos1 （9—22） 式中 U1——三相异步电动机定子绕组相电压； I1——三相异步电动机定子绕组相电流； 1——相电压U1与相电流I1之间的相位角； cos1——三相异步电动机功率因数。 输入功率中的一小部分将消耗于定子绕组的电阻上，该部分称为定于绕组铜耗Pcu1 Pcu1＝3IR1 （9—23） 式中R1——三相异步电动机定于绕组相电阻。 输入功率的另外一小部分将消耗于定子铁心上，该部分称为铁耗PFe。 转子铁心损耗可忽略不计。这是因为正常运行时，三相异步电动机转子转速接近旋转磁场的同步转速，转差率s很小，转子铁心中磁通变化的频率很小，再加上转子铁心和定子铁心都是用硅钢片造成，因而转子铁心中铁耗很小。所以，三相异步电动机的铁耗主要是定于铁心损耗。 输入功率减去定子铜耗和铁耗以后，余下的功率全部送入转子，这部分功率称为电磁功率PM。电磁功率是借助电磁感应作用通过气隙旋转磁场由定子传递到转子的。 PＭ＝P1－Pcu1－PFe （9—24） 传递到转子的电磁功率，一部分将消耗于转于绕组中的电阻上，这部分功率称为转子绕组铜耗Pcu2 Pcu2＝3IR2 （9—25） 式中Ｉ2——三相异步电动机转子绕组相电流； R2——三相异步电动机转子绕组相电阻。 传递到转子的电磁功率减去转子铜耗Pcu2余下的功率，称为全机械功率Ｐ全。 P全=PＭ一Pcu2 （9—26） 全机械功率实际上是传递到电机转轴上的机械功率，它是转子绕组中的电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，带动转子以转速ｎ旋转时所对应的功率。 电机转子转动时，会产生轴承摩擦及风阻等阻力转矩，为克服此阻力转矩将消耗一部分功率，这部分功率称为机械损耗P。 定子及转子绕组中流过电流时，除产生基波磁通外，还产生高次谐波磁通及其他漏磁通,这些磁通穿过导线、定子及转子铁心、机座、端盖等金属部件时，在其中感应电势和电流并引起损耗，这部分称为杂散损耗Pｓ。杂散损耗的大小与气隙的大小和制造工艺等因素有关。 全机械功率减去机械损耗和杂散损耗以后，就是三相异步电动机转轴上输出的机械功率P2。用P表示机械损耗和杂散损耗之和，则 P2=P全-P （9—27） 铁耗PＦｅ、定子绕组铜耗PＣｕ１、转子绕组铜耗PＣｕ2都属于电磁损耗，这三项损耗主要与电机的电磁负荷有关，即与电机中的磁场强度、绕组中的电流大小、铁心和绕组的几何尺寸等有关。机械损耗P主要与电机的转速、摩擦系数等因素有关。以上4项损耗属于电机的基本损耗。杂散损耗Pｓ的值很小，一般可以忽略不计。 2．三相异步电动机的功率平衡关系 三相异步电动机从电网吸收电功率，从转轴上输出机械功率，其功率流程图如图9—16所示。  图9—16 三相异步电动机功率流程图 从三相异步电动机功率流程图可见： 三相异步电动机的功率平衡方程： P1＝Pcu1＋PFe＋Pcu2十P+P2＝∑P＋P2 （9-28） 电动机的总损耗： ∑P= Pcu1＋PＦｅ＋Pcu2＋P （9—29） 电磁功率： P M=Pcu2＋P＋P2 （9—30） 全机械功率： P全=P＋P 2 （9—31） 除以上功率关系外，还可以证明，三相异步电动机的转子绕组铜耗与电率之间存在着一定的关系：转子绕组铜耗与电磁功率之比等于异步电机的转差率，即： Pcu2=sPM （9—32） 上式说明，转差率越大，电磁功率中转变为转子铜耗的部分就越大。转子电阻越大时，转子的铜耗便越大，因此转差率也越大，转速便超低。 根据三相异步电动机功率流程图和式（9—30）、式（9—31）、式（9—32）可知，全机械功率与电磁功率之间的关系为： P全=PＭ-Pcu2=(1–s ) （9—33） 3．三相异步电动机的转矩平衡方程 在三相异步电动机中，输入定子的电能转换为转子上的机械能浇出是通过转子上产生电磁力（载流导体在磁场中的受力），由电磁力产生电磁转矩使转子旋转而实现的。因此，电磁转矩是电机中能量形态变换的基础。 对于已制造好的异步电动机，电磁转矩的大小与旋转磁场磁通的大小及转于电流大小密切相关。通过数学分析可知，电磁转矩T的大小与旋转磁场的每极磁通M及转子电流Ｉ2成正比可用公式表示为 T=CTMI2 cos2 （9—34） 上式中CT为电机常数；cos2为转子的功率因数。 从动力学知道，作用在旋转体上的转矩等于旋转体的机械功率除以它的机械角速度。因此，在三相异步电动机的功率关系式P全=P+P2中，两边都除以转子的机械角速度,便得到三相异步电动机的转矩平衡方程式，即 T=T0+T2 （9—35） 上式中，电磁转矩Ｔ=，也就是说，在三相异步电动机中，转子转轴上的电磁转矩等于全机械功率除以转子机械角速度；T=为三相异步电动机的空载转矩，它等于机械损耗与杂散损耗之和除以转子机械角速度；T2=为三相异步电动机的输出转矩，它等于输出功率除以转子机械角速度。 三相异步电动机的转矩平衡方程表明，电动机稳定运行时，电磁转矩减去空载转矩后，才是电动机转轴上的输出转矩。 由于全机械功率P全=（1-s）PM转子的机械角速度=(1-s)1。1为旋转磁场的同步角速度，则可以得到 T== （9—36） 上式说明，作用在转子上的电磁转矩与通过气隙旋转磁场传递到转子的电磁功率成正比。 电磁转矩既可以用转子的全机械功率除以转子的机械角速度来计算，也可以用电磁功率除以旋转磁场的同步角速度来计算。前者是从转子本身产生机械功率这一概念导出，由于转子本身的机械角速度为，所以T＝。后者则是从旋转磁场对转子作功这一概念出发，由于旋转磁场以同步角速度1旋转，而旋转磁场为了带动转子旋转，通过气隙传到转子的总功率就是电磁功率，所以T=。 三、三相异步电动机的运行特性 异步电动机从定子边吸取电能，从转子轴端输出机械能。从使用方面来说，机械负载需要它有一定的转矩和转速；从电网方面来说，要求电动机具有一定的效率、功率因数，并应限制其起动电流。为了保证电动机能够可靠、经济地运行，在设计和制造时，必须保证电动机的性能满足国家标准所规定的技术指标。三相异步电动机的运行特性反映了一些重要技术指标的变化规律。 三相异步电动机的运行特性是指在额定电压及额定频率时，转速ｎ、电磁转矩T、定子电流；、定于功率因数以及效率随着输出功率P2。而变化的关系曲线。 1．转速特性 三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率P2变化时，转速n的变化规律曲线ｎ＝ｆ（P2）称为转速特性。 空载时，输出功率P2＝0，转子电流很小，转子铜耗很小，转差率s≈0，转子转速接近同步转速。随着负载的增大，转速会略有下降，这样旋转磁场便以较大的转差△ｎ=－ｎ切割转子导体，使转子导体中的感应电势及电流增加，而转子电流的增加，会产生较大的电磁转矩从而与机械负载的阻力转矩相平衡。转速特性ｎ=ｆ（）曲线形状如图9-17所示，是一条微微下倾的曲线。  图9-17 三相异步电动机的工作特性 随着负载的增大，转子电流增大，转子铜耗及电磁功率也相应增大。但是，转子铜耗与转子电流的平方成正比，而电磁功率近似与转子电流的一次方成正比，转子铜耗比电磁功率增大的快。而电动机的转差率，所以，随着负载的增大，转差率也增大，即转速ｎ稍有下降。对一般的三相异步电动机，为保证有较高的效率，转子铜耗不能过大，所以转差率ｓ的数值很小。在额定负载时的转差率约为 SN＝0.01~0.07（其中小的数字对应于容量大的电机），这表明额定转速仅比同步转速低1%~7%。 2．转矩特性 三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率P2变化时，电磁转矩T的变化规律曲线T＝f（P2）称为转矩特性。 由三相异步电动机的转矩平衡方程式可知 T＝＝ （9-37） 从空载到额定负载之间，空载转矩可认为不变，假设电动机的转速也不变，则转矩特性T＝ｆ（P2）为一条直线。实际上，随着P2的增加，电动机的转速略有下降，所以，转矩特性T＝ｆ（P2）是一条比直线略有上翘的曲线，如图9-17所示。 3．定子电流特性 三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率变化时，定子电流的变化规律曲线= f ()称为定子电流特性。 空载运行时，转子电流≈0，此时定子电流几乎全部为励磁电流。励磁电流是定子电流中用来产生旋转磁场主磁通的电流分量；定子电流中的另一部分称为定子电流有功分量, 定子电流有功分量用来与转子电流相平衡。 当负载增加以后，输出功率增大，转子转速下降，转子电流增加，以产生足够的电磁转矩与负载转矩相平衡，通过电磁感应关系，定子电流也随着增加，输人功率增大，从而满足功率平衡方程的要求。定子电流特性= f ()曲线形状如图9-17所示。 4．功率因数特性 三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率变化时，定子功率因数的变化规律曲线称为功率因数特性。 对电网来说，三相异步电动机是一个电感性负载，它从电网中吸取无功功率，所以，三相异步电动机的功率因数是滞后的。 空载运行时，定子电流中的大部分是励磁电流，由于励磁电流中的主要成分是无功的磁化电流，所以空载时的功率因数很低，通常为。加上负载后，由于要输出一定的机械功率，因此，定子电流中的有功分量增加，电动机的功率因数逐渐提高。一般电动机在额定功率附近，功率因数将达到最大数值，额定功率因数。功率因数特性曲线形状如图9-17所示。 5．效率特性 三相异步电动机在额定电压及额定频率下，输出功率变化时，效率的变化规律曲线 （9-38） 空载时，输出功率P2＝0，故。随着负载的增大，输出功率逐步增大，效率也相应增大。 异步电动机在运行过程中的转速及气隙磁通是近似不变的，故机械损耗与定子铁耗之和基本上是常数，称为不变损耗；定、转子铜耗与电流平方成正比，随电流的变化而变化，称为可变损耗。如同变压器与直流电机中的情况一样，当不变损耗与可变损耗相等时，出现最大效率。 出现最大效率后，若负载继续增大，电动机的效率就要下降，效率特性曲线形状如图9—17所示。 由于额定功率附近的功率因数和效率都比较高，因此总希望电动机在额定功率附近运行。如果电机长时间在低负荷下运行，由于此时的效率和功率因数都很低，很不经济。因此，选用电动机时，应使电动机的机械容量与机械负载相匹配。 四、三相异步电动机的机械特性 异步电动机输出机械功率主要表现在输出转矩和转速上，因此转速或转差率是异步电动机的基本变量之一。当三相异步电动机的外加定子电压及频率不变，转差率S变化时，电磁转矩 T的变化规律曲线T= f (s) 称为机械特性。通过数学分析，可以得到用参数表示的电磁转矩Ｔ的计算公式如下：  （9-39） 式中 ｐ——极对数; U1---电动机相电压； f1——定子频率； R1，x1б——定子绕组的电阻和电抗； ｒ2′，ｘ2б′——转子绕组的折算电阻和电抗。当异步电机的定子电压、频率及各参数都为定值时，改变转差率S的大小，根据用参数表示的电磁转矩计算公式可算出相应的电磁转矩Ｔ，可作出机械特T＝f（s）曲线，如图9—18所示。  图9—18 三相异步电动机的机械特性 由图可见，当1＞S＞0时，电磁转矩和转子的转速都为正，转子转速小于磁场的同步转速，电机处于电动机运行状态；当S＜0时，转子的转速为正，转子转速大于磁场的同步转速，电磁转矩为负，电机处于发电机运行状态；当S＞1时，转子的转速为负，电磁转矩为正，电机处于制动运行状态。 通过机械特性曲线，可以看到三相异步电动机具有以下一些特点。 （1）在起动的瞬间，即S=1时的电磁转矩称为起动转矩几。通过数学分析的方法可知，起动时，电动机的起动电流很大，但转子功率因数很小，而T=，故起动转矩Tst并不很大。 （2）如果转子达到同步转速，即ｓ=0，则转子电流I2=0，此时的电磁转矩T=0。 （3）当转差率S达到某一值时，电磁转矩达到最大值，称为最大转矩Tm ，对应于此时的转差率称为临界转差率Sm，一般异步电动机的Sm=0.04~0.14。通过数学分析的方法可得到临界转差率Sm和Tm最大转矩的数学表达式如下： Sm＝ (9-40) Tm= (9—41) 可见，三相异步电动机的最大转矩与电网电压的平方成正比，最大转矩与转子电阻无关；临界转差率与Sm转子电阻成正比。 （4）转子电阻对T=f（s）曲线的影响。异步电机转子回路中的电阻不同，其相应的机械特性T=f（s）曲线的形状也不同，起动转矩的大小也不同。当Sm＜1时，随着转子电阻的增加，起动转矩变大；要使起动转矩达到最大转矩 ｓｍ＝１，即： Sm= (9—42) 此时在转子回路中应串入电阻的折算值为。若转子回路串入的电阻超过该值，Sm＞１，说明电动机的起动转矩变小。 （5）对应于额定负载时的转矩称为额定转矩Tn，相应的转差率称为额定转差率Sn。 （6）最大转矩与额定转矩之比，称为电动机的过载能力Ｋm。，它是衡量电动机过载能力的一个重要指标。 Kst= (9-43) 一般三相异步电动机的过载能力Km=2－2.2。 （7）起动转矩与额定转矩之比，称为电动机起动转矩倍数Ｋst Kst= (9-44) 希望Kst尽量大一些为好。JO2系列电动机的Ｋst=0.9—2,Y系列电动机的Kst=1.8—2.2。 第五节 三相异步电动机的起动、反转、调速和制动 因为各种生产机械经常要进行起动、调速和停车，所以作为原动机的异步电动机，其起动。调速和制动等性能的好坏，对生产机械的运行有很大影响。 一、三相异步电动机的起动 三相异步电动机的起动是指从电动机接人电网开始转动，到达正常运转为止的这一过程。 一般衡量三相异步电动机起动性能的好坏，主要有4点： （1）起动电流尽可能小； （2）起动转矩要足够大； （3）起动所需用的设备简单、经济、操作方便； （4）起动过程中的功率损耗要尽量小。 异步电动机在起动时存在着两种矛盾：电动机的起动电流大，而供电线路承受冲击电流的能力有限；电动机的起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩才能起动。在不同的情况下，应采取不同的起动方法。 对于容量不大，又是在空载情况下起动的异步电动机，例如一般机床上用的电动机，起动电流虽大，但在很短时间内冲一下就下降了，只要车间里许多机床不是同时起动，对供电线路不会造成太大影响。其起动转矩即使比电机的额定转矩还小，只要是空载起动，也是够用的，转起来之后，仍能承担额定负载。因此，在这种情况下，可以采用直接起动。 对于经常满载起动的电动机，例如电梯、起重机等，当起动转矩小于负载转矩时，根本就转不起来，当然就无法工作了。对于几百千瓦以上的中、大容量电动机，额定电流就有好几百安培，起动电流有数千安培，这样大的电流冲击一下，供电线路能否承受？那就要看电网和供电变压器的容量了。电动机的起动电流流过具有一定内阻抗的发电机、变压器和供电线路，总会造成电压的瞬时降低。变压器容量越小，内阻抗值就越大，起动电流引起的瞬时电压降落也越大。供电电压的瞬时降低，不仅会使这台要起动的电机本身转不起来，在同一条供电母线上的其他设备也要受到冲击，电灯会变暗，数控设备失常，带着重载的电动机甚至会停下来。在这种情况下，变电所的欠电压保护可能会跳闸，造成停电事故。因此，大容量的异步电动机是不允许直接起动的。具体来讲，异步电动机的起动主要有以下4种方法： 1．小容量电动机空载或轻载起动一直接起动 小容量电动机空载或带轻载时，可以直接起动。直接起动就是将电动机定子绕组直接接到具有额定电压的电网上。这种起动方法的优点是操作和起动设备都简单。直接起动时电流较大，如果负载的惯量较大，起动时间可能较长。为了保证电动机起动时不引起太大的电网压降，电动机应满足下列经验公式的要求：  (9—45) 电动机能否采用直接起动方法，这不仅取决于电动机本身的容量大小，而且还与供电电网容量、供电线路长短、起动次数及其他用户的要求有关。 供电电网容量越大，允许直接起动的电动机容量也越大；电动机与供电变压器之间的距离越长，起动时线路电压降也越大，则电动机的端电压就越低，有可能使电机转不起来，此种情况下应降低允许直接起动的电动机容量；频繁起动的电动机，由同一台变压器供电的其他设备，如果都是动力用户，即都是电动机，则对允许直接起动的电动机容量的要求就放松一些，如果还有照明用户，以及其他对电源电压波动很敏感的用户，则对允许直接起动的电动机容量的要求就更严一些。 至于具体的规定，可查阅有关书籍或电工手册。通常以下两种情况可以采用直接起动：容量在7.5ｋｗ以下的三相异步电动机；电动机在起动瞬间造成的电网电压降不大于电压正常值的10％，对于不经常起动的电动机可放宽到15％。 2．中、大容量电动机空载或轻载起动一降压起动 几电动机容量超过前面所述的要求时，就不能直接起动。在这种情况下，如果仍是空载或轻载起动，则起动时的主要问题就是起动电流大而电网允许的冲击电流有限。因此必须降低起动电流。要降低起动电流，最有效的措施就是降压起动。 降压起动是指电动机在起动时降低加在定于绕组上的电压，起动结束后再加上额定电压运行。降压起动可以有效地降低电动机的起动电流，但由于感应电动机的起动转矩和电压的关系为  （9—46） 由式（9—46）可见，感应电动机的起动转矩和电压的平方成正比，因此降压起动时，电动机的起动转矩也相应降低，所以，降压起动只适用于电动机空载或轻载起动。常用的降压起动方法有星三角降压起动、自耦变压器降压起动、定于绕组串电阻或电抗降压起动、延边三角形降压起动。以下仅介绍两种降压起动方法。 （1）星三角（Y／Δ）降压起动 星三角降压起动是指在额定电压下正常运行时为三角形接法的电动机，在起动时采甩星形接法从而使三相定子绕组所承受的每相相电压降低为额定电压（电源线电压）的倍。其原理线路如图9—19所示。  图9—19 星三角降压起动原理线路图 起动时，先将转换开关。置于“起动”位，这时定子三相绕组作星形连接，然后将开关合上，电动机开始起动，待电动机转速升高到一定值后，再把置于“运行”位，此时定子三相绕组作三角形连接，电动机就在额定电压下正常运行。 当定子绕组接成星形起动时，每相绕组所加电压为，设电动机起动时每相阻抗为Zst，则起动时的线电流为  (9-47) 如用三角形直接起动时，每相所加电压为U1；，此时线电流为  (9-48) 两种接线方法起动电流的比值是  (9-49) 由此可见，用星三角降压起动，起动电流为采用三角形接法直接起动时的，对降低起动电流很有效，但由于起动转矩正比于，因此起动转矩也相应降低为采用三角形接法直接起动时的，即起动转矩也降低很多，故此种方法只能用于空载或轻载起动的设备上。此种方法的最大优点是所需设备简单、价格低，因而获得了广泛的应用。由于此种方法只能用于正常运行时三相定于绕组为三角形接法的电动机，因此我国生产的JO2及Y系列三相鼠笼式异步电动机，功率在4KW及以上者正常运行时都采用三角形接法。 （2）自耦变压器降压起动 自耦变压器降压起动也称起动补偿器起动，这种起动方法是利用自耦变压器来降低起动时加在定子三相绕组上的电压，其原理线路如图9—20所示，它由三相自耦变压器和控制开关等组成。 起动时，先将开关；闭合，然后再将开关置于“起动”位，这时经过自耦变压器降压后的交流电压加到电动机三相定于绕组上，电动机开始降压起动，待电动机转速升高到一定值后，再把开关置于“运行”位，电动机就在额定电压下正常运行，此时自耦变压器已从电网上被切除。  图9—20 自耦变压器降压起动原理线路图 设自耦变压器的变比为Ｋ，原边电压为U1；，则副边电压为 ，副边电流（即通过电动机定于绕组的线电流）也减小为额定电压下直接起动时起动电流的倍。又因为变压器原副边的电流关系是，可见原边的电流（即电源供给电动机的起动电流）比直接流过电动机定于绕组的电流还要小，即此时电源供给电动机的起动电流为直接起动时的倍，因此用自耦变压器降压起动对限制起动电流很有效。但采用此种方法降低起动电流的同时，起动转矩也会相应降低到直接起动时的倍。 这种起动方法的优点是可以按容许的起动电流和所需的起动转矩选择自耦变压器的变比从而实现降压起动，而且不论电动机定于绕组采用星形接法或三角形接法都可使用；缺点是投资较大，设备体积大。 3．小容量电动机重载起动一鼠笼电机的特殊型式 小容量电动机重载起动时，起动的主要问题是起动转矩不足。针对这种情况，解决的办法有两个：其一是按起动要求，选择容量更大的电动机；其二是选用起动转矩较高的特殊型式的电动机，这些型式电动机的机械特性与普通鼠笼式电动机的机械特性形状比较如图9—21所示。  图9—21 不同型式鼠笼电动机的机械特性 起动转矩较高的特殊型式的电动机主要是指以下三种。其一是JQ型电动机，适用于一般重载起动，如皮带运输机等，其特殊的机械特性是由于转子参数（双鼠笼式异步电动机和深槽型异步电动机）设计制造成能够自动随转速变化。其二是JH型电动机，它的转子电阻设计的偏大，因此它的机械特性较软，适用于冲压机这一类带冲击负载的机械，它们常常带着机械惯性较大的飞轮，在冲击负载来到时，转速降落大，由飞轮释放出来的动能可以帮助电机克服高峰负载。其三是JZ型电动机，它的转子电阻设计的更大，起动转矩也相应的更大，机械特性更软，适用于频繁起动的起重机和冶金机械。 4．中、大容量电动机重载起动一绕线电动机起动 中、大容量电动机重载起动时，起动的两种矛盾同时起作用，问题最尖锐。可以先用上述的特殊型式的鼠笼电机试一试，如果不行，就只能用绕线转子电机了。绕线电机常用转子串接电阻或转子串接频敏变阻器的方法来改善起动性能。绕线电机转子串接电阻时，如果阻值选择合适，可以既增大起动转矩，又减小起动电流，使两对矛盾都得到解决，当然投人的设备要多一些，成本较高。 另外，对于频繁起动、制动的电机来说，即使容量不大，但起动、制动的时间占整个电机工作时间的比例较大，大电流持续时间长，发热严重。如果选用鼠笼电动机，哪怕只是空载，每小时来回起动、制动次数过多也会过热。这时也应采用绕线电机，利用转子外接电阻来控制起动、制动，起动时大部分热量产生在电机外面，电机本身的发热也就小多了。 二、三相异步电动机的调速 三相异步电动机的调速是指用人为的方法来改变三相异步电动机的转速。异步电动机在结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等方面优于直流电动机，在容量、电压、转速等级上也比直流电动机高，但在调速和控制性能上较直流电动机差。异步电动机的转速是可以调节的，但目前还没有找到调速范围广、精度高、动态性能好，而又价廉、可靠、能够完全取代直流电机的交流调速系统，这是国际上瞩目的一个研究课题。 异步电动机的转速公式为：  (9-50) 从上式可见，异步电动机可通过改变定子绕组的极对数、改变电源频率f和改变转差率s进行调速。 1．变极调速 就是改变电动机定于绕组的极对数ｐ来调速。从式（9－50）可见，如果电源频率固定不变，只要改变电机绕组的极对数，则同步转速和转子转速ｎ也会随着改变。而且，电机的同步转速与极对数成反比变化，例如当时，把极对数从变到,得到的同步转速将为和两种。 变极调速的异步电动机一般采用鼠笼式转子，因为鼠笼式转子的极对数能自动地随着定于极对数的改变而改变，使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。若为绕线型转子，则定于极对数改变时，转子绕组必须相应地改变按法以得到与定子相同的极对数，很不方便。 变极调速常用的方法是在定子上只装一套绕组，而利用改变绕组接法来获得两种或多种极对数，称为单绕组变极。变极原理如图9—22所示，图中 相绕组由 和  两个线因组成，如果两个线圈串联，向绕组通人电流后将产生．4个磁极即；如果两个线圈并联（即将和连接和连接），向绕组通入电流后将产生2个磁极即。可见，磁极对数发生了改变。  图9—22 改变定子绕组磁极对数 图9—23是变极双速异步电动机的接线示意图。当电源从1、2、3端引人时（4、5、6悬空），定于绕组为三角形接法。由图中实线箭头表示的电流方向可见，此时一相绕组的两个线圈串联、磁极数为；当电源从4、5、6端引人时（1、2、3端相连），定于绕组为YY接法，由图中虚线箭头表示的电流方向可见，一半线圈中的电流改变了方向，此时磁极为。这种变极方法称为接法，目前被广泛采用。  图9—23 变极双速异步电动机接线 可以改变磁极对数的异步电动机称为多速异步电动机，其中有双速、三速、四速等多种，我国目前已大量生产，老产品有JD02系列，新产品有YD系列。 变极调速方法的优点是：设备简单、运行可靠。缺点是：不是平滑调速而是一级一级的分段式调速。 2．变转差率调速 就是改变电动机的转差率s来调速。当恒转矩负载调速时，从电磁转矩关系式（9—30）可见，改变转差率Ｓ有下列几种方法： (1)在转子回路串人电阻、电感或电容，以改变转子电阻或转子电抗 (2)改变定于绕组的端电压； (3)在定子回路串人外加电阻或电抗，以改变或。 改变转差率调速常用的方法是在转子回路中串电阻，特性如图9—24所示。这种方法只适用于绕线转子异步电动机，在电动机转子回路中接人附加电阻后就可以改变电动机的特性曲线形状。假设在不同的转速时负载转矩恒定不变，在转子回路未接人附加电阻时，电动机稳定在2点运行，这时电动机的电磁转矩刚好与负载转矩。相平衡，随着转子电阻的增大，电动机的稳定运行点逐渐向左移动（ａ—ｂ—ｃ—ｄ），也就是说，随着转子电阻的增加，转差率ｓ变大，电动机的转速降低。  图9—24 转子回路中串电阻调速 这一方法的物理过程是：在转子回路电阻增加的最初瞬间，由于征性的缘故，转子转速还来不及改变，转子回路的感应电势仍维持原来的数值，因此，转子电流将随着转子回路电阻数值的增加而减少，电磁转矩也将下降，于是电动机开始减速。但随着转速的下降，转差率变大，转子回路的电势及电流将随着转差率的增大而重新回升，从而使电动机的电磁转矩又重新增大，直到与负载转矩了。重新相平衡为止。 这种方法的缺点是：转子回路中接人附加电阻后，将使转子铜耗增加，降低了电动机效率。但由于此法比较简单，在中小容量的电动机中还是用的比较多，例如交流供电的桥式起重机，大部分采用此法调速。 3．变频调速 由前面的分析可知，对异步电动机而言，用变极调速级数少；且不能平滑调速；用转子回路串联电阻改变转差率s调速则损耗较大。因此，虽然异步电动机与直流电动机相比较有结构简单、成本低廉、坚固耐用等优点，但由于调速较困难而限制了它的使用，一般只能作接近恒速运行。以往在要求连续、精确、灵活调速的场合，直流电动机一直占有主要地位。然而，随着晶闸管提供一个频率可调的交流电源给异步电动机，从而使异步电动机转速能够平滑调节的变频调速技术正在获得迅速发展。 变频调速就是改变供电电源的频率f；来调速。当改变电源频率f1时，旋转磁场的同步转速与电源频率人成正比变化，于是转子转速也相应改变，达到调节转速的目的。异步电动机定于绕组电压平衡方程式为：   (9－51) 从式（9—51）可见，当降低交流电源频率进行调速时。如果电源电压不变，则磁通将增加，使铁心饱和，导致励磁电流和铁损耗增加，电动机温升将增加，这是不允许的；如果增大交流电源频率进行调速，电源电压不变，则磁通电将减小，由式（9－34）可见，在转子电流不变的情况下，电磁转矩T必然下降，电机输出功率将下降。所以，变频调速时，总希望保持磁通不变。因此，在调节交流电源频率时、必须同时调节电源电压,并保持为常数。 变频调速根据电动机输出性能的不同可分为：(1)保持电动机过载能力不变的变频调速；(2)保持电动机输出转矩不变的恒转矩变频调速；(3)保持电动机输出功率不变的恒功率变频调速。 从调速范围、平滑性以及调速过程中电动机的性能等方面来看，变频调速很优越，可以和直流电动机相媲美。但要使频率人和端电压U；同时可调，需要一套专门的变频装置，使投入的设备增多，成本增大。 异步电动机的调速性能不如直流电动机的调速性能好。这是因为，异步电动机的运行特点就是在接近同步转速工作时（即转差率s较小时），机械性能较硬，效率和功率因数都较高。如果远低于同步转速（即转差率s较大），各方面的性能都要变差。因此改变转差率s不是理想的调速方法，而变极调速和变频调速又不像直流电动机改变电枢电压那么方便。 三、三相异步电动机的反转和制动 1．反转 三相异步电动机的旋转方向取决于定于旋转磁场的旋转方向，并且两者的方向相同。只要改变旋转磁场的方向，就能使三相异步电动机反转。因此，将三相接线端中的任意两相接线端对调，改变三相顺序，就改变了旋转磁场的方向，从而使三相异步电动机反转。 2．制动 三相异步电动机的制动是指加上一个与电动机转向相反的转矩来使电动机迅速停转或限制电动机的转速。电动机在下属情况下运行时属于制动状态。一种情况是在负载转矩为势能转矩的机械设备中（例如起重机下放重物，电力机车下坡运行）使设备保持一定的运行速度。另一种情况是在机械设备需要减速或停止转动时，电动机能实现减速或停止转动。 三相异步电动机的制动方法有两类：机械制动和电气制动。机械制动是利用机械装置（如电磁抱间机构）来使电动机迅速停止转动，常用于起重机械设备上。电气制动是使异步电动机所产生的电磁转矩的方向和电动机转子的旋转方向相反，电气制动通常可分为反接制动、回馈制动和能耗制动。 （1）反接制动 就是在分析异步电机工作原理时指出的制动状态，此时转子的转向与定于旋转磁场的转向相反，实现反接制动可用下述两种方法。 正转反接：将正在电动机状态下运行的异步电动机的定子绕组三根供电线任意对调两根，则定于电流的相序改变，其相应的旋转磁场立即反转，从原来与转子转向一致变为与转子转向相反，于是电机立即进入相当于S=2时的制动状态。为了使反接时电流不致过大，若为绕线型异步电动机，反接时应在转子回路中串人附加电阻。当电动机转速下降至零时，必须立即切断定子电源，否则电动机将向相反方向旋转。 正接反转：当绕线型异步电动机拖动的起重机下放重物时，其运行状态便是正接反转制动。这时电机定子接线仍按电动机运行时的接法（正接），而利用在转子回路串人较大电阻来使转子反转。其原理和在转子回路串人电阻调速一样，当串人转子的电阻逐步增至很大时，转子转速逐步减小至零，如图9－25中a-b-c所示。此时如果继续增加，电磁转矩将小于总负载转矩，转子就开始反转（重物向下降落）而进人制动状态，当增加到时，电动机稳定运行在d点，转差率，转子反转的速度为，从而保证了重物以较低的均匀转速慢慢下降，而不致把重物损坏。显然，可调节的大小来平滑控制重物下降的速度。  图9－25 绕线型异步电动机正接反转的反接制动 (2)回馈制动 当异步电机作电动机运行时，如果由于外来因素，使转子加速到超过同步转速，则异步电动机进人回馈制动（发电机运行）状态。例如前述的起重机放下重物时，如果仍按电动机状态运行，即转子转向和定子旋转磁场转向相同，则在电动机的电磁转矩和重物的重力产生的转矩共同作用下，重物以越来越快的速度下降，当转子转速由于重力的作用超过同步转速，即时，异步电机就进人发电机制动状态运行，电磁转矩方向立即改变，一直到电磁转矩与重力转矩平衡时，转子转速以及重物下降速度才稳定不变，使重物恒速下降。这时重物下降减少的位能转换为电能送给电机所接的电网，因此称回馈制动。 回馈制动的优点是经济性能好，可将负载的机械能变为电能返送回电网。缺点是应用范围窄，只有在电动机转速大于同步转速时才能实现。 (3)能耗制动 如图9—26所示，将正在运行中的异步电动机的定子绕组从电网断开，而接到一个直流中源上，由直流电流励磁而在气隙中建立一个静止的磁场。于是，从正在旋转的转子上来看此磁场将是向后旋转的，因此由它感应于转子中的电流所产生的电磁转矩的方向应为向后转，即对转子起制动作用。这种制动方法是利用转子旋转时的惯性，使转子导体切割静止磁场的磁通而产生制动转矩，把转子的动能消耗于转子回路的电阻上成为铜耗，故称能耗制动。  图9—26 异步电动机的能耗制动 能耗制动的优点是制动力强、制动平稳、对电网影响小。缺点是需要一套直流电源装置，而且制动转矩随着电动机转速的减小而减小，不易制停。 小 结 转子转速与定子旋转磁场的转速（即同步转速）不相等，是异步电机运行的基本条件，也是异步电机与同步电机的基本区别。 三相异步电动机由固定的定子和旋转的转子两个基本部分组成。 三相绕组的基本要求是尽可能使合成电势和磁势为正弦波，并保证三相电势对称，同时考虑节省材料和工艺方便。三相单层绕组有链式绕组、交叉式绕组和同心式绕组三种；三相双层绕组又可分为叠绕组和波绕组两种形式。 三相绕组的电势与定子绕组中电流的频率、定于绕组的串联匝数、异步电动机的每极磁通和绕组结构有关；三相绕组的合成磁势为圆形旋转磁势。 转差率s是异步电机的一个基本变量，它可以表示异步电机的各种不同运行状态：当0＜s＜1时，三相异步电机作为电动机运行；当s＜0时，三相异步电机作为发电机运行；当s＞1时，三相异步电机在制动状态下运行。三相异步电动机在负载运行时，同时满足功率和转矩平衡关系，这些平衡规律概括了异步电动机运行的基本电磁过程和能量转换过程。三相异步电动机的运行特性是指在额定电压及额定频率时，转速ｎ、电磁转矩T、定子电流I1、定于功率因数cosφ；以及效率η随着输出功率P2而变化的关系曲线。三相异步电动机的机械特性是指电磁转矩Ｔ和转差率s的关系。 三相异步电动机起动要求在尽量小的起动电流下获得足够大的起动转矩；三相异步电动机的调速有变极调速、变转差率调速和变频调速三种方法。三相异步电动机的制动有反接制动、回馈制动和能耗制动3种形式。 复习思考题 1、按照转子型式，三相异步电动机可分为哪两大类？ 2、三相异步电动机主要由哪些部件组成？各部件的作用是什么？ 3、三相异步电动机铭牌上重要的数据有哪几个？各额定值的含义是什么？ 4、三相异步电动机交流绕组的基本要求是什么？ 5、三相异步电动机交流绕组如何分类？ 6、什么叫板距？一台三相8极异步电机．其定子槽数为48，则其极距是多少？ 7、电角度的意义是什么？它与机械角度有怎样的关系？ 8、交流绕组每校每相槽数的含义是什么？一台三相4极异步电机的定子槽数为36，求其每极每相槽数？ 9 、一台三相两极异步电动机，定子绕组为单层交叉式，定子槽数为18，大线留节距为8槽，小线圈节距为7槽，试绘出其绕组展开图。 10、三相异步电动机定子绕组相电势的计算公式与变压器绕组电势的计算公式有何不同？为什么？ 11、一台三相异步电动机铭牌上写明，额定电压 380/220 V，定于绕组接法 Y／Δ。如果使用时将定于绕组连成Δ，接在 380 Ｖ的三相电源上，能否空载或带负载运行？为什么？如果将字子绕组连成Y，接在220V的三相电源上，能否空载或带载运行？为什么？ 12、为什么说交流绕组所产生的磁势既是空间函数又是时间函数？ 13、三相绕组所产生的旋转磁势在必，它的转速与通入的三相电流的频率以及绕组的极对数之间有什么关系？ 14、一台额定频率为50HZ的三相电机，如果通以60HZ的三相对称交流电，假设电压电流额定值等都不变，问旋转磁势的幅值大小、极对数、转速、转向将如何变化？ 15、一台三相异步电动机定子绕组为星形接法，如果把三相引出线中的两个头对调一个再接电源，问旋转磁势的转向是否变化？，如果字子绕组为三角形接法，转向又将如何？ 16 、三相异步电动机中的定子旋转磁声是怎样产生的？ 17、试述三相异步电动机的工作原理？异步电机和同步电机的基本差别是什么？ 18、为什么说异步电动机的工作原理与变压器的工作原理类似？试分析它们的异同点？ 19、异步电动机为什么又叫感应电动机？ 20、已知三相异步电动机折额定频率为50HZ，额定转速为970r/min，该电机的极数是多少？额定转差率是多少？ 21、异步电动机的转速一定低于同步转速吗？什么叫转差率？如何由转差率的大小范围来判断异步电动机的运行情况？ 22、异步电动机行得时，内部有哪些损耗？当电机从空载变化到额定负载时，这些损耗中的哪些基本不变？哪些是随负载变化的？ 23、一台三相异步电动机，额定运行时电压为380V，电流为6.5A，输出功率为3KW，转速为1430r/min，功率因数为0.86，求该电动机额定运行时的效率、转差率和输出转矩。 24、三相异步电动机的工作特性和机械特性是如何定义的？ 25、试述三相异步电动机的起动方法。 26、什么叫三相异步时机的速度调节？有哪几种调速方法？如何改变三相异步电动机的转向？ 27、什么叫三相异步电动机的制动？有哪几种制动方法