第六章
三相异步电动机的电力拖动
The Three-phase Induction
Machines Drives
本章基本教学要求
1.熟悉分析三相异步电动机的机械特性及各
种运行状态的基本方法；
2.掌握三相异步电动机的起动、制动；
3.了解三相交流电动机的调速方法。
重点：
机械特性、调速、起制动。
本次课程内容和教学要求
内容：
三相异步电动机固有和人为机械特性。
要求：
掌握机械特性各种表达式和适用场合。
6.1三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性是指在电
动机定子电压、频率以及绕组参数一定的
条件下，电动机电磁转矩与转速或电磁转
矩与转差率的关系，即 n=?(T)或 T=?(s)。
机械特性可用函数表示，也可用曲线
表示，用函数表示时，有三种表达式：物
理表达式、参数表达式和实用表达式。
6.1.1机械特性物理表达式
电磁转矩为：
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111
1
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说明
为异步机的转矩系数；
为转子电流折算值；
为转子功率因数。
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物理表达式
物理表达式它反映了不同转速时电磁转
矩 T与主磁通 Φm以及转子电流有功分量
I2ˊ cosφ2之间的关系，此表达式一般用来
定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性
质。
6.1.2参数表达式
由物理表达式、功率关系、简化等值电
路可推出参数表达式：
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说明
参数表达式说明，异步电动机的电磁转
矩 T与定子每相电压 U1平方成正比，若电源
电压波动大，会对转矩造成很大影响。
在电压、频率及绕组参数一定的条件
下，电磁转矩 T与转差率 s之间的关系可用曲
线表示，下面对机械特性曲线上的几个特殊
点进行分析。
机械特性曲线
① 最大转矩 Tm
最大转矩 Tm是 T=?（ s）的极值点，则：
最大转矩对应的临界转差率为：
两式中,+”为电动状态（特性在第 Ⅰ 象限）；
,-”为制动状态（特性在第 Ⅱ 象限）。
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最大转矩近似表达式
通常情况下,可忽略 r1，
则有：
最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍
数，其值大小反映电动机过载能力，用 λm表
示，即：
一般异步电动机过载倍数 λm=1.5～ 2.2。
22121 )( xxr ????
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② 起动转矩 Tst
起动瞬间 n=0或 s=1时，电动机相当于堵
转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转
转矩，用 Tst表示，则有：
起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩
倍数或堵转转矩倍数，用 kst表示，则有：
一般普通异步电动机起动转矩倍数为 0.8～ 1.2。
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6.1.3实用表达式
? 实用表达式：
? 认为,一般异步电动机的,
在任何 s值时都有：,而,
可以忽略，简化得：
s
s
r
sr
s
s
r
sr
s
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T
m
m
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2
临界转差率
? 临界转差率：
? 当拖动额定负载时,TL=TN，临界转差率为：
? 额定转矩为：
? 从产品目录查出该异步电动机的数据 PN,nN、
λm，应用实用公式就可方便得出机械特性表达
式。
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N
N
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6.1.4固有机械特性
异步电动机的固有机械
特性是指 U1=U1N,?1=?1N，
定子三相绕组按规定方式连
接，定子和转子电路中不外
接任何元件时测得的机械特
性 n=?（ T）或 T=?（ s）曲
线。
对于同一台异步电动机
有正转（曲线 1）和反转（曲
线 2）两条固有机械特性。
说明特性上的各特殊点 1
(1)同步转速点 A
同步转速点又称理想空载点，在该点
处,s=0,n=n1,T=0,E2s=0,I2=0，
I1=I0，电动机处于理想空载状态。
(2)额定运行点 B
在该点处,n=nN,T=TN,I1=I1N，
I2=I2N,P2=PN，电动机处于额定运行状
态。
说明特性上的各特殊点 2
(3)临界点 C
在该点处,s=sm,T=Tm，对应的电
磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。
Tmˊ 是异步电动机回馈制动状态所对应
的最大转矩，若忽略 r1的影响时，有
T mˊ =Tm。
(4)起动点 D
在该点处,s=1,n=0,T=Tst，
I=Ist。
6.1.5人为机械特性
异步电动机的人为机械特性是指人
为改变电动机的电气参数而得到的机械
特性。
由参数表达式可知，改变定子电压
U1、定子频率 f1、极对数 p、定子回路电
阻 r1和电抗 x1、转子回路电阻 r2ˊ 和电抗
x2ˊ,都可得到不同的人为机械特性。
1.降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中，保持其它参数不
变，只改变定子电压 U1的大小，可得改
变定子电压的人为机械特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的
人为特性（为什么？）
降电压人为机械特性曲线
Tm∝ U12； Tst∝ U12； n1和 sm与电压无关
TL1-恒转矩负载特性,TL2-风机类负载特性
分析
定子电压 U1下降后，电动机的起动转矩
和临界转矩都明显降低，对于恒转矩负载，
如原先运行在 A点，电网电压由于某种原因
降低，使负载运行至 B点，电动机转速 n下
降，转差率 s增大，转子阻抗角
增大，则转子功率因数下降
2
2
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2.定子回路串入对称电阻的人为机械特性
当定子电
阻 r1增大时，
同步转速 n1不
变，但临界转
矩 Tm、临界转
差率 sm、起动
转矩 Tst都变小
定子回路串入对称电阻的
接线图和人为机械特性
定子回路串入对称电抗的人为机械特性
如果定子回路串
入对称的电抗，同步
转速 n1仍不变，但临
界转矩 Tm、临界转差
率 sm、起动转矩 Tst也
都变小。两种接线可
实际应用于鼠笼式异
步电动机的起动，以
限制起动电流。
定子回路串入对称电抗的
接线图和人为机械特性
3.转子回路串入对称电阻的人为机械特性
绕线式异步电动机转子回路串入
三相对称电阻的接线图和人为机械特性
分析
当转子电阻 r2增大时，同步转速 n1和临界
转矩 Tm不变，但临界转差率 sm变大，起动转
矩 Tst随转子电阻 r2增大而增大，直至 Tst=Tm
当转子电阻 r2再增大时，起动转矩 Tst反
而减小。
转子串入对称三相电阻的方法应用于绕
线式异步电动机的起动和调速。
课后复习要点
1.异步电动机机械特性表达式
2.固有机械特性
3.人为特性机械特性
思考题,P240 6-1,6-2,6-6
作业,P241 6-33,6-34
本次课程内容和教学要求
内容,
三相异步电动机的起动。
要求：
熟悉启动的基本要求，掌握绕
线式和鼠笼电动机起动方式。
6.2鼠笼异步电动机的起动
三相异步电动机在实际运行过程中，由
于生产上的需要而起动和停止。在选用电动
机时，必须要求电动机能带动生产机械并很
快地转到额定转速。
要求电动机起动时满足
（ 1）能产生足够大的起动转矩 Tst，使电动机很
快地转动起来。
（ 2）起动电流 Ist不要太大，避免起动时大电流在
电网上产生较大的压降而影响接在电网上的其它
电气设备和电动机的正常运行。
从前面分析三相异步电动机固有机械特性而知
道，如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，
起动电流大，而起动转矩并不大，这时的功率因数
低。
6.1.1鼠笼异步电动机
一般普通鼠笼式
异步电动机，
所以要研究异步机的起动
特性和异步机的各种起动
方法。
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? ? stst TT 3.1~9.0?
n
n 1
0 I
0 T st I s t 1 T,I 1
n = f ( I 1 )
n = f ( T )
三 相异步电动机直接起动时
的机械特性和电流特性
分析
起动电流大，在电网的变压器容量与异
步电动机起动容量相比不足够大时，直接起
动会使变压器输出电压下降，当电压降
ΔU>10%时，将使接在变压器上的其他电器
及电动机正常工作受影响。直接起动的起动转
矩并不大，而起动时必须满足 Tst>1.1TL条件
电动机才能起动起来，在空载情况下可以满足
上述要求，而当重载起动时可能满足不了上述
要求。
结论
异步电动机起动应考虑：
①限制起动电流；
②足够的起动转矩，满足 Tst>1.1TL条件；
③起动的经济性，包括设备简单、操作方便
和低起动损耗。
6.1.2直接起动
将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称
直接起动。
一般 7.5kW以下的小容量鼠笼异步电动机都可
以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的
容量还可相应增大，一般按经验公式核定：
式中 kI为起动电流倍数； Ist为电动机的起动电流
（ A）； IN为电动机的额定电流（ A）； SN为电源
变压器总容量； PN为电动机的额定功率。
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SB 1
SB 2
KM 1
KM 2SB 3
KM 2 KM
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FRKM
1 KM 2
鼠笼式 三相异步电动机正反转直接起动接线图
说明
起动电流大，对电机本身无太大影响（因为是
短时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁
力和发热来考虑机械强度和热稳定的）主要对电网
有影响，如果电源容量较大，可以直接起动。一般
7.5千瓦以下容量电动机可以直接起动。
注意,容量大小不是绝对的，如果电网容量大，
就可以允许容量再大些的电机直接起动。
只要直接起动时起动电流在电网中引起电
压降不超过电网额定电压的（ 10~15） %
就允许直接起动。
6.2.3降压起动
1)定子串电阻或电抗的降压起动
QF
FR
M
3
~
KM 1 KM
2
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2 KM 1 KAKT
KA
FR
KM 1 KA
R st
KT KM 2
KA
KM 1
鼠笼式 异步电动机定子串电阻降压起动接线
KM 1,降压起 动接触器;SB 1,停车按 钮;
KM 2,全压运 行接触器;SB 2,起动按 钮
KT:时间继 电器;KA:中间继 电器;
FR:热继电 器;QF:电压断路 器
~
U N
分析
设起动电流需降低的倍数为 α，降压起
动电流为 Istˊ,则应有
式中 Ist为直接起动时的起动电流（ A）。又因
为 UN/U1ˊ =Ist1/Ist1ˊ =α,Tst∝ U12，所以降
压起动转矩为
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st
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TT
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分析
1.等值电路
从上图的等值电路中可见，定子串电阻或电抗
起动，电压从 U1N降至 U1′，即加到定子绕组上的电
压在起动时为 U1′，这样就减小了起动电流。
I st1
U N
r k jx
k
( a ) 全压起动
I st1 '
U N
( b ) 定子串电阻起动
R st
U 1 '
I st1 '
U N
( b ) 定子串电抗起动
jX st
U 1 '
r k jx
k
r k jx
k
定子串电阻或电抗时的等值电路
分析
2)起动电流及起动转矩
设 α为起动电流所需降低的倍数,Ist′为降压
时的起动电流，则应有：
Ist ′=Ist/ α, Ist∝ U1st,U1st ′=U1st/ α=U1N/ α
说明电压降低了 α倍。
由于 T ∝ U2，则 Tst ′ =Tst/ α2,说明转矩降
低了 α2倍。只要使 Tst ′≥（ 1.15~1.25） TL，即满
足要求。
说明
从 I1st ′=I1st/ α,Tst ′ =Tst/ α2，可见：
定子回路串电阻或电抗的降压起动方法虽然
能降低起动电流，但使起动转矩显著减小。只适
用于空载或轻载起动。电抗降压起动通常用于高
压电动机，电阻降压起动一般用在低压电动机。
降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转
矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳
加速。
3)起动电阻或电抗的计算
计算 Rst或 Xst后，还应校验满足
Tst ′≥（ 1.15~1.25） TL,TL为起动时的负
载转矩。
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? ? kkkst
kkkst
rxrR
xrxX
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2222
2222
1
1
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4) rk 和 xk的估算
rk 和 xk可通过实验方法测出，也可估算。
方法一：短路试验 (如已有电机 )，测出 rk,xk,zk
方法二：估算 (尚无电机 )，根据铭牌数据可知
当定子 Y接时：
当定子 Δ接时：
设直接起动时的功率因数为 cosφ1st=0.25，则有
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N
k
NI
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2.星 — 三角起动
正常运行时，接成 Δ形的鼠笼电动机，
在起动时接成星形，起动完毕后再接成 Δ，
称星 -三角起动。
A
A
I st
X
C
C
BB
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U 1
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Y
C
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(a) 直接起 动 (b)Y- ? 降压起动
X
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Y- ? 降压起动电流示意图
QS
FR
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M
3
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KM 1
1 FU
L 1 L 2 L 3
2 FU
SB 1
SB 2
KM 1
KM 3
KM 2, 星形接法接触器;
FR
KM 1, 起动接触器;
KM 3, 三角形接法接触器;
KT
KT 3
KM 1
KT
KM 2 KM
3
KM 2
KM 3
KT
KM 2
K T,时间继电器; F R,热继电器; SB 1, 停车按钮;
SB 2, 起动按钮;
Q S,刀开关; 1 FU,2 FU, 熔断器
Y- ? 降压起动接线
Y-Δ起动电流和起动转矩
直接起动 (Δ接 )
降压起动 ( Y接 )
起动电流 起动转矩
起动电流及起动转矩降低同样的倍数，
即都为直接起动时的三分之一。
k
Nst
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I
3
' 11 stst II ? 3' stst TT ?
星 — 三角起动适用条件
条件：
1.只适用于空载或轻载起动。
2.只限于正常运行时定子绕组为三角形接线的电机。
3.限于在 500V以下的低压电机 (因高压电机定子出 6
个端头有困难 )。
星 — 三角起动的优点：
设备简单，价格便宜，故在轻载起动时应优先
采用。缺点是应用时要受一定条件的限制。
2.定子绕组串入自耦变压器降压起动
定子串电阻或电抗的降压起动虽然在起动
时限制了起动电流但起动转矩减小过多，只用
于空载或轻载。如果负载较重时，应采用自耦
变压器降压起动。
QF
FR
M
3
~
KM 1 KM
2
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2 KM 1
KAKT
KA
FR
KM 1 KA
TA
KT KM 2
KA
KM 1
定 子串自耦变压器降压起动接线
KM 1,降 压起动接触器;SB 1,停 车按钮;
KM 2,全 压运行接触器;SB 2,起 动按钮
KT,时间继电器;KA,中 间继电器;
FR,热继电器;Q F:电 压断路器
~
U N
KM 2
KA
起动电流和起动转矩
I1st—— 全压直接起动时的起动电流；
I1st ′—— 降压时电
源提供的起动电流
(即 TA的原边电流 )；
I2—— 电动机的起
动电流 (TA的副边
电流 )
??? ????????? 'U '''
1
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1
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2
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U
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I
I
I
I
U
U
N
NUUUU
st
st
N,，，设，
公式推导
电动机定子绕组内的电流：直接起动时为 I1st,
降压起动时为 I2，这时电网供给 TA的电流为 I1st ′,
从电网输入的电流为 I1st ′ = I2 / α= I1st/ α2，即 I1st ′ =
I1Q/ α2,说明串入 TA起动后电网供给的电流减
小了 α2 倍。
注,电动机的起动电流仍减小 α倍,I1st ′ = I2 / α
而 I1st ′ = I1st/ α2,对电网冲击电流减小，只有
I1st/ α2 倍,起动转矩 Tst∝ U2,Tst ′ = Tst / α2。
说明
起动电流和起动转矩降低的比值相同，与定子
串电阻或电抗的起动方式相比较，在获得同样起动
转矩的条件下，这种方法的限流效果好。反之，若
在相同的起动电流条件下，可获得比较大起动转矩
故用自耦变压器降压起动的方法能带动较大的负载
起动。
国产自耦变压器为满足不同的负载要求，其副
边一般有三个抽头，可根据允许的起动电流和所需
的起动转矩任意选择。这种起动方法的缺点：起动
设备体积较大，价格高。
自耦变压器的选择
常用 QJ3,QJ2系列，用于较大容量,Y接的鼠
笼式电动机。
QJ2的抽头为,55% 64% 73%
QJ3的抽头为,40% 60% 80%
其中,QJ2型自耦变压器允许在 4小时内每小时
连续起动 5次，每次 1.5秒。 QJ3 型为短时工作制，
只允许在室温下连续起动两次，以后待冷却后才能
再行起动。选用时一定要注意这些问题。
例,55%抽头意思为 N2/N1=1/ α =0.55，
α=1/0.55=1.82 适用于有载起动。
6.2.4具有高起动转矩的鼠笼电动机
1.槽深式
特点：槽深 h，槽宽 b,h>>b，即 h =(10~12)b
与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要
结构特点是转子槽形窄而深，转子导体或是整
根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。
示意图
h
?
槽
高
(a) 漏磁通分布 (b) 导体内电流密度分布 (c) 导体的有效截面
深槽式鼠笼异步电动机
说明
由于气隙和槽导体 (非铁磁材料 )的磁阻大而转
子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导
体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。
若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导
条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导
条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图 (a)
可见槽底部导条链的漏磁通多，则底部漏抗大，槽
顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很
深，则槽底与槽顶漏抗相差甚远，且 x2σ ∝ f2。
分析
(a) 起动时,n=0,s=1,f2=sf1=f1,f2较高，则 sx2 较
大,sx2>>r2，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大
小。槽顶部漏抗 sx2小，则电流密度大，槽底部漏抗
sx2大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到
槽顶部的作用称趋表效应 (集肤效应，挤流效应 )。
分析
图 (b)中电流密度分布，它是自下而上逐渐增
大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就
相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变
大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图
(c)所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效
电阻增加，起动性能得改善。
分析
（ b） 正常运行时,s很小,f2=sf1 很
小,x2s=sx2 很小，这时转子电流的大小主要
由电阻决定。 r2 >> sx2，因各处电阻相等，
则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得
以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正
常数值。 (集肤效应不明显 )
优缺点
优点,起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而
运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电
动机的运行效率。
缺点,转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩
倍数稍小，即 Mm稍小。
特性曲线
深槽式异步电机的机械
特性从图中可见深槽式过载
能力比普通鼠笼异步电机低。
它的起动性能是靠降低了一
些工作性能而得到改善的。
曲线 1为普通鼠笼式
曲线 2为深槽式鼠笼异步电机
1 普通型
2 深槽型
n
n 1
0 T
机械特性
2.双鼠笼式异步电动机
结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。
下笼：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜
制成，电阻较小。
上笼：导体截面小，
用电阻系数较大的
黄铜制成，电阻较
大。
1 上笼
2 下笼
3 合成
n
n 1
0
T
(b) 机械特性
上笼
下笼
(a) 漏磁通分布
双笼异步电动机
说明
原理：交流电流的趋表效应由左图可见。上
笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下笼的漏
磁通多，故漏电抗大。上下笼电抗及电阻关
系是：
下上下上 ； 2222 r rxx ?? ??
分析
1.起动时,n=0,s=1,f2=sf1=f1,f2较高，则
sx2 较大,sx2>>r2，槽内电流的分布主要取
决于漏抗的大小。因 x2σ∝ f2,x2σ >>r2，
x2σ外 < x2σ内,即电流主要通过上笼，故又称
上笼为起动笼。由于上笼本身电阻大，起动
时，电流减小，转矩增大，其机械特性如图
曲线 1所示。
分析
2.正常运行时,s很小,f2 很小，电流分配主
要取决于转子电阻 r2, r2 >> sx2，即下笼电
流大，上笼电流小，下笼起主要作用。故又
称下笼为运行笼，其机械特性如图曲线 2所
示。
特性
曲线 3为曲线 1和 2的合成曲线，即为双鼠笼异步电
机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大
具有较好的起动性能。
缺点,转子漏抗较大，功率
因数稍低，过载能力比普通
型异步机低，而且用铜量较
多，制造工艺复杂。价格较
高。一般用于起动转矩要求
较高的生产机械上。
1
2
3
n
n 1
0 T
双鼠 笼 型 异步电动 机的机械特性
6.3绕线式异步机起动
方法：
1,转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除
2,转子串频敏电阻起动
6.3.1绕线式电机转子串三相对称电阻起动
起动时，要限制起动电流 Ist，同时希望有较大
的起动转矩 Tst。现以三级起动为例，即 m=3。
1,分级起动过程
起动前,KM1,KM2,KM3 加速接触器常开
接点均打开，现使线路接触器 KM线圈导电，其常
开接点闭合，电动机在串入全部电阻 R3下起动，然
后逐级短接起动电阻，一直加速到稳定运行点 I点
为止，起动过程结束。起动的快速性和平稳性与起
动级数 m、转矩 Tst1及 Tst2有关。
原理图（ 以三级起动为例 ）
QS
FR
~
M
3
~
KM
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2
KM
KM 3
KM 2
FR
KM 1
KM 1
时间继电器控制绕线式异步电动机起动接线图和起动特性
KM 3
R st3
KM 2
R st2
KM 1
R st1
KM 3
KM
KT 1 KT 2 KM 2 KT 3 KM 3
KT 1 KM 1 KT 2 KM 2 KT 3 KM 3
(a)接线图
b)起动特 性
T
A
B C
D E
r 2
'
r 2 +R st2 +R st3 =R 2
r 2 +R st3 =R 1
r 2 +R st1 +R st2 +R st =R 3
n
T st1T st2T
L0
n 1
F G
HI
n N
KM
QS
FR
~
M
3
~
KM
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2
KM
KM 3
KM 2
FR
KM 1
KM 1
KM 3
R st3
KM 2
R st2
KM 1
R st1
KM 3
KM
KT 1 KT
2
KM 2 KT 3 KM 3
KT 1 KM 1 KT 2 KM
2 KT 3 KM 3
(a)接 线图
KM
b)起动特 性
T
A
B C
D E
r 2
'
r 2 +R st2 +R st3 =R 2
r 2 +R st3 =R 1
r 2 +R st1 +R st2 +R st =R 3
n
T st1T st2T
L0
n 1
F G
HI
n N
2.机械特性的线性化
异步机的机械特性是非线性的，如图所示
ms
tsT mT
ms5.0
0 1 T
n s
1
2
异步电动机机械特性的线性化
1- 实际特性 2 - 线性化特性
0n
1
说明
分级起动时电机工作在机械特性的工作段，即
s<sm段，在这段中可认为 s/sm<sm/s，故可忽略实用公
式中分母的 s/sm项，有
将异步电动机非线性的工作段近似为一条直线。
当 T=Tm时，实际特性曲线 s=sm，而线性化后的曲线
在 T=Tm时,s=sm/2，线性化后有误差，但误差不大，
在工作范围内，基本上与实际特性相重合。
s
22
????
?
? Ts
s
T
s
s
s
s
T
T
m
m
m
m
m
3.解析法计算起动电阻
一般取 T1≤0.9Tm,T2=（ 1.1~1.2） TL，
已知,T=2Tms/sm，当 sm一定时,T∝ s 。
同一 T值下
当 T=常数时,r2′/s =常数，转子串电阻后，
转子电阻 R2变化，则转差率也变化；当 T不变时，
R2 /s也不变。
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
? ?
?
?
?
2
21
2
2
1
22
1
'2
3
xx
s
r
rf
s
r
pU
T
?
常数?????
3
3
2
2
1
12
s
R
s
R
s
R
s
r
公式推导过程
由上述可得出,s1/s2=R1/R2,s∝ R
根据 T=2Ts/sm，在 s不变情况下，再根据
同一 s值下,T ∝ 1/R，即 s不变时，转矩与
转子电阻成反比。从而推出；
? ?
Rs
xxr
rs
mm ?????
??
?
'
'
2
21
2
1
2,
2
3
1
2
2
1
2
1
R
R
R
R
r
R
T
T ???
公式推导过程
令
设起动时级数为 m级，则各级每相转子总电阻为：
转子各级分段电阻为
2
2
2
12
21
...
rR
rRR
rR
m
m
?
??
?
?
??
?
1
122
211
...
?
??
??
??
mms tm
st
st
RRR
RRR
rRR
公式推导过程
根据 可得
一般转子绕组为 Y接，所以转子的阻抗为：
式中 sN—— 电动机的额定转差率
E2N—— 转子额定电势 (指线电势 )
I2N—— 转子额定电流 (指线电流 )
正常运行时 sN很小，可忽略 sNx2，则得
2rR mm ?? m
r
R m
2
??
）（ ??
N
NN
I
Esr
2
2
2 3
公式推导过程
Rm—— 起动时转子的最大电阻，因为 Rm很大，虽
然起动瞬间 s=1，仍可忽略电抗，则有
式中 I2st—— 起动转矩为 T1时的转子电流
st
N
m I
ER
2
2
3
?
1Ts
T
r
N
N
m
????
Nmm TTT ?9.09.01 ??
N
m
m M
M??
公式推导过程
若起动级数 m未知，可用下式计算,
?lg
lg
1Ts
T
N
N
m ?
解析法计算起动电阻步骤,
1.当已知起动级数 m时：
(1)预选 T1（ ）,计算 γ，
(2)验算 T2, T2= T1 / γ≥（ 1.15~1.25） TL(不满足应修改
T1或起动级数并重新计算 )直至 T2大小合适。
(3)计算 r2，根据 r2和 γ计算各级电阻值。
2.当起动级数 m未知时：
(1)预选 T1,T2,求 γ；
(2)求起动级数 m，取接近的整数，再修正 γ；
(3)计算 r2,用 r2和 γ计算各级电阻值。
Nmm TTT ?9.09.01 ??
说明
转子回路串电阻分级起动时起动电阻
计算是在机械特性线性化前提下得出的，
因此有一定的误差，但已完全能满足工程
实际的要求。
6.3.2绕线电机转子串频敏变阻的起动
1.频敏变阻器的结构
铁心由厚钢板或铁板迭成，有三相绕组，接
成 Y形，出线为 a, b, c去接转子。
a b c
x y z
(b )等 效电路
a b c
(a )结 构示意图
x y z
频敏变阻器
固有特性
串频敏
变阻器
n
n 1
0 T
(c) 机械特性
等效电路
转子回路串入频敏变阻器后，将转子电流分
成二个分量。
IL为励磁电流 (无功分量 )，
建立磁场。
IT为有功分量，产生铁损耗。
铁损电阻 Rm(等效电阻 )和电
抗 Xm均随转子频率而变化。
E 2
I L
r p
I T
频敏变阻器等效电路
x m R m
工作原理
起动时,s=1,f2=f1,Xm>Rm，转子电流 I2大部
分流过 Rm支路，相当于串电阻起动；当 n↑→s↓
→f2 ↓ → Rm ↓ →相当于连续自动切除电阻。同时
f2 ↓ → sXm ↓
当 n=nN时,f2很小,f2 ≈(1~3)Hz, Xm ≈0，
Rm几乎被短路，故涡流很小。起动完毕，阻抗器
被自动切除。
特性
从以上分析可知，频敏变阻器是一种无触点
的变阻器。它结构简单，材料和加工要求低，并
且因没有触点和易磨损元件，寿命长，使用和维
护方便，有较好的机械特性
和起动平滑的优点，但因频
敏变阻器的等效阻抗是一个
非线性时变参数，计算起来
相当复杂。工程上用经验公
式或使用表格计算。
T
n
0
n 1
转 子串 频 敏 变 阻器的起 动 特性
课后复习要点
1.鼠笼异步电动机起动
2.绕线异步电动机起动
思考题,P240 6-7,6-8, 6-9, 6-10,
6-11, 6-13
作业,P241 6-35
本次课程内容和教学要求
内容：
三相异步电动机的各种调速。
要求：
熟悉异步机各种调速原理和机
械特性以及应用场合。
6.4三相异步电动机的调速
6.4.1异步调速方法
异步机
变极调速 —— 鼠笼电机
变转差率 s 调速
调压调速
滑差电机调速 (电磁离合器调速 )
转子串电阻调速
转子串电势调速
变频调速
变频机组
交 — 直 — 交变频
交 — 交变频
6.4.2 变极调速
变频调速要采用专用变速电机，其转子为鼠笼式
根据
当 f1一定时,n1∝ 1/p，改变极对数 p，可变 n1。
? ? ? ?sp fsnn ???? 1601 11
1.变极原理
电机定子每相绕组由二部分组成，每一部分称
为半相绕组，改变其中一个半相绕组的电流方向，
电机产生的磁极对数即可改变。如：已知电机绕组
接线如下图所示：
变极原理
现改变接线，使一个半相绕组的电流反向，则
如下图所示。从上面分析可知，如果二个绕组电流
方向相同,2p=4，让一个半相绕组电流反向，
2p=2，则极对数可减半。
(b) 反向串联或反向并联 (2p =2)
N S
A X
a 1 x 1 a 2 x 2
N
S
a 1 a 2
x 1
x 2
N S
A X
a 1 x 1 a 2 x 2
(a) 正向串联 (2p =4)
N S
A X
a 1
x 1 a 2 x 2
N
S
N
N
S
S
a 1 a
2
x 2
(b) 反向串联或反向并联 (2p =2)
N S
A X
a 1 x 1 a 2 x 2
N
S
a 1 a
2
x 1
x 2
N S
A X
a 1 x 1 a 2 x 2
A 相绕组变极原理
变极接线方式
2p=4 时,n1=1500r/min； 2p=2时,n1=3000r/min ；
二个半相绕组由串 →并 (电流方向要改变 )极对数减
半,n1升高一倍。
改变一个半相绕组的接线方式很多。如下：
?????
????
???
??
Y
YY
YYY
2,三相绕组的接线方式
1） Y— YY 变换 (单星形变双量形 )
三相绕组的每相定子绕组有中心抽头。在 Y接
法中，将绕组 1,2,3 端接电源，二个半相绕组电
流相同，设此时极对数为 2p，同步转速为 n1。
Y— YY 变换
在 YY接法中，将 1,2,3 端都于 0点相联,4、
5,6端接电源,B,C二相接电源对调，每相二个半
相绕组并联，其中一个半相绕组电流反相，这时，
极对数为 p，同步转速为 2n1，属恒转矩调速。
2） Δ— YY变换
在 Δ接线中，端点 1,2,3接电源,4,5,6空
着，二个半相绕组中电流方向相同，设此时极对数
为 2p,同速转速为 n1。
Δ— YY变换
在 YY接线中,1,2,3端点连在一起,4,5、
6端点接电源，其中一个半相绕组电流反向，这时，
极对数为 p，同步转速为 2n1,(近似 )属恒功率调速
3.容许输出功率和转矩
输出功率,P2=P1η=3U1I1η cosφ
式中,η为电动机的效率,P1为电动机的输入功率，
U1为电动机定子相电压,I1为电动机定子相电流；
cosφ为电动机定子的功率因数。
现假设变极前后,η和 cosφ保持不变，则 P2 ∝ U1I1。
已知 T=Pem/Ω1,Ω1 =2πf1/p，则 T=Pem p / 2πf1 。
设 Pem = P1(忽略定子损耗 ),T= 3U1I1cosφp / 2πf1
所以有 T ∝ U1I1 p
分析
为使电机得到充分利用，在变极前后均使电动
机绕组内流过额定电流，即保持半相绕组电流为 I1N
不变。
Y 接时：每相电压为 U1,每相电流为 I1N，极对数 p=2，
故 TY∝ U1 I1N× 2；
YY接时：相电压为 U1，每相电流为 2I1N，极对数
p=1，故 TYY∝ U12I1N× 1。
所以有 TY= TYY，属恒转矩调速。又因 P=TΩ，
PYY=2PY，则输出功率不等。
分析
Δ接时，相电压等于线电压为 U1，相电流为 I1N
极对数 p=2。
可见，从 Δ-YY变换的变级调速为非恒转矩调速。
3 577.0
23
12
23
11
11
11
??
?
??
?
???
?
?
?
YYN
NYY
N
T
T
IU
IU
T
T
IUT
分析
输出功率：
可见，从 Δ-YY变换的变极调速亦为非恒功率调
速，但比较接近于恒功率调速方式，故可认为是近
似恒功率调速，允许输出转矩将减少近一半。
4,机械特性 (定性分析 )
由 Tm,Tst及 sm可定性画出机械特性。假设变
极前后每个半相绕组参数相等均为,r1/2,x1/2、
r2′/2,x2′/2。
1.Y-YY变换的机械特性
Y接时：二个半相绕组串联参数为,r1,x1,r2′,x2′
YY接时：二个半相绕组并联参数为,r1/4,x1/4、
r2′/4,x2′/4。
已知：
n
2n 1
s mYY
n 1
s mY
0 T stY T stYYT mY T mYY T
(c)Y-YY变换的机 械特性（b ）Y Y接 线（a ）Y 接线
Y-Y Y变 极调速接线和机械特性
A
U N U N
B C A B
C
I 1
I 1
I 1
I 1
2I 1
I 1 YY
Y
定性分析
由上面公式得：
Y接时：
YY接时：
? ? ? ? 22121
2
2
21
2
111
2
11
'
'
'4 xxr
r
s
xxrrf
pUm
T mYmY
??
?
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?
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? ；
?
? ? ? ?
s t Ys t Y YmYm Y Y
mY
xxrr
m Y Y
TTss
T
f
pUm
T
2
2
4
2/
2
4
'
4
2
441
2
11
2111
??
?
??
?
??
?
???
?；
?
定性分析
若拖动恒转矩负载
时，从 Y向 YY变极调速
时，转速从 nB升到 nA，几
乎增加一倍。当负载转矩
小于 TmY时，可以实现恒
转矩调速，变极速由高速
降为低速时，电机要经回
馈制动状态。
Δ-YY变换的机械特性
Δ接时：极对数为 p，同步转矩为 n1，电压为 U1，阻
抗为 z1=r1+jx1,z2′=r2 ′ +jx2 ′；
YY接时：极对数为 p/2，同步转速为 2n1，电压为
阻抗为 z1/4=r1/4+jx1/4,z2′/4=r2 ′/4+jx2 ′/4；
Δ接时有
YY接时
3
1U
? ? ? ? 22121
2
2
1
2
2111
2
11
'
'
'4 xxr
rs
rxxrf
pUmT
mm
??
?
??
?
??
? ???
? ?? ；
? ? ?
? ? ? ?
3/2
3
2
4
2/
2
4
'
4
2
441
2
31
2111
1
??
?
??
?
??
?
??
?
???
?
sts t Y Ymm Y Y
m
xxrr
U
m Y Y
TTss
M
f
pm
T；
?
n
2n 1
s mYY
n 1
s m ?
0 T stYY T st ? T mYY T m ? T
(c) ? -YY变换 的机械特性（b）Y Y接线（a） ? 接线
? -YY变极 调速接线和机械特性
A
U N U N
B C A B C
I 1
I 1
I 1
I 1
2I 1
√3I 1 YY
?
机械特性
可见，当负载
转矩小于 TmYY时可
以实现恒功率调
速。
4,应用及注意问题
1)应用
a,变极调速适用变速电机其转子为鼠笼式。
b,适用于有级调速的场合,Y-YY用于恒转矩生产
机械，如起重运输等生产机械； Δ-YY用于恒功率生
产机械，如各种机床的粗加工和精加工。
除以上两种变极方法外，还可以利用一套定子
绕组改变成三种甚至四种极数的电动机，如 2,4、
8极及 4,6,8,12极等。这种变极调速的电动机称
为多速电动机，已较普遍地用于生产机械上 。
注意问题
2)注意问题
改变定子接线方式时，必须将三相绕组中任意两
相的出线端交换一下，否则电机将反转。
3)优缺点
变极调速的优点：设备简单，运行可靠，机械特
性较硬，可以有恒转矩调速方式和恒功率调速方
式。
缺点：转速只能成倍增长，为有级调速。
应用举例
为了改善变极调速电动机的调速平滑性，可以
综合应用变极调速与降压调速，即变极降压调速。
粗调用变极法，细调用降
压法。此法可以使降压调
速不运行在转差率低的情
况下。变极降压调速既扩
大了调速范围，提高调速
平滑性，又减小低速损耗。
4,6,10级三速如图所示。
0 T L
n
T
变极降压调速机械特性
U 1
U 2
U 3
U 4
U 1 > U 2 > U 3 > U 4
U 2 U 1
U 3
U 3 U 2
U 1
U 4
U 4
p = 2( 2 p = 4)
p = 3( 2 p = 6)
p = 5( 2 p = 10 )
6.4.3变频调速
已知,n1=60f1/p，当 f1变,n1变,n 变。
1.变频与调压的配合 (变频调速的控制方式 )
当 f1↓而 U1不变 →Φm↑→I0↑→ I1↑过热
I0↑→cosφ1↓而 Φm↑→pFe↑→带载能力下降。
为了克服上述缺点，在基频（ 50Hz）以下调
速时，采用恒磁通调压调速。
44.4 11111 mwkNfEU ???
常数??? mwkN
f
U
11
1
1 44.4
分析
当 f1↑时，再继续保持 U1/f1=常数比较困难，因
为 f1>50Hz时,U1↑> U1N不允许，这样只能保持 U1
不变。
f1↑→Φm↓→T↓,而 f1↑→n↑,P=TΩ属恒
功率调速。所以基频以上采用恒压调速。
变频机组
调节直流电动机的转速，能改变同步发
电机的频率，使接在电网上的一组棍道鼠龙
异步电动机调速，达到变频调速的目的。
交 -直 -交变频系统
整流器将 50Hz电源
的交流电整流成幅值可调
的直流电，逆变器将直流
电逆变成频率可调的交流
电。
交 -交变频系统
直接将 50Hz的交流电变换成频率可调的
交流电。
2.变频调速时的机械特性
只要找出 Tm,sm,Tst及 Δnm与频率关系，即
可定性画出机械特性。
1)最大转矩 Tm (Tm=常数，过载能力不变 )
? ?
? ?
? ?? ? }'2{4
'2'
'4
2
211
2
111
2
11
21121
2
21
2
111
2
11
LLfrrf
PUm
T
LLfxx
xxrrf
pUm
T
m
m
???
??
???
??
?
??
?
???
?
??
?
?
分析
(1) 当 f1较高但 f1<50Hz时：
r1<<x1+x2ˊ,忽略 r1,
当 Tm=常数,U1/f1 =常数
? ? 21
2
1
m2
21
2
1
2
2
11
'8 f
UT
LLf
pUmT
m ???? ?
分析
(2) 当 f1较低时：
r1的影响不能忽略，在 r1上产生的 I12r1→E1↓→
→Φm↓→Tm↓
当 f1↓→r1的影响 ↑→Tm↓
(3) 基频以上调速时 (U1=常数 )
f1 ↑→Φm↓→Tm↓
2)运行段的斜率
找出 sm,Δnm与 f1的关系。
当 f1较高时，忽略 r1，且 f1<50Hz
可见,Δnm与 f1无关。无论在基频以下还是在基频以上调速
时,Δnm基本不变，则变频调速时的机械特性与固有机械
特性平行，只有在频率 f1很低时,r1不可以忽略,Δnm减
小，机械特性更硬些。
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2
2
21
2
1
2
'2
'
'
'
LLfr
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常数?
?
?
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2
11
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2
LLp
r
p
f
LLf
r
nsnnn
LLf
r
s
mmm
m
??
?
3) 起动转矩
f1较高时，可忽略
当 U1/f1 =常数时，
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2
2
11
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'8
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f
T
LLf
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? n m
n 1
0 T m
n
T
三相异步电动机
变频调速的机械特性
f N
f 2 ’
f 1 ’
f 1
f 2
f 3
f 4
f 5
f 2 '> f 1 '> f N > f 1 > f 2 > f 3 > f 4 > f 5
特性
3.变频调速的特点
1)在基频以下变频调速时，应进行定子电压与频率
的配合控制，保持 E1/f1为常数的配合。控制时为恒
磁通变频调速。保持 U1/f1为常数配合控制时为近似
恒磁通变频调速。前者属于恒转矩调速方式，后者
属于近似恒转矩调速方式。在基频以上调速时，保
持 U1=U1N不变，随 f1升高,Φm下降，属于近似恒
功率调速方式。
变频调速的特点
2)机械特性基本平行，属硬特性，调速范围宽，转
速稳定性好。
3) 运行时 s小，转差功率损耗小，效率高。
4)可以连续调节，能实现无级调速。
优点,具有良好的调速性能。
缺点,需一套性能优良变频电源。
应用,冶金，化工，机械制造业，采矿等。
6.4.4调压调速
1.开环调压调速特性及其调速性能
U1变化时,sm不变,n1不变,T∝ U12,Tm∝ U12，
U1↓→n↓ →s↑，机械特性
如图所示，可见转子电阻
为正常值如一般的鼠笼异
步电动机，对恒转矩负载，
调速范围很小，实用价值
不高。
n
s
n 1
0
T L 1
T L 2
A
B
C
A
'
B
'
C
'
s m
0 1 TT m0.6 4 T m0.2 5 T m
0.5 U N 0.8 U N U N
降低定子电压的人为机械特性
T L1 - 恒转矩负载特性,T L2 - 风机类负载特性
分析
对风机类负载，调速范围较大，但存在低
速时功率因数低 (cosφ1低 )，电流大 (I2大 )的问
题。所以降压调速只适用于高转差率鼠笼电机
或绕线式异步机。
因为 n↓→s↑→ φ2↑→ φ1↑ →cosφ1↓
又因 T=CmΦmI2′cosφ2,T不变时，
φ2↑→cosφ2↓→I2 ↑）
2.调压调速闭环控制系统
调压装置：
以前用饱和电抗器，现广泛采用可控硅交流调
压装置。在前面所述开环系统的调速时，其机械特
性软，调速范围不大。加转速负反馈环节后成了调
压调速
的闭环
系统。
速度调节器 触发器 晶闸管调压器
u *
-
u
? u U K ?
U
M
3
~
A ~B C
(a )原 理接线图
A B
C
n
0 T L1 T L2 T
(b ) 机械特性
三相异步电动机转速反馈调压调速系统
TG
-
系统分析
测速发电机 TG 测得电动机转速即测速发电机的
u∝ n，当 n↑→u↑,将 u与给定电压 u*比较得 Δu，将
Δu作为放大器输入端，经放大后的输出为触发器的发
出信号, 使触发器发出一定相位的脉冲, 晶闸管调压
器就输出一定值的电压,
调节给定电压 u*的大小,
就可得到不同输出电压值,
从而达到调速的目的。
系统的自动调节作用
设给定电压为 u*1，负载为 TL1，定子电压为 U2系统
工作在特性 A点。当负载增大为 TL2→n↓→u↓→Δu↑
→U2↑=U1→T↑→过渡到特性的 B点上。
电动机转速下降为 nB；若为开环系
统，电动机转速就要降到特性曲线
的 C上所对应的转速 nC。通过系统
的调节作用，只要给定电压 u*保持
不变，系统就可以使电动机的转速
也基本保持不变。
A
B
C
n
0 T L1 T L2 T
转速反馈调压调速系统机械特性
n 1
n A
n B
n C
U NU 1U
2
系统的自动调节作用
在不同的给定电压 u*下，可以得到一族基本
平行的闭环控制系统的机械
特性，如图曲线 1,2,3 所
示，如果连续地改变 u*，
则可使系统平滑调速。
缺点,定子电压和电流存在
高次谐波分量，功率因数较
低，效率不够高。
适用,中小容量的交流电动
机。
A
B
C
n
0 T L1 T L2 T
转速反馈调压调速系统机械特性
n 1
n A
n B
n C
U NU 1U
2
1
2
3
4
3.调速性能
调压调速闭环系统的调速方法是非恒转矩调速
和非恒功率调速。只适用于风机类型的负载 (因这
种调速方法 T∝ 1/s，而风机类负载 TL∝ 1/s )。
调压调速只适用于绕线异步电动机 (转子可串
入电阻 )，而对鼠笼电动机只能短时间欠载运行 (因
转子不能串入电阻 )，调速过程中，尤其在低速运行
损耗大，转子串入电阻可减轻电机内部发热，而鼠
笼型机只能短时运行。
6.4.5 转子串电阻调速
1.串电阻后的机械特性
转子串电阻后,n1不变，
r2↑→sm↑,Tm不变，在同一 T
下,s∝ r2+RΩ，则转子串入不
同值的电阻后，可得到不同的
转速，机械特性如右图。
调速过程：串电阻瞬间
LssLs TTTIEsnTTTIR ??????????????????? 2222
绕线式转子串电阻调速的机械特性
T
4
3
r 2
r 2 +R ? 2 +R ? 3 =R 2
r 2 +R ? 3 =R 1
r 2 + R ? 1 + R ? 2 + R ?? =R 3
n
T LT 00
n 1
2
1
2.调速特点
有级调速，设备简单，只适用于有载调速，空
载时转速变化不大。低速时特性软，损耗大，效率
下降，属于恒转矩调速。
转子串电阻调速方法适用于起重机械类负载，
对通风机负载也可采用。
3.调速时的损耗
电磁功率,Pem=m1I2 ′r2 ′/s
铜损耗,pCu2=m1I2 ′2r2 ′=s Pem
全机械功率,Pj=m1I2 ′2 r2 ′(1-s)/s= (1- s) Pem
当 s=0.5时,n=0.5n1，此时,Pem= Pj+ pCu2，
Pj = 0.5 Pem,pCu2=0.5 Pem，电机效率很低,r2 /s=常数
只改变了 Pj与 pCu2间的分配。
当 RΩ↑→s↑→pCu2↑→Pj ↓→η↓，说明转速降
低是靠增大转子铜损减小全机械功率 Pj得来的，故不
经济。
4.调速电阻的计算
同一 T值下有：
由已知的转速 n (或转差率 s )可求出 RΩ。
5.应用
适用于对调速性能要求不高的生产机械，如吊
车提升机构 。
'
22
s
Rr
s
r ???
6.4.6串极调速
1.串级调速的基本原理
转子串入电阻调速时，调速瞬间：
n 来不及变化，当 r2↑→I2↓→T↓→n↓→s↑→pCu2 ↑
(pCu2 =sPem)↑→转差功率 sPem消耗在电阻上 →浪费
→η↓。
分析 能否找出一种方法，既将消耗在电阻上的功率
利用起来，又能提高调速性能呢?串级调速就是在这
种思想指导下，设计出来的。电势 Ef与 I2反相位，提
供 Ef 的装置吸收电功率。若能够将吸收的电功率利用
起来，就解决了转子串电阻调速耗能大的问题。
2Es
(+)
(-)
r 2 j sx 2
R ?
I 2
(a)
E f
(b)
I 2
sE 2
(+)
(-)
(+)
(-)
r 2 j sx 2
绕线电机转子电路
(a) 转子串电阻 (b )转 子串电势(+,-表 示某一瞬间)极 性
分析
如果将电阻 RΩ换成电势 Ef，且使 Ef与 sE2同频率
相位相反，则转子内串入电势 Ef的等值电路如右图。
转子电流：
串入 Ef瞬间,n来不及
变化 →I2↓→T↓→n↓→s↑→
I2↑→T↑=TL
可见，串入 Ef后同样能达到调速的目的。
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2
2
sxr
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E f
I 2
sE 2
(+)
(-)
(+)
(-)
r 2 j sx 2
绕线电机转子串电势
分析
Ef与 sE2相位相反，即为反电势，说明提供 Ef的
装置是吸收电功率的。如能将这部分功率加以利
用，电机的效率即可提高。当然 Ef也可以与 sE2相位
相同，则 n>n1。转子电势 sE2的大小变化，频率也变
化。 f2=sf1,Ef的频率要随 f2变化是很困难的，所
以先将转子电势 E2s变成直流，之后引入直流电势 Ef
方向与 E2s相反，这就是串级调速。串级调速可分
为：机械回馈式和电气回馈式。
2.机械回馈式串级调速系统 ( 电机
回馈式串级调速 )
异步电动机 YD与 ZD直流电动机同轴，共同拖
动负载。 YD的转子电势经整流后与 ZD的电枢相并
联，通过改变 ZD的励磁电流 IL的大小而改变 ZD的
Ed，即 达到调速目的。 ??????? nTIE
f 2
调速原理
IL=0,Ed=0，直流电势 Ef 由直流电动机供给。
YD 运行在固有机械特性上,n最高,s 最小。
当 IL≠0时,Ed ≠0,转子引入附加电势，
IL↑→Ed↑→Ef↑→I2↓→T↓→n↓→s↑→
I2↑→T↑=TL,达到调速目的。
功率关系
异步机 YD的电磁功率为 Pem，其中 (1-s)Pem直接输送给
机械负载。而 sPem进入转子,ZD 输入功率为 sPem-pCu2,ZD
输出功率为 sPem-pCu2-pZD，如果忽略损耗，则 pCu2≈0,pZD
≈0。 ZD的输入为 sPem，输出为 sPem，所以机械负载得到的
功率为 sPem+ (1-s)Pem=Pem，电机的效率大大提高。
可见，不论 s多大，转速 n的高低，负载上得到的功率总
是 Pem，这样转差功率 sPem得到利用，而没有浪费掉。这种
电机回馈式串级调速系统，只适用于大功率，低调速范
D≤（ 2~3）的场合。（因 D大 →s大 →sPem大 →ZD 容量 →
不适合，还不如直接用直流机调速）
3.电气回馈式串级调速系统
以前采用电气回馈式串级调速系统，它与机械
回馈式串级调速系统区别在于：
ZD 不与 YD 同轴，而是拖动一台异步发电机
YF 。由它发出三相交流电，把转差率 sPem回馈给电
网，这种串级调速已不采用，而采用可控硅逆变器
的电气串级调速 (SCR串级调速 )如书上 P218图 6-41
直流电势 Ef由 SCR逆变电源供给 (Uβ)，转子整流电
压为 Ud。
电气回馈式示意图
低同步可控硅串级调速系统
分析
当 Ud<Ef,Id =0,M=0；当 Ud>Ef,Id≠0,T≠0，电机
输出功率；当 Ud=Ef,Id =0,T=0，称理想空载,n=n1,s=s0
Ud=2.34s0E2=2.34U1cosβ=Ef,其中 E2—— 相电势； U1——
相电压； β —— 逆变角； s0 —— 与理想空载转速对应的转差
率； 则,s0=U1cosβ/E2； n0′—— 串级调速时的理想空载转
速,n0′ =n1(1-s0)； n1—— 异步机的同步转速。
改变逆变角 β →Ef变化 →s0变化 →n0′变化 →n变化，
但 n1不变。
4.异步机串级调速时的机械特性
无论采用哪种串级调速方
法，对 YD 来说，其
机械特性形状都是一样
的，即都是在转子内引
入一个附加电势，改变
附加电势的大小，可以
改变 s的大小，达到调
速的目的。
特性分析
已知：
如果 Ef=sE2，则 I2=0,T=0,称为理想空载状态。
令此时的转差为 s0，则有 s0=Ef/E2 。改变 Ef →s0变化；
Ef越大 →s0越大 →特性向下移动，且特性硬度减小；
Ef↑→Δsm′↑→特性越软。 Ef越大，调速作用越明
显。 Ef与 sE2反相时，电机转速向低于 n1方向调节，称
低速同步调速 ； 当 Ef相位与 sE2同相时，电机转速向高
于 n1的方向调节，称超同步串级调速。
? ? 2222
2
2
sxr
EsE
I f
?
?
?
特性
特点
优点,效率高，特性硬，调速范围较宽，无级调速。
缺点,系统总功率因数较低，设备体积大，成本高。
适用,水泵，风机等节能调速等。
6.4.7电磁转差离合器调速（ 滑差
电机调速）
1.电磁转差离合器的组成
由三部分组成：
1)笼型异步电动机：拖动电枢旋转。
2)电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。
3)可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流
励磁电流。
工作原理
M
3
~
～
N
S
n
T
n M T
f
f
T
n M
磁
极
电
枢
（ b ）工作原理
电磁转差离合器
可控整流
生产机械
（ a ）结构示意
滑差电机结构示意图和工作原理
结构
电磁转差离合器的结构形式有多种，无论哪
种，都由电枢和磁极组成 (磁极包括铁心和励磁绕
组 )。这两部分之间没有机械上的联系，二者中有气
隙，与异步电动机定、转子间的气隙相似，电枢和
磁极都能自由旋转。电枢由异步电动机拖动旋转，
因为异步电动机固有特性的直线段特性较硬，可认
为其转速不变，异步机为原动力，这部分称为主动
部分。此轴叫主动轴。可控硅整流电源通过电磁转
差离合器上滑环，给励磁绕组供电。磁极通过联轴
节与负载相联，称为从动部分。此轴叫从动轴。
电磁转差离合器的工作原理
当磁极上通过直流励磁电流时，产生固定的磁
极。异步电动机拖动电枢旋转，电枢就切割磁力
线，而产生涡流。如果将电枢看作不动，相当于固
定的磁极在空间转动，可见它
和异步电动机的旋转磁场作用
相当。电枢作为载流导体，处
在磁场中，受到电磁力作用而
产生转矩。
电磁转差离合器的工作原理
电枢由整块铸钢制成，为圆筒形钢体。电枢相当于无穷
多根导体组成的鼠笼转子，我们选择其一根分析受力情况。
设异步机以 n1的转速拖动电枢逆时针旋转，切割磁场产生感
应电势、电流，按右手定则，判断为 ⊕,再以左手定则判断
出对电枢产生顺时针方向的转矩 M企图迫使电枢反转，但电
枢的转向是由异步电动机的转向所决定的，因此，这个转矩
就成为主动轴的阻转矩。而它的反作用转矩作用在磁极上，
推动磁极逆时针方向旋转，将原动机 (异步机 ) 的机械功率传
到负载上，其转速为 n2,方向与 n1同向，磁极带动负载一起
旋转。从动轴转动后切割速度变为 Δn=n1- n2 而磁极的转速
n2又一定小于电枢转速 n1，工作原理与异步机相似。
名称
电磁转差离合器名称的由来：由于从动轴和负载相连，
要向负载输出机械功率，由前面分析可知，只有 Δn≠0时，
也就是说两轴间有转速差存在时，才有转矩产生，才能把主
动轴的功率传送给从动轴，故有转差二字。又因直流励磁电
流为零时，没有磁场，磁极不会转动，相当于把生产机械和
电枢分开，一旦加上励磁电流，磁极立即转动，相当于把生
产机械和电枢“合上”，作用和机械离合器一样。因此叫转
差
离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接，
而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫,电磁转差离
合器”，简称离合器。
名称
因为它的作用原理与异步机的相似，而且经常
与异步机本来配套成一体。小容量的装置中二者就
装在一个机壳内，同时转差也叫滑差，所以又常把
电磁转差离合器和拖动它的异步电动机一起称为滑
差电机，这种调速方法叫滑差电机调速。
机械特性
滑差电机调速系统的机械特性，就是电磁转差
离合器本身的机械特性。即从动轴上的转矩与转速
之间的关系。即 n2=f(T)，由于它的工作原理与异步
电动机相似，所以机械特性也和异步机相似。离合
器的电枢相当于异步机的转子，用铸钢制成，由于
它的电阻较大，所以机械特性和异步机转子具有较
大电阻时的机械特性相似，特性比较软。
特性
分析
当 n2=0时，切割磁场的转速最高，产生的转矩 M最大，
磁极转动后,n2↑→Δn↓→直到 n2=n1→Δn=0→T=0。
它的理想空载转速就是异步电动机的转速 n1。
改变励磁电流的大小，就改变了磁场的强弱。这实质
上和异步电动机改变定子电压的作用相同。所以改变励磁电
流大小，得到的机械特性相当于异步电动机改变定子电压的
人为特性。用可控硅供电电源给直流励磁，通过连续改变可
控硅控制角，可以得到很多条人为特性。
分析
如果励磁电流太小，磁场太弱，产生的转矩太
小，从动轴转动不起来，就会失控。所以有失控
区。
另外，在一定的磁场下，负载过大，从动轴转
速太低，也会形成从动部分跟不上主动部分，所以
运行速度不能太低。
带反馈调速系统
应用
滑差电机调速既不是恒转矩调速也不是恒功率调速
优点,结构简单，运行可靠，能平滑调速。
缺点,低速时损耗大，电枢易发热变形。
应用,纺织、印染、造纸等工业部门的一般设备
上。
现代交流调速系统组成
控制器
电力 电子
功率变换器
交流电动机 BRT
电量检测器
给定
电源
变频器
现代交流调速系统组成示意图
异步电动机调速系统基本类型
1.转差功率消耗型调速系统
2.转差功率回馈型调速系统
3.转差功率不变型调速系统
1.转差功率消耗型调速系统
全部转差功率转换成热能的形式而消耗
掉。晶闸管调压调速属于这一类。在异步电动
机调速系统中，这类系统的效率最低，是以增
加转差功率为代价来换取转速的降低。但是由
于这类系统结构最简单，所以对于要求不高的
小容量场合还有一定的应用。
2.转差功率回馈型调速系统
转差功率一小部分消耗掉，大部分则通
过变流装置回馈给电网。转速越低，回馈的
功率越多。绕线式异步电动机串级调速属于
这一类。显然这类调速系统效率较高。
3.转差功率不变型调速系统
转差功率中转子铜耗部分的消耗是不可避
免的，但在这类系统中，无论转速高低，转差
功率的消耗基本不变，因此效率很高。变频调
速属于此类。目前在交流调速系统中，变频调
速应用最多、最广泛，可以构成高动态性能的
交流调速系统，取代直流调速。变频调速技术
及其装置仍是 21世纪的主流技术与主流产品。
现代交流调速系统今后发展趋势
发展趋势：
1.以取代直流调速系统为目标的高性能交流
调速系统的进一步研究与开发。
2.新型拓扑结构功率变换器的研究与开发。
3.PWM模式的改进和优化。
4.中压变频装置（我国称为高压变频装置）
的研究与技术开发。
课后复习要点
三相异步电动机各种调速方法
思考题,P241 6-16,6-17,6-21
作业,P241 6-24
本次课程内容和教学要求
内容：
异步电动机各种运行状态。
要求：
掌握各种制动原理和机械特性
以及应用场合。
6.5三相异步电动机的各种运行状态
6.5.1电动运行状态
T与 n方向一致,n<n1,0<s<1,T为拖动
转矩，特性在第 Ⅰ, Ⅲ 象限。
6.5.2 制动运行状态
制动分为反接制动，能耗制动，回馈制动 (再
生发电制动 )
反接制动
反接制动状态是指转子旋转方向和旋转磁场方
向相反，即转速 n和同步转速 n1反向的运转状态。
反接制动分为转子反转的反接制动和定子两相
反接的反接制动。
1.定子两相反接的反接制动
定子两相反接的反接制动又称电源反接
制动
(1)方法及制动原理
方法：
将三相定子绕组二相出线头对调一下，
则 n1转，同时在转子绕组内串入三相对称电
阻 RΩ。
磁场模型
N
S
n 1
n 1T
n
N
S
Tn
电动状态 制动状态
n 1
n 1
异步电动机的磁场模型
原理
反接瞬间,n1→-n1,n由于惯性来不及变化。
这时 s较大 → sE2较大 →I2很大。为限制转
子电流，要串制动电阻 (在转子回路中 RΩ) 。
制动瞬间：
反接制动瞬间因 sA很小,nA ≈n1，所以 s≈ 2。
转子回路串入大电阻，若改变串入的电阻值
可改变制动特性的斜率。
? ? ABAAB sssnn nns ?????? ??? 21n 1A
1
1,
2s1 1
1
1 ???
?
???,
n
nns
特性
当电机拖动恒转矩负载时，在电动机转矩和负
载转矩共同作用下，迫使电动机很快送减速到 C点，
n=0，制动结束。 BC段为电源反接制动的制动特性，
要想停车，需在 n=0时拉闸，否则，若电机拖动反抗
性负载，而且 C点的电动机转矩 T大于负载转矩，则
反向起动到 D点稳定运行。 CD段为反向电动状态特
性。若电动机拖动位能性负载，则要从反向电动状态
继续加速到 -n1 (E)点，再到反向回馈制动状态的 F
点，才能稳定运行。
特性
n D
E
-n 1
n F F
n A
TT B
B A
n 1
T LC 0
-T L
n
定子两相反接的反接制动
D
F '
B ' 1
2
3
(2)能量关系 (BC段特性 )
Pi<0说明系统储存的机械能
+消耗在转子电阻上
Pem>0说明从电源上输入电能
(3) 制动电阻的计算
同一 M值下,r2/s=常数。在同一 Tm下：
串入电阻后，
由上面的公式可求出电阻值 RΩ1及 RΩ2。 已知
TL，在同一 TL下，可能有二个电阻值，有二条机
械特性，即二个 RΩ值。
?????? ????
??? ?? 122122
mmNm
mm
ss
s
RRr
s
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?? 1
2
2.1
L
Nm
L
Nm
Bm T
T
T
T
ss
??
说明
同一 T值下,。
如图所示，如果 s<sN，特性
可视为直线，则
如果 s>sN，用实用公式求 s。
2
212
1
122
s
RRr
s
Rr
s
r
N
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N
NN
sTTsTsTssT 11
1
1N ????,
T
s 1n 1
T 10
n
T N
s N
s
(4) 应用
适用于迅速正反转的生产机械。
2.转子反转的反接制动 (负载倒拉反
接制动 )
QS
FR
~
M
3
~
KM
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2
KM
KM 3
KM 2
FR
KM 1
KM 1
KM 3
R st3
KM 2
R st2
KM 1
R st1
KM 3
KM
KT 1 KT
2
KM 2 KT 3 KM 3
KT 1 KM 1 KT 2 KM
2 KT 3 KM 3
(a)接 线图
KM
(1)方法及制动原理
绕线式异步电动机转子串入较大的电
阻，如图所示，当电机提升重物 G，电机以
nA转速提升重物。这时线路中接触器的常开
接点全部闭合，转子回路没有外串电阻。
制动原理
若使 KM3断电，其常开接点打开，串入电阻 Rst3系统
以较低转速 nB提升重物。若再使 KM2断电，其常开接点
打开，串入电阻 Rst3 + Rst2，得特性 3，如图所示。这时
T=TL,n=0，电机既不提升重物也不放下重物。若再使
KM1断电，转子回路串入全部电阻 Rst1 + Rst2+ Rst3,在
n=0时,T<TL，位能负载拉着电动机反转，使转子逆原
先方向转动。 T与 n反向，制动状态。 T为制动转矩起限
速作用，使下放重物不会出现危险的高速度。串入大电
阻 Rst → I2s↓→T↓→n↓。在 n=0时电动机被 TL拉向反
转。
特性
转子反转的反接制动的机械特性
T
D
C
r 2
r 2 +R st 2 +R st 3 =R 2
r 2 +R s t 3 =R 1
r
2
+ R
s t 1
+ R
s t 2
+ R
st ?
=R
3
n
T L0
n 1
A
B
A '
1
2
3
4
n C
n A
T
B
A
n 1
T L
C
0
n
转子反向的反接制动
(2)能量关系
机械功率
电磁功率
转子铜损
说明两部分能量全部消耗在电阻上，一部分
消耗在转子本身的内阻 r2上，因 r2很小，故能量
大部分消耗在外串电阻 RΩ上。这样可以减小转
子发热程度。
0'1' 2221 ??? rs sImP j
0'' 2221 ?? srImP em
?????? ?????? ?RrImPPP jemcu 22212 '
(3)制动电阻的计算方法
以固有机械特性为准，求出
在同一 T值下,r2/s =常数，
即,可求出 RΩ
1
1
2
2
2,3 n
nns
I
Esr N
N
N
NN ???
CBN s
Rr
s
Rr
s
r ?? ?
?
?
? 2122
(4)特点和应用
特点：
s>1,运行过程中能量消耗多，改变
转子串接电阻，可变速度。
应用：
适用于位能性负载下放重物 。
6.5.3回馈制动运行状态 (再生发电制动 )
1.方法及制动原理
方法,电机在拖动位能性负载时，当电动机产生
的电磁转矩 T与负载转矩 TL同方向时，使转速
n ↑↑，即 n>n1，电动机工作在发电状态，向
电网返回能量。
特点,电机向电网输送有功功率，由电网向电机
输入无功功率。
分析
电动状态时,由电网向电机输入的有功功率：
由电网向电机输入的无功功率：
其中 I1a与 U1同相位。
aIUIUP 11111 3c o s3 ?? ?
LIUIUQ 11111 3s i n3 ?? ?
分析
发电状态时：
I1a与 U1反向,φ >90o；
03c o s3 11111 ??? aIUIUP ?
03s i n3 11111 ??? LIUIUQ ?
2.能量关系
n>n1,s<0,Pj=m1I2′2r2 ′(1-s)/s<0，说明输入机
械功率； Pem= m1I2′2r2 ′/s<0，说明由转子输入机械功
率传到定子，再返回电源，这时电机为一台异步发电
机，又因这时 T,n方向相反故为制动状态，称回馈制
动或再生发电制动。
3.电流关系
（ 1）转子有功电流 I2a′：
因 s<0,I2a′<0，由电动机流向电网
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
'
'
'
'E
'
'
'
'
'
'
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?
（ 2）无功电流
无功电流为：
电流方向不变，从电网流向电机，即电机从
电网吸收无功电流。
电机返回电网的有功功率
0
'
'
''
s i n''
2
2
2
2
22
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a r c t a n
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x
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0c o s3 1111 ?? ?IUP
4.相量图
E 1 =E 2 '
? m
-
I 1 r 1
jI 1 x 1
U 1
I 0
I 1
-I 2 '
jI 2 'x 2 '
I 2 '-
s
r 2 '
I 2 '
? 1
? 2
三相 异步电动机
回馈制 动状态相量图
5.机械特性
n
n 1
n 1 '
A
B
0 T L T
三相异步电动机正
向回馈制动时机械特性
6.特点和应用
特点：
n>n1，从电网吸收无功建立磁场，向电网
输送有功，经济。
应用：
电机拖动位能性负载 (如绕线式异步机 )下放
重物。
6.5.4 能耗制动运行状态
(1)方法及制动原理
方法：
将正在运行的三相异步
电动机定子绕组断开三相交
流电源，同时在定子两相绕
组内通入直流电流。电动运
行状态时,KM1闭合，能耗
制动时 KM1断开,KM2闭合
M
3
~
R ?
R
KM 2
KM 1
~
L 1 L 2 L 3
+
-
(a)接线图
接线图
M
3
~
R ?
R
KM 2
KM 1
~
L 1 L 2 L 3
+
-
(a)接 线图
N
S
n 1
n 1T
n
N
S
Tn
电动状态
制动状态
(b) 能耗制动原理
三相异步电动机能耗制动原理接线
制动原理
当定子绕组拉开三相交流电，通入直流电
时，定子磁场变为固定不动的恒定磁场。转子由
于惯性仍顺时针方向旋转。转子导体切割磁场产
生的感应电势和感应电流的方向与电动状态时相
反，从而使电动机产生的电磁转矩与电动状态时
相反，即 T为逆时针方向，这时 T与 n方向相
反，故为制动状态。当转速 n=0时,T=0，电动
机不再产生电磁转矩。从而能准确停车。
制动原理
制动过程中，
n>0,T<0，所以
特性在 Ⅱ 象限
能量关系为：
动能 →电能 →消耗
在转子电阻上。
N
S
n 1
n 1T
n
N
S
Tn
电动状态 制动状态
2.能耗制动时的机械特性
(1)定子等效电流 I1的大小
能耗制动时，定子绕组通入直流 I_产生固定磁势 F_，
在空间按正弦分布。转子以转速 n切割定子固定磁场。这
时能耗制动的转差率 sn=n/n1，也称相对转速。电动机处
于电动状态时，转子以 Δn切割定子旋转磁场，其转差率
为 s=(n1-n)/n1。当 n=0时，能耗制动的转差率 sn=0。当在同
步转速下 n=n1时,sn=1。这时转子电势最大 snE2=E2，电
抗为 snX2=X2 。所以能耗制动时其转差为 0<sn<1。
分析
现用分析异步电动机正常运行的方法来分析
能耗制动的情况。其方法为：将转子看成不动，
定子固定磁场朝相反方向以转速 n旋转。结果与
转子旋转时相同。
分析方法
将定子固定磁场，用一个等效的旋转磁场来
代替，其转速为 n、转向与转子实际转向相反，
并称产生定子旋转磁场的定子电流 —— 等效交流
电流 I1。
推导
令 F~=F,式中 F 为合成的直流磁势； F~为通交
流电时产生的合成旋转磁势。
如果定子接成 Y接，而且其二相通直流电时，
合成磁场见图，其中设
N1a定子每相绕组的串联
有效匝数，即：
aA
wa
NIF
kNN
1
111
??
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推导
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??
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????
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III
NIFNIFF
NIFFF
aam
aAA
816.0
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2
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2
3
2
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1
111~
1
，
(2)电流相量图
合成磁势 励磁电流
Iμ为励磁电流无功分量,Ia为励磁电流有功分量
当忽略有功分量时，
I0≈ Iμ
相量图如图所示由电流相量
图可得：
? ??, 2,1,FFF,..
0 ?III a ??
? ???? ',2,1.,EEF m
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2
22
2
2
2
22
2
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2
1
s i n'2'I
s i n'c o s'
??
?
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III
IIII
???
???
讨论
当 n=0时，
当 n↑时，
n↑时 →
电动状态时,I2′↑→I1↑ → I0不变 →Φm不变化
能耗制动时,I2′随 n变化，但 I1不变 → I0μ变化
→ Φm大小变化但方向不变。
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102,0 III ?
???????
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222
22
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Xfs
IIE
n
m
(3)机械特性方程
特性方程：
上式与电动机实用公式相似，所以机械特性
曲线的形状也与电动机相似，只是当 n=0时,T=0
过原点。
n
mn
mn
n
m
s
s
s
s
T
T
?
?
2
（ 4）分析机械特性曲线
(i)设磁路不饱和 Xm =常数，增大 r2′(I1不变 )时 →smN↑
Tm不变，可得曲线 2。 (这里是以反向电动状态 s轴为
依据 )
(ii)保持 r2′,sm不变，增大 I 时 → I1 ↑→ Tm ↑
设磁路未饱和 Xm =常数，可得曲线 3，它同异步机改变
定子电压的人为特性变化规律相同 (因为改变定子电压
就改变了气隙磁通 Φm的大小，而改变直流电流 I 也将
改变恒定磁场的数值，二者实质相同，所以特性变化
规律相同 )
机械特性曲线
n m
0-T L T L TT mT m '
n
n 1
n m '
13
2
三相异步电动机能耗制动机械特性
(5)增大制动转矩的方法
(a)绕线电机转子串电阻
（ r2′+RΩ） ↑→ sm↑ →Tz
(b)鼠笼式电机增大 I,则 I1↑ → Tm →Tz,绕线
式电机制动时转子电阻计算
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? ? 2
2
2
100
3
4.0~2.0
5.0~2.0)3~2(
r
I
E
R
IIII
N
N
N
??
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?
?,
(6)特点与应用
特点：机械特性过原点，即 n=0时 T=0。
应用：
位能性负载，可以放下重物，如图 B
点以稳定速度 nB下放重物。
反抗性负载，用以迅速，准确停车 。
异步电动机各种运行状态
? 实际的三相异步电动
机根据生产机械的工
艺需要，可运行在各
种运行状态。
本章小结 1
本章介绍了三相异步电动机的机械特性、起
动、制动与调速。
机械特性则是异步电动机运行特性中最重要，
三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电
压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁
转矩与转速或转差率的关系，即 n=?(T)或 s=?(T)。
机械特性可用函数表示，也可同曲线表示，用函数
表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表达式
和实用表达式，三种表达式各有不同的适用场合。
本章小结 2
起动性能指标是起动转矩倍数、起动电流倍
数，影响起动性能指标的因数主要有定子端电压
U1、定、转子的漏电抗和转子电阻。三相异步电动
机的起动应考虑：要限制起动电流、要有足够的起
动转矩以及起动的经济性。具体起动方法有：直接
起动、降压起动、转子回路串电阻或串频敏变阻器
起动，各种起动方法各有优缺点和适用场合，采用
时应根据实际情况选择与校验。
本章小结 3
当电磁转矩与转速方向相反时异步电动机处于
制动状态。实现三相异步电动机电气制动方法主要
有：能耗制动、反接制动和回馈制动，其中能耗制
动在制动时不需电网供电，经济性好，并能在任何
转速下实施制动，但需要整流设备提供直流电。反
接制动也能在任何转速下开始制动，制动转矩大，
制动迅速、效果好，制动过程中转子具有的机械能
和从电网输入的电能全部消耗在转子电阻上，故经
济性相对较差。回馈制动能将转子具有的机械能反
馈给电网，经济性好。
本章小结 4
三相异步电动机的调速方法主要有：变极调
速、变转差率调速和变频调速。变极调速是通过改
变定子半相绕组的接线方式来实现调速的，其调速
范围小，是有级调速，但设备简单，特性硬，运行
可靠，效率高，一般适用于调速要求不高的场合。
本章小结 5
变转差率的调速又包括降低定子电压的调速、
绕线转子串电阻的调速、串极调速和滑差电机调速
方法，其中降低定子电压调速的方法，调速范围
小，低速运行时功率因数和效率都很低，电机发热
严重。如果要求在拖动恒转矩负载有较宽的调速范
围，可选用高转差率的电动机，但较软的机械特性
会在扰动出现时引起较大的转速降，甚至使系统无
法工作，为了提高调速的机械特性硬度，可采用转
速闭环系统。绕线转子串电阻的调速属恒转矩调速
方法，其调速范围不大，效率低，但设备简单，易
于实现。
本章小结 6
绕线转子串极调速方法，机械特性较硬，调速
范围较宽，效率高，可实现无级调速，但低速运行
的过载能力低，设备体积大，成本高。滑差电机调
速结构简单，运行可靠，调速平滑性好，可实现无
级调速，闭环控制的调速范围可扩大。但低速运行
损耗大、效率低，适用于通风机类的设备。变频调
速方法具有频率连续可调，可实现无级调速，调速
范围大，机械特性硬，转速稳定性好，效率高等特
点，变频调速是现代交流调速的方向。
本章小结 7
三相异步电动机因电磁转矩与转速之间
的方向不同，其机械特性可处在不同的象
限。
课后复习要点
三相异步电动机制动及各种运行状态
思考题,P241 6-27,6-29
作业,P242 6-41,6-42,6-45
三相异步电动机的电力拖动
The Three-phase Induction
Machines Drives
本章基本教学要求
1.熟悉分析三相异步电动机的机械特性及各
种运行状态的基本方法；
2.掌握三相异步电动机的起动、制动；
3.了解三相交流电动机的调速方法。
重点：
机械特性、调速、起制动。
本次课程内容和教学要求
内容：
三相异步电动机固有和人为机械特性。
要求：
掌握机械特性各种表达式和适用场合。
6.1三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性是指在电
动机定子电压、频率以及绕组参数一定的
条件下，电动机电磁转矩与转速或电磁转
矩与转差率的关系，即 n=?(T)或 T=?(s)。
机械特性可用函数表示，也可用曲线
表示，用函数表示时，有三种表达式：物
理表达式、参数表达式和实用表达式。
6.1.1机械特性物理表达式
电磁转矩为：
2222
111
1
221111
1
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1
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2
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说明
为异步机的转矩系数；
为转子电流折算值；
为转子功率因数。
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2
2
22
2
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2
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物理表达式
物理表达式它反映了不同转速时电磁转
矩 T与主磁通 Φm以及转子电流有功分量
I2ˊ cosφ2之间的关系，此表达式一般用来
定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性
质。
6.1.2参数表达式
由物理表达式、功率关系、简化等值电
路可推出参数表达式：
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?
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????
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xx
s
r
rf
s
r
pU
p
f
s
r
Im
P
T
em
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?
说明
参数表达式说明，异步电动机的电磁转
矩 T与定子每相电压 U1平方成正比，若电源
电压波动大，会对转矩造成很大影响。
在电压、频率及绕组参数一定的条件
下，电磁转矩 T与转差率 s之间的关系可用曲
线表示，下面对机械特性曲线上的几个特殊
点进行分析。
机械特性曲线
① 最大转矩 Tm
最大转矩 Tm是 T=?（ s）的极值点，则：
最大转矩对应的临界转差率为：
两式中,+”为电动状态（特性在第 Ⅰ 象限）；
,-”为制动状态（特性在第 Ⅱ 象限）。
? ?2212111
2
1
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3
xxrrf
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2
1
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r
s m
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最大转矩近似表达式
通常情况下,可忽略 r1，
则有：
最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍
数，其值大小反映电动机过载能力，用 λm表
示，即：
一般异步电动机过载倍数 λm=1.5～ 2.2。
22121 )( xxr ????
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T??
② 起动转矩 Tst
起动瞬间 n=0或 s=1时，电动机相当于堵
转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转
转矩，用 Tst表示，则有：
起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩
倍数或堵转转矩倍数，用 kst表示，则有：
一般普通异步电动机起动转矩倍数为 0.8～ 1.2。
? ? ? ?? ?2212211
2
2
1
2
3
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st ?????
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N
st
st T
Tk ?
6.1.3实用表达式
? 实用表达式：
? 认为,一般异步电动机的,
在任何 s值时都有：,而,
可以忽略，简化得：
s
s
r
sr
s
s
r
sr
s
r
s
r
r
s
r
s
s
r
rr
T
T
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m
m
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m
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s
s
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s
T
T
m
m
m
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?
2
临界转差率
? 临界转差率：
? 当拖动额定负载时,TL=TN，临界转差率为：
? 额定转矩为：
? 从产品目录查出该异步电动机的数据 PN,nN、
λm，应用实用公式就可方便得出机械特性表达
式。
?
?
?
?
?
?
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N
m
L
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T
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T
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)(m in )/( )(55.92 mNrn WPTT
N
N
NN ???
6.1.4固有机械特性
异步电动机的固有机械
特性是指 U1=U1N,?1=?1N，
定子三相绕组按规定方式连
接，定子和转子电路中不外
接任何元件时测得的机械特
性 n=?（ T）或 T=?（ s）曲
线。
对于同一台异步电动机
有正转（曲线 1）和反转（曲
线 2）两条固有机械特性。
说明特性上的各特殊点 1
(1)同步转速点 A
同步转速点又称理想空载点，在该点
处,s=0,n=n1,T=0,E2s=0,I2=0，
I1=I0，电动机处于理想空载状态。
(2)额定运行点 B
在该点处,n=nN,T=TN,I1=I1N，
I2=I2N,P2=PN，电动机处于额定运行状
态。
说明特性上的各特殊点 2
(3)临界点 C
在该点处,s=sm,T=Tm，对应的电
磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。
Tmˊ 是异步电动机回馈制动状态所对应
的最大转矩，若忽略 r1的影响时，有
T mˊ =Tm。
(4)起动点 D
在该点处,s=1,n=0,T=Tst，
I=Ist。
6.1.5人为机械特性
异步电动机的人为机械特性是指人
为改变电动机的电气参数而得到的机械
特性。
由参数表达式可知，改变定子电压
U1、定子频率 f1、极对数 p、定子回路电
阻 r1和电抗 x1、转子回路电阻 r2ˊ 和电抗
x2ˊ,都可得到不同的人为机械特性。
1.降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中，保持其它参数不
变，只改变定子电压 U1的大小，可得改
变定子电压的人为机械特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的
人为特性（为什么？）
降电压人为机械特性曲线
Tm∝ U12； Tst∝ U12； n1和 sm与电压无关
TL1-恒转矩负载特性,TL2-风机类负载特性
分析
定子电压 U1下降后，电动机的起动转矩
和临界转矩都明显降低，对于恒转矩负载，
如原先运行在 A点，电网电压由于某种原因
降低，使负载运行至 B点，电动机转速 n下
降，转差率 s增大，转子阻抗角
增大，则转子功率因数下降
2
2
2 r
sxa r c tg??
2.定子回路串入对称电阻的人为机械特性
当定子电
阻 r1增大时，
同步转速 n1不
变，但临界转
矩 Tm、临界转
差率 sm、起动
转矩 Tst都变小
定子回路串入对称电阻的
接线图和人为机械特性
定子回路串入对称电抗的人为机械特性
如果定子回路串
入对称的电抗，同步
转速 n1仍不变，但临
界转矩 Tm、临界转差
率 sm、起动转矩 Tst也
都变小。两种接线可
实际应用于鼠笼式异
步电动机的起动，以
限制起动电流。
定子回路串入对称电抗的
接线图和人为机械特性
3.转子回路串入对称电阻的人为机械特性
绕线式异步电动机转子回路串入
三相对称电阻的接线图和人为机械特性
分析
当转子电阻 r2增大时，同步转速 n1和临界
转矩 Tm不变，但临界转差率 sm变大，起动转
矩 Tst随转子电阻 r2增大而增大，直至 Tst=Tm
当转子电阻 r2再增大时，起动转矩 Tst反
而减小。
转子串入对称三相电阻的方法应用于绕
线式异步电动机的起动和调速。
课后复习要点
1.异步电动机机械特性表达式
2.固有机械特性
3.人为特性机械特性
思考题,P240 6-1,6-2,6-6
作业,P241 6-33,6-34
本次课程内容和教学要求
内容,
三相异步电动机的起动。
要求：
熟悉启动的基本要求，掌握绕
线式和鼠笼电动机起动方式。
6.2鼠笼异步电动机的起动
三相异步电动机在实际运行过程中，由
于生产上的需要而起动和停止。在选用电动
机时，必须要求电动机能带动生产机械并很
快地转到额定转速。
要求电动机起动时满足
（ 1）能产生足够大的起动转矩 Tst，使电动机很
快地转动起来。
（ 2）起动电流 Ist不要太大，避免起动时大电流在
电网上产生较大的压降而影响接在电网上的其它
电气设备和电动机的正常运行。
从前面分析三相异步电动机固有机械特性而知
道，如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，
起动电流大，而起动转矩并不大，这时的功率因数
低。
6.1.1鼠笼异步电动机
一般普通鼠笼式
异步电动机，
所以要研究异步机的起动
特性和异步机的各种起动
方法。
? ? Nst II 7~4?
? ? stst TT 3.1~9.0?
n
n 1
0 I
0 T st I s t 1 T,I 1
n = f ( I 1 )
n = f ( T )
三 相异步电动机直接起动时
的机械特性和电流特性
分析
起动电流大，在电网的变压器容量与异
步电动机起动容量相比不足够大时，直接起
动会使变压器输出电压下降，当电压降
ΔU>10%时，将使接在变压器上的其他电器
及电动机正常工作受影响。直接起动的起动转
矩并不大，而起动时必须满足 Tst>1.1TL条件
电动机才能起动起来，在空载情况下可以满足
上述要求，而当重载起动时可能满足不了上述
要求。
结论
异步电动机起动应考虑：
①限制起动电流；
②足够的起动转矩，满足 Tst>1.1TL条件；
③起动的经济性，包括设备简单、操作方便
和低起动损耗。
6.1.2直接起动
将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称
直接起动。
一般 7.5kW以下的小容量鼠笼异步电动机都可
以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的
容量还可相应增大，一般按经验公式核定：
式中 kI为起动电流倍数； Ist为电动机的起动电流
（ A）； IN为电动机的额定电流（ A）； SN为电源
变压器总容量； PN为电动机的额定功率。
)(4
)(
4
3
kWP
k V AS
I
Ik
N
N
N
st
I ???
QS
FR
~
M
3
~
KM 2
KM 1
1FU
L 1 L 2 L 3 N
2FU
SB 1
SB 2
KM 1
KM 2SB 3
KM 2 KM
1
FRKM
1 KM 2
鼠笼式 三相异步电动机正反转直接起动接线图
说明
起动电流大，对电机本身无太大影响（因为是
短时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁
力和发热来考虑机械强度和热稳定的）主要对电网
有影响，如果电源容量较大，可以直接起动。一般
7.5千瓦以下容量电动机可以直接起动。
注意,容量大小不是绝对的，如果电网容量大，
就可以允许容量再大些的电机直接起动。
只要直接起动时起动电流在电网中引起电
压降不超过电网额定电压的（ 10~15） %
就允许直接起动。
6.2.3降压起动
1)定子串电阻或电抗的降压起动
QF
FR
M
3
~
KM 1 KM
2
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2 KM 1 KAKT
KA
FR
KM 1 KA
R st
KT KM 2
KA
KM 1
鼠笼式 异步电动机定子串电阻降压起动接线
KM 1,降压起 动接触器;SB 1,停车按 钮;
KM 2,全压运 行接触器;SB 2,起动按 钮
KT:时间继 电器;KA:中间继 电器;
FR:热继电 器;QF:电压断路 器
~
U N
分析
设起动电流需降低的倍数为 α，降压起
动电流为 Istˊ,则应有
式中 Ist为直接起动时的起动电流（ A）。又因
为 UN/U1ˊ =Ist1/Ist1ˊ =α,Tst∝ U12，所以降
压起动转矩为
?
st
st
I
I ??
2
2
N
1 )(
?
st
stst
TT
U
UT ????
分析
1.等值电路
从上图的等值电路中可见，定子串电阻或电抗
起动，电压从 U1N降至 U1′，即加到定子绕组上的电
压在起动时为 U1′，这样就减小了起动电流。
I st1
U N
r k jx
k
( a ) 全压起动
I st1 '
U N
( b ) 定子串电阻起动
R st
U 1 '
I st1 '
U N
( b ) 定子串电抗起动
jX st
U 1 '
r k jx
k
r k jx
k
定子串电阻或电抗时的等值电路
分析
2)起动电流及起动转矩
设 α为起动电流所需降低的倍数,Ist′为降压
时的起动电流，则应有：
Ist ′=Ist/ α, Ist∝ U1st,U1st ′=U1st/ α=U1N/ α
说明电压降低了 α倍。
由于 T ∝ U2，则 Tst ′ =Tst/ α2,说明转矩降
低了 α2倍。只要使 Tst ′≥（ 1.15~1.25） TL，即满
足要求。
说明
从 I1st ′=I1st/ α,Tst ′ =Tst/ α2，可见：
定子回路串电阻或电抗的降压起动方法虽然
能降低起动电流，但使起动转矩显著减小。只适
用于空载或轻载起动。电抗降压起动通常用于高
压电动机，电阻降压起动一般用在低压电动机。
降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转
矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳
加速。
3)起动电阻或电抗的计算
计算 Rst或 Xst后，还应校验满足
Tst ′≥（ 1.15~1.25） TL,TL为起动时的负
载转矩。
? ?
? ? kkkst
kkkst
rxrR
xrxX
????
????
2222
2222
1
1
??
??
4) rk 和 xk的估算
rk 和 xk可通过实验方法测出，也可估算。
方法一：短路试验 (如已有电机 )，测出 rk,xk,zk
方法二：估算 (尚无电机 )，根据铭牌数据可知
当定子 Y接时：
当定子 Δ接时：
设直接起动时的功率因数为 cosφ1st=0.25，则有
NI
N
st
N
k
NI
N
st
e
k
IK
U
I
U
z
IK
U
I
U
z
1
1
1
1
1
1
1
1
3
3/
33
??
??
stkstkkstkk zzxzr 1211 c o s1s i nc o s ??? ????,
2.星 — 三角起动
正常运行时，接成 Δ形的鼠笼电动机，
在起动时接成星形，起动完毕后再接成 Δ，
称星 -三角起动。
A
A
I st
X
C
C
BB
I 1s t '
U 1
I YA
Y
C
Z
U N
I ?
(a) 直接起 动 (b)Y- ? 降压起动
X
YZ
Y- ? 降压起动电流示意图
QS
FR
~
M
3
~
KM 1
1 FU
L 1 L 2 L 3
2 FU
SB 1
SB 2
KM 1
KM 3
KM 2, 星形接法接触器;
FR
KM 1, 起动接触器;
KM 3, 三角形接法接触器;
KT
KT 3
KM 1
KT
KM 2 KM
3
KM 2
KM 3
KT
KM 2
K T,时间继电器; F R,热继电器; SB 1, 停车按钮;
SB 2, 起动按钮;
Q S,刀开关; 1 FU,2 FU, 熔断器
Y- ? 降压起动接线
Y-Δ起动电流和起动转矩
直接起动 (Δ接 )
降压起动 ( Y接 )
起动电流 起动转矩
起动电流及起动转矩降低同样的倍数，
即都为直接起动时的三分之一。
k
Nst
Z
UII 1
1 33 ?? ?
k
N
k
Yst Z
U
Z
UII
3
'' 11
1 ???
3
'
3
3
1
1 s t
1
1
???
k
N
k
N
Z
U
Z
U
stI
I
3
' 11 stst II ? 3' stst TT ?
星 — 三角起动适用条件
条件：
1.只适用于空载或轻载起动。
2.只限于正常运行时定子绕组为三角形接线的电机。
3.限于在 500V以下的低压电机 (因高压电机定子出 6
个端头有困难 )。
星 — 三角起动的优点：
设备简单，价格便宜，故在轻载起动时应优先
采用。缺点是应用时要受一定条件的限制。
2.定子绕组串入自耦变压器降压起动
定子串电阻或电抗的降压起动虽然在起动
时限制了起动电流但起动转矩减小过多，只用
于空载或轻载。如果负载较重时，应采用自耦
变压器降压起动。
QF
FR
M
3
~
KM 1 KM
2
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2 KM 1
KAKT
KA
FR
KM 1 KA
TA
KT KM 2
KA
KM 1
定 子串自耦变压器降压起动接线
KM 1,降 压起动接触器;SB 1,停 车按钮;
KM 2,全 压运行接触器;SB 2,起 动按钮
KT,时间继电器;KA,中 间继电器;
FR,热继电器;Q F:电 压断路器
~
U N
KM 2
KA
起动电流和起动转矩
I1st—— 全压直接起动时的起动电流；
I1st ′—— 降压时电
源提供的起动电流
(即 TA的原边电流 )；
I2—— 电动机的起
动电流 (TA的副边
电流 )
??? ????????? 'U '''
1
1N21
1
2
1
2
2
1
2
11211
U
II
I
I
I
I
U
U
N
NUUUU
st
st
N,，，设，
公式推导
电动机定子绕组内的电流：直接起动时为 I1st,
降压起动时为 I2，这时电网供给 TA的电流为 I1st ′,
从电网输入的电流为 I1st ′ = I2 / α= I1st/ α2，即 I1st ′ =
I1Q/ α2,说明串入 TA起动后电网供给的电流减
小了 α2 倍。
注,电动机的起动电流仍减小 α倍,I1st ′ = I2 / α
而 I1st ′ = I1st/ α2,对电网冲击电流减小，只有
I1st/ α2 倍,起动转矩 Tst∝ U2,Tst ′ = Tst / α2。
说明
起动电流和起动转矩降低的比值相同，与定子
串电阻或电抗的起动方式相比较，在获得同样起动
转矩的条件下，这种方法的限流效果好。反之，若
在相同的起动电流条件下，可获得比较大起动转矩
故用自耦变压器降压起动的方法能带动较大的负载
起动。
国产自耦变压器为满足不同的负载要求，其副
边一般有三个抽头，可根据允许的起动电流和所需
的起动转矩任意选择。这种起动方法的缺点：起动
设备体积较大，价格高。
自耦变压器的选择
常用 QJ3,QJ2系列，用于较大容量,Y接的鼠
笼式电动机。
QJ2的抽头为,55% 64% 73%
QJ3的抽头为,40% 60% 80%
其中,QJ2型自耦变压器允许在 4小时内每小时
连续起动 5次，每次 1.5秒。 QJ3 型为短时工作制，
只允许在室温下连续起动两次，以后待冷却后才能
再行起动。选用时一定要注意这些问题。
例,55%抽头意思为 N2/N1=1/ α =0.55，
α=1/0.55=1.82 适用于有载起动。
6.2.4具有高起动转矩的鼠笼电动机
1.槽深式
特点：槽深 h，槽宽 b,h>>b，即 h =(10~12)b
与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要
结构特点是转子槽形窄而深，转子导体或是整
根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。
示意图
h
?
槽
高
(a) 漏磁通分布 (b) 导体内电流密度分布 (c) 导体的有效截面
深槽式鼠笼异步电动机
说明
由于气隙和槽导体 (非铁磁材料 )的磁阻大而转
子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导
体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。
若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导
条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导
条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图 (a)
可见槽底部导条链的漏磁通多，则底部漏抗大，槽
顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很
深，则槽底与槽顶漏抗相差甚远，且 x2σ ∝ f2。
分析
(a) 起动时,n=0,s=1,f2=sf1=f1,f2较高，则 sx2 较
大,sx2>>r2，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大
小。槽顶部漏抗 sx2小，则电流密度大，槽底部漏抗
sx2大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到
槽顶部的作用称趋表效应 (集肤效应，挤流效应 )。
分析
图 (b)中电流密度分布，它是自下而上逐渐增
大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就
相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变
大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图
(c)所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效
电阻增加，起动性能得改善。
分析
（ b） 正常运行时,s很小,f2=sf1 很
小,x2s=sx2 很小，这时转子电流的大小主要
由电阻决定。 r2 >> sx2，因各处电阻相等，
则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得
以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正
常数值。 (集肤效应不明显 )
优缺点
优点,起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而
运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电
动机的运行效率。
缺点,转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩
倍数稍小，即 Mm稍小。
特性曲线
深槽式异步电机的机械
特性从图中可见深槽式过载
能力比普通鼠笼异步电机低。
它的起动性能是靠降低了一
些工作性能而得到改善的。
曲线 1为普通鼠笼式
曲线 2为深槽式鼠笼异步电机
1 普通型
2 深槽型
n
n 1
0 T
机械特性
2.双鼠笼式异步电动机
结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。
下笼：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜
制成，电阻较小。
上笼：导体截面小，
用电阻系数较大的
黄铜制成，电阻较
大。
1 上笼
2 下笼
3 合成
n
n 1
0
T
(b) 机械特性
上笼
下笼
(a) 漏磁通分布
双笼异步电动机
说明
原理：交流电流的趋表效应由左图可见。上
笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下笼的漏
磁通多，故漏电抗大。上下笼电抗及电阻关
系是：
下上下上 ； 2222 r rxx ?? ??
分析
1.起动时,n=0,s=1,f2=sf1=f1,f2较高，则
sx2 较大,sx2>>r2，槽内电流的分布主要取
决于漏抗的大小。因 x2σ∝ f2,x2σ >>r2，
x2σ外 < x2σ内,即电流主要通过上笼，故又称
上笼为起动笼。由于上笼本身电阻大，起动
时，电流减小，转矩增大，其机械特性如图
曲线 1所示。
分析
2.正常运行时,s很小,f2 很小，电流分配主
要取决于转子电阻 r2, r2 >> sx2，即下笼电
流大，上笼电流小，下笼起主要作用。故又
称下笼为运行笼，其机械特性如图曲线 2所
示。
特性
曲线 3为曲线 1和 2的合成曲线，即为双鼠笼异步电
机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大
具有较好的起动性能。
缺点,转子漏抗较大，功率
因数稍低，过载能力比普通
型异步机低，而且用铜量较
多，制造工艺复杂。价格较
高。一般用于起动转矩要求
较高的生产机械上。
1
2
3
n
n 1
0 T
双鼠 笼 型 异步电动 机的机械特性
6.3绕线式异步机起动
方法：
1,转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除
2,转子串频敏电阻起动
6.3.1绕线式电机转子串三相对称电阻起动
起动时，要限制起动电流 Ist，同时希望有较大
的起动转矩 Tst。现以三级起动为例，即 m=3。
1,分级起动过程
起动前,KM1,KM2,KM3 加速接触器常开
接点均打开，现使线路接触器 KM线圈导电，其常
开接点闭合，电动机在串入全部电阻 R3下起动，然
后逐级短接起动电阻，一直加速到稳定运行点 I点
为止，起动过程结束。起动的快速性和平稳性与起
动级数 m、转矩 Tst1及 Tst2有关。
原理图（ 以三级起动为例 ）
QS
FR
~
M
3
~
KM
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2
KM
KM 3
KM 2
FR
KM 1
KM 1
时间继电器控制绕线式异步电动机起动接线图和起动特性
KM 3
R st3
KM 2
R st2
KM 1
R st1
KM 3
KM
KT 1 KT 2 KM 2 KT 3 KM 3
KT 1 KM 1 KT 2 KM 2 KT 3 KM 3
(a)接线图
b)起动特 性
T
A
B C
D E
r 2
'
r 2 +R st2 +R st3 =R 2
r 2 +R st3 =R 1
r 2 +R st1 +R st2 +R st =R 3
n
T st1T st2T
L0
n 1
F G
HI
n N
KM
QS
FR
~
M
3
~
KM
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2
KM
KM 3
KM 2
FR
KM 1
KM 1
KM 3
R st3
KM 2
R st2
KM 1
R st1
KM 3
KM
KT 1 KT
2
KM 2 KT 3 KM 3
KT 1 KM 1 KT 2 KM
2 KT 3 KM 3
(a)接 线图
KM
b)起动特 性
T
A
B C
D E
r 2
'
r 2 +R st2 +R st3 =R 2
r 2 +R st3 =R 1
r 2 +R st1 +R st2 +R st =R 3
n
T st1T st2T
L0
n 1
F G
HI
n N
2.机械特性的线性化
异步机的机械特性是非线性的，如图所示
ms
tsT mT
ms5.0
0 1 T
n s
1
2
异步电动机机械特性的线性化
1- 实际特性 2 - 线性化特性
0n
1
说明
分级起动时电机工作在机械特性的工作段，即
s<sm段，在这段中可认为 s/sm<sm/s，故可忽略实用公
式中分母的 s/sm项，有
将异步电动机非线性的工作段近似为一条直线。
当 T=Tm时，实际特性曲线 s=sm，而线性化后的曲线
在 T=Tm时,s=sm/2，线性化后有误差，但误差不大，
在工作范围内，基本上与实际特性相重合。
s
22
????
?
? Ts
s
T
s
s
s
s
T
T
m
m
m
m
m
3.解析法计算起动电阻
一般取 T1≤0.9Tm,T2=（ 1.1~1.2） TL，
已知,T=2Tms/sm，当 sm一定时,T∝ s 。
同一 T值下
当 T=常数时,r2′/s =常数，转子串电阻后，
转子电阻 R2变化，则转差率也变化；当 T不变时，
R2 /s也不变。
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
? ?
?
?
?
2
21
2
2
1
22
1
'2
3
xx
s
r
rf
s
r
pU
T
?
常数?????
3
3
2
2
1
12
s
R
s
R
s
R
s
r
公式推导过程
由上述可得出,s1/s2=R1/R2,s∝ R
根据 T=2Ts/sm，在 s不变情况下，再根据
同一 s值下,T ∝ 1/R，即 s不变时，转矩与
转子电阻成反比。从而推出；
? ?
Rs
xxr
rs
mm ?????
??
?
'
'
2
21
2
1
2,
2
3
1
2
2
1
2
1
R
R
R
R
r
R
T
T ???
公式推导过程
令
设起动时级数为 m级，则各级每相转子总电阻为：
转子各级分段电阻为
2
2
2
12
21
...
rR
rRR
rR
m
m
?
??
?
?
??
?
1
122
211
...
?
??
??
??
mms tm
st
st
RRR
RRR
rRR
公式推导过程
根据 可得
一般转子绕组为 Y接，所以转子的阻抗为：
式中 sN—— 电动机的额定转差率
E2N—— 转子额定电势 (指线电势 )
I2N—— 转子额定电流 (指线电流 )
正常运行时 sN很小，可忽略 sNx2，则得
2rR mm ?? m
r
R m
2
??
）（ ??
N
NN
I
Esr
2
2
2 3
公式推导过程
Rm—— 起动时转子的最大电阻，因为 Rm很大，虽
然起动瞬间 s=1，仍可忽略电抗，则有
式中 I2st—— 起动转矩为 T1时的转子电流
st
N
m I
ER
2
2
3
?
1Ts
T
r
N
N
m
????
Nmm TTT ?9.09.01 ??
N
m
m M
M??
公式推导过程
若起动级数 m未知，可用下式计算,
?lg
lg
1Ts
T
N
N
m ?
解析法计算起动电阻步骤,
1.当已知起动级数 m时：
(1)预选 T1（ ）,计算 γ，
(2)验算 T2, T2= T1 / γ≥（ 1.15~1.25） TL(不满足应修改
T1或起动级数并重新计算 )直至 T2大小合适。
(3)计算 r2，根据 r2和 γ计算各级电阻值。
2.当起动级数 m未知时：
(1)预选 T1,T2,求 γ；
(2)求起动级数 m，取接近的整数，再修正 γ；
(3)计算 r2,用 r2和 γ计算各级电阻值。
Nmm TTT ?9.09.01 ??
说明
转子回路串电阻分级起动时起动电阻
计算是在机械特性线性化前提下得出的，
因此有一定的误差，但已完全能满足工程
实际的要求。
6.3.2绕线电机转子串频敏变阻的起动
1.频敏变阻器的结构
铁心由厚钢板或铁板迭成，有三相绕组，接
成 Y形，出线为 a, b, c去接转子。
a b c
x y z
(b )等 效电路
a b c
(a )结 构示意图
x y z
频敏变阻器
固有特性
串频敏
变阻器
n
n 1
0 T
(c) 机械特性
等效电路
转子回路串入频敏变阻器后，将转子电流分
成二个分量。
IL为励磁电流 (无功分量 )，
建立磁场。
IT为有功分量，产生铁损耗。
铁损电阻 Rm(等效电阻 )和电
抗 Xm均随转子频率而变化。
E 2
I L
r p
I T
频敏变阻器等效电路
x m R m
工作原理
起动时,s=1,f2=f1,Xm>Rm，转子电流 I2大部
分流过 Rm支路，相当于串电阻起动；当 n↑→s↓
→f2 ↓ → Rm ↓ →相当于连续自动切除电阻。同时
f2 ↓ → sXm ↓
当 n=nN时,f2很小,f2 ≈(1~3)Hz, Xm ≈0，
Rm几乎被短路，故涡流很小。起动完毕，阻抗器
被自动切除。
特性
从以上分析可知，频敏变阻器是一种无触点
的变阻器。它结构简单，材料和加工要求低，并
且因没有触点和易磨损元件，寿命长，使用和维
护方便，有较好的机械特性
和起动平滑的优点，但因频
敏变阻器的等效阻抗是一个
非线性时变参数，计算起来
相当复杂。工程上用经验公
式或使用表格计算。
T
n
0
n 1
转 子串 频 敏 变 阻器的起 动 特性
课后复习要点
1.鼠笼异步电动机起动
2.绕线异步电动机起动
思考题,P240 6-7,6-8, 6-9, 6-10,
6-11, 6-13
作业,P241 6-35
本次课程内容和教学要求
内容：
三相异步电动机的各种调速。
要求：
熟悉异步机各种调速原理和机
械特性以及应用场合。
6.4三相异步电动机的调速
6.4.1异步调速方法
异步机
变极调速 —— 鼠笼电机
变转差率 s 调速
调压调速
滑差电机调速 (电磁离合器调速 )
转子串电阻调速
转子串电势调速
变频调速
变频机组
交 — 直 — 交变频
交 — 交变频
6.4.2 变极调速
变频调速要采用专用变速电机，其转子为鼠笼式
根据
当 f1一定时,n1∝ 1/p，改变极对数 p，可变 n1。
? ? ? ?sp fsnn ???? 1601 11
1.变极原理
电机定子每相绕组由二部分组成，每一部分称
为半相绕组，改变其中一个半相绕组的电流方向，
电机产生的磁极对数即可改变。如：已知电机绕组
接线如下图所示：
变极原理
现改变接线，使一个半相绕组的电流反向，则
如下图所示。从上面分析可知，如果二个绕组电流
方向相同,2p=4，让一个半相绕组电流反向，
2p=2，则极对数可减半。
(b) 反向串联或反向并联 (2p =2)
N S
A X
a 1 x 1 a 2 x 2
N
S
a 1 a 2
x 1
x 2
N S
A X
a 1 x 1 a 2 x 2
(a) 正向串联 (2p =4)
N S
A X
a 1
x 1 a 2 x 2
N
S
N
N
S
S
a 1 a
2
x 2
(b) 反向串联或反向并联 (2p =2)
N S
A X
a 1 x 1 a 2 x 2
N
S
a 1 a
2
x 1
x 2
N S
A X
a 1 x 1 a 2 x 2
A 相绕组变极原理
变极接线方式
2p=4 时,n1=1500r/min； 2p=2时,n1=3000r/min ；
二个半相绕组由串 →并 (电流方向要改变 )极对数减
半,n1升高一倍。
改变一个半相绕组的接线方式很多。如下：
?????
????
???
??
Y
YY
YYY
2,三相绕组的接线方式
1） Y— YY 变换 (单星形变双量形 )
三相绕组的每相定子绕组有中心抽头。在 Y接
法中，将绕组 1,2,3 端接电源，二个半相绕组电
流相同，设此时极对数为 2p，同步转速为 n1。
Y— YY 变换
在 YY接法中，将 1,2,3 端都于 0点相联,4、
5,6端接电源,B,C二相接电源对调，每相二个半
相绕组并联，其中一个半相绕组电流反相，这时，
极对数为 p，同步转速为 2n1，属恒转矩调速。
2） Δ— YY变换
在 Δ接线中，端点 1,2,3接电源,4,5,6空
着，二个半相绕组中电流方向相同，设此时极对数
为 2p,同速转速为 n1。
Δ— YY变换
在 YY接线中,1,2,3端点连在一起,4,5、
6端点接电源，其中一个半相绕组电流反向，这时，
极对数为 p，同步转速为 2n1,(近似 )属恒功率调速
3.容许输出功率和转矩
输出功率,P2=P1η=3U1I1η cosφ
式中,η为电动机的效率,P1为电动机的输入功率，
U1为电动机定子相电压,I1为电动机定子相电流；
cosφ为电动机定子的功率因数。
现假设变极前后,η和 cosφ保持不变，则 P2 ∝ U1I1。
已知 T=Pem/Ω1,Ω1 =2πf1/p，则 T=Pem p / 2πf1 。
设 Pem = P1(忽略定子损耗 ),T= 3U1I1cosφp / 2πf1
所以有 T ∝ U1I1 p
分析
为使电机得到充分利用，在变极前后均使电动
机绕组内流过额定电流，即保持半相绕组电流为 I1N
不变。
Y 接时：每相电压为 U1,每相电流为 I1N，极对数 p=2，
故 TY∝ U1 I1N× 2；
YY接时：相电压为 U1，每相电流为 2I1N，极对数
p=1，故 TYY∝ U12I1N× 1。
所以有 TY= TYY，属恒转矩调速。又因 P=TΩ，
PYY=2PY，则输出功率不等。
分析
Δ接时，相电压等于线电压为 U1，相电流为 I1N
极对数 p=2。
可见，从 Δ-YY变换的变级调速为非恒转矩调速。
3 577.0
23
12
23
11
11
11
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YYN
NYY
N
T
T
IU
IU
T
T
IUT
分析
输出功率：
可见，从 Δ-YY变换的变极调速亦为非恒功率调
速，但比较接近于恒功率调速方式，故可认为是近
似恒功率调速，允许输出转矩将减少近一半。
4,机械特性 (定性分析 )
由 Tm,Tst及 sm可定性画出机械特性。假设变
极前后每个半相绕组参数相等均为,r1/2,x1/2、
r2′/2,x2′/2。
1.Y-YY变换的机械特性
Y接时：二个半相绕组串联参数为,r1,x1,r2′,x2′
YY接时：二个半相绕组并联参数为,r1/4,x1/4、
r2′/4,x2′/4。
已知：
n
2n 1
s mYY
n 1
s mY
0 T stY T stYYT mY T mYY T
(c)Y-YY变换的机 械特性（b ）Y Y接 线（a ）Y 接线
Y-Y Y变 极调速接线和机械特性
A
U N U N
B C A B
C
I 1
I 1
I 1
I 1
2I 1
I 1 YY
Y
定性分析
由上面公式得：
Y接时：
YY接时：
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2
2
21
2
111
2
11
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2111
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???
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?
定性分析
若拖动恒转矩负载
时，从 Y向 YY变极调速
时，转速从 nB升到 nA，几
乎增加一倍。当负载转矩
小于 TmY时，可以实现恒
转矩调速，变极速由高速
降为低速时，电机要经回
馈制动状态。
Δ-YY变换的机械特性
Δ接时：极对数为 p，同步转矩为 n1，电压为 U1，阻
抗为 z1=r1+jx1,z2′=r2 ′ +jx2 ′；
YY接时：极对数为 p/2，同步转速为 2n1，电压为
阻抗为 z1/4=r1/4+jx1/4,z2′/4=r2 ′/4+jx2 ′/4；
Δ接时有
YY接时
3
1U
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2
2
1
2
2111
2
11
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3
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4
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31
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1
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sts t Y Ymm Y Y
m
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U
m Y Y
TTss
M
f
pm
T；
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n
2n 1
s mYY
n 1
s m ?
0 T stYY T st ? T mYY T m ? T
(c) ? -YY变换 的机械特性（b）Y Y接线（a） ? 接线
? -YY变极 调速接线和机械特性
A
U N U N
B C A B C
I 1
I 1
I 1
I 1
2I 1
√3I 1 YY
?
机械特性
可见，当负载
转矩小于 TmYY时可
以实现恒功率调
速。
4,应用及注意问题
1)应用
a,变极调速适用变速电机其转子为鼠笼式。
b,适用于有级调速的场合,Y-YY用于恒转矩生产
机械，如起重运输等生产机械； Δ-YY用于恒功率生
产机械，如各种机床的粗加工和精加工。
除以上两种变极方法外，还可以利用一套定子
绕组改变成三种甚至四种极数的电动机，如 2,4、
8极及 4,6,8,12极等。这种变极调速的电动机称
为多速电动机，已较普遍地用于生产机械上 。
注意问题
2)注意问题
改变定子接线方式时，必须将三相绕组中任意两
相的出线端交换一下，否则电机将反转。
3)优缺点
变极调速的优点：设备简单，运行可靠，机械特
性较硬，可以有恒转矩调速方式和恒功率调速方
式。
缺点：转速只能成倍增长，为有级调速。
应用举例
为了改善变极调速电动机的调速平滑性，可以
综合应用变极调速与降压调速，即变极降压调速。
粗调用变极法，细调用降
压法。此法可以使降压调
速不运行在转差率低的情
况下。变极降压调速既扩
大了调速范围，提高调速
平滑性，又减小低速损耗。
4,6,10级三速如图所示。
0 T L
n
T
变极降压调速机械特性
U 1
U 2
U 3
U 4
U 1 > U 2 > U 3 > U 4
U 2 U 1
U 3
U 3 U 2
U 1
U 4
U 4
p = 2( 2 p = 4)
p = 3( 2 p = 6)
p = 5( 2 p = 10 )
6.4.3变频调速
已知,n1=60f1/p，当 f1变,n1变,n 变。
1.变频与调压的配合 (变频调速的控制方式 )
当 f1↓而 U1不变 →Φm↑→I0↑→ I1↑过热
I0↑→cosφ1↓而 Φm↑→pFe↑→带载能力下降。
为了克服上述缺点，在基频（ 50Hz）以下调
速时，采用恒磁通调压调速。
44.4 11111 mwkNfEU ???
常数??? mwkN
f
U
11
1
1 44.4
分析
当 f1↑时，再继续保持 U1/f1=常数比较困难，因
为 f1>50Hz时,U1↑> U1N不允许，这样只能保持 U1
不变。
f1↑→Φm↓→T↓,而 f1↑→n↑,P=TΩ属恒
功率调速。所以基频以上采用恒压调速。
变频机组
调节直流电动机的转速，能改变同步发
电机的频率，使接在电网上的一组棍道鼠龙
异步电动机调速，达到变频调速的目的。
交 -直 -交变频系统
整流器将 50Hz电源
的交流电整流成幅值可调
的直流电，逆变器将直流
电逆变成频率可调的交流
电。
交 -交变频系统
直接将 50Hz的交流电变换成频率可调的
交流电。
2.变频调速时的机械特性
只要找出 Tm,sm,Tst及 Δnm与频率关系，即
可定性画出机械特性。
1)最大转矩 Tm (Tm=常数，过载能力不变 )
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'2'
'4
2
211
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11
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T
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T
m
m
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?
分析
(1) 当 f1较高但 f1<50Hz时：
r1<<x1+x2ˊ,忽略 r1,
当 Tm=常数,U1/f1 =常数
? ? 21
2
1
m2
21
2
1
2
2
11
'8 f
UT
LLf
pUmT
m ???? ?
分析
(2) 当 f1较低时：
r1的影响不能忽略，在 r1上产生的 I12r1→E1↓→
→Φm↓→Tm↓
当 f1↓→r1的影响 ↑→Tm↓
(3) 基频以上调速时 (U1=常数 )
f1 ↑→Φm↓→Tm↓
2)运行段的斜率
找出 sm,Δnm与 f1的关系。
当 f1较高时，忽略 r1，且 f1<50Hz
可见,Δnm与 f1无关。无论在基频以下还是在基频以上调速
时,Δnm基本不变，则变频调速时的机械特性与固有机械
特性平行，只有在频率 f1很低时,r1不可以忽略,Δnm减
小，机械特性更硬些。
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2
2
21
2
1
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常数?
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2
LLp
r
p
f
LLf
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nsnnn
LLf
r
s
mmm
m
??
?
3) 起动转矩
f1较高时，可忽略
当 U1/f1 =常数时，
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2
2
11
''2
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f
T
LLf
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? n m
n 1
0 T m
n
T
三相异步电动机
变频调速的机械特性
f N
f 2 ’
f 1 ’
f 1
f 2
f 3
f 4
f 5
f 2 '> f 1 '> f N > f 1 > f 2 > f 3 > f 4 > f 5
特性
3.变频调速的特点
1)在基频以下变频调速时，应进行定子电压与频率
的配合控制，保持 E1/f1为常数的配合。控制时为恒
磁通变频调速。保持 U1/f1为常数配合控制时为近似
恒磁通变频调速。前者属于恒转矩调速方式，后者
属于近似恒转矩调速方式。在基频以上调速时，保
持 U1=U1N不变，随 f1升高,Φm下降，属于近似恒
功率调速方式。
变频调速的特点
2)机械特性基本平行，属硬特性，调速范围宽，转
速稳定性好。
3) 运行时 s小，转差功率损耗小，效率高。
4)可以连续调节，能实现无级调速。
优点,具有良好的调速性能。
缺点,需一套性能优良变频电源。
应用,冶金，化工，机械制造业，采矿等。
6.4.4调压调速
1.开环调压调速特性及其调速性能
U1变化时,sm不变,n1不变,T∝ U12,Tm∝ U12，
U1↓→n↓ →s↑，机械特性
如图所示，可见转子电阻
为正常值如一般的鼠笼异
步电动机，对恒转矩负载，
调速范围很小，实用价值
不高。
n
s
n 1
0
T L 1
T L 2
A
B
C
A
'
B
'
C
'
s m
0 1 TT m0.6 4 T m0.2 5 T m
0.5 U N 0.8 U N U N
降低定子电压的人为机械特性
T L1 - 恒转矩负载特性,T L2 - 风机类负载特性
分析
对风机类负载，调速范围较大，但存在低
速时功率因数低 (cosφ1低 )，电流大 (I2大 )的问
题。所以降压调速只适用于高转差率鼠笼电机
或绕线式异步机。
因为 n↓→s↑→ φ2↑→ φ1↑ →cosφ1↓
又因 T=CmΦmI2′cosφ2,T不变时，
φ2↑→cosφ2↓→I2 ↑）
2.调压调速闭环控制系统
调压装置：
以前用饱和电抗器，现广泛采用可控硅交流调
压装置。在前面所述开环系统的调速时，其机械特
性软，调速范围不大。加转速负反馈环节后成了调
压调速
的闭环
系统。
速度调节器 触发器 晶闸管调压器
u *
-
u
? u U K ?
U
M
3
~
A ~B C
(a )原 理接线图
A B
C
n
0 T L1 T L2 T
(b ) 机械特性
三相异步电动机转速反馈调压调速系统
TG
-
系统分析
测速发电机 TG 测得电动机转速即测速发电机的
u∝ n，当 n↑→u↑,将 u与给定电压 u*比较得 Δu，将
Δu作为放大器输入端，经放大后的输出为触发器的发
出信号, 使触发器发出一定相位的脉冲, 晶闸管调压
器就输出一定值的电压,
调节给定电压 u*的大小,
就可得到不同输出电压值,
从而达到调速的目的。
系统的自动调节作用
设给定电压为 u*1，负载为 TL1，定子电压为 U2系统
工作在特性 A点。当负载增大为 TL2→n↓→u↓→Δu↑
→U2↑=U1→T↑→过渡到特性的 B点上。
电动机转速下降为 nB；若为开环系
统，电动机转速就要降到特性曲线
的 C上所对应的转速 nC。通过系统
的调节作用，只要给定电压 u*保持
不变，系统就可以使电动机的转速
也基本保持不变。
A
B
C
n
0 T L1 T L2 T
转速反馈调压调速系统机械特性
n 1
n A
n B
n C
U NU 1U
2
系统的自动调节作用
在不同的给定电压 u*下，可以得到一族基本
平行的闭环控制系统的机械
特性，如图曲线 1,2,3 所
示，如果连续地改变 u*，
则可使系统平滑调速。
缺点,定子电压和电流存在
高次谐波分量，功率因数较
低，效率不够高。
适用,中小容量的交流电动
机。
A
B
C
n
0 T L1 T L2 T
转速反馈调压调速系统机械特性
n 1
n A
n B
n C
U NU 1U
2
1
2
3
4
3.调速性能
调压调速闭环系统的调速方法是非恒转矩调速
和非恒功率调速。只适用于风机类型的负载 (因这
种调速方法 T∝ 1/s，而风机类负载 TL∝ 1/s )。
调压调速只适用于绕线异步电动机 (转子可串
入电阻 )，而对鼠笼电动机只能短时间欠载运行 (因
转子不能串入电阻 )，调速过程中，尤其在低速运行
损耗大，转子串入电阻可减轻电机内部发热，而鼠
笼型机只能短时运行。
6.4.5 转子串电阻调速
1.串电阻后的机械特性
转子串电阻后,n1不变，
r2↑→sm↑,Tm不变，在同一 T
下,s∝ r2+RΩ，则转子串入不
同值的电阻后，可得到不同的
转速，机械特性如右图。
调速过程：串电阻瞬间
LssLs TTTIEsnTTTIR ??????????????????? 2222
绕线式转子串电阻调速的机械特性
T
4
3
r 2
r 2 +R ? 2 +R ? 3 =R 2
r 2 +R ? 3 =R 1
r 2 + R ? 1 + R ? 2 + R ?? =R 3
n
T LT 00
n 1
2
1
2.调速特点
有级调速，设备简单，只适用于有载调速，空
载时转速变化不大。低速时特性软，损耗大，效率
下降，属于恒转矩调速。
转子串电阻调速方法适用于起重机械类负载，
对通风机负载也可采用。
3.调速时的损耗
电磁功率,Pem=m1I2 ′r2 ′/s
铜损耗,pCu2=m1I2 ′2r2 ′=s Pem
全机械功率,Pj=m1I2 ′2 r2 ′(1-s)/s= (1- s) Pem
当 s=0.5时,n=0.5n1，此时,Pem= Pj+ pCu2，
Pj = 0.5 Pem,pCu2=0.5 Pem，电机效率很低,r2 /s=常数
只改变了 Pj与 pCu2间的分配。
当 RΩ↑→s↑→pCu2↑→Pj ↓→η↓，说明转速降
低是靠增大转子铜损减小全机械功率 Pj得来的，故不
经济。
4.调速电阻的计算
同一 T值下有：
由已知的转速 n (或转差率 s )可求出 RΩ。
5.应用
适用于对调速性能要求不高的生产机械，如吊
车提升机构 。
'
22
s
Rr
s
r ???
6.4.6串极调速
1.串级调速的基本原理
转子串入电阻调速时，调速瞬间：
n 来不及变化，当 r2↑→I2↓→T↓→n↓→s↑→pCu2 ↑
(pCu2 =sPem)↑→转差功率 sPem消耗在电阻上 →浪费
→η↓。
分析 能否找出一种方法，既将消耗在电阻上的功率
利用起来，又能提高调速性能呢?串级调速就是在这
种思想指导下，设计出来的。电势 Ef与 I2反相位，提
供 Ef 的装置吸收电功率。若能够将吸收的电功率利用
起来，就解决了转子串电阻调速耗能大的问题。
2Es
(+)
(-)
r 2 j sx 2
R ?
I 2
(a)
E f
(b)
I 2
sE 2
(+)
(-)
(+)
(-)
r 2 j sx 2
绕线电机转子电路
(a) 转子串电阻 (b )转 子串电势(+,-表 示某一瞬间)极 性
分析
如果将电阻 RΩ换成电势 Ef，且使 Ef与 sE2同频率
相位相反，则转子内串入电势 Ef的等值电路如右图。
转子电流：
串入 Ef瞬间,n来不及
变化 →I2↓→T↓→n↓→s↑→
I2↑→T↑=TL
可见，串入 Ef后同样能达到调速的目的。
? ? 2222
2
2
sxr
EsEI f
?
??
E f
I 2
sE 2
(+)
(-)
(+)
(-)
r 2 j sx 2
绕线电机转子串电势
分析
Ef与 sE2相位相反，即为反电势，说明提供 Ef的
装置是吸收电功率的。如能将这部分功率加以利
用，电机的效率即可提高。当然 Ef也可以与 sE2相位
相同，则 n>n1。转子电势 sE2的大小变化，频率也变
化。 f2=sf1,Ef的频率要随 f2变化是很困难的，所
以先将转子电势 E2s变成直流，之后引入直流电势 Ef
方向与 E2s相反，这就是串级调速。串级调速可分
为：机械回馈式和电气回馈式。
2.机械回馈式串级调速系统 ( 电机
回馈式串级调速 )
异步电动机 YD与 ZD直流电动机同轴，共同拖
动负载。 YD的转子电势经整流后与 ZD的电枢相并
联，通过改变 ZD的励磁电流 IL的大小而改变 ZD的
Ed，即 达到调速目的。 ??????? nTIE
f 2
调速原理
IL=0,Ed=0，直流电势 Ef 由直流电动机供给。
YD 运行在固有机械特性上,n最高,s 最小。
当 IL≠0时,Ed ≠0,转子引入附加电势，
IL↑→Ed↑→Ef↑→I2↓→T↓→n↓→s↑→
I2↑→T↑=TL,达到调速目的。
功率关系
异步机 YD的电磁功率为 Pem，其中 (1-s)Pem直接输送给
机械负载。而 sPem进入转子,ZD 输入功率为 sPem-pCu2,ZD
输出功率为 sPem-pCu2-pZD，如果忽略损耗，则 pCu2≈0,pZD
≈0。 ZD的输入为 sPem，输出为 sPem，所以机械负载得到的
功率为 sPem+ (1-s)Pem=Pem，电机的效率大大提高。
可见，不论 s多大，转速 n的高低，负载上得到的功率总
是 Pem，这样转差功率 sPem得到利用，而没有浪费掉。这种
电机回馈式串级调速系统，只适用于大功率，低调速范
D≤（ 2~3）的场合。（因 D大 →s大 →sPem大 →ZD 容量 →
不适合，还不如直接用直流机调速）
3.电气回馈式串级调速系统
以前采用电气回馈式串级调速系统，它与机械
回馈式串级调速系统区别在于：
ZD 不与 YD 同轴，而是拖动一台异步发电机
YF 。由它发出三相交流电，把转差率 sPem回馈给电
网，这种串级调速已不采用，而采用可控硅逆变器
的电气串级调速 (SCR串级调速 )如书上 P218图 6-41
直流电势 Ef由 SCR逆变电源供给 (Uβ)，转子整流电
压为 Ud。
电气回馈式示意图
低同步可控硅串级调速系统
分析
当 Ud<Ef,Id =0,M=0；当 Ud>Ef,Id≠0,T≠0，电机
输出功率；当 Ud=Ef,Id =0,T=0，称理想空载,n=n1,s=s0
Ud=2.34s0E2=2.34U1cosβ=Ef,其中 E2—— 相电势； U1——
相电压； β —— 逆变角； s0 —— 与理想空载转速对应的转差
率； 则,s0=U1cosβ/E2； n0′—— 串级调速时的理想空载转
速,n0′ =n1(1-s0)； n1—— 异步机的同步转速。
改变逆变角 β →Ef变化 →s0变化 →n0′变化 →n变化，
但 n1不变。
4.异步机串级调速时的机械特性
无论采用哪种串级调速方
法，对 YD 来说，其
机械特性形状都是一样
的，即都是在转子内引
入一个附加电势，改变
附加电势的大小，可以
改变 s的大小，达到调
速的目的。
特性分析
已知：
如果 Ef=sE2，则 I2=0,T=0,称为理想空载状态。
令此时的转差为 s0，则有 s0=Ef/E2 。改变 Ef →s0变化；
Ef越大 →s0越大 →特性向下移动，且特性硬度减小；
Ef↑→Δsm′↑→特性越软。 Ef越大，调速作用越明
显。 Ef与 sE2反相时，电机转速向低于 n1方向调节，称
低速同步调速 ； 当 Ef相位与 sE2同相时，电机转速向高
于 n1的方向调节，称超同步串级调速。
? ? 2222
2
2
sxr
EsE
I f
?
?
?
特性
特点
优点,效率高，特性硬，调速范围较宽，无级调速。
缺点,系统总功率因数较低，设备体积大，成本高。
适用,水泵，风机等节能调速等。
6.4.7电磁转差离合器调速（ 滑差
电机调速）
1.电磁转差离合器的组成
由三部分组成：
1)笼型异步电动机：拖动电枢旋转。
2)电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。
3)可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流
励磁电流。
工作原理
M
3
~
～
N
S
n
T
n M T
f
f
T
n M
磁
极
电
枢
（ b ）工作原理
电磁转差离合器
可控整流
生产机械
（ a ）结构示意
滑差电机结构示意图和工作原理
结构
电磁转差离合器的结构形式有多种，无论哪
种，都由电枢和磁极组成 (磁极包括铁心和励磁绕
组 )。这两部分之间没有机械上的联系，二者中有气
隙，与异步电动机定、转子间的气隙相似，电枢和
磁极都能自由旋转。电枢由异步电动机拖动旋转，
因为异步电动机固有特性的直线段特性较硬，可认
为其转速不变，异步机为原动力，这部分称为主动
部分。此轴叫主动轴。可控硅整流电源通过电磁转
差离合器上滑环，给励磁绕组供电。磁极通过联轴
节与负载相联，称为从动部分。此轴叫从动轴。
电磁转差离合器的工作原理
当磁极上通过直流励磁电流时，产生固定的磁
极。异步电动机拖动电枢旋转，电枢就切割磁力
线，而产生涡流。如果将电枢看作不动，相当于固
定的磁极在空间转动，可见它
和异步电动机的旋转磁场作用
相当。电枢作为载流导体，处
在磁场中，受到电磁力作用而
产生转矩。
电磁转差离合器的工作原理
电枢由整块铸钢制成，为圆筒形钢体。电枢相当于无穷
多根导体组成的鼠笼转子，我们选择其一根分析受力情况。
设异步机以 n1的转速拖动电枢逆时针旋转，切割磁场产生感
应电势、电流，按右手定则，判断为 ⊕,再以左手定则判断
出对电枢产生顺时针方向的转矩 M企图迫使电枢反转，但电
枢的转向是由异步电动机的转向所决定的，因此，这个转矩
就成为主动轴的阻转矩。而它的反作用转矩作用在磁极上，
推动磁极逆时针方向旋转，将原动机 (异步机 ) 的机械功率传
到负载上，其转速为 n2,方向与 n1同向，磁极带动负载一起
旋转。从动轴转动后切割速度变为 Δn=n1- n2 而磁极的转速
n2又一定小于电枢转速 n1，工作原理与异步机相似。
名称
电磁转差离合器名称的由来：由于从动轴和负载相连，
要向负载输出机械功率，由前面分析可知，只有 Δn≠0时，
也就是说两轴间有转速差存在时，才有转矩产生，才能把主
动轴的功率传送给从动轴，故有转差二字。又因直流励磁电
流为零时，没有磁场，磁极不会转动，相当于把生产机械和
电枢分开，一旦加上励磁电流，磁极立即转动，相当于把生
产机械和电枢“合上”，作用和机械离合器一样。因此叫转
差
离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接，
而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫,电磁转差离
合器”，简称离合器。
名称
因为它的作用原理与异步机的相似，而且经常
与异步机本来配套成一体。小容量的装置中二者就
装在一个机壳内，同时转差也叫滑差，所以又常把
电磁转差离合器和拖动它的异步电动机一起称为滑
差电机，这种调速方法叫滑差电机调速。
机械特性
滑差电机调速系统的机械特性，就是电磁转差
离合器本身的机械特性。即从动轴上的转矩与转速
之间的关系。即 n2=f(T)，由于它的工作原理与异步
电动机相似，所以机械特性也和异步机相似。离合
器的电枢相当于异步机的转子，用铸钢制成，由于
它的电阻较大，所以机械特性和异步机转子具有较
大电阻时的机械特性相似，特性比较软。
特性
分析
当 n2=0时，切割磁场的转速最高，产生的转矩 M最大，
磁极转动后,n2↑→Δn↓→直到 n2=n1→Δn=0→T=0。
它的理想空载转速就是异步电动机的转速 n1。
改变励磁电流的大小，就改变了磁场的强弱。这实质
上和异步电动机改变定子电压的作用相同。所以改变励磁电
流大小，得到的机械特性相当于异步电动机改变定子电压的
人为特性。用可控硅供电电源给直流励磁，通过连续改变可
控硅控制角，可以得到很多条人为特性。
分析
如果励磁电流太小，磁场太弱，产生的转矩太
小，从动轴转动不起来，就会失控。所以有失控
区。
另外，在一定的磁场下，负载过大，从动轴转
速太低，也会形成从动部分跟不上主动部分，所以
运行速度不能太低。
带反馈调速系统
应用
滑差电机调速既不是恒转矩调速也不是恒功率调速
优点,结构简单，运行可靠，能平滑调速。
缺点,低速时损耗大，电枢易发热变形。
应用,纺织、印染、造纸等工业部门的一般设备
上。
现代交流调速系统组成
控制器
电力 电子
功率变换器
交流电动机 BRT
电量检测器
给定
电源
变频器
现代交流调速系统组成示意图
异步电动机调速系统基本类型
1.转差功率消耗型调速系统
2.转差功率回馈型调速系统
3.转差功率不变型调速系统
1.转差功率消耗型调速系统
全部转差功率转换成热能的形式而消耗
掉。晶闸管调压调速属于这一类。在异步电动
机调速系统中，这类系统的效率最低，是以增
加转差功率为代价来换取转速的降低。但是由
于这类系统结构最简单，所以对于要求不高的
小容量场合还有一定的应用。
2.转差功率回馈型调速系统
转差功率一小部分消耗掉，大部分则通
过变流装置回馈给电网。转速越低，回馈的
功率越多。绕线式异步电动机串级调速属于
这一类。显然这类调速系统效率较高。
3.转差功率不变型调速系统
转差功率中转子铜耗部分的消耗是不可避
免的，但在这类系统中，无论转速高低，转差
功率的消耗基本不变，因此效率很高。变频调
速属于此类。目前在交流调速系统中，变频调
速应用最多、最广泛，可以构成高动态性能的
交流调速系统，取代直流调速。变频调速技术
及其装置仍是 21世纪的主流技术与主流产品。
现代交流调速系统今后发展趋势
发展趋势：
1.以取代直流调速系统为目标的高性能交流
调速系统的进一步研究与开发。
2.新型拓扑结构功率变换器的研究与开发。
3.PWM模式的改进和优化。
4.中压变频装置（我国称为高压变频装置）
的研究与技术开发。
课后复习要点
三相异步电动机各种调速方法
思考题,P241 6-16,6-17,6-21
作业,P241 6-24
本次课程内容和教学要求
内容：
异步电动机各种运行状态。
要求：
掌握各种制动原理和机械特性
以及应用场合。
6.5三相异步电动机的各种运行状态
6.5.1电动运行状态
T与 n方向一致,n<n1,0<s<1,T为拖动
转矩，特性在第 Ⅰ, Ⅲ 象限。
6.5.2 制动运行状态
制动分为反接制动，能耗制动，回馈制动 (再
生发电制动 )
反接制动
反接制动状态是指转子旋转方向和旋转磁场方
向相反，即转速 n和同步转速 n1反向的运转状态。
反接制动分为转子反转的反接制动和定子两相
反接的反接制动。
1.定子两相反接的反接制动
定子两相反接的反接制动又称电源反接
制动
(1)方法及制动原理
方法：
将三相定子绕组二相出线头对调一下，
则 n1转，同时在转子绕组内串入三相对称电
阻 RΩ。
磁场模型
N
S
n 1
n 1T
n
N
S
Tn
电动状态 制动状态
n 1
n 1
异步电动机的磁场模型
原理
反接瞬间,n1→-n1,n由于惯性来不及变化。
这时 s较大 → sE2较大 →I2很大。为限制转
子电流，要串制动电阻 (在转子回路中 RΩ) 。
制动瞬间：
反接制动瞬间因 sA很小,nA ≈n1，所以 s≈ 2。
转子回路串入大电阻，若改变串入的电阻值
可改变制动特性的斜率。
? ? ABAAB sssnn nns ?????? ??? 21n 1A
1
1,
2s1 1
1
1 ???
?
???,
n
nns
特性
当电机拖动恒转矩负载时，在电动机转矩和负
载转矩共同作用下，迫使电动机很快送减速到 C点，
n=0，制动结束。 BC段为电源反接制动的制动特性，
要想停车，需在 n=0时拉闸，否则，若电机拖动反抗
性负载，而且 C点的电动机转矩 T大于负载转矩，则
反向起动到 D点稳定运行。 CD段为反向电动状态特
性。若电动机拖动位能性负载，则要从反向电动状态
继续加速到 -n1 (E)点，再到反向回馈制动状态的 F
点，才能稳定运行。
特性
n D
E
-n 1
n F F
n A
TT B
B A
n 1
T LC 0
-T L
n
定子两相反接的反接制动
D
F '
B ' 1
2
3
(2)能量关系 (BC段特性 )
Pi<0说明系统储存的机械能
+消耗在转子电阻上
Pem>0说明从电源上输入电能
(3) 制动电阻的计算
同一 M值下,r2/s=常数。在同一 Tm下：
串入电阻后，
由上面的公式可求出电阻值 RΩ1及 RΩ2。 已知
TL，在同一 TL下，可能有二个电阻值，有二条机
械特性，即二个 RΩ值。
?????? ????
??? ?? 122122
mmNm
mm
ss
s
RRr
s
r ??，
?
?
?
?
?
?
?
?
???
?
?
??
?
?
?? 1
2
2.1
L
Nm
L
Nm
Bm T
T
T
T
ss
??
说明
同一 T值下,。
如图所示，如果 s<sN，特性
可视为直线，则
如果 s>sN，用实用公式求 s。
2
212
1
122
s
RRr
s
Rr
s
r
N
??? ?????
N
NN
sTTsTsTssT 11
1
1N ????,
T
s 1n 1
T 10
n
T N
s N
s
(4) 应用
适用于迅速正反转的生产机械。
2.转子反转的反接制动 (负载倒拉反
接制动 )
QS
FR
~
M
3
~
KM
1FU
L 1 L 2 L 3
2FU
SB 1
SB 2
KM
KM 3
KM 2
FR
KM 1
KM 1
KM 3
R st3
KM 2
R st2
KM 1
R st1
KM 3
KM
KT 1 KT
2
KM 2 KT 3 KM 3
KT 1 KM 1 KT 2 KM
2 KT 3 KM 3
(a)接 线图
KM
(1)方法及制动原理
绕线式异步电动机转子串入较大的电
阻，如图所示，当电机提升重物 G，电机以
nA转速提升重物。这时线路中接触器的常开
接点全部闭合，转子回路没有外串电阻。
制动原理
若使 KM3断电，其常开接点打开，串入电阻 Rst3系统
以较低转速 nB提升重物。若再使 KM2断电，其常开接点
打开，串入电阻 Rst3 + Rst2，得特性 3，如图所示。这时
T=TL,n=0，电机既不提升重物也不放下重物。若再使
KM1断电，转子回路串入全部电阻 Rst1 + Rst2+ Rst3,在
n=0时,T<TL，位能负载拉着电动机反转，使转子逆原
先方向转动。 T与 n反向，制动状态。 T为制动转矩起限
速作用，使下放重物不会出现危险的高速度。串入大电
阻 Rst → I2s↓→T↓→n↓。在 n=0时电动机被 TL拉向反
转。
特性
转子反转的反接制动的机械特性
T
D
C
r 2
r 2 +R st 2 +R st 3 =R 2
r 2 +R s t 3 =R 1
r
2
+ R
s t 1
+ R
s t 2
+ R
st ?
=R
3
n
T L0
n 1
A
B
A '
1
2
3
4
n C
n A
T
B
A
n 1
T L
C
0
n
转子反向的反接制动
(2)能量关系
机械功率
电磁功率
转子铜损
说明两部分能量全部消耗在电阻上，一部分
消耗在转子本身的内阻 r2上，因 r2很小，故能量
大部分消耗在外串电阻 RΩ上。这样可以减小转
子发热程度。
0'1' 2221 ??? rs sImP j
0'' 2221 ?? srImP em
?????? ?????? ?RrImPPP jemcu 22212 '
(3)制动电阻的计算方法
以固有机械特性为准，求出
在同一 T值下,r2/s =常数，
即,可求出 RΩ
1
1
2
2
2,3 n
nns
I
Esr N
N
N
NN ???
CBN s
Rr
s
Rr
s
r ?? ?
?
?
? 2122
(4)特点和应用
特点：
s>1,运行过程中能量消耗多，改变
转子串接电阻，可变速度。
应用：
适用于位能性负载下放重物 。
6.5.3回馈制动运行状态 (再生发电制动 )
1.方法及制动原理
方法,电机在拖动位能性负载时，当电动机产生
的电磁转矩 T与负载转矩 TL同方向时，使转速
n ↑↑，即 n>n1，电动机工作在发电状态，向
电网返回能量。
特点,电机向电网输送有功功率，由电网向电机
输入无功功率。
分析
电动状态时,由电网向电机输入的有功功率：
由电网向电机输入的无功功率：
其中 I1a与 U1同相位。
aIUIUP 11111 3c o s3 ?? ?
LIUIUQ 11111 3s i n3 ?? ?
分析
发电状态时：
I1a与 U1反向,φ >90o；
03c o s3 11111 ??? aIUIUP ?
03s i n3 11111 ??? LIUIUQ ?
2.能量关系
n>n1,s<0,Pj=m1I2′2r2 ′(1-s)/s<0，说明输入机
械功率； Pem= m1I2′2r2 ′/s<0，说明由转子输入机械功
率传到定子，再返回电源，这时电机为一台异步发电
机，又因这时 T,n方向相反故为制动状态，称回馈制
动或再生发电制动。
3.电流关系
（ 1）转子有功电流 I2a′：
因 s<0,I2a′<0，由电动机流向电网
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
'
'
'
'E
'
'
'
'
'
'
'
x
s
r
s
r
x
s
r
s
r
x
s
r
E
I a
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?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
（ 2）无功电流
无功电流为：
电流方向不变，从电网流向电机，即电机从
电网吸收无功电流。
电机返回电网的有功功率
0
'
'
''
s i n''
2
2
2
2
22
222 ?
??
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?
?
?
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??
x
s
r
xE
II L ?
0
'
'
a r c t a n
2
2
2 ??
s
r
x
? 0c o s0c o s 12 ?? ??,
0c o s3 1111 ?? ?IUP
4.相量图
E 1 =E 2 '
? m
-
I 1 r 1
jI 1 x 1
U 1
I 0
I 1
-I 2 '
jI 2 'x 2 '
I 2 '-
s
r 2 '
I 2 '
? 1
? 2
三相 异步电动机
回馈制 动状态相量图
5.机械特性
n
n 1
n 1 '
A
B
0 T L T
三相异步电动机正
向回馈制动时机械特性
6.特点和应用
特点：
n>n1，从电网吸收无功建立磁场，向电网
输送有功，经济。
应用：
电机拖动位能性负载 (如绕线式异步机 )下放
重物。
6.5.4 能耗制动运行状态
(1)方法及制动原理
方法：
将正在运行的三相异步
电动机定子绕组断开三相交
流电源，同时在定子两相绕
组内通入直流电流。电动运
行状态时,KM1闭合，能耗
制动时 KM1断开,KM2闭合
M
3
~
R ?
R
KM 2
KM 1
~
L 1 L 2 L 3
+
-
(a)接线图
接线图
M
3
~
R ?
R
KM 2
KM 1
~
L 1 L 2 L 3
+
-
(a)接 线图
N
S
n 1
n 1T
n
N
S
Tn
电动状态
制动状态
(b) 能耗制动原理
三相异步电动机能耗制动原理接线
制动原理
当定子绕组拉开三相交流电，通入直流电
时，定子磁场变为固定不动的恒定磁场。转子由
于惯性仍顺时针方向旋转。转子导体切割磁场产
生的感应电势和感应电流的方向与电动状态时相
反，从而使电动机产生的电磁转矩与电动状态时
相反，即 T为逆时针方向，这时 T与 n方向相
反，故为制动状态。当转速 n=0时,T=0，电动
机不再产生电磁转矩。从而能准确停车。
制动原理
制动过程中，
n>0,T<0，所以
特性在 Ⅱ 象限
能量关系为：
动能 →电能 →消耗
在转子电阻上。
N
S
n 1
n 1T
n
N
S
Tn
电动状态 制动状态
2.能耗制动时的机械特性
(1)定子等效电流 I1的大小
能耗制动时，定子绕组通入直流 I_产生固定磁势 F_，
在空间按正弦分布。转子以转速 n切割定子固定磁场。这
时能耗制动的转差率 sn=n/n1，也称相对转速。电动机处
于电动状态时，转子以 Δn切割定子旋转磁场，其转差率
为 s=(n1-n)/n1。当 n=0时，能耗制动的转差率 sn=0。当在同
步转速下 n=n1时,sn=1。这时转子电势最大 snE2=E2，电
抗为 snX2=X2 。所以能耗制动时其转差为 0<sn<1。
分析
现用分析异步电动机正常运行的方法来分析
能耗制动的情况。其方法为：将转子看成不动，
定子固定磁场朝相反方向以转速 n旋转。结果与
转子旋转时相同。
分析方法
将定子固定磁场，用一个等效的旋转磁场来
代替，其转速为 n、转向与转子实际转向相反，
并称产生定子旋转磁场的定子电流 —— 等效交流
电流 I1。
推导
令 F~=F,式中 F 为合成的直流磁势； F~为通交
流电时产生的合成旋转磁势。
如果定子接成 Y接，而且其二相通直流电时，
合成磁场见图，其中设
N1a定子每相绕组的串联
有效匝数，即：
aA
wa
NIF
kNN
1
111
??
?
推导
??
??
??
???
????
?????
III
NIFNIFF
NIFFF
aam
aAA
816.0
3
2
32
2
3
2
3
3330c os2
1
111~
1
，
(2)电流相量图
合成磁势 励磁电流
Iμ为励磁电流无功分量,Ia为励磁电流有功分量
当忽略有功分量时，
I0≈ Iμ
相量图如图所示由电流相量
图可得：
? ??, 2,1,FFF,..
0 ?III a ??
? ???? ',2,1.,EEF m
? ? ? ?
2
22
2
2
2
22
2
22
2
1
s i n'2'I
s i n'c o s'
??
?
?
??
III
IIII
???
???
讨论
当 n=0时，
当 n↑时，
n↑时 →
电动状态时,I2′↑→I1↑ → I0不变 →Φm不变化
能耗制动时,I2′随 n变化，但 I1不变 → I0μ变化
→ Φm大小变化但方向不变。
?? ??
102,0 III ?
???????
???????
222
22
?
??
Xfs
IIE
n
m
(3)机械特性方程
特性方程：
上式与电动机实用公式相似，所以机械特性
曲线的形状也与电动机相似，只是当 n=0时,T=0
过原点。
n
mn
mn
n
m
s
s
s
s
T
T
?
?
2
（ 4）分析机械特性曲线
(i)设磁路不饱和 Xm =常数，增大 r2′(I1不变 )时 →smN↑
Tm不变，可得曲线 2。 (这里是以反向电动状态 s轴为
依据 )
(ii)保持 r2′,sm不变，增大 I 时 → I1 ↑→ Tm ↑
设磁路未饱和 Xm =常数，可得曲线 3，它同异步机改变
定子电压的人为特性变化规律相同 (因为改变定子电压
就改变了气隙磁通 Φm的大小，而改变直流电流 I 也将
改变恒定磁场的数值，二者实质相同，所以特性变化
规律相同 )
机械特性曲线
n m
0-T L T L TT mT m '
n
n 1
n m '
13
2
三相异步电动机能耗制动机械特性
(5)增大制动转矩的方法
(a)绕线电机转子串电阻
（ r2′+RΩ） ↑→ sm↑ →Tz
(b)鼠笼式电机增大 I,则 I1↑ → Tm →Tz,绕线
式电机制动时转子电阻计算
? ?
? ? 2
2
2
100
3
4.0~2.0
5.0~2.0)3~2(
r
I
E
R
IIII
N
N
N
??
??
?
?,
(6)特点与应用
特点：机械特性过原点，即 n=0时 T=0。
应用：
位能性负载，可以放下重物，如图 B
点以稳定速度 nB下放重物。
反抗性负载，用以迅速，准确停车 。
异步电动机各种运行状态
? 实际的三相异步电动
机根据生产机械的工
艺需要，可运行在各
种运行状态。
本章小结 1
本章介绍了三相异步电动机的机械特性、起
动、制动与调速。
机械特性则是异步电动机运行特性中最重要，
三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电
压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁
转矩与转速或转差率的关系，即 n=?(T)或 s=?(T)。
机械特性可用函数表示，也可同曲线表示，用函数
表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表达式
和实用表达式，三种表达式各有不同的适用场合。
本章小结 2
起动性能指标是起动转矩倍数、起动电流倍
数，影响起动性能指标的因数主要有定子端电压
U1、定、转子的漏电抗和转子电阻。三相异步电动
机的起动应考虑：要限制起动电流、要有足够的起
动转矩以及起动的经济性。具体起动方法有：直接
起动、降压起动、转子回路串电阻或串频敏变阻器
起动，各种起动方法各有优缺点和适用场合，采用
时应根据实际情况选择与校验。
本章小结 3
当电磁转矩与转速方向相反时异步电动机处于
制动状态。实现三相异步电动机电气制动方法主要
有：能耗制动、反接制动和回馈制动，其中能耗制
动在制动时不需电网供电，经济性好，并能在任何
转速下实施制动，但需要整流设备提供直流电。反
接制动也能在任何转速下开始制动，制动转矩大，
制动迅速、效果好，制动过程中转子具有的机械能
和从电网输入的电能全部消耗在转子电阻上，故经
济性相对较差。回馈制动能将转子具有的机械能反
馈给电网，经济性好。
本章小结 4
三相异步电动机的调速方法主要有：变极调
速、变转差率调速和变频调速。变极调速是通过改
变定子半相绕组的接线方式来实现调速的，其调速
范围小，是有级调速，但设备简单，特性硬，运行
可靠，效率高，一般适用于调速要求不高的场合。
本章小结 5
变转差率的调速又包括降低定子电压的调速、
绕线转子串电阻的调速、串极调速和滑差电机调速
方法，其中降低定子电压调速的方法，调速范围
小，低速运行时功率因数和效率都很低，电机发热
严重。如果要求在拖动恒转矩负载有较宽的调速范
围，可选用高转差率的电动机，但较软的机械特性
会在扰动出现时引起较大的转速降，甚至使系统无
法工作，为了提高调速的机械特性硬度，可采用转
速闭环系统。绕线转子串电阻的调速属恒转矩调速
方法，其调速范围不大，效率低，但设备简单，易
于实现。
本章小结 6
绕线转子串极调速方法，机械特性较硬，调速
范围较宽，效率高，可实现无级调速，但低速运行
的过载能力低，设备体积大，成本高。滑差电机调
速结构简单，运行可靠，调速平滑性好，可实现无
级调速，闭环控制的调速范围可扩大。但低速运行
损耗大、效率低，适用于通风机类的设备。变频调
速方法具有频率连续可调，可实现无级调速，调速
范围大，机械特性硬，转速稳定性好，效率高等特
点，变频调速是现代交流调速的方向。
本章小结 7
三相异步电动机因电磁转矩与转速之间
的方向不同，其机械特性可处在不同的象
限。
课后复习要点
三相异步电动机制动及各种运行状态
思考题,P241 6-27,6-29
作业,P242 6-41,6-42,6-45
