2011-7-18 1
电机学
主讲：马宏忠
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目 录
第一篇 变 压 器
第一章 绪 论
第四篇 同 步 电 机
第三篇 异 步 电 机
第二篇 交流电机的共同问题
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第三篇 异 步 电 机
第十章 三相异步电动机的启动和调速
第十一章 单相意图电动机及异步电机的
其他运行方式
第九章 异步电机的理论分析与工作特性
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第九章 异步电机的理论分析与
工作特性
第二节 异步电机的基本原理
第三节 三相异步电机的等效电路
第四节 异步电机的参数
第五节 异步电动机的功率平衡式和转矩平衡式
第六节 异步电动机的机械特性
第一节 异步电机的基本结构
第七节 异步电动机的工作特性
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第一节 异步电机的基本结构
前言
异步电机又称 感应电机 是 交流电机 的一种。
优点,结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高、价
格较低。
缺点, 1.调速和起动 性能不佳 ;
2.功率因数总是滞后 的，增加了电力系统的无功负担。
应用,总的来说,主要作为电动机 使用，是当今应用最广，需要量最
大的一种电机。
结构, 定子、转子,空气隙、端盖、轴承和机座等部件。
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第一节 异步电机的基本结构
一、定子
异步电机定子主要包括定子 绕组, 铁芯 和机座三部分。
二、转子
异步电机转子主要包括转子 绕组, 铁芯 和转轴三部分。
异步电机的转子结构可以分为 笼型 和 绕线 型两大类。
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? 绕组转子异步电机
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第一节 异步电机的基本结构
三、铭牌的额定值
（ 1）型号
（ 2） 额定功率 （ PN）,指电动机在额定方式下
运行时，转轴上 输出 的机械功率。单位为 W和
kW。
（ 3） 额定电压 （ UN）,指电动机在额定方式下
运行时，定子绕组应加的 线电压 。单位为 V和
kV 。
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第一节 异步电机的基本结构
（ 4） 额定电流 （ IN）,指电动机在额定电压和额定功率
状态下运行时，流入定子绕组的 线电流 。单位为 A。
（ 5） 额定频率 （ fN）,额定状态下电源的交变频率，我
国的电网频率为 50 Hz。
（ 6） 额定转速 （ nN）,指在额定状态下运行时的转子转
速。单位为 rpm。
除上述数据外，还标出额定运行时，电机的功率因
素以及 相数, 接线法, 防护等级, 绝缘等级 与 温升,
工作方式等有关项目。
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第二节 异步电机的基本原理
一、异步电机的运行状态
? 当对称三相电流流入异步电机三相定子绕组
? 在气隙中便产生一 旋转磁场,以同步速 旋转
? 转子绕组与其有 相对运动 （切割）
? 在闭合的转子绕组产生 感应电动势 和 感应电流,
? 旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生 电
磁转矩 。
1n
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第二节 异步电机的基本原理
? 异步电机的转子转速 总是略低于（电动机）
或略高于（发电机）旋转磁场转速
? 他们之间的差,称为 转差 速度
? 定义转差速度与同步转速的比值为 转差率,即
1n
)( 1 nn ?
1
1
n
nns ??
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第二节 异步电机的基本原理
? 转差率是决定异步电机运行状态的重要变量：
? 异步电动机的 负载 情况发生变化，
? 转子导体 中的电动势电流和 电磁转矩 相应变化
? 则转子转速和转差率随之变化。
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第二节 异步电机的基本原理
按照转差率大小正负，电机可分为三种状态：
? 电动机运行
? 发电机运行
? 电磁制动
1,电动机 运行
转速低于同步转速
0<n<n1
1>S>0
b
x
n1
F n
Fe
0
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第二节 异步电机的基本原理
2,发电机 运行
发电机状态转速大于同步转速
n > n0
S<0
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第二节 异步电机的基本原理
3,电磁制动
相对转速大于同步转速
n<0
S>1
（实际上异步电机主要作为电动机运行）
b
x
n1
F n
Fe
0
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第二节 异步电机的基本原理
二、异步电机的 主磁通 和 漏磁通
主磁通,
穿过气隙，与定转子绕组交链
漏磁通
不属于主磁通的磁通
（槽、端部，谐波）
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第三节 三相异步电机的等效电路
（一）转子不动时的异步电机
? 从电路的角度来看，转子不动时异步电机的电路方程与
次级短路 时的 变压器 的电路方程相似
? 变压器的 初级 相当于异步电机的定子绕组
? 次级 绕组相当于转子绕组。
? 尽管异步电机与变压器的的 磁场性质, 结构 和 运行方式
不相同，但他们 内部的电磁关系 时相通的。
? 所以在研究异步电机的等效电路时, 可以借助变压器的
电磁理论 。
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第三节 三相异步电机的等效电路
转子不动时的定、转子电路
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1x
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1E 2E1f 12 ff ?
111,,NKNm 222,,NKNm
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U
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第三节 三相异步电机的等效电路
转子不动时的 异步电机与变压器的等效
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第三节 三相异步电机的等效电路
1,电压平衡方程
定子绕组的电压平衡式和 转子不动 时转子绕组的电压
平衡式分别为
（与变压器类比解释各参量的意义）
)( 11111 jxrIEU ???? ???
)(0 2222 jxrIE ??? ??
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第三节 三相异步电机的等效电路
2,磁动势平衡方程
定子绕组磁动势
转子绕组磁动势
合成磁动势
磁动平衡式为
1
111
1 9.02 Ip
KNmF N???
2
222
2 9.02 Ip
KNmF N???
m
N
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KNmF 111 9.0
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mFFF
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21
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第三节 三相异步电机的等效电路
3,绕组的归算
一般将转子方面的各物理量归算到定子方面。
（ 1） 电流 的归算
根据归算前后转子磁动势保持不变，即：
式中 为电流变比。
iK
2'2 FF ?
i
N
N kII
KNm
KNmI
22
111
222'
2 ??
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第三节 三相异步电机的等效电路
（ 2） 电动势 的归算
根据归算前后转子视在功率保持不变，即
式中 为电动势变比。
22
22
11
2 EKEKN
KNE
e
N
N ???
eK
222
'
2
'
21 IEmIEm ?
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第三节 三相异步电机的等效电路
（ 3） 阻抗 的归算
根据归算前后转子铜耗保持不变，即
式中 为阻抗变比。
电阻变比也适用于转子电抗、阻抗的归算。
2
2
22
11
2
1
2 )( rKKKN
KN
m
mr
ie
N
N ???
ieKK
2222'22'21 rImrIm ?
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第三节 三相异步电机的等效电路
二、转子转动后的异步电机
1、转子转动后对转子各物理量的 影响
从电路角度看，转子转动后转子频率的变化将影响
转子电动
势和漏抗等参数的变化。
转子电流的频率
转子电动势
转子漏抗
转子转动后转子回路电压平衡式
22 sEE s ?
22 sxx s ?
)(0 2222 ss jxrIE ??? ??
12 sff ?
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第三节 三相异步电机的等效电路
二、转子转动后的异步电机
2,频率归算
由以上分析可知，转子转动后转子回路的参数
频率为
而定子回路参数的频率仍为
电路中频率应相同，所以进行频率归算：
12 sff ?
1f
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2.频率归算
2
2
2
1
2
2
1
2
222
2
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2
2
22
2
22
2
2
22222
22
2
222222
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1
0
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jxr
E
IxIjrIE
tgtg
s
ss
相位角相同
转子转动：
转子静止：
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?
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?
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第三节 三相异步电机的等效电路
转动时的电路 (频率归算 前 )
转动时的电路 (频率归算 后 )
1r
1r1x
1x
2r 2x
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111,,NKNm
111,,NKNm
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n
111,,NKNm
111,,NKNm
'2r '2x
'21 rSS?1E? '
2E
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第三节 三相异步电机的等效电路
3、基本方程
转子参数经 频率归算 后还应进行 绕组归算,归
算后异步电动机转子转动后的基本方程为
)(
)(
)(0
)(
1
21
21
2
2
22
11111
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III
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??
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第三节 三相异步电机的等效电路
4,等效电路
根据上式可画出异步电机的 型等效电路T
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第三节 三相异步电机的等效电路
4,向量图
与接有 纯电阻负载 时的变压器向量图类似。异步电机的 模拟电阻压降 相
当于 变压器的次级侧电压,其余部分没什么区别。
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第四节 异步电机的参数
异步电机的参数
基本方程式、等效电路图和向量图 分析交流电
机普遍方法。
通过等效电路可以算出电机的 电流, 功率, 功
率因数, 效率 以及 转矩 。
mm xrxrxr,,,,,2211 ??
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第四节 异步电机的参数
? 两种参数
?励磁参数,
? 决定于电机主磁路的饱和程度,
? 是一种非线性参数,
?短路参数,
? 基本上与电机的饱和程度无关,
? 是一种线性参数,
? 测定方法,两种试验
? 空载试验
? 短路试验
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一 空载试验与励磁参数的确定
(一 )空载试验,
? 在 UN,fN下,轴上不带负载。
? 将电动机 运转 一段时间 (30min)使其机械损耗达到稳定值,
? 然后 调节电源电压 从 (1.10~1.20) UN开始,逐渐降低到可
能达到的最低电压值 (约 0.3UN).
? 测量 7~9点,每次记录端电压,空载电流,空载功率和转速,
? 根据记录数据,绘制 电动机的空载特性曲线,
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一 空载试验与励磁参数的确定
(二 ) 机械损耗和铁耗的分离
m e c
m e cFe
m e cFe
m e cFe
p
Ufpp
pprImp
pprImpIs
延长得
画出曲线
此时
)(
,0,0
2
1
1
2
10110
1
2
101102
??
????
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一 空载试验与励磁参数的确定
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101
10
1
10
12
0
2
10
1
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?
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可由短路实验确定。式中
转子开路，有
）附加电阻（空载时，
励磁参数的确定三
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二 短路试验及短路参数之确定
（ 1） 短路试验,
? 短路 指 T形电路中的附加电阻 的状态,
? n=0,因此必须在电动机 堵转 情况下进行,故短路试验也称为 堵转试验,
? 试验方法
? 一般从 I1=1.2IN （或,U1=0.4UN） 开始,
? 逐步降低电压,到 I1=0.3IN
? 测量 5~7点,
? 每次记录端电压,定子短路电流和短路功率,
? 测量定子绕组的电阻,
? 根据记录数据,绘制异步电动机的短路特性 I1s=f(U1),p1s=f(U1)
0/)1( 2 ??? srs
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二 短路试验及短路参数之确定
? （ 2） 短路参数的确定 (与变压器相同 )
? 由于 励磁支路开路,
? 全部输入功率都变成定子铜耗与转子铜耗,
2ZZm ??? 00 ???
Fem pI
2
,
,,
)(
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2121
22
2
11
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1
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1122211
2
111
s
ss
sss
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IIIIrImrImp
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??????
????
?????
?????????
可认为对大中型异步电动机，
式中：
则：； ?
0;02 ?? m e cpP且：
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二、异步电机的等效电路及其简化
令
根据 T型等效电路，可写出如下两个方程式。
联立求解得
mmms jxrZjxrZxjs
rZ ?????????,,
1112
2
2
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2111
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2
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?
? ???
sZCZ
UI
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12
1
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二、异步电机的等效电路及其简化
和 都很复杂，式中 是一个 复系数
在异步电机中，略去
则复数系数变成 实数,即
2I??
1I?
1C?
mmm jxr
jxr
Z
ZC
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mx
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第四节 异步电机的参数
求转子电流的较准确近似等效电路
求定子电流的较准确近似等效电路
1U?
1r 1x
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21rc ? 21xc ?
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11rc 11xc 221rc ? 2
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第四节 异步电机的参数
异步电机的简化等效电路（ c=1）
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mxx ?1
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1r 1x 2r? 2x?
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第五节 异步电机的功率平衡式和
转矩平衡式
一、功率平衡式
本节将用有效电路来分析异步电动机的能量关系
见右图
输入电功率
定子铜耗
定子铁耗
转子铜耗
总的机械功率 异步电动机的各种损耗
总的机械功率又称内功率。
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第五节 异步电机的功率平衡式和
转矩平衡式
异步电动机的功率流程图
异步电动机总的功率式
正常运转的时候转子铁芯中磁通的变化的频率很低，仅有 1~3Hz,所
以 转子铁耗 可以略去不计。
adm e cCuFeCu
adm e cCuFeCu
pppppp
pPpppppPP
?????
????????
?
?
21
22121
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第五节 异步电机的功率平衡式和
转矩平衡式
两个重要关系,因为
电磁功率：
转子铜耗：
机械功率：
所以：
又叫转差功率
22212 rImp Cu ???
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第五节 功率平衡式和转矩平衡式
二、转矩平衡式
旋转电机的机械功率：＝电机的 转矩 与它的 机械角速度 乘积,
总机械功率
除以转子角速度 得到转矩平衡式，即
式中,为电动机轴上的 输出机械转矩,即负载转矩；
：为电动机轴上的 总 机械 转矩,Tem,即电磁转矩；
为电动机 空载 (制动 )转矩 ；
?
?? 22
PT
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PT
adm e c TTT ??0
adm e cm e ci ppPPP ??? 2即
?
022 TTTTTT m e cem ????? ?
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第五节 功率平衡式和转矩平衡式
三、关于电磁转矩
电磁转矩与功率
式中 或 为电机的同步角速度：
注意：比较下式含义：
具体例子详见书 例（ 9-1）
0 0
( 1 )
22 ( 1 )
60 60
ii MM
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2011-7-18 河海大学 电气学院 49
第六节 异步电机的机械特性
称为异步电动机的 电磁转矩 -转差率曲线,简称 T-s曲
线,又称为 机械特性 曲线，它是异步电动机最主要的特性。
一,电磁转矩表达式
? ?sfT ?
? ?
212
1
222
1
1 1 1
2 2
12
00
1
2
222
1 1 2
2 2
1
1
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n
Q
近似等效 路
其中：
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第六节 异步电机的机械特性
二,T-s曲线
由上式可画出 T-s曲线如右：
该曲线是按电动机运行方式导出
按照转差率划分电机有三种状态：
1、
T>0,T与 n方相同，为 电动机 状态。
2、
T＜ 0,n>n0, T与 n方向相反,制动转矩，
为 发电机 状态。
3、
T>0,T与 n方向相反，为 制动 状态。
0,10 1 ???? nns
1,0 nns ??
0,1 ?? ns
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第六节 异步电机的机械特性
? 为什么异步电机起动电流大，起动转矩并不大？
? 可参书 P157 图 9-20
? ?
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''
1 2 2 2
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22
0
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1' 22
2
2 ' 2 ' 2
' ' 2
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2
2 ' 2 ' 2
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22
22
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Q
Q （很大）
（很小）
不大
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第六节 异步电机的机械特性
二、最大转矩
1.临界转差率 与 最大转矩
求最大转矩可用,由此求得产生最大转矩时的转差率
：临界转差率，其中,, 号，电动机取, +” 号，发电机去
,-” 号。
代入转矩表达式，求得最大转矩为
0?dsdT
1
22
1 1 2
2
1()
k
cs
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r
cx?? ???
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1
221
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2011-7-18 河海大学 电气学院 53
第六节 异步电机的机械特性
2.过载能力
由此得到以下几点结论：
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m
xx
T
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无关与
无关）与
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2011-7-18 河海大学 电气学院 54
第六节 异步电机的机械特性
2011-7-18 河海大学 电气学院 55
第六节 异步电机的机械特性
三、异步电机 稳定运行范围
电动机的稳定运行条件为
对恒转矩负载，
LdTdT
d s d s
?
0,0 ??? sddTsddT L
2011-7-18 河海大学 电气学院 56
第六节 异步电机的机械特性
四、电磁转矩简化计算公式 （从略）
1,对大型电机
2,实用公式
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2
k
k
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2
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N
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2011-7-18 河海大学 电气学院 57
第七节 异步电动机的工作特性
异步电动机的工作特性 定义,
? ? NN ffUUem PfTIn 1111,211,,c o s,,?????
2011-7-18 河海大学 电气学院 58
第七节 异步电动机的工作特性
（ 1） 转速特性,
（ 2） 定子电流特性,
2
'
21
21 ),(
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c o n s tIIII mm
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? ? NN ffUUPfnD e f 1111,2 ???：
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略有减小，，负载：
空载：
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22
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2011-7-18 河海大学 电气学院 59
第七节 异步电动机的工作特性
（ 3） 功率因数特性 (*)：
? ? NN ffUUPfD e f 1111,21c o s ????：
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即有功增加，负载：
很小，线圈电机呈感性空载：
2011-7-18 河海大学 电气学院 60
第七节 异步电动机的工作特性
（ 4） 电磁转矩特性,
? ? NN ffUUem PfTD e f 1111,2 ???：
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2
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2
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直线略有上翘
，（有所减小很大后，当
直线正常范围内，
PT
PP
PTco n s t
co n s tT
P
TT
em
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 61
（ 5） 效率特性,
?
? 异步电动机的效率为
? 损耗,
?
? P2增加时，效率上升得很快；
? 当不变损耗 =可变损耗时,效率达到最大值；
? 随后负载继续增加，可变损耗增加很快，效率就要降低。
? 电动机容量越大,效率就愈高,
?????
???? ppppP PP p
CuFeCu 212
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? ? NN ffUUPfD e f 1111,2 ????：
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?
?ppp
pp
cucu
m e cFe
,,2,1
,
可变损耗
不变损耗：
第七节 异步电动机的工作特性
2011-7-18 河海大学 电气学院 62
第十章 三相异步电机的启动和调速
第一节 起动电流和起动转矩
第二节 谐波转矩及其对起动的影响
第三节 笼型异步电动机的起动
第四节 笼型异步电动机的调速
第五节 绕线转子异步电动机的起动和调速
2011-7-18 河海大学 电气学院 63
第一节 起动电流和起动转矩
定义, 异步电动机的起动是指电机从静止状态加速到稳
态转速的整个过程，它包括最初起动状态和加速过程。
主要指标, 起动电流和起动转矩
希望, 起动电流小、起动转矩大
实际, 起动电流大、起动转矩不大 （不宜说起动转矩小）
2011-7-18 河海大学 电气学院 64
第一节 起动电流和起动转矩
起动时,定子电流很大
（额定电流的 5~7倍）
最初起动转子功率因数很小：
所以转矩不大：
本节内容,怎样尽可能使：起动电流小、起动转矩大
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2011-7-18 河海大学 电气学院 65
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
异步电机的气隙中除了存在基波磁场之外，还有一系
列 谐波磁场,这些谐波磁场对电机有多方面的影响。
一、异步电机的 高次空间谐波磁场 产生的主要原
因
1,绕组分布非正弦 引起的谐波磁场
(1) 实际磁势 阶梯分布,含有谐波，其中 5,7次较强
(2) 高次谐波中,次较强，因其与基波绕组
系统相同。谐波可写成与定子齿数有关的谐波，故常称
为 定子绕组齿谐波 。
12 ?mqk
2011-7-18 河海大学 电气学院 66
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
２、定、转子 齿槽 存在引起磁导齿谐波
定、转子铁芯的内圈和外圈上有齿槽存在，引起气隙
磁导不均
匀，面对 齿部磁导较大,面对槽口磁导较小，即使气隙磁
动势按正
弦分布，由于齿槽磁导变化也会引起谐波磁场，为与绕组
谐波相区
别，称由磁导变化引起的谐波为 磁导齿谐波 。
2011-7-18 河海大学 电气学院 67
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
二、高次谐波磁场产生的谐波转矩及其 对起动的影响
由高次谐波磁场所产生的谐波转矩，按性质可分为异
步附加转
距和同步附加转矩。
１,异步附加转矩
? 异步电机是由 定子旋转磁场 与由该磁场感应的转子
电流所产生的 转子磁场 相互作用所产生的转矩，其中
只有 极对数相同 的那些磁场 才会产生异步转矩 。
? 异步谷
2011-7-18 河海大学 电气学院 68
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
２,同步附加转矩
? 同步附加转矩是由 独立电源 的 极对数相同 的两个磁
场，以相同转速且同方向旋转而产生的转矩。如果不
是同步旋转，其平均转矩等于零。
? 如：定、转子齿谐波独立，有可能形成同步附加转
矩
2011-7-18 河海大学 电气学院 69
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
三、削弱和消除附加谐波转矩的 措施
（１）绕组采用 分布 和适当 短距 以减弱绕组谐波磁场，特别是对７
次谐波和５次谐波。
（２） 斜槽 是削弱齿谐波作用的一个有效方法。
（３）选择合理的定、转子 槽配合,可消除或削弱齿谐波转矩。
（４） 减少气隙磁导变化 削弱磁导齿谐波，如定、转子采用半闭口
槽，小电机转子用闭口槽等。
（５） 增大气隙 能有效地削弱高次谐波和齿谐波磁场，随之减少附
加转矩，但是增大气隙使励磁电流增加，功率因数下降,一般不
采用 。
2011-7-18 河海大学 电气学院 70
第三节 笼型异步电动机的起动
一台异步电动机采用什么起动方法，需要看供电系统的容量、
负载的性质以及用户对起动的要求而定。
就 负载 情况而言，可归纳为以下三种典型情况：
? 重载 起动，起动时有比较大的阻力距；
? 轻载或空载 起动，起动时阻力距很小；
? 风机类负载,负载起动时最初时阻力距很小，随转速上升，负载
转矩几乎按转速平方上升。
三种典型负载起动特性
0 0.2 0.4 0.8 1.0
s
T
1
2
3
0.6
2011-7-18 河海大学 电气学院 71
第三节 笼型异步电动机的起动
? 一,直接起动
? 把全部电源电压直接加到电动机的定子绕组，也称全压起动。
? 主要问题：起动电流较大，造成电网电压下降，影响其它用电设
备
? 一般规定，异步电动机的功率低于 7.5kW时允许直接起动。如果功
率大于 7.5kW,而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也
允许直接起动
? 简单估算,S电机 <(0.2~0.3)S变压器,可以直接起动
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2011-7-18 河海大学 电气学院 72
第三节 笼型异步电动机的起动
? 二,电阻减压 或 电抗减压 起动
? 在电源端串入电阻、或电抗
? 串电阻：损耗增加
? 串电抗：起动功率因数更低
1
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2011-7-18 河海大学 电气学院 73
第三节 笼型异步电动机的起动
三,自耦变压器 起动
? 对自耦变压器（ Tr）,设变比为 k,则：
11
21
22
21
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12
UW
k U U k
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2011-7-18 河海大学 电气学院 74
第三节 笼型异步电动机的起动
? 对电机：
? 直接起动时：电压 U1,电流 Ist,起动转矩为 Tst
? 经 Tr后，电压,U2＝ U1/k
? 加在电机上，电机电流正比减小，为
? 该电流再经 Tr,其原方电路再降 k倍，即为：
? 电机转矩正比电机上电压平方：
2st
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2011-7-18 河海大学 电气学院 75
第三节 笼型异步电动机的起动
? 结论,
? 自耦变的变比为
? 电机电压为原来的
? 电机电流为原来的
? 电机从源吸取的电流为 原来的
2
2
1
1
1
k
k
k
k
2011-7-18 河海大学 电气学院 76
第三节 笼型异步电动机的起动
四, 星 — 三角 （ Y— D） 起动
正常运行,D
起动,Y
? 直接起动：电压 U1,电流 Ist,起动转矩为 Tst
? Y起动，电压：
? 电机电流正比减小，为
? 线电流：即从电源吸取的电流：
? 电机转矩正比电机上电压平方：
? 所以，相当于 变比为 的自耦变 起动
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2011-7-18 河海大学 电气学院 77
五, 深槽转子 异步电机起动
槽底比槽口股线的 漏电抗 大 。 导条中 电流密度 j的分布
自上而下逐步地减小, 如图 b所示 。 电流 大部分集中到导
条的上部, 这种现象称
为电流的 集肤效应 。
由于这一效应, 从
而增加了 起动转矩
与限制了 起动电流
第三节 笼型异步电动机的起动
2011-7-18 河海大学 电气学院 78
? 六,双笼转子 异步电机起动
第三节 笼型异步电动机的起动
2011-7-18 河海大学 电气学院 79
第四节 笼型异步电动机的调速
异步电动机的 转速 根据负载的要求，人为地或自动地进
行调节，称为 调速 。
异步电动机的转速公式是
因此，异步电动机的调速有以下几种方法：
（ 1）改变供电电源的 频率 ；
（ 2） 改变电动机的 极对数 ；
（ 3）改变 转差率 ；
改变转差率可以由改变外施电压、转子回路串电阻或
电动势等。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 80
第四节 笼型异步电动机的调速
一、变频调速
改变电源频率，改变 同步转速,使转速变化。
特点,
? 调速范围宽、精度高、效率较高，且能无极调速；
? 但是需要专用的变频电源，应用上受到一定限制。
? 发展最快。
1.变频调速的 基本要求
主磁通 保持不变，因为 增大将引起磁路过饱和，
励磁电流大大增加,减小将使最大转矩、过载能力下降。
如略去异步电动机定子阻抗压降，则
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2011-7-18 河海大学 电气学院 81
第四节 笼型异步电动机的调速
为要使保持 不变，随频率变化，电动势也将随之按正
比例变化，即
恒磁通变频调速机械特性
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2011-7-18 河海大学 电气学院 82
第四节 笼型异步电动机的调速
对于恒功率调速，就是调频后保持输出功率不变，即
即
于是定子的端电压大小与频率之间的关系为
即
这种调速方法，最大转矩将随频率上升而下降。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 83
第四节 笼型异步电动机的调速
2.变频器的基本构成
整流器 逆变器
控制电路
中间直流环节
M~
控制指令
运行指令
AC
DC
AC
AC
~ 3ф
变频器的基本构成
2011-7-18 河海大学 电气学院 84
第四节 笼型异步电动机的调速
二,变极调速
电源频率保持不变、改变定子绕组的极对数，
也可能改变同步转速，从而改变转子转速。
变极电机定子绕组的绕制方法有：
? 双绕组变极；
? 单绕组变极。
2011-7-18 河海大学 电气学院 85
第四节 笼型异步电动机的调速
三、改变外施电压调速
调压调速是一种比较简单的调
速方法，控制电路价格较低。但
是低速时转子铜耗较大，效率较
低。
2011-7-18 河海大学 电气学院 86
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
笼型 转子异步电动机：
?转子结构简单、成本低、运行可靠，
?但是其 转子参数很难调整,
?为了 改善 起动特性 和 调速特性,大容量的异步电
动机可采用 绕线转子 异步电动机。
2011-7-18 河海大学 电气学院 87
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
一、绕线转子异步电动机
的起动
? 如果既要 限制起动电流,
又要 较大的起动转矩
? 增大起动时的 转子电阻 可
以大大改善起动性能，
? 绕线转子电动机起动时转
子绕组通过 集电环 和 电刷
与外接起动变阻器相连接。
K
R
2011-7-18 河海大学 电气学院 88
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
起动变阻器的 取值,
? 并非越大越好，应取一个合理的数值。
? 根据异步电动机的机械特性，当 时，起动转矩等
于最大转矩，
设 为起动变阻器的电阻值，则
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2011-7-18 河海大学 电气学院 89
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
频敏电阻（略）
2011-7-18 河海大学 电气学院 90
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
二、绕线转子异步电动机的 调速
1,在转子回路中接入调速电阻
转子回路中接入调速阻，增大转子的转差率，转速下降。
曲线 1是固有机械特性
曲线 2,3是接入附加电阻
（ R串 3＞ R串 2）
曲线 4是恒转矩的负载特性
转速分别为,n1,n2,n3
显然,n3<n2<n1
2011-7-18 河海大学 电气学院 91
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
特点,
只能从额定转速向下调速
调速范围不大,负载小时调速范围更小
转速较低，转子回路中的功率损耗大，效率低，发热严
重但是设备简单。
2011-7-18 河海大学 电气学院 92
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
2,串级调速
绕线转子异步电动机一般采用转子电路串联接电阻和串联接电动
势两种调速方法，前者在附加调速电阻上将消耗大量能量，后者则
把这部分能量加以利用，在转子电路中增加一套变换装置，构成串
级调速系统。
2011-7-18 河海大学 电气学院 93
第十一章 单相异步电动机及异步电机
的其他运行方式
第一节 三相异步电动机在不对称电压下运行
第二节 单 相 异 步 电 动 机
第三节 异 步 发 电 机
第四节 异 步 电 机的 制 动 运 行
2011-7-18 河海大学 电气学院 94
第一节 三相异步电机在不对称
电压下运行
在实际运行中，三相异步电机有时会遇到供电 电源三相电压不对
称的情况，这会给电机的正常运行带来影响。
一、不对称运行的 分析方法
正序电压 作用于定子绕组，便流过正序电流,建立正向旋
转磁场，产生 正向转矩,拖动转子与它同方向旋转，设转子转
速,则正序转差率
同理,负序电压 → 负 向转矩 → 负序转差率为
三相异步电机一般不接中线，则无零序电压，所以定子绕组也无零序电流。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 95
第一节 三相异步电机在不对称
电压下运行
正序和负序等效电路如下所示
正序 负序
不对称电压下三相异步电动机的 T-s曲线如下所示
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2011-7-18 河海大学 电气学院 96
第一节 三相异步电机在不对称
电压下运行
二、电压不对称对电机运行的影响
电动机运行时由于 很小，因而,于是,
则
式中 ———— 额定电压下起动电流，
由此可见，即使很小的负序电压，也会产生较大的负序电流。
三相异步电机不允许长期在严重不对称电压下运行。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 97
第二节 单相异步电动机
? 单相异步电动机是用 单相交流电源供电
? 通常单相异步电动机定子上有两相绕组：
? 一为 主绕组 （或称工作绕组）
? 一为 辅助绕组 （或称起动绕组）
? 两绕组在空间有 相位差,一般为 电角度
? 转子为结构简单的 笼型 绕组。
结构示意图 接线图
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2011-7-18 河海大学 电气学院 98
第二节 单相异步电动机
与三相异步电动机主要 不同 在于：
? 三相异步电动机的定、转子绕组和绕组的电压、电流
一般都是 对称 的，工作时气隙磁场是 圆形旋转
? 而单相异步电动机的绕组以及绕组的电压电流一般是
不对称 的，工作时的气隙磁场是 椭圆形 旋转磁场。
一、单相异步电动机的工作原理
辅助绕组开路情况
，仅主绕组有电流
应用对称分量法
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III
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2011-7-18 河海大学 电气学院 99
第二节 单相异步电动机
其中, 组成正序系统,,组成负序系统，设转子
的转向为自 a相转向 m相，则
整理得
即
相应的相量图如右图所示
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2011-7-18 河海大学 电气学院 100
第二节 单相异步电动机
电压正序分量和负序分量的平衡式为
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式中：, 是电机正序阻
抗和负序阻抗
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相应的等效电路如右图所示
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2011-7-18 河海大学 电气学院 101
第二节 单相异步电动机
正、负序转子电流
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2011-7-18 河海大学 电气学院 102
第二节 单相异步电动机
正、负序电磁功率 正、负序电磁转矩
合成转矩
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2011-7-18 河海大学 电气学院 103
第二节 单相异步电动机
如略去励磁电流，则
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22
22
2
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2011-7-18 河海大学 电气学院 104
第二节 单相异步电动机
单相异步电动机一相开路时的 T-s曲线图如下图所示
T T+
T-
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
1 0.8 0.6 0.4 0.2 02 1.8 1.6 1.4 1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8
S-
S+
T
仅主绕绕组工作时的 T-s曲线
2011-7-18 河海大学 电气学院 105
第二节 单相异步电动机
单相异步电动机一相开路的主要特点：
① 起动转矩等于零
② 各种性能指标都低于三相异步电动机
单相电机的主绕组 m和辅助绕组 a通入相位不同的两相电流，这
两相绕组的磁动势为
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2011-7-18 河海大学 电气学院 106
第二节 单相异步电动机
电机内部合成磁势
式中, 为 a相和 m相的最大值
如果
则
合成磁动势
ma fff ??
aF mF
m
mNm
ma
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a Ip
KNFI
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KNF 11 9.0,9.0 ??
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txFtxFf
m
a
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2011-7-18 河海大学 电气学院 107
第二节 单相异步电动机
二、单相异步电动机的起动方法和类型
（一）电容电动机
电容电动机 是将主绕组固定接单相电流，辅助绕组串联电容器
后接单相电源，有较高的起动转矩或较好的运行性能。
根据电容器的不同串接方式可分为以下三种。
1、单相电容运转异步电动机
m
a
C
U? I? aI?
mI?
aI?
U?
I?
mI?
m?
a?
2011-7-18 河海大学 电气学院 108
第二节 单相异步电动机
2、单相电容起动异步电动机 3、单相双值电容异步电动机
（二）单相电阻起动异步电动机
m
a
C
K
m
a
CR
K
CS
m
a
R
U? I? mI? aI?
U?
I?
aI?
mI?
2011-7-18 河海大学 电气学院 109
第二节 单相异步电动机
三、罩极电动机
单相异步电动机常用的起动方法有裂相起动和罩极起动。
前面介绍的都是 裂相起动,定子上有两相绕组，两相绕组流过
的电流不同相，形成一个椭圆形旋转磁场，产生一定起动转矩。
罩极起动,定子大多为凸极式，在极上只有一套工作绕组，直
接与单相交流电源相接，在极靴的一边开有一个小槽，槽中套有一
短路铜环，成为罩极绕组。
罩极电动机用罩极起动法。
2011-7-18 河海大学 电气学院 110
第三节 异步发电机
一、基本方程式、等效电路和向量图
异步电机作为电动机运行，其转速只能低于同步转速即 。
如果用另一原动机拖动它的转子使其顺着旋转磁场方向旋转，其转
速大于同步转速，即,这时异步电机作为发电机运行。 在发
电机运行时,具有负值。
与电动机运行比较，在进行电路分析时，各物理量正方向仍按电
动机惯例，即发电机与电动机具有相同的表达式和等效电路，只有
应取负值，如图所示。
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s
s
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异步发电机等效电路
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第三节 异步发电机
异步发电机的向量图
由向量图可以看出，在发电机运行状态，定子电流与电压间的相位
差, 为负值，即输入的有功功率为负值，这意
味着它实际上向电网输出有功功率。对无功功率来讲，因异步电机
自身不能产生无功功率，仍需由电网供给或用并联电容器的方式供
给。
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第三节 异步发电机
二、异步发电机的运行方式
异步发电机可以单机运行也可以与电网并联运行。
（一）、与电网并联运行
这种运行方式其激磁电流由电网提供。由于异步电机的激磁电
流较大，一般大约是 0.3~0.5,所以在发电的同时，增加 了电网
的无功负担。从经济运行论证，异步机并网运行并不一定有利。并
网运行有如下特点,其电压和频率完全取决于电网的电压和频率，
与转速无关。因此无需调压和调频，且并网手续极其简单，只需注
意转速略大于同步转速，即可投入电网运行。
（二）、单机运行
这种运行方式其激磁电流由并联在端点上的电容器供给，这是
因为异步电机实质上与电感性元件等效。
NI
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第三节 异步发电机
1.电压建起自激过程
2.空载状态建立额定电压所需电容值（近似估算）
在额定电压时的激磁电流和电容电流（均取每相值）应分别为
曲线 1表示异步电的空载
特性，是一条饱和曲线。
因为空载时,由此得 曲线 2是电容器的特性曲
线。
或
可以由异步电动机空载试验求得，从而可计算出所需空载运行时的
电容值。
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第四节 异步电机的制动运行
制动运行是异步电机的又一种运行方式。
异步电动机的制动可以采用机械的方法，也可以采用电磁的方法
常用的电磁制动方法有,1、能耗制动； 2、回馈制动； 3、反接制动；
4、正接反转制动 等。
一、反接制动
异步电机运行时，如果转子的转向与气隙旋转磁场的转向相反的
话，即转差率 s>1,这种运行状态为反接制动。
二、正接反转制动
正接反转制动是指定子接线保持原接法不变，如转子在外力推动
下迫使反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。这种制动的方法主
要用于绕线转子电机作起重用。
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第四节 异步电机的制动运行
三、能耗制动
能耗制动是在电机断电后，立即在定子两相绕组通入直流励磁电
流，产生制动转矩，使电机迅速停转。
四、回馈制动
回馈制动通常用以限制电机转速，当转子转速超过同步转速，则
电磁转矩变为制动转矩，电机由原来电动机状态变为发电机状态，
故又称发电机制动。
电机学
主讲：马宏忠
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目 录
第一篇 变 压 器
第一章 绪 论
第四篇 同 步 电 机
第三篇 异 步 电 机
第二篇 交流电机的共同问题
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第三篇 异 步 电 机
第十章 三相异步电动机的启动和调速
第十一章 单相意图电动机及异步电机的
其他运行方式
第九章 异步电机的理论分析与工作特性
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第九章 异步电机的理论分析与
工作特性
第二节 异步电机的基本原理
第三节 三相异步电机的等效电路
第四节 异步电机的参数
第五节 异步电动机的功率平衡式和转矩平衡式
第六节 异步电动机的机械特性
第一节 异步电机的基本结构
第七节 异步电动机的工作特性
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第一节 异步电机的基本结构
前言
异步电机又称 感应电机 是 交流电机 的一种。
优点,结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高、价
格较低。
缺点, 1.调速和起动 性能不佳 ;
2.功率因数总是滞后 的，增加了电力系统的无功负担。
应用,总的来说,主要作为电动机 使用，是当今应用最广，需要量最
大的一种电机。
结构, 定子、转子,空气隙、端盖、轴承和机座等部件。
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第一节 异步电机的基本结构
一、定子
异步电机定子主要包括定子 绕组, 铁芯 和机座三部分。
二、转子
异步电机转子主要包括转子 绕组, 铁芯 和转轴三部分。
异步电机的转子结构可以分为 笼型 和 绕线 型两大类。
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? 绕组转子异步电机
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第一节 异步电机的基本结构
三、铭牌的额定值
（ 1）型号
（ 2） 额定功率 （ PN）,指电动机在额定方式下
运行时，转轴上 输出 的机械功率。单位为 W和
kW。
（ 3） 额定电压 （ UN）,指电动机在额定方式下
运行时，定子绕组应加的 线电压 。单位为 V和
kV 。
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第一节 异步电机的基本结构
（ 4） 额定电流 （ IN）,指电动机在额定电压和额定功率
状态下运行时，流入定子绕组的 线电流 。单位为 A。
（ 5） 额定频率 （ fN）,额定状态下电源的交变频率，我
国的电网频率为 50 Hz。
（ 6） 额定转速 （ nN）,指在额定状态下运行时的转子转
速。单位为 rpm。
除上述数据外，还标出额定运行时，电机的功率因
素以及 相数, 接线法, 防护等级, 绝缘等级 与 温升,
工作方式等有关项目。
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第二节 异步电机的基本原理
一、异步电机的运行状态
? 当对称三相电流流入异步电机三相定子绕组
? 在气隙中便产生一 旋转磁场,以同步速 旋转
? 转子绕组与其有 相对运动 （切割）
? 在闭合的转子绕组产生 感应电动势 和 感应电流,
? 旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生 电
磁转矩 。
1n
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第二节 异步电机的基本原理
? 异步电机的转子转速 总是略低于（电动机）
或略高于（发电机）旋转磁场转速
? 他们之间的差,称为 转差 速度
? 定义转差速度与同步转速的比值为 转差率,即
1n
)( 1 nn ?
1
1
n
nns ??
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第二节 异步电机的基本原理
? 转差率是决定异步电机运行状态的重要变量：
? 异步电动机的 负载 情况发生变化，
? 转子导体 中的电动势电流和 电磁转矩 相应变化
? 则转子转速和转差率随之变化。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 14
第二节 异步电机的基本原理
按照转差率大小正负，电机可分为三种状态：
? 电动机运行
? 发电机运行
? 电磁制动
1,电动机 运行
转速低于同步转速
0<n<n1
1>S>0
b
x
n1
F n
Fe
0
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第二节 异步电机的基本原理
2,发电机 运行
发电机状态转速大于同步转速
n > n0
S<0
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第二节 异步电机的基本原理
3,电磁制动
相对转速大于同步转速
n<0
S>1
（实际上异步电机主要作为电动机运行）
b
x
n1
F n
Fe
0
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第二节 异步电机的基本原理
二、异步电机的 主磁通 和 漏磁通
主磁通,
穿过气隙，与定转子绕组交链
漏磁通
不属于主磁通的磁通
（槽、端部，谐波）
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第三节 三相异步电机的等效电路
（一）转子不动时的异步电机
? 从电路的角度来看，转子不动时异步电机的电路方程与
次级短路 时的 变压器 的电路方程相似
? 变压器的 初级 相当于异步电机的定子绕组
? 次级 绕组相当于转子绕组。
? 尽管异步电机与变压器的的 磁场性质, 结构 和 运行方式
不相同，但他们 内部的电磁关系 时相通的。
? 所以在研究异步电机的等效电路时, 可以借助变压器的
电磁理论 。
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第三节 三相异步电机的等效电路
转子不动时的定、转子电路
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1E 2E1f 12 ff ?
111,,NKNm 222,,NKNm
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2x
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第三节 三相异步电机的等效电路
转子不动时的 异步电机与变压器的等效
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第三节 三相异步电机的等效电路
1,电压平衡方程
定子绕组的电压平衡式和 转子不动 时转子绕组的电压
平衡式分别为
（与变压器类比解释各参量的意义）
)( 11111 jxrIEU ???? ???
)(0 2222 jxrIE ??? ??
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第三节 三相异步电机的等效电路
2,磁动势平衡方程
定子绕组磁动势
转子绕组磁动势
合成磁动势
磁动平衡式为
1
111
1 9.02 Ip
KNmF N???
2
222
2 9.02 Ip
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m
N
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KNmF 111 9.0
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mFFF
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21
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第三节 三相异步电机的等效电路
3,绕组的归算
一般将转子方面的各物理量归算到定子方面。
（ 1） 电流 的归算
根据归算前后转子磁动势保持不变，即：
式中 为电流变比。
iK
2'2 FF ?
i
N
N kII
KNm
KNmI
22
111
222'
2 ??
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第三节 三相异步电机的等效电路
（ 2） 电动势 的归算
根据归算前后转子视在功率保持不变，即
式中 为电动势变比。
22
22
11
2 EKEKN
KNE
e
N
N ???
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'
2
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21 IEmIEm ?
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第三节 三相异步电机的等效电路
（ 3） 阻抗 的归算
根据归算前后转子铜耗保持不变，即
式中 为阻抗变比。
电阻变比也适用于转子电抗、阻抗的归算。
2
2
22
11
2
1
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KN
m
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N ???
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2222'22'21 rImrIm ?
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第三节 三相异步电机的等效电路
二、转子转动后的异步电机
1、转子转动后对转子各物理量的 影响
从电路角度看，转子转动后转子频率的变化将影响
转子电动
势和漏抗等参数的变化。
转子电流的频率
转子电动势
转子漏抗
转子转动后转子回路电压平衡式
22 sEE s ?
22 sxx s ?
)(0 2222 ss jxrIE ??? ??
12 sff ?
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第三节 三相异步电机的等效电路
二、转子转动后的异步电机
2,频率归算
由以上分析可知，转子转动后转子回路的参数
频率为
而定子回路参数的频率仍为
电路中频率应相同，所以进行频率归算：
12 sff ?
1f
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2.频率归算
2
2
2
1
2
2
1
2
222
2
2
2
2
22
2
22
2
2
22222
22
2
222222
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0
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s
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相位角相同
转子转动：
转子静止：
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?
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第三节 三相异步电机的等效电路
转动时的电路 (频率归算 前 )
转动时的电路 (频率归算 后 )
1r
1r1x
1x
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111,,NKNm
111,,NKNm
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111,,NKNm
111,,NKNm
'2r '2x
'21 rSS?1E? '
2E
2011-7-18 河海大学 电气学院 30
第三节 三相异步电机的等效电路
3、基本方程
转子参数经 频率归算 后还应进行 绕组归算,归
算后异步电动机转子转动后的基本方程为
)(
)(
)(0
)(
1
21
21
2
2
22
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mmmmm
m
jxrIZIE
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第三节 三相异步电机的等效电路
4,等效电路
根据上式可画出异步电机的 型等效电路T
2011-7-18 河海大学 电气学院 32
第三节 三相异步电机的等效电路
4,向量图
与接有 纯电阻负载 时的变压器向量图类似。异步电机的 模拟电阻压降 相
当于 变压器的次级侧电压,其余部分没什么区别。
m??
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第四节 异步电机的参数
异步电机的参数
基本方程式、等效电路图和向量图 分析交流电
机普遍方法。
通过等效电路可以算出电机的 电流, 功率, 功
率因数, 效率 以及 转矩 。
mm xrxrxr,,,,,2211 ??
2011-7-18 河海大学 电气学院 34
第四节 异步电机的参数
? 两种参数
?励磁参数,
? 决定于电机主磁路的饱和程度,
? 是一种非线性参数,
?短路参数,
? 基本上与电机的饱和程度无关,
? 是一种线性参数,
? 测定方法,两种试验
? 空载试验
? 短路试验
2011-7-18 河海大学 电气学院 35
一 空载试验与励磁参数的确定
(一 )空载试验,
? 在 UN,fN下,轴上不带负载。
? 将电动机 运转 一段时间 (30min)使其机械损耗达到稳定值,
? 然后 调节电源电压 从 (1.10~1.20) UN开始,逐渐降低到可
能达到的最低电压值 (约 0.3UN).
? 测量 7~9点,每次记录端电压,空载电流,空载功率和转速,
? 根据记录数据,绘制 电动机的空载特性曲线,
2011-7-18 河海大学 电气学院 36
一 空载试验与励磁参数的确定
(二 ) 机械损耗和铁耗的分离
m e c
m e cFe
m e cFe
m e cFe
p
Ufpp
pprImp
pprImpIs
延长得
画出曲线
此时
)(
,0,0
2
1
1
2
10110
1
2
101102
??
????
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一 空载试验与励磁参数的确定
2
101
10
1
10
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0
2
10
1
01
2
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???
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可由短路实验确定。式中
转子开路，有
）附加电阻（空载时，
励磁参数的确定三
2011-7-18 河海大学 电气学院 38
二 短路试验及短路参数之确定
（ 1） 短路试验,
? 短路 指 T形电路中的附加电阻 的状态,
? n=0,因此必须在电动机 堵转 情况下进行,故短路试验也称为 堵转试验,
? 试验方法
? 一般从 I1=1.2IN （或,U1=0.4UN） 开始,
? 逐步降低电压,到 I1=0.3IN
? 测量 5~7点,
? 每次记录端电压,定子短路电流和短路功率,
? 测量定子绕组的电阻,
? 根据记录数据,绘制异步电动机的短路特性 I1s=f(U1),p1s=f(U1)
0/)1( 2 ??? srs
2011-7-18 河海大学 电气学院 39
二 短路试验及短路参数之确定
? （ 2） 短路参数的确定 (与变压器相同 )
? 由于 励磁支路开路,
? 全部输入功率都变成定子铜耗与转子铜耗,
2ZZm ??? 00 ???
Fem pI
2
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,,
)(
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21
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22
2
11
1
1
1
2
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2
111
1122211
2
111
s
ss
sss
s
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s
s
s
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ssss
sms
x
xx
xxxrrr
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Im
p
r
I
U
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IIIIrImrImp
???
??????
????
?????
?????????
可认为对大中型异步电动机，
式中：
则：； ?
0;02 ?? m e cpP且：
2011-7-18 河海大学 电气学院 40
二、异步电机的等效电路及其简化
令
根据 T型等效电路，可写出如下两个方程式。
联立求解得
mmms jxrZjxrZxjs
rZ ?????????,,
1112
2
2
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)(
2122
2111
??????
????
ms
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ZIZZIU
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2
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sZCZ
UI
211
12
1
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??
2011-7-18 河海大学 电气学院 41
二、异步电机的等效电路及其简化
和 都很复杂，式中 是一个 复系数
在异步电机中，略去
则复数系数变成 实数,即
2I??
1I?
1C?
mmm jxr
jxr
Z
ZC
?
????? 111
1 11?
mrr,1
mx
xc 1
1 1 ??
2011-7-18 河海大学 电气学院 42
第四节 异步电机的参数
求转子电流的较准确近似等效电路
求定子电流的较准确近似等效电路
1U?
1r 1x
2I???
21rc ? 21xc ?
)1(21 ssrc ??
1U?
11rc 11xc 221rc ? 2
21 xc ?
)1(221 s src ??
12cI???
mI??
mrr?1
mxx ?1
2011-7-18 河海大学 电气学院 43
第四节 异步电机的参数
异步电机的简化等效电路（ c=1）
mrr?1
mxx ?1
mI??1
U?
2I???
1r 1x 2r? 2x?
)1(2 ssr ??
2011-7-18 河海大学 电气学院 44
第五节 异步电机的功率平衡式和
转矩平衡式
一、功率平衡式
本节将用有效电路来分析异步电动机的能量关系
见右图
输入电功率
定子铜耗
定子铁耗
转子铜耗
总的机械功率 异步电动机的各种损耗
总的机械功率又称内功率。
1Cup
1r
11111 c o s ?IUmP ?
12111 rImpCu ?
mmFe rImp 21?
22212 rImpCu ???
s
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i
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2
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1I?
1x 2x? 2r?
MP
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iP
ssr ??12
2I?
Fep
mx
mr
mI??
2011-7-18 河海大学 电气学院 45
第五节 异步电机的功率平衡式和
转矩平衡式
异步电动机的功率流程图
异步电动机总的功率式
正常运转的时候转子铁芯中磁通的变化的频率很低，仅有 1~3Hz,所
以 转子铁耗 可以略去不计。
adm e cCuFeCu
adm e cCuFeCu
pppppp
pPpppppPP
?????
????????
?
?
21
22121
2011-7-18 河海大学 电气学院 46
第五节 异步电机的功率平衡式和
转矩平衡式
两个重要关系,因为
电磁功率：
转子铜耗：
机械功率：
所以：
又叫转差功率
22212 rImp Cu ???
s
srImP
i
???? 1
2
2
21
s
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22
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2
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P s P
p s P
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?
?
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 47
第五节 功率平衡式和转矩平衡式
二、转矩平衡式
旋转电机的机械功率：＝电机的 转矩 与它的 机械角速度 乘积,
总机械功率
除以转子角速度 得到转矩平衡式，即
式中,为电动机轴上的 输出机械转矩,即负载转矩；
：为电动机轴上的 总 机械 转矩,Tem,即电磁转矩；
为电动机 空载 (制动 )转矩 ；
?
?? 22
PT
?? i
PT
adm e c TTT ??0
adm e cm e ci ppPPP ??? 2即
?
022 TTTTTT m e cem ????? ?
2011-7-18 河海大学 电气学院 48
第五节 功率平衡式和转矩平衡式
三、关于电磁转矩
电磁转矩与功率
式中 或 为电机的同步角速度：
注意：比较下式含义：
具体例子详见书 例（ 9-1）
0 0
( 1 )
22 ( 1 )
60 60
ii MM
M
PP s P PT
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ss
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1
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2
60
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1
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??? MiM PPT
0?
2011-7-18 河海大学 电气学院 49
第六节 异步电机的机械特性
称为异步电动机的 电磁转矩 -转差率曲线,简称 T-s曲
线,又称为 机械特性 曲线，它是异步电动机最主要的特性。
一,电磁转矩表达式
? ?sfT ?
? ?
212
1
222
1
1 1 1
2 2
12
00
1
2
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1 1 2
2 2
1
1
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0
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2
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???
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??
?
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n
Q
近似等效 路
其中：
2011-7-18 河海大学 电气学院 50
第六节 异步电机的机械特性
二,T-s曲线
由上式可画出 T-s曲线如右：
该曲线是按电动机运行方式导出
按照转差率划分电机有三种状态：
1、
T>0,T与 n方相同，为 电动机 状态。
2、
T＜ 0,n>n0, T与 n方向相反,制动转矩，
为 发电机 状态。
3、
T>0,T与 n方向相反，为 制动 状态。
0,10 1 ???? nns
1,0 nns ??
0,1 ?? ns
2011-7-18 河海大学 电气学院 51
第六节 异步电机的机械特性
? 为什么异步电机起动电流大，起动转矩并不大？
? 可参书 P157 图 9-20
? ?
? ?
''
1 2 2 2
'
22
0
''
1' 22
2
2 ' 2 ' 2
' ' 2
22
22
''
122
2
2 ' 2 ' 2
' ' 2
22
22
c os
c os
c os
M
M
Tm
s
s
P m E I
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?
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?
? ??? ?
?
?
?
Q
Q （很大）
（很小）
不大
2011-7-18 河海大学 电气学院 52
第六节 异步电机的机械特性
二、最大转矩
1.临界转差率 与 最大转矩
求最大转矩可用,由此求得产生最大转矩时的转差率
：临界转差率，其中,, 号，电动机取, +” 号，发电机去
,-” 号。
代入转矩表达式，求得最大转矩为
0?dsdT
1
22
1 1 2
2
1()
k
cs
rx
r
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1
221
12
2
1 1 1 1
1
2 ( )m
mpT
c r r x c
U
x?
? ? ? ??
?? ? ? ???
2011-7-18 河海大学 电气学院 53
第六节 异步电机的机械特性
2.过载能力
由此得到以下几点结论：
CfCfm
m
m
xx
T
xx
s
rCTrs
UCSUT
??
?
?
?
?
??
??
11 '
21
m a x'
21
'
2m a x
'
2
1
2
1m a x
1
,
1
.3
)(,.2
(,.1
无关与
无关）与
N
m T
Tk m a x?
2011-7-18 河海大学 电气学院 54
第六节 异步电机的机械特性
2011-7-18 河海大学 电气学院 55
第六节 异步电机的机械特性
三、异步电机 稳定运行范围
电动机的稳定运行条件为
对恒转矩负载，
LdTdT
d s d s
?
0,0 ??? sddTsddT L
2011-7-18 河海大学 电气学院 56
第六节 异步电机的机械特性
四、电磁转矩简化计算公式 （从略）
1,对大型电机
2,实用公式
m a x
2
k
k
TT
ss
ss
?
?
? ? ? ?9,5 5 9 5 5 0
2
60
NNN
N
N NN
P W P k WP
T o rn
nn?
? ? ?
2011-7-18 河海大学 电气学院 57
第七节 异步电动机的工作特性
异步电动机的工作特性 定义,
? ? NN ffUUem PfTIn 1111,211,,c o s,,?????
2011-7-18 河海大学 电气学院 58
第七节 异步电动机的工作特性
（ 1） 转速特性,
（ 2） 定子电流特性,
2
'
21
21 ),(
PII
c o n s tIIII mm
???
????? ????
? ? NN ffUUPfnD e f 1111,2 ???：
? ?
稍向下倾斜的曲线
略有减小，，负载：
空载：
?
???
??
nIP
nnI
22
02,0
? ? NN ffUUPfID e f 1111,21 ???：
2011-7-18 河海大学 电气学院 59
第七节 异步电动机的工作特性
（ 3） 功率因数特性 (*)：
? ? NN ffUUPfD e f 1111,21c o s ????：
? ? ????
?
?
?
?
?
?
?
?
????
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1
2
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1
c o s,
c o s
c o s)(
??
?
?
r
sx
tgsPP
P
N
：＞过载
即有功增加，负载：
很小，线圈电机呈感性空载：
2011-7-18 河海大学 电气学院 60
第七节 异步电动机的工作特性
（ 4） 电磁转矩特性,
? ? NN ffUUem PfTD e f 1111,2 ???：
?
?
?
?
?
??
????
????
?
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?
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)(
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)(,
,
2
22
2
0
2
0
直线略有上翘
，（有所减小很大后，当
直线正常范围内，
PT
PP
PTco n s t
co n s tT
P
TT
em
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 61
（ 5） 效率特性,
?
? 异步电动机的效率为
? 损耗,
?
? P2增加时，效率上升得很快；
? 当不变损耗 =可变损耗时,效率达到最大值；
? 随后负载继续增加，可变损耗增加很快，效率就要降低。
? 电动机容量越大,效率就愈高,
?????
???? ppppP PP p
CuFeCu 212
21?
? ? NN ffUUPfD e f 1111,2 ????：
??
?
?ppp
pp
cucu
m e cFe
,,2,1
,
可变损耗
不变损耗：
第七节 异步电动机的工作特性
2011-7-18 河海大学 电气学院 62
第十章 三相异步电机的启动和调速
第一节 起动电流和起动转矩
第二节 谐波转矩及其对起动的影响
第三节 笼型异步电动机的起动
第四节 笼型异步电动机的调速
第五节 绕线转子异步电动机的起动和调速
2011-7-18 河海大学 电气学院 63
第一节 起动电流和起动转矩
定义, 异步电动机的起动是指电机从静止状态加速到稳
态转速的整个过程，它包括最初起动状态和加速过程。
主要指标, 起动电流和起动转矩
希望, 起动电流小、起动转矩大
实际, 起动电流大、起动转矩不大 （不宜说起动转矩小）
2011-7-18 河海大学 电气学院 64
第一节 起动电流和起动转矩
起动时,定子电流很大
（额定电流的 5~7倍）
最初起动转子功率因数很小：
所以转矩不大：
本节内容,怎样尽可能使：起动电流小、起动转矩大
0,1 ?? ns
221221
11
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UI
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2
22
2
2c o s xr
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21
2
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1
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rUpmT
st ?????
???
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 65
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
异步电机的气隙中除了存在基波磁场之外，还有一系
列 谐波磁场,这些谐波磁场对电机有多方面的影响。
一、异步电机的 高次空间谐波磁场 产生的主要原
因
1,绕组分布非正弦 引起的谐波磁场
(1) 实际磁势 阶梯分布,含有谐波，其中 5,7次较强
(2) 高次谐波中,次较强，因其与基波绕组
系统相同。谐波可写成与定子齿数有关的谐波，故常称
为 定子绕组齿谐波 。
12 ?mqk
2011-7-18 河海大学 电气学院 66
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
２、定、转子 齿槽 存在引起磁导齿谐波
定、转子铁芯的内圈和外圈上有齿槽存在，引起气隙
磁导不均
匀，面对 齿部磁导较大,面对槽口磁导较小，即使气隙磁
动势按正
弦分布，由于齿槽磁导变化也会引起谐波磁场，为与绕组
谐波相区
别，称由磁导变化引起的谐波为 磁导齿谐波 。
2011-7-18 河海大学 电气学院 67
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
二、高次谐波磁场产生的谐波转矩及其 对起动的影响
由高次谐波磁场所产生的谐波转矩，按性质可分为异
步附加转
距和同步附加转矩。
１,异步附加转矩
? 异步电机是由 定子旋转磁场 与由该磁场感应的转子
电流所产生的 转子磁场 相互作用所产生的转矩，其中
只有 极对数相同 的那些磁场 才会产生异步转矩 。
? 异步谷
2011-7-18 河海大学 电气学院 68
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
２,同步附加转矩
? 同步附加转矩是由 独立电源 的 极对数相同 的两个磁
场，以相同转速且同方向旋转而产生的转矩。如果不
是同步旋转，其平均转矩等于零。
? 如：定、转子齿谐波独立，有可能形成同步附加转
矩
2011-7-18 河海大学 电气学院 69
第二节 谐波转矩及其对起动的影响 *
三、削弱和消除附加谐波转矩的 措施
（１）绕组采用 分布 和适当 短距 以减弱绕组谐波磁场，特别是对７
次谐波和５次谐波。
（２） 斜槽 是削弱齿谐波作用的一个有效方法。
（３）选择合理的定、转子 槽配合,可消除或削弱齿谐波转矩。
（４） 减少气隙磁导变化 削弱磁导齿谐波，如定、转子采用半闭口
槽，小电机转子用闭口槽等。
（５） 增大气隙 能有效地削弱高次谐波和齿谐波磁场，随之减少附
加转矩，但是增大气隙使励磁电流增加，功率因数下降,一般不
采用 。
2011-7-18 河海大学 电气学院 70
第三节 笼型异步电动机的起动
一台异步电动机采用什么起动方法，需要看供电系统的容量、
负载的性质以及用户对起动的要求而定。
就 负载 情况而言，可归纳为以下三种典型情况：
? 重载 起动，起动时有比较大的阻力距；
? 轻载或空载 起动，起动时阻力距很小；
? 风机类负载,负载起动时最初时阻力距很小，随转速上升，负载
转矩几乎按转速平方上升。
三种典型负载起动特性
0 0.2 0.4 0.8 1.0
s
T
1
2
3
0.6
2011-7-18 河海大学 电气学院 71
第三节 笼型异步电动机的起动
? 一,直接起动
? 把全部电源电压直接加到电动机的定子绕组，也称全压起动。
? 主要问题：起动电流较大，造成电网电压下降，影响其它用电设
备
? 一般规定，异步电动机的功率低于 7.5kW时允许直接起动。如果功
率大于 7.5kW,而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也
允许直接起动
? 简单估算,S电机 <(0.2~0.3)S变压器,可以直接起动
? ?
? ? ??
??
?
?
?
????
AkV
AkV
I
IK
N
st
I 起动电机容量
电源总容量3
4
1
1
1
2011-7-18 河海大学 电气学院 72
第三节 笼型异步电动机的起动
? 二,电阻减压 或 电抗减压 起动
? 在电源端串入电阻、或电抗
? 串电阻：损耗增加
? 串电抗：起动功率因数更低
1
1 2
1
1
st
st
IUU
TU
? ????
? ? ? ?
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 73
第三节 笼型异步电动机的起动
三,自耦变压器 起动
? 对自耦变压器（ Tr）,设变比为 k,则：
11
21
22
21
12
12
UW
k U U k
UW
IW
k I I k
IW
? ? ? ??? ?
??
?
? ? ? ??? ?
??
2011-7-18 河海大学 电气学院 74
第三节 笼型异步电动机的起动
? 对电机：
? 直接起动时：电压 U1,电流 Ist,起动转矩为 Tst
? 经 Tr后，电压,U2＝ U1/k
? 加在电机上，电机电流正比减小，为
? 该电流再经 Tr,其原方电路再降 k倍，即为：
? 电机转矩正比电机上电压平方：
2st
st
Ik Ik
k ?
stIk
'2st stT T k?
1
1 2
1
1
st
st
IUU
TU
? ????
? ? ? ?
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 75
第三节 笼型异步电动机的起动
? 结论,
? 自耦变的变比为
? 电机电压为原来的
? 电机电流为原来的
? 电机从源吸取的电流为 原来的
2
2
1
1
1
k
k
k
k
2011-7-18 河海大学 电气学院 76
第三节 笼型异步电动机的起动
四, 星 — 三角 （ Y— D） 起动
正常运行,D
起动,Y
? 直接起动：电压 U1,电流 Ist,起动转矩为 Tst
? Y起动，电压：
? 电机电流正比减小，为
? 线电流：即从电源吸取的电流：
? 电机转矩正比电机上电压平方：
? 所以，相当于 变比为 的自耦变 起动
1 3phUU?
3ph stII?
33l p h s tI I I I? ? ? ?
2' 33
s t s t s tT T T??
3
2011-7-18 河海大学 电气学院 77
五, 深槽转子 异步电机起动
槽底比槽口股线的 漏电抗 大 。 导条中 电流密度 j的分布
自上而下逐步地减小, 如图 b所示 。 电流 大部分集中到导
条的上部, 这种现象称
为电流的 集肤效应 。
由于这一效应, 从
而增加了 起动转矩
与限制了 起动电流
第三节 笼型异步电动机的起动
2011-7-18 河海大学 电气学院 78
? 六,双笼转子 异步电机起动
第三节 笼型异步电动机的起动
2011-7-18 河海大学 电气学院 79
第四节 笼型异步电动机的调速
异步电动机的 转速 根据负载的要求，人为地或自动地进
行调节，称为 调速 。
异步电动机的转速公式是
因此，异步电动机的调速有以下几种方法：
（ 1）改变供电电源的 频率 ；
（ 2） 改变电动机的 极对数 ；
（ 3）改变 转差率 ；
改变转差率可以由改变外施电压、转子回路串电阻或
电动势等。
)1(60 sp fn ??
f
p
s
2011-7-18 河海大学 电气学院 80
第四节 笼型异步电动机的调速
一、变频调速
改变电源频率，改变 同步转速,使转速变化。
特点,
? 调速范围宽、精度高、效率较高，且能无极调速；
? 但是需要专用的变频电源，应用上受到一定限制。
? 发展最快。
1.变频调速的 基本要求
主磁通 保持不变，因为 增大将引起磁路过饱和，
励磁电流大大增加,减小将使最大转矩、过载能力下降。
如略去异步电动机定子阻抗压降，则
m? m?
mNKNfEU ??? 11144.4
m?
2011-7-18 河海大学 电气学院 81
第四节 笼型异步电动机的调速
为要使保持 不变，随频率变化，电动势也将随之按正
比例变化，即
恒磁通变频调速机械特性
常数??? mNKNfE 11
1
1 44.4
m?
1f?
1f??
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1f
1111 ffff ?????????
T
mTNT
0
1n
1n?
1n??
1n???
n
2011-7-18 河海大学 电气学院 82
第四节 笼型异步电动机的调速
对于恒功率调速，就是调频后保持输出功率不变，即
即
于是定子的端电压大小与频率之间的关系为
即
这种调速方法，最大转矩将随频率上升而下降。
)(11 c ons tfTTf 常数????
1
1
f
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T
T
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1
1
1
1
f
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U
U ???
constfU ?
1
1
2011-7-18 河海大学 电气学院 83
第四节 笼型异步电动机的调速
2.变频器的基本构成
整流器 逆变器
控制电路
中间直流环节
M~
控制指令
运行指令
AC
DC
AC
AC
~ 3ф
变频器的基本构成
2011-7-18 河海大学 电气学院 84
第四节 笼型异步电动机的调速
二,变极调速
电源频率保持不变、改变定子绕组的极对数，
也可能改变同步转速，从而改变转子转速。
变极电机定子绕组的绕制方法有：
? 双绕组变极；
? 单绕组变极。
2011-7-18 河海大学 电气学院 85
第四节 笼型异步电动机的调速
三、改变外施电压调速
调压调速是一种比较简单的调
速方法，控制电路价格较低。但
是低速时转子铜耗较大，效率较
低。
2011-7-18 河海大学 电气学院 86
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
笼型 转子异步电动机：
?转子结构简单、成本低、运行可靠，
?但是其 转子参数很难调整,
?为了 改善 起动特性 和 调速特性,大容量的异步电
动机可采用 绕线转子 异步电动机。
2011-7-18 河海大学 电气学院 87
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
一、绕线转子异步电动机
的起动
? 如果既要 限制起动电流,
又要 较大的起动转矩
? 增大起动时的 转子电阻 可
以大大改善起动性能，
? 绕线转子电动机起动时转
子绕组通过 集电环 和 电刷
与外接起动变阻器相连接。
K
R
2011-7-18 河海大学 电气学院 88
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
起动变阻器的 取值,
? 并非越大越好，应取一个合理的数值。
? 根据异步电动机的机械特性，当 时，起动转矩等
于最大转矩，
设 为起动变阻器的电阻值，则
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2011-7-18 河海大学 电气学院 89
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
频敏电阻（略）
2011-7-18 河海大学 电气学院 90
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
二、绕线转子异步电动机的 调速
1,在转子回路中接入调速电阻
转子回路中接入调速阻，增大转子的转差率，转速下降。
曲线 1是固有机械特性
曲线 2,3是接入附加电阻
（ R串 3＞ R串 2）
曲线 4是恒转矩的负载特性
转速分别为,n1,n2,n3
显然,n3<n2<n1
2011-7-18 河海大学 电气学院 91
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
特点,
只能从额定转速向下调速
调速范围不大,负载小时调速范围更小
转速较低，转子回路中的功率损耗大，效率低，发热严
重但是设备简单。
2011-7-18 河海大学 电气学院 92
第五节 绕线转子异步电动机的
起动和调速
2,串级调速
绕线转子异步电动机一般采用转子电路串联接电阻和串联接电动
势两种调速方法，前者在附加调速电阻上将消耗大量能量，后者则
把这部分能量加以利用，在转子电路中增加一套变换装置，构成串
级调速系统。
2011-7-18 河海大学 电气学院 93
第十一章 单相异步电动机及异步电机
的其他运行方式
第一节 三相异步电动机在不对称电压下运行
第二节 单 相 异 步 电 动 机
第三节 异 步 发 电 机
第四节 异 步 电 机的 制 动 运 行
2011-7-18 河海大学 电气学院 94
第一节 三相异步电机在不对称
电压下运行
在实际运行中，三相异步电机有时会遇到供电 电源三相电压不对
称的情况，这会给电机的正常运行带来影响。
一、不对称运行的 分析方法
正序电压 作用于定子绕组，便流过正序电流,建立正向旋
转磁场，产生 正向转矩,拖动转子与它同方向旋转，设转子转
速,则正序转差率
同理,负序电压 → 负 向转矩 → 负序转差率为
三相异步电机一般不接中线，则无零序电压，所以定子绕组也无零序电流。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 95
第一节 三相异步电机在不对称
电压下运行
正序和负序等效电路如下所示
正序 负序
不对称电压下三相异步电动机的 T-s曲线如下所示
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2011-7-18 河海大学 电气学院 96
第一节 三相异步电机在不对称
电压下运行
二、电压不对称对电机运行的影响
电动机运行时由于 很小，因而,于是,
则
式中 ———— 额定电压下起动电流，
由此可见，即使很小的负序电压，也会产生较大的负序电流。
三相异步电机不允许长期在严重不对称电压下运行。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 97
第二节 单相异步电动机
? 单相异步电动机是用 单相交流电源供电
? 通常单相异步电动机定子上有两相绕组：
? 一为 主绕组 （或称工作绕组）
? 一为 辅助绕组 （或称起动绕组）
? 两绕组在空间有 相位差,一般为 电角度
? 转子为结构简单的 笼型 绕组。
结构示意图 接线图
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C
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第二节 单相异步电动机
与三相异步电动机主要 不同 在于：
? 三相异步电动机的定、转子绕组和绕组的电压、电流
一般都是 对称 的，工作时气隙磁场是 圆形旋转
? 而单相异步电动机的绕组以及绕组的电压电流一般是
不对称 的，工作时的气隙磁场是 椭圆形 旋转磁场。
一、单相异步电动机的工作原理
辅助绕组开路情况
，仅主绕组有电流
应用对称分量法
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III
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第二节 单相异步电动机
其中, 组成正序系统,,组成负序系统，设转子
的转向为自 a相转向 m相，则
整理得
即
相应的相量图如右图所示
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单相电机一相工作时的电
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2011-7-18 河海大学 电气学院 100
第二节 单相异步电动机
电压正序分量和负序分量的平衡式为
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式中：, 是电机正序阻
抗和负序阻抗
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相应的等效电路如右图所示
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2011-7-18 河海大学 电气学院 101
第二节 单相异步电动机
正、负序转子电流
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2011-7-18 河海大学 电气学院 102
第二节 单相异步电动机
正、负序电磁功率 正、负序电磁转矩
合成转矩
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2011-7-18 河海大学 电气学院 103
第二节 单相异步电动机
如略去励磁电流，则
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2011-7-18 河海大学 电气学院 104
第二节 单相异步电动机
单相异步电动机一相开路时的 T-s曲线图如下图所示
T T+
T-
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
1 0.8 0.6 0.4 0.2 02 1.8 1.6 1.4 1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8
S-
S+
T
仅主绕绕组工作时的 T-s曲线
2011-7-18 河海大学 电气学院 105
第二节 单相异步电动机
单相异步电动机一相开路的主要特点：
① 起动转矩等于零
② 各种性能指标都低于三相异步电动机
单相电机的主绕组 m和辅助绕组 a通入相位不同的两相电流，这
两相绕组的磁动势为
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2011-7-18 河海大学 电气学院 106
第二节 单相异步电动机
电机内部合成磁势
式中, 为 a相和 m相的最大值
如果
则
合成磁动势
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2011-7-18 河海大学 电气学院 107
第二节 单相异步电动机
二、单相异步电动机的起动方法和类型
（一）电容电动机
电容电动机 是将主绕组固定接单相电流，辅助绕组串联电容器
后接单相电源，有较高的起动转矩或较好的运行性能。
根据电容器的不同串接方式可分为以下三种。
1、单相电容运转异步电动机
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a
C
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2011-7-18 河海大学 电气学院 108
第二节 单相异步电动机
2、单相电容起动异步电动机 3、单相双值电容异步电动机
（二）单相电阻起动异步电动机
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a
C
K
m
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K
CS
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a
R
U? I? mI? aI?
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2011-7-18 河海大学 电气学院 109
第二节 单相异步电动机
三、罩极电动机
单相异步电动机常用的起动方法有裂相起动和罩极起动。
前面介绍的都是 裂相起动,定子上有两相绕组，两相绕组流过
的电流不同相，形成一个椭圆形旋转磁场，产生一定起动转矩。
罩极起动,定子大多为凸极式，在极上只有一套工作绕组，直
接与单相交流电源相接，在极靴的一边开有一个小槽，槽中套有一
短路铜环，成为罩极绕组。
罩极电动机用罩极起动法。
2011-7-18 河海大学 电气学院 110
第三节 异步发电机
一、基本方程式、等效电路和向量图
异步电机作为电动机运行，其转速只能低于同步转速即 。
如果用另一原动机拖动它的转子使其顺着旋转磁场方向旋转，其转
速大于同步转速，即,这时异步电机作为发电机运行。 在发
电机运行时,具有负值。
与电动机运行比较，在进行电路分析时，各物理量正方向仍按电
动机惯例，即发电机与电动机具有相同的表达式和等效电路，只有
应取负值，如图所示。
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异步发电机等效电路
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第三节 异步发电机
异步发电机的向量图
由向量图可以看出，在发电机运行状态，定子电流与电压间的相位
差, 为负值，即输入的有功功率为负值，这意
味着它实际上向电网输出有功功率。对无功功率来讲，因异步电机
自身不能产生无功功率，仍需由电网供给或用并联电容器的方式供
给。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 112
第三节 异步发电机
二、异步发电机的运行方式
异步发电机可以单机运行也可以与电网并联运行。
（一）、与电网并联运行
这种运行方式其激磁电流由电网提供。由于异步电机的激磁电
流较大，一般大约是 0.3~0.5,所以在发电的同时，增加 了电网
的无功负担。从经济运行论证，异步机并网运行并不一定有利。并
网运行有如下特点,其电压和频率完全取决于电网的电压和频率，
与转速无关。因此无需调压和调频，且并网手续极其简单，只需注
意转速略大于同步转速，即可投入电网运行。
（二）、单机运行
这种运行方式其激磁电流由并联在端点上的电容器供给，这是
因为异步电机实质上与电感性元件等效。
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2011-7-18 河海大学 电气学院 113
第三节 异步发电机
1.电压建起自激过程
2.空载状态建立额定电压所需电容值（近似估算）
在额定电压时的激磁电流和电容电流（均取每相值）应分别为
曲线 1表示异步电的空载
特性，是一条饱和曲线。
因为空载时,由此得 曲线 2是电容器的特性曲
线。
或
可以由异步电动机空载试验求得，从而可计算出所需空载运行时的
电容值。
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第四节 异步电机的制动运行
制动运行是异步电机的又一种运行方式。
异步电动机的制动可以采用机械的方法，也可以采用电磁的方法
常用的电磁制动方法有,1、能耗制动； 2、回馈制动； 3、反接制动；
4、正接反转制动 等。
一、反接制动
异步电机运行时，如果转子的转向与气隙旋转磁场的转向相反的
话，即转差率 s>1,这种运行状态为反接制动。
二、正接反转制动
正接反转制动是指定子接线保持原接法不变，如转子在外力推动
下迫使反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。这种制动的方法主
要用于绕线转子电机作起重用。
2011-7-18 河海大学 电气学院 115
第四节 异步电机的制动运行
三、能耗制动
能耗制动是在电机断电后，立即在定子两相绕组通入直流励磁电
流，产生制动转矩，使电机迅速停转。
四、回馈制动
回馈制动通常用以限制电机转速，当转子转速超过同步转速，则
电磁转矩变为制动转矩，电机由原来电动机状态变为发电机状态，
故又称发电机制动。
