异步电机三种不同的运行状态

　　异步电机的运行状态和转子的转速范围有密切的关系，下面将分别针对三个不同的转速范围，分析异步电机的基本工作原理。

图1 异步电机的三种运行状态
　　（a） 电动机状态；（b）发电机状态；（c）电磁制动状态

　　1．转子正转并且转速低于同步转速的情况，即0＜n＜n₁，或1＞s＞0

　　图表示一台二极异步电机的示意图，以N、S表示气隙旋转磁势，n₁的箭头表示旋转方向，中间二个小圈表示转子的一个短路线圈。当旋转磁势的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势e₂。电动势的方向根据右手定则确定。在图（a）中N极下的电动势方向用叉表示，在S极下用点表示。转子电流的有功分量i₂与e₂同相位，所以圈中的叉和点既表示电动势的方向．又表示电流有功分量的方向。转子电流的有功分量与气隙旋转磁势相互作用产生电磁力f，根据左手定则，转子将产生一个和定子旋转磁势同方向的驱动性的电磁转矩Tem。当转子静止时，如果该转矩足以克服制动转矩的话，转子就将追随着旋转磁势转起来。当电磁转矩T_em与轴端机械负载转矩T₂相平衡时，电动机将以某一转速n稳定运行。正常运行时异步电机的转速接近同步转速，但不能等于同步转速。只要n＜n₁时，转子和旋转磁势之间有相对运动，转子就有电流，就能产生转矩，这个转矩就可克服负载的制动转矩而拖着转子转动。同时，在定子方面，因为转子方面存在电流，也将受感应而从电网输入相应的电流(图中未表示)，输入有功功率。这时电机就处在电动机运行状态。

　　2．转子正转并且转速高于同步转速的情况，n＞n₁，或s＜o

　　n上升到同步转速时电磁转矩已等于零，因此电机本身不会加速到同步转速以上，而采用原动机来带动电机，是可以实现的。这时的情况如图5．8（b）所示。转子导体中感应电动势、电流的有功分量及电磁转矩的方向将与电动机运行状态相反，电磁转矩为制动性质。在定子方面，因为转子电流改了方向，定子中因后者而感应的电流分量也将改变方向，此时，电机由转子转轴输入机械功率而从定子输出电功率。

　　电机就处在发电机运行状态。

　　3．转子反转，n＜0，或s＞1

　　如果用其它机械拖动电机使转子向着与旋转磁势相反的方向旋转，这时转子电势和电流的方向仍将和电动机时一样，转矩的方向仍保持旋转磁势的方向，与转向相反，因此将对定子和拖动机械起制动作用．同时转子电流未改方向，定子中的电流仍和电动机时同方向，仍有有功功率从电网输入，这时电机处于“电磁制动”状态。异步电机作为电磁制动运行时，一方面定子从电网吸取电功率，另一方面，外力也必须对转子供给机械功率。此时，电机从定子和转子同时输入的功率均将变为电机内部的损耗，转化为热能消耗掉了。

　　由以上分析可见：

　　当o＜s＜l时，为电动机运行状态，异步电机主要作为电动机使用。

　　当o＞s＞—∞时，为发电机运行状态，有时用于农村小型水电站和风力发电站。

　　当∞＞s＞l时，为电磁制动运行状态，适用于要求快速停止和准确定位的短时运行状态。

图2 三种运行状态的比较

　　例： 一台50Hz的异步电动机，额定转速nN=730r/min， 空载转差率为0．00267， 试求该电机的极数、同步转速及额定负载时的转差率。如果该电机用于起重机上，当重物下降时的转速为3000r/min，试求其转差率，此时电机运行于什么状态。

　　解：由于极对数与同步转速之间有的关系，当p=4时，n₁=750r/min，今已知额定转速为730r/min，它略低于同步转速，故知该电机同步转速应为750r/min，电机极数2p=8。

　　于是空载转速为

n₀=n₁(1-s₀)=750(1-0．00265)=748r/min

　　额定转差率为

　　如果以300r/min反转，则转差率为

　　此时电机运行于电磁制动状态。