异步电机是否能够发电？

发电机是把机械能转换成电能的装置。就是说，用一台原动机（汽轮机、柴油机、水轮机等）使电机的转子旋转起来，就可以产生电能，即发电。

任何电机都是可逆的，既可以作为电动机，也可以用作发电机。异步电机也不例外，但却有它的特殊性。

3.3.1.1 异步发电机的特殊性

首先看一下其他发电机是怎样发电的？

1.直流发电机

直流发电机的定子是磁极，转子是电枢绕组，如图3-18a所示。

当原动机带动转子旋转时，电枢绕组因切割定子磁场而产生感应电动势，经换向器和电刷引出，便得到直流电压。

2.同步发电机

同步发电机的定子是三相绕组，转子是磁极，如图3-18b所示。

当原动机带动转子旋转时，定子的三相绕组切割转子磁场而产生感应电动势，从而输出三相交变电压。

3.直流发电机和同步发电机的共同特点

1）它们都有一个固定的磁场；

2）它们在原动机的带动下，使绕组切割了磁力线而“从无到有”地“发”出电来。

4.异步发电机的特殊性

异步电机的定子是三相绕组，转子是短路绕组，本身没有磁场。所以，异步电机只有原动机带动是发不出电来的。虽然，理论上说，利用剩磁也能发出电来，但并无实际意义。

异步电机要想发电，首先必须要建立磁场。但如所周知，异步电动机是在定子的三相绕组里通入三相交变电流后，才产生旋转磁场的。就是说，异步电机为了得到磁场，其定子绕组必须和三相电源相接，如图3-18c所示。毫无疑问，在这种情况下，它将作为异步电动机而运转起来了。但是，如果用一台原动机带动，使转子的转速超过同步转速，就成为了异步发电机。

所以，异步电机并不能“从无到有”地独立发电，这就是它的特殊性。

3.3.1.2 异步电动机的等效电路及其简化

电机学里，分析异步电动机的主要工具之一，便是等效电路。本文并不对电动机进行详细讨论，只是作为一种过渡，略作介绍而已。

图3-18 各种发电机

a）直流发电机 b）同步发电机 c）异步发电机

1.异步电动机的等效电路

异步电动机的等效电路如图3-19所示。

图中，r₁———定子绕组的电阻，Ω；

X₁———定子绕组的漏磁电抗，Ω；

r₂′———转子绕组的等效电阻，Ω；

X₂′———转子绕组的等效漏磁电抗，Ω；

r_m———铁损的等效电阻，Ω；

R_L′———机械负载的等效电阻，Ω。

图3-19 异步电动机的等效电路

由图可知，定、转子的电流之间，存在着如下的关系：

式中———定子电流，A；

———转子电流的折算值，A；

———励磁电流，A。

式（3-14）表明，定子电流包含着两个部分：

1）转子电流，用于和磁通相互作用，产生电磁转矩；

2）励磁电流，用于产生磁通。(www.xing528.com)

2.等效电路的简化

当我们主要观察事物的工作特点，而不必追求精确的计算结果时，尽量地简化所研究的对象，可以收到简单明了的效果。在异步电动机里，如果忽略掉一些所占比例不大的次要因素，如定子绕组的电阻，定、转子的漏磁电抗以及铁损等，就可以得到如图3-20a所示的简化等效电路。图中的r₂′/s是转子绕组的等效电阻（r₂′）和机械负载的等效电阻（R_L′）合并的结果，见式（3-12）。

图3-20 异步电动机的简化等效电路

a）简化等效电路 b）简化相量图

根据简化等效电路画出的相量图如图3-20b所示。

图中，U₁———电源相电压，这里作为参考相量；

E₁———定子绕组的反电动势，与电压反相；

E₂′———转子绕组的等效电动势，与E₁相等；

I₀———励磁电流，比电压滞后π/2（90°）；

I₂′———转子的等效电流，和E₂′同相位；

I₁———定子电流，根据式（3-15）合成。

由图看出，在电动机状态，定子电流比电源电压滞后φ₁角，φ₁小于π/2（90°）：

φ1<π/2（90°）

3.3.1.3 发电机状态的特点

异步电机的电动机状态和发电机状态的根本区别，仅在于转子与磁场之间的相对转速。

1.电动机状态

电动机状态的根本特点，是转子绕组切割磁力线的方向和磁场的旋转方向相反，转子电流和旋转磁场相互作用所产生的电磁转矩T_M的方向与磁场的旋转方向相同，是促使转子旋转的驱动转矩，如图3-21a所示。

2.发电机状态

在发电机状态，因为转子的转速超过了同步转速，转子绕组切割磁力线的方向和磁场的旋转方向相同。所以，转子绕组里感应电流的方向和电动机状态时相反了，所产生的电磁转矩的方向也和磁场的旋转方向相反，成为了阻止转子旋转的制动转矩，如图3-21b所示。原动机将克服制动转矩而做功（发电）。

图3-21 异步发电机的特点

a）电动机状态 b）发电机状态 c）相量图

3.相量图

发电机状态的相量图如图3-21c所示，它和电动机状态的区别，是转子电流的方向反了，但励磁电流不变。根据式（3-15）作出定子电流相量，如图3-21c所示。由图可知，定子电流与电源电压之间的相位差角φ₂大于π/2（90°）：

φ₁>π/2（90°）

在这里，发电机状态和电动机状态的重要区别在于：

在电动机状态，电流比电压滞后的电角度小于π/2（90°）；而在发电机状态，电流比电压滞后的电角度大于π/2（90°）。

4.异步电机“发电”时的波形图

为了便于说明问题，我们画出电压和电流的波形图，如图3-22所示。今说明如下：

图3-22 电流和电压的曲线图

a）电动机状态 b）发电机状态

（1）电动机状态

如上所述，电动机状态时，电流与电压的波形图如图3-22a所示，由图可知，在φ1角所对应的时间t1内，电源电压为“+”，而电流却是“-”的，说明两者是反方向的，实际上是电动机的反电动势克服了电源电压而做功，或者说，是电动机的磁场向电源反馈能量，从电源的角度看，功率为“-”。而在每半个周期的其余时间里，电流和电源电压的极性相同，是同方向的，说明是电源电压克服了电动机的反电动势而做功，或者说，是电动机从电源吸取能量，从电源的角度看，功率为“+”。因为φ₁<π/2，所以，磁场反馈的能量比电源提供的能量小，总体上说，是电源在做功，这就是电动机状态的特点。

（2）发电机状态

发电机状态的波形图如图3-22b所示。因为φ₂>π/2，所以，在每半个周期的大部分时间里，电流的方向是和电源电压相反的。因此，在电机的磁场和电源之间交换能量的过程中，总体上说，是磁场向电源输送能量而“发电”了，从电源的角度看，平均功率是“-”的。

所以，异步发电机并不能如直流发电机和同步发电机那样，从没有电能“产生”出电能来。异步电机的发电，仅仅是在电机和电源交换能量的过程中，从电机反馈给电源的能量比电源输入给电机的能量较大而已。也就是说，不论是电动机状态，还是发电机状态，始终存在着电动机的磁场和电源之间交换能量的过程，区别仅在于：当吸收的能量大于反馈能量时，是电动机状态，而当反馈的能量大于吸收的能量时，是发电机状态。