1.4 异步电动机的发电状态

任何电机都是可逆的，既可以作为电动机，将电能转换成机械能；也可以作为发电机，将机械能转换成电能。异步电机也不例外，但却有着它的特殊性。

1.4.1 异步发电机的特殊性

发电机是将机械能转换成电能的装置。即用一台原动机（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。

首先看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1-19a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1-19b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。虽然理论是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1-19c所示。毫无疑问，在这种情况下，它将作为异步电动机而旋转起来了。但是，如果用一台原动机带动，使转子的转速超过同步转速，就成为异步发电机了。

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。

1.4.2 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TM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1-20a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。原动机将克服制动转矩而做功（发电），如图1-20b所示。

3.相量图

发电机状态的相量图如图1-20c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（1-13）画出定子电流相量，图中定子电流与电源电压之间的相位差角φ2大于π/2（90°）。因此发电机状态和电动机状态的重要区别在于：

在电动机状态时，电流比电压滞后的电角度小于π/2（90°），即

φ1＜π/2（90°）

而在发电机状态时，电流比电压滞后的电角度大于π/2（90°），即

φ2＞π/2（90°）

4.异步电机的“发电”本质

当φ2＞π/2时，电机在运行过程中的能量交换过程如图1-21所示。图中0～t1段是电动机的反电动势克服电源电压在做功（磁场做功），“输出功率”是负的。

t1～t2段是电源电压克服电动机的反电动势在做功，“输出功率”是正的。

容易看出，因为φ2＞π/2，所以在每半个周期的大部分时间里，电流的方向都是和电源电压相反的。其功率曲线如曲线③所示。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。