浅谈交流电机的结构和原理

发布于：2022-11-22 16:10:22 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点：交流电机内角

在新能源汽车领域，广泛运用的交流电机可分为： 永磁同步电机和 交流异步电机。可能很多人不明白其中的差异，但没关系，反正也不重要。

先从电机的原理讲起。电机是把 电能转换为机械能的装置。电机主要由定子和转子组成，在定子上缠绕的线圈称为定子绕组，转子线圈则是转子绕组。无论是同步或是异步电机，都是通过在定子绕组中制造旋转的磁场，从而在静止的转子绕组中产生电流，产生的 电磁力矩使得转子得以带动轴旋转。

（1）电动机简易模型

交流异步电机的原理相对简单。定子绕组固定不动，但是由于通入了三相交流电（汽车中电动机普遍采用三相），所以产生了旋转磁场。此时的转子中的导体等效于切割磁感线，产生出感应电流。楞次定律表述了感应电流在回路中产生的磁通总是反抗（或阻碍）原磁通量的变化，反映到实践中便是转子始终跟转旋转磁场，然而转子的始终与旋转磁场存在转速差，这就是“异步”的体现，一旦转速同步了，感应电流也就不复存在。

而永磁同步电机的结构和原理相对交流异步电机复杂。同步电机同样分为定子和转子，与异步电机不同的是，永磁同步电机的转子绕组可以通入直流电，产生一个恒定的磁场，效果相当于一块磁铁，所以也可以用 永磁体——主要成分 钕铁硼，也就是常说的稀土——来代替。定子绕组通入三相交流电产生旋转的磁场，转子在跟随转动之后，转子的恒定磁场与旋转磁场的N-S极互锁，从而完全同步转动。因为严格同步，所以很明显，只需要改变三相电的频率（旋转磁场的频率）就可以精准调速。理论很完美，但在第一步就夭折了。转子没有初始速度的情况下，转子的N极会被旋转磁场的S极吸引，然而由于机械惯性的存在，转子加速到同步速度需要时间，而此时同样的位置旋转磁场已经运动到了N极，受到斥力的影响转子又会被减速，这种情况下转子永远无法做到与旋转磁场同步，所以同步电机是永远无法自启动的。但是这也难不倒天才的工程师。很快一个完美的解决方案便出现了，那就是利用异步交流电机的启动方式——只需在转子磁极的顶部加装 鼠笼导条。启动时，转子的励磁线圈不通电，此时鼠笼导条中会产生感应电流带动转子旋转，在转子速度达到最大时，励磁线圈开始通电，此时转子会与旋转磁场的磁极锁定，从而同步运行。达到同步运行之后，由于导条与磁场没有了相对运动，感应电流也就消失了，不会影响同步电机的运行。