交流电机简介

第13章-交流电机

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在美国爱迪生引入直流配电系统后,逐步过渡到更经济的AC系统。照明也适用于AC如DC。

电能以较低的损耗传输更远的距离交替的电流。然而,电动机是交流电的一个问题。最初,交流电机的构造类似于直流电机,但由于磁场的变化,遇到了许多问题。

交流电机系列图

交流电机系列图

Charles P. Steinmetz对解决这些问题作出了贡献,他对铁电枢中迟滞损耗的研究。尼古拉·特斯拉设想了一种全新的发动机,当他想象一个旋转的涡轮时,它不是由水或蒸汽旋转,而是由旋转的磁场

他的新型电机,交流感应电机,这是行业的主力。它的坚固性和简单性使寿命长,可靠性高,维护低。

然而,小型拉丝交流电动机,类似于DC品种,持续小电器以及小型特斯拉感应电动机。特斯拉汽车上方的一个马力(750 W)统治着至高无上。

现代固态电子电路驱动无刷直流电机交流波形从DC源生成。实际上无刷直流电机,即交流电机,在许多应用中更换传统的拉丝直流电动机。而且,这步进电机该电机的数字版本是由交流方波驱动的,同样是由固态电路产生的。

上图显示了本章中描述的AC电机的家谱。

游轮和其他大型船舶用大型多兆瓦发电机和电动机代替减速齿轮传动轴。多年来,小型柴油电力机车一直是这种情况。

电机系统电平图

电机系统电平图

在系统级,(上图)电动机以电位差和电流的形式吸收电能,并将其转化为机械功。不幸的是,电动机并不是100%有效的。一些电能损失成热,另一种形式的能量,由于I2R损失(也称为铜损失)在电机绕组。

热量是这种转化过程中不需要的副产品。它必须从电机上拆下,可能会对寿命产生不利影响。因此,一个目标是最大限度地提高电机效率,减少热损失。交流电机也有一些直流电机没有遇到的损失:滞回和涡流。

滞后和涡流

AC电机的早期设计师遇到问题追踪的问题是交流电流磁性独特的损失。将DC电机适应交流操作时遇到这些问题。虽然今天很少有交流电机与DC电机都有任何相似之处,但在任何类型的AC电机都可以正确设计之前必须解决这些问题。

交流电机的转子和定子铁芯都是由一堆绝缘层片组成的。在叠层和螺栓连接成最终形式之前,涂层有绝缘清漆。涡流通过将潜在的导电循环断开到较小的损耗区段中,最小化。(下图)

目前的回路看起来很短变压器次要转。薄的隔离层叠打破了这些环。而且,添加到叠片中使用的合金的硅(半导体)增加电阻这降低了涡流的大小。

铁芯中的涡流

铁芯中的涡流

如果叠层由硅合金晶粒化钢制成,磁滞损失最小化。与磁化力相比,磁滞是磁场强度的背后滞后。如果螺线管暂时磁化柔软的铁钉,则一旦螺线管断电,一旦磁体导电,钉子会期望钉子失去磁场。但是,少量剩余磁化BR.,由于滞后仍然存在(下图)。

交流电流必须消耗能量-hC, 这强制力在它能将铁芯磁化回零之前,克服剩余的磁化,更不用说反向磁化了。

每次AC逆转的极性时都会遇到滞后损失。损耗与B-H曲线上的滞后环包围的区域成比例。“柔软”铁合金的损耗低于“硬”高碳钢合金。硅基晶型钢,4%硅,轧制优先定位谷物或晶体结构,损失仍然较低。

低损耗和高损耗合金的滞回曲线

低损耗和高损耗合金的滞回曲线

一旦Steinmetz的滞后定律可以预测铁芯损失,就可以设计如设计进行的AC电动机。这是能够在实际建造的一段时间提前设计一座桥梁的桥梁。

这一知识的涡流和滞后首先应用于建立交流换向器电机类似于他们的直流同行。今天,这只是交流电机的一个次要类别。另一些人则发明了新型的交流电机,它们与直流电机几乎没有相似之处。