交流异步电动机的结构与特点

1.交流异步电动机的结构

交流异步电动机主要由定子和转子两大部分组成,定子和转子之间存在气隙。还有端盖、轴承、外壳和风扇等部件。三相交流异步电动机的典型结构如图5-24所示。

图5-24　相交流异步电动机的典型结构

1)定子

交流异步电动机的定子由定子铁芯、定子绕组和外壳构成。其作用是通入三相交流电后产生旋转磁场。定子的构成如图5-25所示。

图5-25　定子的构成

1－接线盒;2－外壳;3－定子铁芯;4－定子绕组

定子铁芯是电动机磁路的一部分,并在其上放置定子绕组。定子铁芯一般由0.35～0.5mm厚的表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成,在铁芯的内圆冲有均匀分布的槽,用以嵌放定子绕组。定子铁芯槽型有半闭口型槽、半开口型槽和开口型槽3种。定子绕组是电动机的电路部分,通入三相交流电,产生旋转磁场。定子绕组由3个在空间互隔120°、对称排列的结构完全相同的绕组连接而成,这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。外壳也叫机座,主要用于固定定子铁芯与前后端盖,用以支撑转子并起防护、散热等作用。外壳常为铸铁件,大型交流异步电动机则用钢板焊接而成,微型交流异步电动机多采用铸铝件。封闭式电动机的外壳外面有散热筋以增加散热面积,防护式电动机的外壳两端盖开有通风孔,使电动机内外的空气可直接对流,以利于散热。

2)转子

交流异步电动机的转子主要有笼型和绕线两种形式。笼型转子由铁芯和绕组构成,如图5-26所示。去掉转子铁芯,整个绕组外形像一个鼠笼,故称为笼型绕组。小型交流异步电动机采用铸铝转子绕组,100k W以上的交流异步电动机转子通常采用铜条和铜端环焊接而成。绕线转子由铁芯和绕组构成。铁芯用厚度为0.5mm的硅钢片叠压而成,嵌套在转轴上,作用和定子铁芯相同,即铁芯本体用作导磁,外圈上均布的格用于安放转子绕组。转子绕组也有三相绕组,一般接成星形联结,三相引出线分别接到转子轴上与转子轴绝缘的三个集电环上,通过电刷装置与外电路相连(见图5-27),可在转子电路中串接电阻或引入电动势,以改善电动机的运行特性。

图5-26　笼型转子的构成

a)笼型绕组;b)转子外形

3)其他部分

其他部分包括轴承、风扇等。风扇是用来冷却电动机的。三相交流异步电动机的定子与转子之间的空气隙,一般仅为0.2～1.5mm。气隙不能太大,气隙大时产生的气隙转矩小,会使电动机运行时的功率因数降低;但也不能太小,气隙太小时会引起装配困难,如果内有异物或转轴有径向移动时容易卡堵,运行不可靠、高次谐波磁场增强,引起附加损耗,使起动性能受差。

图5-27　绕线转子绕组的连接

2.交流感应电动机的特点

交流感应电动机与直流电动机相比,具有效率高、结构简单、坚实可靠、免维护、体积小、重量轻、易于冷却、寿命良等许多优点。感应电动机本身比直流电动机成本低,只是其逆变器比直流电机控制器成本高,但随着功率电子技术的不断进步,两者的成本差距越来越接近。从目前来看,感应电动机交流系统总成本要比直流电动机驱动系统高,但由于其重量轻、效率高及能有效地实现再生制动,因而在新能源汽车上使用的运营成本要比使用直流电动机驱动系统时低,尤其在大功率新能源汽车中更有广阔的应用。

目前矢量控制理论比较完善,而且日趋成熟,在线能准确辨识出电动机的参数,控制性能是非常优越的。目前由于微处理器运算能力越来越强,处理复杂算法的实时性也有保障,国内外许多公司已向市场推出了多种型号的基于矢量控制的控制器,控制性能已基本满足新能源汽车的动力性要求。