交流电动机的定子绕组及分类

几乎所有的交流电动机都具有单相定子绕组（对小于1kW的电动机而言）或三相定子绕组，绕组中流过输入电流。对于交流电动机来说，定子也被称为电枢。交流电动机通常根据转子绕组的类型分类。在同步电机中，转子绕组也被称为励磁绕组。以下讨论交流电动机的各种类型。

笼型异步电动机（SCI） 这是到目前为止最为常见的交流电动机类型（见图1.1），每年的生产数量以百万计数。通过类似变压器原理的交流感应关系，转子绕组从定子绕组（电枢绕组）中感应出磁场。笼型异步电动机（见图1.1）的容量范围从分马力（小于1kW）到数万马力（大于60MW）。笼型异步电动机的优点就在于其转子简单耐用。笼型转子通常不采用电气绝缘。在笼型异步电动机中，转子的转速一般比气隙中由定子绕组产生的“同步”旋转磁场低约1%。因而，转子速度相对于气隙磁通的速度有一个滞后的“转差”^[1，2]。笼型异步电动机应用于几乎每一个可以想到的领域中，包括液流泵、风扇、传送带系统、碾磨、搅拌、气体压缩和电动工具的运行等。

图1.1 笼型转子正被自上而下放入笼型异步电动机的定子中(www.xing528.com)

绕线转子异步电动机 其转子绕组由绝缘导线绕制而成，绕组引线通过集电环与转子外部电路相接。运行时，如同笼型转子那样，电流由定子感应到绕线转子中。然而，在绕线转子电机中，通过外接电阻或串极调速系统，是可以限制转子电流的。这就在一定程度上实现了对转速的控制。由于集电环需要额外的维护工作量，绕线转子异步电动机的数量相对较少。逆变器变频驱动的笼型电动机在调速应用方面常常是更可靠，也更经济的选择。

同步电动机 这种电动机的转子绕组（励磁绕组）中流过的是直流电流。该电流产生直流磁场，它与定子产生的旋转磁场相互作用，使转子旋转。转子的旋转速度与定子绕组中的交流电流的频率（50Hz或60Hz）有着严格的对应关系。转子与定子旋转磁场之间没有“转差”。转子的转速取决于转子的磁极对数（每个磁极对包含一个N极和一个S极）与交流电流频率的乘积。转子中的直流电流主要有两种方法获取。最原始的方法是通过两个集电环（一个正极，一个负极）供给转子电流。这种方法至今仍很通用。另一种选择是“无刷励磁机”的方法，即通过一个安装在定子上的直流绕组，在转子上安装的辅助三相绕组中感应出交流电流，再经由“旋转”的二极管整流成直流电流，直接送入转子磁极上的励磁绕组。同步电动机需要小型的“起动电动机”拖动其转子接近同步转速。一个可以选择的方法是在允许直流电流加至转子励磁主绕组之前，使用一个安装在转子上的笼型感应绕组将它拖动到同步转速。该绕组还被用作阻尼绕组。由于转子比较复杂并且需要额外的部件，同步电动机现在局限于大型电动机（通常大于10MW）或很低转速电动机。它的优势在于，与笼型异步电动机相比，它通常仅需较小的起动“涌流”，而且它的转速更加恒定。此外，它的运行耗能较低，因为可以通过调节转子电流，改善电动机的功率因数，减小对无功功率的需求，从而减小了交流电源的电流。有关同步电动机转子类型的进一步细分，请参考下文关于同步发电机的章节。两极同步电动机采用隐极转子，详见第1.1.2节。