什么是交流电机？

这一类感应电机包括其工作模式基于定子和转子之间气隙中的旋转磁场的电机。这一类中最重要、最常用的机器是采用鼠笼式设计的异步交流感应电机。它具有以下特点：

• 设计简单、坚固耐用
• 运行可靠性高
• 运行维护成本低
• 价格低廉

在电气 驱动技术通常使用以下电机：

• 异步交流电机（鼠笼转子、滑环转子、力矩电机）
• 异步单相交流电机
• 异步或同步伺服电机
• 直流电机

由于带变频器的交流电机可提供更好、更简单、维护成本更低的速度控制，因此直流电机和带滑环的交流电机的相关性越来越小。其他类型的交流异步电机在驱动工程中的重要性微乎其微。因此，本文将不再详细介绍。

如果将交流电机等电动机与一个 齿轮装置就得到了 减速电机.无论电机的电气原理如何，其安装在减速机上的方式对于电机的机械设计都变得尤为重要。SEW-EURODRIVE 为此专门改装了电机。

交流电机如何工作？

布局

转子

在转子叠片铁芯的槽中，有一个注入式或插入式绕组（通常由铝和/或铜制成）。通常情况下，绕组的一圈相当于一棒。绕组两端由相同材料制成的环短路。带有短路环的栅栏让人联想到笼子。这就是交流电机第二个通用名称 "鼠笼电机 "的由来。

定子

用合成树脂封装的绕组被插入叠片定子铁芯上的半封闭槽中。通过改变线圈的数量和宽度，可实现不同的极数（= 速度）。叠片铁芯与电机外壳一起构成定子。

端盖

端盖由钢、灰铸铁或压铸铝制成，用于密封电机 A 侧和 B 侧的内部。过渡到定子时的结构设计决定了电机的 IP 保护等级。

转子轴

转子侧的叠片铁芯连接到一根钢轴上。两个轴端穿过 A 侧和 B 侧的端罩。输出轴端安装在 A 侧（设计为齿轮减速机的小齿轮轴端）；风扇及其风扇冷却翼和/或辅助系统（如机械制动器和编码器）安装在 B 侧。

电机外壳

当额定功率为中低时，电机外壳可由压铸铝制成。不过，所有以上功率等级的电机外壳均由灰铸铁和焊接钢制成。机壳上有一个接线盒，用于将定子绕组的两端连接到用户侧电气连接的接线板上。散热片扩大了外壳的表面，同时也增加了向环境中的热量排放。

风扇、风扇罩

B 侧轴端的风扇由一个罩子罩住。风罩引导风扇旋转时产生的气流通过外壳上的散热片。通常，风扇与转子的旋转方向无关。当安装位置垂直时，可选的罩子可防止（小）部件穿过风扇防护网。

轴承

A 侧和 B 侧端盖中的轴承将旋转部件与固定部件机械地连接起来。通常使用深沟球轴承。圆柱滚子轴承很少使用。轴承的尺寸取决于相关轴承必须承受的力和速度。不同类型的密封系统可确保轴承保持所需的润滑性能，并确保油和/或润滑脂不会泄漏。

供电系统的工作原理

定子的对称三相绕组系统与具有适当电压和频率的三相电流电源系统相连。三相绕组中的每一相都流过相同振幅的正弦电流。每个电流在时间上相互偏移 120°。由于绕组相位在空间上也偏移了 120°，定子会形成一个随外加电压频率旋转的磁场。

这个旋转磁场（简称 "转磁场"）会在转子绕组或转子棒中产生感应电压。由于绕组被磁环短路，因此会产生短路电流。这些电流与旋转磁场一起，在转子半径范围内形成力并产生转矩，从而沿旋转磁场方向加快转子速度。转子中产生的电压频率会随着转子速度的增加而降低。这是因为旋转磁场速度与转子速度之间的差值变小了。

由于感应电压降低，转子保持架中的电流也随之降低，因此力和扭矩也随之降低。如果转子的转速与旋转磁场的转速相同，则转子将同步旋转，不会产生感应电压，因此电机将无法产生任何转矩。然而，轴承中的负载转矩和摩擦转矩会导致转子速度和旋转磁场速度之间的差异，从而使加速转矩和负载转矩达到平衡。电机异步运行。

该差值的大小随电机负载的变化而增大或减小，但永远不会为零，因为轴承中始终存在摩擦，即使在空载运行时也是如此。如果负载转矩超过电机可产生的最大加速转矩，电机就会 "失速"，进入不允许的运行状态，可能导致热损坏。

功能所需的旋转磁场速度和机械速度之间的相对移动被定义为滑差 "s"，并指定为旋转磁场速度的百分比。额定功率较低的电机的转差可为 10%至 15%。额定功率较高的交流电机的滑差约为 2%至 5%。

运营业绩

交流电机从电压供应系统获取电力，并将其转换为机械功率，即转换为转速和扭矩。如果电机无损耗运行，输出机械功率_Pout将与输入电功率_Pin 相对应。

然而，交流电机也会产生损耗，这是能量转换过程中不可避免的：电流流经导体时会产生铜损耗_PCu和棒损耗_PZ。铁损耗_PFe来自叠片铁芯在线路频率下的再磁化。摩擦损耗_PRb来自轴承中的摩擦，空气损耗来自使用空气进行冷却。铜、杆、铁和摩擦损耗会导致电机发热。机器的效率定义为输出功率与输入功率之比。

效率变得越来越重要。

根据法律规定，在过去几年中，人们越来越重视使用能效更高的电机。相应的规范性协议对能效等级进行了定义。制造商在其技术数据中采用了这些等级。为了减少机器造成的巨大损失，这意味着电机的设计必须符合以下要求：

• 在电机绕组中增加铜的使用（_PCu）
• 更好的金属板材料（_PFe）
• 优化的风扇几何形状（_PRb）
• 能量优化的轴承（_PRb）

通过记录转矩和电流与转速的关系，可以获得交流电机的速度-转矩特性。电机每次启动时都会遵循该特性曲线，直至达到稳定运行点。特性曲线受极数以及转子绕组设计和材料的影响。了解这些特性曲线对于使用反扭矩运行的驱动装置（如葫芦）尤为重要。

如果被驱动设备的反扭矩大于上拉扭矩，转子速度就会 "卡死"。电机不再达到额定运行点（即稳定的热安全运行点）。如果反扭矩大于启动扭矩，电机甚至会停转。如果运行中的驱动装置超载（例如传送带超载），其速度会随着负载的增加而下降。如果反扭矩超过击穿扭矩，电机就会 "停转"，转速会降至拉升速度，甚至降为零。所有这些情况都会在转子和定子中产生极高的电流，这意味着两者都会迅速升温。如果没有适当的保护装置，这种效应可能会导致电机出现无法弥补的热损坏或 "烧毁"。

温度等级

载流导体中产生的热量取决于导体的电阻和载流电流的大小。频繁接通和启动反扭矩会给交流电机带来很大的热负荷。电机允许的发热量取决于周围冷却介质（如空气）的温度和绕组中绝缘材料的热阻。

电机被划分为不同的热等级（以前称为 "绝缘等级"），这些等级规定了电机中允许的最高过热温度。电机必须能够承受在其设计热等级的额定功率基础上的高温下持续运行而不损坏。例如，在最高冷却剂温度为 40°C 的情况下，热等级 130 (B) 的最高允许过温：dT = 80 K。

这些运行模式最为常见

• 最简单的运行模式是施加恒定的负载扭矩。经过一段时间后，由于工作点的持续负载，电机达到热稳定状态。这种运行模式被称为持续工作制 S1。
• 在短时工作制 S2 中，电机在一定时间段（tB）内以恒定负载运行。在这段时间内，电机不会达到热稳定状态。随后是空转时间，空转时间必须足够长，以便电机恢复到冷却液温度。
• 在间歇工作制 S3 中，电机在一定时间段（tB）内以恒定负载运行。在这种情况下，启动不能对电机加热产生影响。随后是特定的空转时间 (tSt)。在这种运行模式下，规定了相对循环持续时间系数 (cdf)。在 IEC 60034-1 IEC 60034-1 标准中，规定了 10 分钟循环时间（= 运行时间 + 空转时间）中运行时间的比例，以作说明。

例如如果电机在运行四分钟和关闭六分钟之间交替运行，则适用运行模式 S3/40%。

开关频率是多少？

允许的接通频率规定了电机在一小时内接通多少次才不会造成热过载。它取决于以下因素：

• 需要加速的质量惯性矩
• 静态负载
• 制动类型
• 运行持续时间
• 环境温度
• 循环持续时间系数

可通过以下措施提高电机的允许启动频率：

• 提高耐热等级
• 选择下一个更大的电机
• 安装强制冷却风扇
• 改变齿轮传动比，从而改变惯性比
• 选择不同的制动方式

什么是换极交流电机？

交流电机可通过切换绕组或部分绕组以不同的速度运行。通过在定子槽中插入多个绕组或扭转绕组个别部分的电流方向，可产生不同的极数。在单独绕组的情况下，每个极数的功率都小于相同尺寸单速电机功率的一半。

例如，换极交流减速电机可用作行走驱动装置。极数较低时，运行速度较高。低速绕组切换至定位绕组。由于惯性，电机在切换过程中最初保持高速转动。在此阶段，交流电机作为发电机运行并减速。动能被转化为电能，并反馈回供电系统。转换时产生的大扭矩阶跃是一个缺点。不过，可以采取适当的电路措施来减少这种情况。

目前，低成本变频器技术的发展促进了在许多应用中以单速变频器控制的电机取代换极电机的技术发展。 应用.

单相电机

在以下应用中，单相电机是一个不错的选择

• 不需要高启动或起动转矩、
• 电机连接到单相交流电源系统、
• 而且功率相对较低（<= 2.2 kW）。

典型的应用实例包括通风机、泵和压缩机。这里有两个基本的设计差异：

一方面，传统的异步交流电机只与一个相位和中性线相连。第三个连接是通过电容器的相移产生的。由于电容器只能产生 90° 的相位偏移，而不能产生 120° 的相位偏移，因此这种单相电动机的额定功率通常只有同类交流电动机的三分之二。

制造单相电机的第二种方法是对绕组进行技术调整。绕组由三相变为两相，一相为主相，一相为辅助相。空间偏移 90° 的线圈也由一个时间偏移 90° 的电容器提供电流，从而产生旋转磁场。主绕组和辅助绕组的电流比不相等，通常只能提供相同规格交流电机功率的三分之二。单相运行的典型电机包括电容器电机、罩极电机和不包括电容器的起动电机。

SEW-EURODRIVE 系列包括这两种类型的单相电机设计--DRK. DRK..这两种电机都配有集成运行电容器。由于电容器直接安装在接线盒内，因此可避免干扰轮廓。使用运行电容器时，启动扭矩约为额定扭矩的 45% 至 50%。

如果客户需要更高的启动扭矩，最高可达额定扭矩的 150%，SEW-EURODRIVE 可提供为此所需的启动电容器的电容值，这些电容器可从库存充足的专业经销商处购买。

扭矩电机

力矩电机是一种特殊设计的交流电机，带有鼠笼式转子。在设计上，它们的额定电流消耗仅足以确保在速度为 0 时不会对其自身造成不可修复的热损坏。例如，在开门和定点时，或者在冲压模具中，当已经达到一个位置，并且必须由电机安全地保持时，这一特性非常有用。

另一种常见的运行模式是逆流制动运行：外部负载能够使转子逆着旋转磁场的旋转方向转动。旋转磁场 "减慢 "速度，并从系统中提取再生能量，将其输入供电系统--类似于无机械制动工作的旋转制动。

SEW-EURODRIVE 提供 DRM.../DR2M...以及 12 极力矩电机，这些电机的热设计用于在空转状态下长期使用额定力矩。SEW-EURODRIVE 扭矩电机适用于各种不同的要求和速度，根据运行模式的不同，最多可提供三种额定扭矩。

防爆交流电机

混合电机：集 "异步 "和 "同步 "于一体的电机

SEW-EURODRIVE 的LSPM 电机系列适用于直接从供电系统运行，同时要求同步速度或在简单的变频器上具有无传感器特性的应用。LSPM 是 "线路 启动 永磁"的缩写。LSPM 电机是一种交流异步电机，转子中带有额外的永久磁铁。它以异步方式运行，与工作频率同步，然后以同步模式运行，不会出现与市电频率同步的滑移。电机技术为驱动技术提供了新的、灵活的应用可能性，例如在不降速的情况下转移负载。

这些 紧凑型混合动力电机在运行过程中不会产生任何转子损耗，具有高效率的特点。节能等级可达 IE4。

与功率和能效等级相同的串联电机相比，采用 LSPM 技术的 DR...J 电机的尺寸要小两级。而相同尺寸的电机的能效等级则比异步电机高出两倍。