交流电机简介

美国爱迪生引入直流配电系统后，开始逐步过渡到更经济的交流系统。交流电和直流电的照明效果一样好。

电能传输距离更长，交流电损耗更低。然而，电动机是交流电的问题。最初，交流电机的结构与直流电机类似，但由于磁场变化，遇到了许多问题。

交流电动机系列图

Charles P. Steinmetz 通过研究铁电枢的磁滞损耗为解决这些问题做出了贡献。尼古拉·特斯拉设想了一种全新的电机，他想象了一个旋转的涡轮机，它不是由水或蒸汽旋转，而是由旋转磁场旋转。

他的新型电机，交流感应电机，是当今行业的主力军。其坚固性和简单性使其使用寿命长、可靠性高、维护成本低。

然而，小型有刷交流电机，类似于直流电机，与小型特斯拉感应电机一起持续存在于小家电中。超过 1 马力（750 瓦），特斯拉电机至高无上。

现代固态电子电路驱动无刷直流电机 使用由直流电源产生的交流波形。无刷直流电机，实际上是一种交流电机，在许多应用中正在取代传统的有刷直流电机。而且，步进电机 电机的数字版本，由交流方波驱动，同样由固态电路产生。

上图为本章所述交流电机的族谱。

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，小规模的柴电机车就是如此。

电机系统级图

在系统层面，（上图）电机通过电势差和电流吸收电能，将其转换为机械功。不幸的是，电动机并不是 100% 有效率的。由于电机绕组中的 I2R 损耗（也称为铜损耗），一些电能会损失为热量，这是另一种形式的能量。

热量是这种转化的不希望有的副产品。它必须从电机上拆下，可能会对使用寿命产生不利影响。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耗：磁滞和涡流。

滞后和涡流

交流电机的早期设计者遇到的问题可以追溯到交流磁体特有的损耗。在使直流电机适应交流操作时遇到了这些问题。虽然现在很少有交流电机与直流电机有任何相似之处，但在正确设计任何类型的交流电机之前必须解决这些问题。

交流电机的转子铁芯和定子铁芯均由一叠绝缘叠片组成。在堆叠和螺栓连接成最终形式之前，叠片涂有绝缘清漆。 涡流 通过将潜在的导电回路分成较小的损耗较小的段来最小化。 （下图）

电流回路看起来像短路的变压器次级匝。薄的隔离叠片打破了这些回路。此外，添加到用于叠层的合金中的硅（一种半导体）会增加电阻，从而降低涡流的大小。

铁芯中的涡流

如果叠片由硅合金取向钢制成，滞后 损失最小化。与磁化力相比，磁滞是磁场强度的滞后。如果软铁钉被螺线管暂时磁化，一旦螺线管断电，人们会认为钉子会失去磁场。然而，少量的剩磁 , BR, 由于滞后现象仍然存在（下图）。

交流电必须消耗能量，-HC，矫顽力 ，在克服这种剩磁之前，它可以将铁芯磁化回零，更不用说在相反的方向了。

每次交流的极性反转时都会遇到滞后损耗。损耗与 B-H 曲线上的磁滞回线所包围的面积成正比。 “软”铁合金的损耗低于“硬”高碳钢合金。硅晶粒取向钢，4%硅，轧制优先取向晶粒或晶体结构，损耗仍然较低。

低损耗和高损耗合金的滞后曲线

一旦 Steinmetz 的磁滞定律可以预测铁芯损耗，就有可能设计出按设计运行的交流电机。这类似于能够提前设计一座一旦真正建成就不会倒塌的桥梁。

涡流和磁滞的这种知识首先应用于构建与直流电机类似的交流换向器电机。今天，这只是交流电机的一小部分。其他人发明了与直流电机几乎没有相似之处的新型交流电机。