6 航空交流电机

同步发电机的运行特性
一、同步发电机的励磁方式
同步发电机按照是否带电刷分为有刷式和无刷式，每 类的励磁方式都包含他励和自励两种方式。 （一）有刷同步发电机 1、他励式 （1）直流电网提供励磁电流 由直流电网提供励磁电流,通过电 刷和滑环引到转子上，通过可变电 阻可以改变励磁电流，从而调节输 出电压。 缺点：一旦飞机上直流电源失效，必然造成交流电源 系统无电； 带有电刷和滑环，工作条件受到限制； 调压器消耗功率较大。
1. 型号 JF—交流发电机；YJF—油冷交流发电机
2. 额定数据（航空三相同步发电机）
①额定电压：120/208 v ②电枢绕组为星型接法，中线接地 ③额定频率：400Hz
航空异步电动机
在实际生产中，异步电机主要作电动机使用。 各种矿山机械、起重运输机械、各种加工机械等 广泛采用三相异步电动机来驱动，日常生活用的 一些电气设备（冰箱、空调、洗衣机等）则大量 应用单相异步电动机驱动。 在飞机上，三相异步电动机广泛应用在燃油 和滑油系统、冷却系统、操纵系统之中。而单相 异步电动机则用在应急开锁、应急放油、温度控 制阀门等机构中。 异步电动机的主要特点：结构简单可靠、价 格低廉、体积小、重量轻、机械特性硬，根据统 计，在电网总动力负载中异步电动机约占85％。
航空三相异步电动机的工作原理
1、异步电动机的定子铁心中嵌放有三相对称 的定子绕组，给定子绕组通入三相对称交流电 流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场； 2、转子绕组的导体处于旋转磁场中，转子导 体切割磁力线，产生感应电动势，转子导体通 过端环形成闭合回路，因此转子绕组中通过感 应电流。 3、转子绕组中的感应电流与定子绕组中的旋 转磁场相互作用产生电磁力，电磁力作用在转 子上将产生电磁转矩，驱动转子旋转。
交流发电机所产生感应电势（感应电流）的 频率为：
pn f 60
则
60 f n p
由此可见，当磁极对数一定时，交流发电机 的转子转速与感应电势的频率之间保持着严 格不变的关系，不受外部负载的影响，“同 步”之名由此而来。转速n也称为同步转速用 n1表示。
二、同步发电机的基本结构及分类
1、基本结构 定子+气隙+转子：定子和转子中，一个是电枢；另一 个是磁极。 电枢：电枢铁心+电枢绕组（产生交流电）
优点： •油导热效果良好； •冷却介质直接与发热部 位接触，因而冷却效果 更显著提高，电机体积 重量可以进一步缩小。
实现喷雾的两种方案：喷嘴式方案，堤坝式方案
缺点：
对冷却系统的要求和成本较高；
油雾的直接接触对绕组绝缘不利；
在高速情况下，由于油雾在电机内腔的搅拌， 使电机损耗增加，效率降低。
五、航空同步发电机的技术指标
⒉三相同步发电机的工作原理
◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励 磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即 建立起主磁场。 ◆ 载流导体：三相对称的电枢绕组充当 感应电势或者感应电流的载体。 ◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给 电机输入机械能），极性相间的励磁磁 场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕 组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁 场）。 ◆ 交变电势的产生：由于电枢绕组与主 磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中 将会感应出大小和方向按周期性变化的 三相对称交变电势。通过引出线，即可 提供交流电源。 ◆ 交变性与对称性：由于旋转磁场极性 相间，使得感应电势的极性交变；由于 电枢绕组的对称性，保证了感应电势的 三相对称性。
负载为容性时，电流I超前励磁电动势E
结论：感性负载去磁，使输出电压降低；容 性负载增磁，使输出电压升高。
三、同步发电机的工作特性
㈠、外特性 1 定义:一定的n和If，U=f（I） 2 U随I变化的原因： ⑴电枢反应：感性负载的电枢反 应去磁，U降低；容性负载的电 枢反应增磁，U增加。 ⑵绕组的阻抗压降。 3 电压变化率 Un In下，保持此时励磁电流，切 除负载读取空载电势E。，电压升 高的相对百分数 △U=（E。-Un）/Un×100%
缺点：
冷却油没有与主要热源直接接触，而是靠传递
散热，影响了冷却效果。
结构上需要密封。动密封是轴上为了防止冷却
油渗入电机内腔而设置的一副滑动接触组件，结 构复杂，容易磨损，影响了电机的寿命和可靠性， 增加了维护要求。
2、喷油冷却 将冷却油喷成雾状直接 与电机发热部位接触而 将热量带走的冷却方式。

民航飞机中同步电机主要作为发电机工作，异步电 机主要做电动机工作。
定子铁心
定子绕组
转子铁心
转子绕组和轴
同步发电机的工作原理和基本结构
飞机上同步发电机把发动机的机械能转换为电能
一、单相同步发电机的工作原理
交流发电机的物理模型图
磁极 磁极 磁极
滑环 电刷 电刷
滑环 电刷
滑环
上图表示一台单相两极交流发电机模型: 固定部分(定子)：主磁极N和S，电刷 旋转部分(转子)：电枢线圈，滑环 定子与转子间：气隙。 当电枢旋转时，电枢线圈通过滑环和电刷与外 电路接通。
转子绕组根据结构形式的不同可分为绕 线式和鼠笼式两种。
1、鼠笼型转子的 绕组是由安放在转 子铁芯槽内的导条 和两端的端环连接 而成。绕组的材料 有铜和铝两种。
2、绕线型转子的绕组也是三相绕组，接成Y形 或者△形，采用三相三线制，三根引出线分别 接到转轴上的三个滑环上，转子绕组通过滑环 和电刷可以外接变阻器，以改善电动机的起动 性能或调节电动机的转速。绕线型电动机因有 滑动接触，目前在飞机上还未应用。
旋转磁场的旋转方向是与三相电流的相序一致。
⑶、三相旋转磁场的转速 与电流频率成正比，与磁极对数成反比。
一对磁极的三相旋转磁场的转速：n1=60f
两对磁极的三相旋转磁场的转速：n1=60f/2 P对磁极的三相旋转磁场的转速： n1=60f/P
2、两相旋转磁场 利用两相对称交流电通入两相定子绕组产生的旋 转磁场 ⑴、两相旋转磁场的产生
二、气隙
异步电动机的空气间隙比其它类型的电机小， 一般为0.15—0.3mm。定、转子间空气间隙的 大小直接影响异步电机的性能。
三、转子部分
转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等 组成。 转子铁心也是用0.5 mm厚硅钢片冲成转子 冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。 在转子表 面开有凹槽，用以嵌放转子绕组。
二、同步发电机的电枢反应
同步发电机带负载时，电枢磁场按电流相序确定转向，与磁极 的转向一致，且转速相同，即电枢磁场与主磁场为同转向以同 转速旋转，在空间两者保持相对静止。
将电枢磁场分为直轴分量和交轴分量，分别求出直轴和交轴 磁场的电枢反应，然后再把他们的效果叠加起来。
同步发电机的负载性质对电枢反应的影响 负载为感性时，电流I滞后励磁电动势E
（2）直流发电机提供励磁电流 优点： 不依赖于直流电网，可靠性高； 调压器调节直流励磁机的励磁电流， 消耗功率减小。 缺点： 仍有电刷滑环，可靠性差，工作条件 局限性大。 2、自励式 将同步发电机输出电能的一部分经过整流后通过电 刷、滑环为励磁绕组提供励磁电流。 同步发电机的自励条件与直流发电机的自励条件相 似：要有足够的剩磁，并且励磁绕组产生的磁场与 剩磁方向相同。
三、旋转磁极式同步发电机的工作原理
⒈单相同步发电机的工作原理
◆主磁场的建立：励磁绕组通 以直流励磁电流，建立起主磁 场。 ◆ 载流导体：单相电枢绕组 充当感应电势或者感应电流的 载体。
◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），励 磁磁场随轴一起旋转切割定子绕组（相当于绕组的导体反向切 割励磁磁场）。 ◆ 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运 动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的交变电 势。通过引出线，即可提供交流电流。
⑵、两相旋转磁场的旋转方向
旋转磁场的旋转方向与两相对称电 流的相序一致。 ⑶、两相旋转磁场的转速
两相旋转磁场的转速与电流频率成正 比，与磁极对数成反比： n1=60f/P
二、异步电动机电磁转矩的产生 ⒈异步电动机工作过程
如左图所示，在旋转磁场中的载流导体将受 到电磁力的作用，根据左手定则，上下两根 导条所受电磁力的方向如图所示。
第三篇 航空交流电机
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交流电机：能输出交流电流的发电机，或通入
交流电流而产生机械运动的电动机。
分类：
交流电机
异步电机
鼠笼式异步电机 绕线式异步电机 隐极式同步电机 凸极式同步电机
同步电机
结构：
交流电机
定子铁心：定子冲片 定子 定子绕组 其他部件：机座，端盖，铭牌 转子铁心：转子冲片 转子 转子绕组 其他部件：集电环，轴承，风扇
一、异步电动机旋转磁场的产生
1、三相旋转磁场 利用三相对称交流电通入三相定子绕组产生的旋转磁场 ⑴、三相旋转磁场的产生 电流的方向：正，由头流向尾；负，由尾到头。
对称的三相电流在定子绕组中产生的旋转磁场的磁通， 其大小是固定不变的，即在任何瞬间，旋转磁通是一 样的，这种磁通固定的旋转磁场，叫做圆形旋转磁场。 ⑵、三相旋转磁场的旋转方向
磁极：磁极铁心+励磁绕组（恒定直流励磁，产生恒定
磁场）
2、分类
⑴、按磁极结构特点分类 ①凸极式：明显的磁极外形，航空同步发电机多采用
②隐极式：无明显的极形，用于大型和高速汽轮发电机
⑵、 按旋转部件分类 ①旋转磁极式：定子是电枢，磁极是转子，转子励磁绕 组中的直流电要用滑环和电刷引入，也称为内极式。 ②旋转电枢式：转子是电枢，磁极是定子，发出的交流 电用滑环和电刷引出，也称为内枢式。
三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机的结构如图所示，主要由定子、气隙 和转子三大部分组成。
一、定子部分
定子铁心用0.5 mm厚涂有绝缘 漆的硅钢片叠压而成以减少铁心 损耗，铁心内圆周上有许多均 匀分布的槽用以嵌放定子绕组 。 三相定子绕组分布在定子铁心 的槽内，每相绕组匝数，导体规 格相同，在定子内圆彼此相隔 120°航空三相异步电动机的定 子三相绕组采用三相四线制Y型接 法以保证电机运行的可靠性，。 机座和端盖的主要作用是用来 支撑电机各部件，因此应有足够 的机械强度和刚度，通常用铸铁 制成。
根据取得励磁能量的方式，自励式同步发电机也可以 分为并励、串励和复励。 如图所示，并励式的缺点： 发电机的外特性比较软； 发电机出现三相短路时，发电 机端电压为零，励磁电流也将 为零。即发电机在短路时失去 励磁，这种现象称为发电机没 有强励能力。 为避免同步发电机出现无法励 磁的现象，通常采用复励式的 同步发电机。即同时采用电压 和电流互感器，从发电机的输 出电压和输出电流中取得励磁 能量。
㈡、调节特性
U和n不变，
If=f（I）
四、航空同步发电机的冷却方式
1、循油冷却 利用飞机滑油循环通入发 电机的机壳油路和转轴油 路，由此将电机的损耗热 量带走。 优点： 与风冷比，冷却效果显 著提高，电机体积重量可 以缩小； 冷却介质及冷却效果与飞行条件关系不大，适用于 现代高速高空飞机。 冷却油可润滑和冷却电机轴承，提高轴承寿命和工 作转速。
在图中可以看出，如果我们把异步电动机的鼠笼式 转子放置在旋转磁场中代替线框，则当磁场旋转时， 在磁极经过的每对导条都会产生左图所示的电磁转 矩，在这些电磁转矩的作用下，转子按顺时针的方 向旋转。当然，如果磁场按逆时针方向旋转，转子 也将按逆时针方向旋转。由此可见，转子的旋转方 向同旋转磁场的旋转方向是相同的。
⑶、按有无电刷、滑环分类 同步发电机可分为有刷和无刷两种，飞机上广泛采用 的是旋转整流式无刷同步发电机。 无刷发电机一般装有主发电机和交流励磁机。主发电 机为旋转磁极式同步发电机，交流励磁机是旋转电枢 式同步发电机。电机转子上还装有整流器，它随转子 旋转称为旋转整流器。无刷电机避免了电刷和滑环， 可靠性高，也不需要经常维护。
（二）无刷同步发电机
两种励磁方式：他励式三级无刷交流发电机和自励式 的两级无刷交流发电机。 1、他励式 永磁式交流副励磁机； 交流励磁机； 旋转整流器； 主发电机； 三级式无刷交流发电机 的优点：主发电机输出 短路时，励磁能量依然 存在，这种特性称为发 电机具有强励能力。
2、自励式 交流励磁机； 旋转整流器； 主发电机； 二级式无刷交流发电 机的优点：取消了电 刷和滑环，提高了发 电机的工作可靠性和 可维护性。 缺点:主发电机输出短 路时，励磁能量为零， 发电机不具有强励能 力。