5.1概述

实心转子异步电动机的定子结构与普通异步电动机相同，而其 转子为实心铁磁圆柱体或圆筒，它既是磁路的铁心部分，又兼作电 路的绕组，二者合为一体，这是实心转子异步电动机区别于普通异 步电动机的根本之处。在实际运行时，由于集肤效应，转子电流和 磁通主要集中在转子表面较薄的渗透层内，其电流（即涡流）及磁 场的分布情况与普通异步电动机迥然不同，因而形成了实心转子异 步电动机特有的性能。

早在18%年就有人提出了实心转子异步电动机的原理。本世 纪20年代前苏联的一些学者也进行过有益的理论探讨，但由于它 的效率和功率因数较低，当时用途有限。但是，它具有的某些特 点，使其在某些领域十分有用。例如，因其结构简单，转子的机械 可靠性高，特别适宜于高速甚至超髙速运行；起动性能好，起动转 矩大而且起动电流小，特别适宜于重载起动，或在恶劣条件下，如 在馈电线路长以致压降大，供电系统（如舰船）中发电机功率与电 动机功率接近等情况下起动；机械特性“软”且具有一定的线性 度，转子热稳定性好，可以较长时期处于制动运行状态，特别适宜 于作为力矩电动机或用作挖掘机的动力等；运行时振动和磁噪声很 低；其调速范围宽，转子散热条件好，低速运行时定子绕组铜耗较 小，适宜于采用调压调速的场合等等。此外，它还适宜于频繁正反 转，特别是反复短时工作状态（S3、54)。因此国外自40年代开 始，又继续进行了深入研究。

近年来，出现了长输电线末端轻载时因容性无功过剩电压升高 的问题。如果釆用实心转子异步电机作为发电机运行，在这种系统中，可以吸收一部分相应的无功功率，并同时发出有功功率，既经济又可靠。在风力发电装置以及专门向整流负载供电系统中，采用这种发电机的可能性很大。

因这些特定的已经存在的或可能开发的用途，以及转子三维涡 流磁场计算研究在学术上巨大的吸引力，自70年代后期以来，各国学者又进行了不少研究和开发工作，取得了不少理论和应用成果，促进了实心转子异步电机的发展。

近50年来，实心转子异步电机的研究情况，可分为前30年和近20年两个阶段，前30年（即1946〜1974年）的研究着重于基础 理论方面，经过长期的探索，基本上奠定了冃前实心转子异步电动 机等效电路理论的基础。其主要成果反映在对饱和效应、端部效应 和曲率效应的处理有了可供实用计算的方法。例如，通过电阻修正 系数、电抗修正系数和转子阻抗角来表示实心转子铁磁体的饱和效应；用端部系数I来反映端部切向电流的作用，提出了著名的

Gibbs公式，仏=1 +从理论上解决了曲率效应的计算问题等7T L

等。近20年（1975〜1996)来随着理论研究的深入、计算手段的更新和实际应用的扩大，对实心转子异步电机的研究推进到了一个 新阶段，即从理论研究为主发展到理论研究与实际应用并重，并且 在改进实心转子异步电机性能、发展新型及派生转子结构和新的理论及方法方面取得了显著的成果。在设计方面，着重研究了电机的 最优结构参数及某些准则，提出了增加气隙作为降低损耗的最有效措施；为了提高出力和力能指标，研究了 Fe-Cu合金等特殊材料； 在运行方面，研究了变频变压调速时实心转子异步电动机转子参数 和特性的变化。分析表明，如在不同频率时的额定电压与频率成正 比变化，则当频率变化时，在该额定电压下的实心转子异步电动机 的转子阻抗，实际上与电源频率无关，但与转差率成反比，电机的 电磁转矩则与频率和转差率成正比。当频率不变时，转子阻抗近似与电压成反比，电机的电磁转矩则与电压三次方成正比。这些性能 与普通笼型异步电动机是极不相同的。

随着计算机及计算技术的迅速发展，为实心转子中涡流场的研究提供了新的方法和手段。除了传统的解析法外，还采用了有限差分法和有限元法等数值解法。为了详细了解磁通和涡流在转子铁磁体中的透入深度及分布情况，多层矩阵变换法（简称多层理论）已用来分析实心转子和复合转子中的磁场。这些方法的应用，使转子参数及运行性能的计算提高到一个新水平。为了扩大实心转子异步电机的应用领域，近年来出现了许多新

型或改进型的转子结构型式。例如实心转子的两端加良导体端环、转子表面开轴向窄槽、实心转子表面敷设（或电镀）良导电层和转子开槽加笼条等，以改善小转差运行时的力能指标，继而提出了在硅钢片叠片铁心上，外套铁磁体圆筒的双层转子结构。为了使电动机在起动和大转差运行时具有实心转子的优点，而小转差运行时又接近笼型转子的特性，发展了在笼型转子上套有铁磁体圆筒（钢套）的复合转子异步电动机。此外，还发展了螺旋运动实心转子异步电动机、轴向气隙圆盘式电动机、弧形定子实心转子异步电动机等等。

本章主要分析表面光滑铁磁体实心转子（以下简称光滑实心转子）异步电机的电磁理论、设计方法及应用，并以稍多的篇幅讨论近年来开发的复合转子异步电动机，对于其它结构型式的实心转子异步电动机，将仅阐明其特点。