直流電機和三相電機工作原理及區別

2021-01-08 電子產品世界

什麼是直流電機?

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/384769.htm

直流電機(direct current machine)是指能將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能;作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

直流電機工作原理：

電動勢產生：當電樞被原動機以恆速驅動，按逆時針方向轉動時，用右手定則可以判定，線圈ab和cd邊切割磁力線產生的感應電動勢的方向，則在負載與線圈構成的迴路中產生電流Ia，其方向與電動勢方向相同。電流由電刷A流出，由電刷B流回。

換向：當電樞轉到右圖所示位置時，線圈中感應電動勢的方向發生了改變，但由於換向器隨同一起旋轉，使得電刷 A總是接觸 N極下的導線，而電刷B總是接觸S極下的導線，故電流仍由A流出 B流回，方向不變。

什麼是三相電機?

三相電機，是指當電機的三相定子繞組(各相差120度電角度)，通入三相交流電後，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流(轉子繞組是閉合通路)。

載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，並且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。電動機也稱(俗稱馬達)，在電路中用字母「M」(舊標準用「D」)表示。它的主要作用是產生驅動轉矩，作為用電器或各種機械的動力源，電機系全封閉、外扇冷式、鼠籠型結構。

三相電機工作原理：

當電動機的三相定子繞組(各相差120度電角度)，通入三相交流電後，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流(轉子繞組是閉合通路)，載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，並且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。3.1異步電動機的電磁轉矩是由定子主磁通和轉子電流相互作用產生的。3.2但異步電動機的定子主磁通卻並不是靜止的，而是以一定的轉速旋轉著的。3.3產生轉子電流的必要條件是轉子繞組切割定子磁場的磁力線。因此，轉子轉速必須低於定子磁場的轉速(即為「異步」)。

直流電機和交流電機的區別：

我用最簡潔最易懂的方式來說一下直流電機和交流電機的工作原理和區別。

上圖就是直流電動機最簡單的物理模型。

工作原理：

1. 直流電源電流順著電源正極流到了左邊的電刷上面，電刷和換向器相互摩擦，電流經過左邊的換向器(也叫換向片，這個電機有左右兩個換向片)流進線圈，從線圈的右邊流出來，經過右邊的換向片和右邊的電刷流回到電源的負極，形成了閉合迴路。

2. 由於線圈處在主磁極(圖中的N和S)的磁場中，線圈會受到電磁力的作用，線圈的兩個邊由於電流的方向不同(左邊的電流向裡流，右邊的向外流)，所以兩個線圈邊受到大小相同方向相反的電磁力，這兩個電磁力剛好形成了電磁轉矩，在電磁轉矩的拉動下，線圈開始轉動了。直流電機中線圈嵌放在轉子槽中，電動機就開始轉動了。

3. 左右換向片跟著轉軸轉動，而電刷固定不動，轉動一圈以後，右邊的線圈到了左邊，左邊的線圈到了右邊，但是由於換向片的存在，現在處在左邊的線圈內的電流方向和原來處在左邊的線圈變的電流的方向一樣流向裡，所以受到的電磁力方向不變，右邊也一樣。所以從空間上看，在相同位置的線圈邊受的電磁力方向是一直不變的，這就保證了電機的循環轉動。

4. 但是一個線圈，由於這個線圈轉到不同位置時磁場是不相同的，導致了線圈所受的電磁力也一直在變，所以線圈轉起來不穩定，忽快忽慢。所以可以通過多安裝幾個線圈來保證線圈受力均勻和穩定。

於是就有了這樣的，

甚至這樣的電機模型。

再說外面的兩個磁極，其實是有勵磁線圈產生的電磁鐵，小電機中有永磁鐵，稍微大一點的都會用電磁鐵。

模型是模型，但真實的電機轉子是這個樣子的。

再說交流電機：

交流電機分同步和異步電機，同步主要用作發電機，異步主要是電動機。我主要說一下異步電動機吧，由於異步電動機結構簡單，價格便宜，維護方便，運行可靠等特點得到了廣泛的應用。

交流電機雖然結構簡單，但是工作原理其實比直流電機要複雜一點，如果要理解清楚也更加費勁。

在交流電機的定子上通上三相對稱交流電，如上圖所示，定子不動，僅僅通過電流的變化就能產生旋轉的合成磁場，這個磁場像一個繞著定子旋轉的磁鐵。

有了這個旋轉的磁鐵，一切就都好辦了，在定子內部隨便放一個閉合的線圈，在這個閉合線圈裡就會感應出電動勢和電流，就會產生電磁力，閉合線圈就會轉動起來。

也可以這麼理解，定子上有一個旋轉的磁鐵，轉子閉合線圈由於感應帶電，其實也變成了一個電磁鐵，外面的電磁鐵在轉，就會帶著裡面的電磁鐵轉，於是交流電機的轉子就轉起來了。

定子磁場的旋轉速度叫同步轉速，裡面轉子其實是被定子磁場牽引著在轉動，所以它的轉速會比定子磁場的轉速慢，所以叫異步轉速。所以有了異步電動機的名稱。

交流電機的轉子就是這麼簡單的幾個閉合線圈，或者說閉合導體，像一個鼠籠子一樣，所以又叫鼠籠式異步電動機。

另外，由於轉子內部的電動勢和電流是由於定子磁場感應出來的，所以又把異步電動機叫做感應電動機。所以三相交流異步電動機的名字比較多：交流電機，異步電機，感應電機，都是在說它，是從不同的角度給它起的名字而已

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