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直流电机(Direct Current machine):用于实现直流电能和机械能相互转换的电机。

交流电机(Alternating Current dynamo):是用于实现交流电能和机械能相互转换的电机。

一、直流电机与交流电机工作原理的区别

1、直流电机工作原理

电流沿着电源正极流经上方电刷,电刷和换向片相互摩擦,电流经过上方的换向片*,流进绕组线圈(下称“线圈”),从线圈的下方流出,经过下方的换向片和电刷流回电源负极,形成闭合回路。因线圈在主磁极的磁场中受到电磁力作用且线圈两端电流方向不同,所以两个线圈边受到大小相同方向相反的电磁力,两个电磁力刚好形成电磁转矩,在电磁转矩的拉动下,线圈开始转动。直流电机中线圈嵌放在转子槽中,电动机就开始转动。

直流电机工作原理.png

上下换向片跟着转轴转动,电刷固定不动,转动半圈以后,下方的线圈到了上方,上方的线圈到了下方,但由于换向片的存在,现在处在上方线圈内的电流方向和原来处在上方的线圈变的电流的方向一样,因此受到的电磁力方向不变,下方同样如此。所以从空间上看,在相同位置的线圈边受的电磁力方向是保持不变的,这保证了电机的循环转动。

但由于线圈转到不同位置时磁场不同,线圈所受的电磁力也在时刻变化,所以单个线圈转动时受力不稳定,因此电机通过安装多个线圈来保证受力均匀和稳定。

直流电机工作原理.gif

2、交流电机工作原理

交流电机分同步电机和异步电机,同步和异步指的是转子转速和定子产生的磁场速度是否一样。从功能上划分,同步电机主要用作发电机,异步电机主要是电动机。按照相数又有单相同步电机、三相同步电机、单相异步电机、三相异步电机。要完全理解这个问题,我们需要理解这两种电机的原理。

先看下三相交流电机:

交流电机工作原理.gif

当电机的三相定子绕组通入三相交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路)。

以三相同步电机和三相异步电机为例讲述交流电机的工作原理。

(1)三相同步电机

同步电机转子为励磁绕组或永磁体,这里可以简单理解成通电就带有磁场或本体带有磁场,并具有N和S两个磁极。三相同步电机工作时,定子绕组接到三相电源上,根据三相电流通过三相绕组形成以同步转速旋转的旋转磁场,根据同性相吸、异性相斥的原理,定子的旋转磁场以磁拉力拖着转子磁场一同转,它们之间没有相对运动,所以称“同步”。

三相同步电机工作原理.jpg

这里的转子也不是单纯的一个磁铁,单个磁铁会因为磁极方向单一导致受力不均,因此一般是将更多个磁铁放在定子上组成定子磁组,就形成了一个N极S极间隔的永磁转子,这样磁场中的转子由于任意方向都有磁铁受力,使得转子稳定地旋转起来。

(2)三相异步电机

三相异步电机的转子由铁芯和绕组组成,像鼠笼子一样,又称鼠笼式异步电动机。

三相异步电机工作原理.png

交流异步电机没有永磁体,它的转子和定子都是靠通电才能产生磁场。在交流电机的定子上通三相对称交流电,定子不动,仅通过电流的变化就能产生旋转的合成磁场,这个磁场像一个绕着定子旋转的磁铁。在定子内部放一个闭合的线圈,闭合线圈里就会感应出电动势和电流,进而产生电磁力使闭合线圈转动。内部转子会被定子磁场牵引着转动,因此转子转速会比定子磁场的转速慢,会有一个速度差(称为转差或滑差),正因为转子转速与定子磁场转速不同,才称为异步电机。

二、 直流电机与交流电机的性能区别

直流电机与交流电机的性能区别-艾普智能.jpg

注*:换向片是换向器内的一部份,是换向器上面的梯形铜排。换向器由换向片、云母片、V形绝缘环、压圈和紧固件组成。

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