直流電機(jī)和三相電機(jī)工作原理及區(qū)別

什么是直流電機(jī)?

直流電機(jī)(direct current machine)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(直流電動機(jī))或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。

直流電機(jī)工作原理：

電動勢產(chǎn)生：當(dāng)電樞被原動機(jī)以恒速驅(qū)動，按逆時針方向轉(zhuǎn)動時，用右手定則可以判定，線圈ab和cd邊切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向，則在負(fù)載與線圈構(gòu)成的回路中產(chǎn)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(dāng)電樞轉(zhuǎn)到右圖所示位置時，線圈中感應(yīng)電動勢的方向發(fā)生了改變，但由于換向器隨同一起旋轉(zhuǎn)，使得電刷 A總是接觸 N極下的導(dǎo)線，而電刷B總是接觸S極下的導(dǎo)線，故電流仍由A流出 B流回，方向不變。

什么是三相電機(jī)?

三相電機(jī)，是指當(dāng)電機(jī)的三相定子繞組(各相差120度電角度)，通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路)。

載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。電動機(jī)也稱(俗稱馬達(dá))，在電路中用字母“M”(舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”)表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動力源，電機(jī)系全封閉、外扇冷式、鼠籠型結(jié)構(gòu)。

三相電機(jī)工作原理：

當(dāng)電動機(jī)的三相定子繞組(各相差120度電角度)，通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路)，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。3.1異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生的。3.2但異步電動機(jī)的定子主磁通卻并不是靜止的，而是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)著的。3.3產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場的磁力線。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須低于定子磁場的轉(zhuǎn)速(即為“異步”)。

直流電機(jī)和交流電機(jī)的區(qū)別：

我用最簡潔最易懂的方式來說一下直流電機(jī)和交流電機(jī)的工作原理和區(qū)別。

上圖就是直流電動機(jī)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(jīng)過左邊的換向器(也叫換向片，這個電機(jī)有左右兩個換向片)流進(jìn)線圈，從線圈的右邊流出來，經(jīng)過右邊的換向片和右邊的電刷流回到電源的負(fù)極，形成了閉合回路。

2. 由于線圈處在主磁極(圖中的N和S)的磁場中，線圈會受到電磁力的作用，線圈的兩個邊由于電流的方向不同(左邊的電流向里流，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(zhuǎn)矩，在電磁轉(zhuǎn)矩的拉動下，線圈開始轉(zhuǎn)動了。直流電機(jī)中線圈嵌放在轉(zhuǎn)子槽中，電動機(jī)就開始轉(zhuǎn)動了。

3. 左右換向片跟著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，而電刷固定不動，轉(zhuǎn)動一圈以后，右邊的線圈到了左邊，左邊的線圈到了右邊，但是由于換向片的存在，現(xiàn)在處在左邊的線圈內(nèi)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里，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(jī)的循環(huán)轉(zhuǎn)動。

4. 但是一個線圈，由于這個線圈轉(zhuǎn)到不同位置時磁場是不相同的，導(dǎo)致了線圈所受的電磁力也一直在變，所以線圈轉(zhuǎn)起來不穩(wěn)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(wěn)定。

于是就有了這樣的，

甚至這樣的電機(jī)模型。

再說外面的兩個磁極，其實(shí)是有勵磁線圈產(chǎn)生的電磁鐵，小電機(jī)中有永磁鐵，稍微大一點(diǎn)的都會用電磁鐵。

模型是模型，但真實(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)子是這個樣子的。

再說交流電機(jī)：

交流電機(jī)分同步和異步電機(jī)，同步主要用作發(fā)電機(jī)，異步主要是電動機(jī)。我主要說一下異步電動機(jī)吧，由于異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。

交流電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是工作原理其實(shí)比直流電機(jī)要復(fù)雜一點(diǎn)，如果要理解清楚也更加費(fèi)勁。

在交流電機(jī)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的合成磁場，這個磁場像一個繞著定子旋轉(zhuǎn)的磁鐵。

有了這個旋轉(zhuǎn)的磁鐵，一切就都好辦了，在定子內(nèi)部隨便放一個閉合的線圈，在這個閉合線圈里就會感應(yīng)出電動勢和電流，就會產(chǎn)生電磁力，閉合線圈就會轉(zhuǎn)動起來。

也可以這么理解，定子上有一個旋轉(zhuǎn)的磁鐵，轉(zhuǎn)子閉合線圈由于感應(yīng)帶電，其實(shí)也變成了一個電磁鐵，外面的電磁鐵在轉(zhuǎn)，就會帶著里面的電磁鐵轉(zhuǎn)，于是交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)起來了。

定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度叫同步轉(zhuǎn)速，里面轉(zhuǎn)子其實(shí)是被定子磁場牽引著在轉(zhuǎn)動，所以它的轉(zhuǎn)速會比定子磁場的轉(zhuǎn)速慢，所以叫異步轉(zhuǎn)速。所以有了異步電動機(jī)的名稱。

交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子就是這么簡單的幾個閉合線圈，或者說閉合導(dǎo)體，像一個鼠籠子一樣，所以又叫鼠籠式異步電動機(jī)。

另外，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的電動勢和電流是由于定子磁場感應(yīng)出來的，所以又把異步電動機(jī)叫做感應(yīng)電動機(jī)。所以三相交流異步電動機(jī)的名字比較多：交流電機(jī)，異步電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)，都是在說它，是從不同的角度給它起的名字而已