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(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)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(shí)靜止不動(dòng)的部分稱(chēng)為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱(chēng)為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱(chēng)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(dòng)勢(shì)產(chǎn)生：當(dāng)電樞被原動(dòng)機(jī)以恒速驅(qū)動(dòng)，按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(shí)，線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。電動(dòng)機(jī)也稱(chēng)(俗稱(chēng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)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(dòng)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(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。3.1異步電動(dòng)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(dòng)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(chǎng)的磁力線。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須低于定子磁場(chǎng)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(jiǎn)潔最易懂的方式來(lái)說(shuō)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(dòng)機(jī)最簡(jiǎn)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(guò)左邊的換向器(也叫換向片，這個(gè)電機(jī)有左右兩個(gè)換向片)流進(jìn)線圈，從線圈的右邊流出來(lái)，經(jīng)過(guò)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(chǎng)中，線圈會(huì)受到電磁力的作用，線圈的兩個(gè)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?xún)蓚€(gè)線圈邊受到大小相同方向相反的電磁力，這兩個(gè)電磁力剛好形成了電磁轉(zhuǎn)矩，在電磁轉(zhuǎn)矩的拉動(dòng)下，線圈開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)了。直流電機(jī)中線圈嵌放在轉(zhuǎn)子槽中，電動(dòng)機(jī)就開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)了。

3. 左右換向片跟著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而電刷固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)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(lái)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(dòng)。

4. 但是一個(gè)線圈，由于這個(gè)線圈轉(zhuǎn)到不同位置時(shí)磁場(chǎng)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(lái)不穩(wěn)定，忽快忽慢。所以可以通過(guò)多安裝幾個(gè)線圈來(lái)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(shuō)外面的兩個(gè)磁極，其實(shí)是有勵(lì)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(huì)用電磁鐵。

模型是模型，但真實(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)子是這個(gè)樣子的。

再說(shuō)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(dòng)機(jī)。我主要說(shuō)一下異步電動(dòng)機(jī)吧，由于異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)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(jiǎn)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(duì)稱(chēng)交流電，如上圖所示，定子不動(dòng)，僅僅通過(guò)電流的變化就能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的合成磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)像一個(gè)繞著定子旋轉(zhuǎn)的磁鐵。

有了這個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁鐵，一切就都好辦了，在定子內(nèi)部隨便放一個(gè)閉合的線圈，在這個(gè)閉合線圈里就會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)和電流，就會(huì)產(chǎn)生電磁力，閉合線圈就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

也可以這么理解，定子上有一個(gè)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(gè)電磁鐵，外面的電磁鐵在轉(zhuǎn)，就會(huì)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(lái)了。

定子磁場(chǎng)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(chǎng)牽引著在轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它的轉(zhuǎn)速會(huì)比定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速慢，所以叫異步轉(zhuǎn)速。所以有了異步電動(dòng)機(jī)的名稱(chēng)。

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

另外，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的電動(dòng)勢(shì)和電流是由于定子磁場(chǎng)感應(yīng)出來(lái)的，所以又把異步電動(dòng)機(jī)叫做感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。所以三相交流異步電動(dòng)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(shuō)它，是從不同的角度給它起的名字而已