电机（按工作电源分类）介绍

文章目录

一、什么是电机？
二、按工作电源分类
- 直流电机
- - 1.直流有刷电机
  - - 结构
    - 工作原理：
    - 直流减速电机
  - 2.直流无刷电机
  - - 结构
    - 工作原理：
  - 3.总结
  - - 结构和工作原理：
    - 效率和功率损耗：
    - 调速性能：
    - 寿命和可靠性：
    - 应用方面的区别：
- 交流电机
- - 1.同步电机
  - - 工作原理：
    - 特点：
  - 2.异步电机
  - - 工作原理：
    - 特点：
  - 3.总结
  - - 工作原理：
    - 结构：
    - 性能：
    - 应用：
三、总结

一、什么是电机？

电机（俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。分为电动机（符号为M）和发电机（符号为G）。-----百度百科的解释。

下面举一个日常生活的物品来说明电机：
电风扇的电机是一种常见的交流电动机。当你给电风扇插上电源并按下开关时，交流电流会通过定子线圈，从而在电机内部产生一个旋转的磁场。这个旋转的磁场会感应到转子上的铝质或铜质导体，从而驱动风扇叶片开始旋转。这一过程将电能转化为机械能，使得风扇可以产生强风。电风扇的转子通常由电动机轴和连接叶片的扇叶组成，通过电机轴的旋转将机械能传递给扇叶，产生风力效果。

接下来按工作电源分类来进行电机的介绍。

二、按工作电源分类

直流电机

直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。这里主要介绍直流电动机。

1.直流有刷电机

结构

直流有刷电机的主要结构就是定子、转子、电刷和集电环等部分构成，如下图所示。

机壳：电机的外壳，起到保护内部零件的作用。
定子：位于电机的外部，由铁芯和绕在其上的定子线圈组成。定子线圈是通电的，产生磁场。
磁极：位于转子上的永磁体，通过产生磁场与定子线圈的磁场相互作用，引起转子旋转。
转子绕组：转子上的线圈，通常称为电枢线圈。它与换向器相连，通过换向器改变电流方向。
换向器：由电刷和集电环组成，安装在转子上。它的作用是在转子旋转时，通过接触电枢线圈的不同段来改变电流方向，以保持转子的连续旋转。
电刷：通过弹簧连接到换向器上，与集电环接触，传递电流到电枢线圈。
在这里插入图片描述

工作原理：

基于电磁感应和电荷流动的原理。它由定子和转子两部分组成。定子是固定不动的部分，通常由一组绕在铁芯上的线圈组成，称为电枢线圈或定子线圈。这些线圈通常会被连接到外部电源上，使其形成一个闭合电路。转子是可以旋转的部分，它通常由一个或多个永磁体组成，被称为永磁转子。当定子上的电流通过电枢线圈时，会产生一个磁场。

根据左手定则，电流通过电枢线圈产生的磁场与永磁转子上的磁场相互作用，导致转子受到力矩的作用而开始旋转。转子旋转时，通过换向器（通常由电刷和集电环组成）可以改变电枢线圈的电流方向，使转子保持旋转。换向器的作用是在转子旋转到一定角度时，通过改变电枢线圈上的电流方向来改变磁场的方向，以保持转子的连续旋转。电刷与集电环之间的接触点通过滑动电触头来实现电流传输。

在这里插入图片描述

直流减速电机

这里可能会有人问，那直流减速电机是什么？

直流减速电机一般是指普通直流有刷电机加上一个减速齿轮组，我们知道普通的直流电机当空载时，电机的转速由电压决定; 而直流减速电机的转速由齿轮组和电压决定；齿轮组也就是减速器，使用减速器的目的是为了降低转速，增加转矩。减速后的直流电机力矩增大、可控性更强。按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。
在这里插入图片描述

2.直流无刷电机

结构

无刷电机通过电子控制器实现对转子线圈电流的控制，使用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷，如下图所示。

定子集中绕组：产生电磁场，驱动转子旋转。
转子永磁体：与定子磁场相互作用，产生转矩，驱动电机旋转。
转子位置传感器：检测转子位置和速度，反馈给控制器，确保稳定运行。
电子开关电路：控制电流方向和大小，驱动电机旋转。
在这里插入图片描述

工作原理：

基于电磁感应和永磁体相互作用的原理。当电流通入定子集中绕组时，这些线圈会产生一个磁场。与此同时，转子永磁体在旋转时也会产生一个磁场。这两个磁场之间相互作用，从而产生一个力矩，使转子开始旋转。为了保证电机能够稳定运行，需要通过传感器检测转子的位置和速度，并将这些信息反馈给电子开关电路。电子开关电路会根据传感器信号控制电流的方向和大小，使得电机始终在最佳状态下运行。

由于无刷电机没有换向器和电刷，所以电机的寿命更长，噪音更小，效率更高。因此，它被广泛应用于许多领域，如工业、汽车、航空航天等。

在这里插入图片描述

3.总结

直流有刷电机和直流无刷电机在结构、工作原理以及应用方面存在一些区别。下面是它们的比较以及各自的优缺点：

结构和工作原理：

直流有刷电机：有刷电机通过电刷与转子上的集电环接触，实现电流传输和换向。转子上的集电环需要定期更换，电刷也会磨损，导致需要维护和更换零部件。
直流无刷电机：无刷电机通过电子控制器实现对转子线圈电流的控制，不需要电刷和集电环。转子和定子之间没有直接的物理接触，因此具有更长的寿命和更低的维护成本。

效率和功率损耗：

直流有刷电机：由于电刷和集电环的摩擦，有刷电机存在一定的功率损耗，效率相对较低。
直流无刷电机：无刷电机通过电子控制器精确地控制转子线圈的电流，减少了功率损耗，因此具有更高的效率。

调速性能：

直流有刷电机：由于有刷电机的结构特点，它通常能够提供更高的起动转矩和较宽的转速范围。同时，由于有刷电机使用电刷进行换向，换向间隙会导致一定的调速不稳定性。
直流无刷电机：无刷电机通过电子控制器精确地控制转子线圈的电流，可以实现更精确的转速控制和调速性能。

寿命和可靠性：

直流有刷电机：由于有刷电机中电刷和集电环的磨损问题，其寿命相对较短，需要定期维护和更换零部件。
直流无刷电机：无刷电机没有电刷和集电环，因此具有更长的寿命和较高的可靠性。

应用方面的区别：

直流有刷电机：由于其结构简单、成本低、转矩大等特点，适用于一些对转矩要求较高、速度调节范围相对较宽的场合，如家用电器、汽车行业等。
直流无刷电机：由于其高效、寿命长以及精确的转速控制能力，适用于需要精密控制和高效率的应用，如机器人、无人机、工业自动化等。

综上所述，直流有刷电机和直流无刷电机在结构、工作原理、效率、调速性能、寿命以及应用方面存在区别。直流有刷电机具有成本较低、转矩大等优点，适用于对转矩要求较高的场合；而直流无刷电机具有高效、寿命长以及精确的转速控制能力，适用于需要精密控制和高效率的应用。

交流电机

“交流电机”是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器（见直流电机的换向），因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。

1.同步电机

工作原理：

同步电机的转子的速度与旋转磁场的速度完全同步，这个速度称为同步转速。当外部施加的电源频率与同步电机的极对数及其倍数相匹配时，同步电机能够以稳定的同步速度运行。同步电机的转子上通常带有永磁体或励磁线圈，用于产生磁场。根据公式n=ns=60f/p，其中n表示转子的转速，f表示电网频率，p表示电机的极对数，ns表示同步转速。