交流發(fā)電機(jī)的主要工作原理是什么？與直流電機(jī)的區(qū)別在哪？

電機(jī)" target="_blank">直流電機(jī)和交流電機(jī)是兩種不同類型的電動機(jī)，它們在工作原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方面都有一些顯著的區(qū)別。本文將詳細(xì)介紹直流電機(jī)和交流電機(jī)之間的區(qū)別。

一、工作原理不同

直流電機(jī)是一種利用直流電源供電的電動機(jī)。它的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律和安培定則。當(dāng)通過直流電源時，電流通過電機(jī)的定子線圈和旋轉(zhuǎn)子線圈。在定子線圈中，電流產(chǎn)生一個磁場，而在旋轉(zhuǎn)子線圈中，由于電流和磁場的相互作用，產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)轉(zhuǎn)動。

交流電機(jī)則是一種利用交流電源供電的電動機(jī)。它的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律和霍爾效應(yīng)。當(dāng)交流電源通過電機(jī)的定子線圈時，它產(chǎn)生一個交變的磁場，這個磁場與旋轉(zhuǎn)子線圈中的磁場相互作用，從而產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)力矩，使得電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

二、結(jié)構(gòu)不同

直流電機(jī)通常由定子、旋轉(zhuǎn)子、電刷、軸和外殼等部分組成。定子和旋轉(zhuǎn)子分別包含線圈和磁鐵。在電機(jī)中，定子線圈固定在電機(jī)殼體上，而旋轉(zhuǎn)子線圈則安裝在電機(jī)軸上。電刷用于連接定子線圈和外部電源，以便將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。

交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)相對簡單，通常由定子、旋轉(zhuǎn)子、電容器、軸和外殼等部分組成。定子和旋轉(zhuǎn)子也分別包含線圈和磁鐵。在交流電機(jī)中，旋轉(zhuǎn)子線圈通常由鋁制成，通過電容器與定子線圈相連接。

三、應(yīng)用不同

直流電機(jī)在各種工業(yè)和家庭設(shè)備中都得到廣泛應(yīng)用，例如風(fēng)扇、打印機(jī)、電動工具等等。它們具有高效率、高轉(zhuǎn)矩、易于控制轉(zhuǎn)速等特點(diǎn)，因此在許多場合下是不可替代的。

交流電機(jī)則主要用于家用電器、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域，例如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、壓縮機(jī)等。由于交流電機(jī)具有較高的效率和低噪音等特點(diǎn)，因此在家用電器中得到廣泛應(yīng)用。

眾所周知，電機(jī)是家用電器的核心元件，大到冰箱，小到剃須刀，都需要有電機(jī)來驅(qū)動運(yùn)行。沒有電機(jī)，家電就都成為了擺設(shè)。它是依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。而電機(jī)根據(jù)不同的劃分類型，可以分為不同的種類。而直流電機(jī)和交流電機(jī)就是兩種常見的劃分類型。那么，直流電機(jī)和交流電機(jī)有什么區(qū)別呢?小麥這就來說下。

其實(shí)，直流電機(jī)和交流電機(jī)最根本的區(qū)別是電源類型，一個需要直流電，另一個則需要交流電。隨之而來的，就是工作原理和結(jié)構(gòu)控制上的區(qū)別。我們接下來具體展開講講。

直流電機(jī)和交流電機(jī)的區(qū)別

1、電源類型

直流電機(jī)需要直流電源才能運(yùn)轉(zhuǎn)，而交流電機(jī)需要交流電源才能運(yùn)轉(zhuǎn)。這是兩者的本質(zhì)區(qū)別，也是類型的劃分依據(jù)。

2、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常是由永磁體或電樞組成，而交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常是由線圈和鐵芯組成。

3、工作原理

直流電機(jī)的工作原理是通過改變電樞和永磁體之間的磁場來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，而交流電機(jī)的工作原理是通過交變磁場來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

4、控制方式

直流電機(jī)的控制方式相對簡單，可以通過改變電壓和電流來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，而交流電機(jī)的控制方式相對復(fù)雜，需要使用變頻器等控制器來實(shí)現(xiàn)。

直流電機(jī)優(yōu)勢

1、調(diào)速性能好

所謂的“調(diào)速性能”，是指電機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。而直流電機(jī)正是磁場不動導(dǎo)體動，所以可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。

2、起動力矩大

直流電機(jī)可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械。例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車等，都用直流電機(jī)拖動。

交流電機(jī)優(yōu)勢

交流電機(jī)因?yàn)闆]有碳刷及整流子，在電機(jī)轉(zhuǎn)動時不會產(chǎn)生火花，所以可以在高溫、易燃等環(huán)境下操作，而且不用定期清理碳刷的污物。

而且交流電機(jī)的工作效率較高，沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。

由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電氣設(shè)備等各方面得到廣泛應(yīng)用。

綜上所述，直流電機(jī)和交流電機(jī)的區(qū)別，主要是其電源類型不同，進(jìn)而造成工作原理和構(gòu)造上的差別。在應(yīng)用上，交流電機(jī)適用于對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求不高的場合，而直流電機(jī)適用于對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求較高的場合。同時，由于交流電機(jī)的控制方式復(fù)雜，其成本也相對較高。

不過隨著交流電技術(shù)的發(fā)展，其變頻調(diào)速能力也得到了大幅的發(fā)展，跟直流電機(jī)的差距正在縮小。

所有電機(jī)的工作原理是通過切換磁力旋轉(zhuǎn)軸。直流電機(jī)通過摩擦刷在換向器上施加直流電，將施加的電流以交替極性切換到繞組，類似于交流電，而是正負(fù)電壓的方波。這產(chǎn)生了一個交替的電磁鐵，它與轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵相互作用，不斷拉動，然后推動并提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

因此，直流電機(jī)與交流電機(jī)有許多相似之處，即定期交替極性電源，但直流電源模型需要一些額外的部件。所以問題是：如果直流電機(jī)可以完成與交流電機(jī)相同的任務(wù)，但需要額外的硬件來產(chǎn)生維護(hù)熱量、摩擦和灰塵，那么當(dāng)你可以很容易地購買交流電機(jī)時，為什么要投資于復(fù)雜的直流電機(jī)控制系統(tǒng)呢?

為什么是直流電機(jī)?

圖1. 直流電機(jī)是一種古老的技術(shù)，但仍被廣泛使用

交流電機(jī)也有缺陷嗎?

每個電機(jī)在行業(yè)中都有自己的地位。工業(yè)交流電機(jī)通常與三相工業(yè)電流一起工作，只需要一個電機(jī)接觸器，無需任何特殊的驅(qū)動或控制電路。直流電機(jī)需要修改電流，從交流電流中轉(zhuǎn)換，并需要一個控制器來修改電機(jī)的速度和方向。

交流電機(jī)并不是沒有缺陷的。如果你確實(shí)需要控制交流電機(jī)的速度，直接在線(或跨線)接觸器將是不夠的。必須使用變頻器，對于大馬力的型號，這些變頻器可能會很貴。變頻器將改變應(yīng)用交流電源的頻率，以改變電機(jī)的速度。如果速度降低太多，電機(jī)可能會過熱，因?yàn)橥ǔＧ闆r下，冷卻風(fēng)扇是直接與輸出軸耦合的。

隨著電子設(shè)計(jì)和施工成本的下降，VFD驅(qū)動的交流電機(jī)已成為許多設(shè)計(jì)的首選，這表明了這些設(shè)備的先進(jìn)可控性和效率。

直流低速轉(zhuǎn)矩特性

直流電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是低速性能。當(dāng)然，它們也可以在高速下驅(qū)動，但直流電機(jī)可能是首選，如果負(fù)載必須快速調(diào)整速度，或者它需要在低速下具有優(yōu)異的扭矩(可能需要很長時間才能加速)。

大型Baldor電機(jī)

圖2. 大型工業(yè)500伏直流電機(jī)

降低速度的方法是降低電壓，或者更常見的是施加脈沖全電壓信號，稱為脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)。由于電源線反轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)慣性較低，直流電機(jī)也容易轉(zhuǎn)換方向。

這種低速扭矩特性是由允許通過電樞的電流引起的。當(dāng)?shù)退傩D(zhuǎn)時，刷子將接觸電樞近一半，為電機(jī)每個方向的一半提供全電流。這與典型的交流信號形成了鮮明的對比。在交流信號中，電壓僅在全正或全負(fù)時停留一段時間，然后再次減少到交替。在高速條件下，交流信號的快速轉(zhuǎn)換時間與刷直流信號的快速轉(zhuǎn)換更具可比性。

隨著直流電機(jī)速度的增加，電樞線圈作為電感被直流電壓電源充電。當(dāng)電感在電刷換向時失去直流電壓時，會產(chǎn)生反向電壓(有時稱為反向電壓)，否定一定量的源電壓。隨著速度的增加，反向電壓也在增加，導(dǎo)致電流和扭矩的減少，低速時不存在。這種效果可以通過(安全地)用示波器檢查繞組電壓與地面的比較來看到。

控制直流電機(jī)

操作和控制直流電機(jī)在很大程度上取決于電機(jī)的大小。本文的主題是大型工業(yè)電機(jī)，盡管一些業(yè)余直流電機(jī)可以使用相同的一般控制技術(shù)。與其他類型的工業(yè)電機(jī)、伺服電機(jī)或交流電機(jī)一樣，市場上有特定的驅(qū)動裝置來驅(qū)動和控制不同制造商的電機(jī)。

西門子直流驅(qū)動器

圖3. 西門子Sinamics直流電機(jī)驅(qū)動器

西門子生產(chǎn)Sinamics DCM系列驅(qū)動器，完全集成到他們的編程軟件TIA Portal中。Allen Bradley和Rockwell Automation提供他們的PowerFlex與他們的編程軟件相連的DC驅(qū)動器。有了這些特殊的驅(qū)動器，您只需將其連接到機(jī)器網(wǎng)絡(luò)，PLC可通過網(wǎng)絡(luò)通信。

在編程軟件中，提供啟動、停止和改變電機(jī)速度的簡單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及許多其他控制和反饋參數(shù)，就像VFD電機(jī)控制是一樣的。這些驅(qū)動裝置可以變得相當(dāng)大，對于大電流的應(yīng)用，需要在機(jī)柜內(nèi)大量的冷卻。它們通常安裝在電氣柜的背板上，并與供應(yīng)商的現(xiàn)場總線通信技術(shù)相連。

市場上也有更簡單的解決方案，通過開關(guān)和表盤提供速度和方向控制，或者有些甚至可以接受速度和方向的模擬和數(shù)字輸入。

電動汽車電動馬達(dá)

直流驅(qū)動電機(jī)通常用于電動汽車

在哪里使用直流電機(jī)?

低速扭矩的特點(diǎn)使直流電機(jī)非常適合以相對較低的速度移動重物，如天車、電梯或任何需要大量加速的過程設(shè)備。風(fēng)扇和泵需要快速和容易地調(diào)整速度，就像電動汽車應(yīng)用中的電機(jī)一樣，直流電機(jī)可以很容易地滿足這一要求。

還應(yīng)指出，原始設(shè)備的設(shè)計(jì)也可以利用電機(jī)的特點(diǎn)。對于這些低速應(yīng)用，也可以使用高速電機(jī)和鏈條或齒輪傳動來降低輸出速度和增加扭矩。因此，幾乎不可能解釋任何電機(jī) "必須 "或 "不可能 "應(yīng)用于某些應(yīng)用。