直流电动机跟交流电动机的工作原理

Question

如题所述

Answer 1

直流电动机与发电机的结构相同。当给电刷AB旋加一直流电压，导体12中就有电流流过，由电磁力定律可知导体会受到电磁力作用。导体处于N极下与电刷A接触电流向里流，产生电磁力矩为逆时针；导体处于S极下与电刷B接触电流向外流，产生电磁力矩仍为逆时针。转子在该电磁力矩作用下开始旋转向外输出机械功率。

目前较常用的交流电动机有两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。

一、三相异步电动机的旋转原理
三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。
观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。 定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。
二、单相交流电动机的旋转原理
单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。
要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，如图2所示。在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。
在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/3--1/4全极面处开有小槽，如图3所示，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。

Answer 2

1
相同点
(1)
结构相同
交流发电机与直流电动机结构上都是由定子、转子、铁芯、线圈、磁极、电刷等组成。
(2)
电磁应用相同
都是电生磁、磁生电现象的应用。
(3)
转换使用相同
异步电动机,只要用原动机(如水轮机、柴油机等)拖动,使转子转速n高于旋转磁场的同步转速n1,即使转差率s=
为负值,再加上激磁电流后,就变成了交流异步发电机;直流电动机,如果把它的动力部分改变为外来动力转动,它的电枢绕组及激磁绕组端头上就有直流电压,这就说明直流电动机也可以作为直流发电机使用。
(4)
运行维护相同
运行中均需检查其运转、声音、振动是否正常,通风是否良好,轴承润滑油是否充足,定子绕组及各部分的温度是否正常,转子电刷上有无异常火花,电压、电流是否在额定值范围内,机壳接地或接零是否良好等。
2
不同点
(1)
工作原理不同
交流发电机是根据电磁感应原理制作的,就是说,不管是导体(线圈)运动,还是磁场运动,只要导体(线圈)与磁场之间有相对运动,导体(线圈)切割磁力线,就会在导体(线圈)中产生电动势,即动了才有电叫发电;直流电动机是根据载流导体(线圈)在磁场中受力而运动的原理制作的,即通了电才能动叫电动。
(2)
构造不同
交流发电机线圈两端各接一个铜制圆环(滑环)即电刷;而直流电动机线圈两端各接一个铜制半环叫换向器,它对每个绕组的电流起换向作用,使交流电变为直流电。
(3)
方向判定不同
交流发电机感应电动势的方向,利用右手定则判定;而直流电动机旋转方向,则用左手定则判定。
(4)
能的转换不同
交流发电机输入的是机械能,输出的是电能;即将机械能转换为电能的旋转电机;而直流电动机则输入的是电能,输出的是机械能,即将电能转换为机械能的施转电机。

Answer 3

直流电机是靠磁极之间的相互作用力工作的，为了维持持续的作用力，必须有电刷换向器对电流进行换向。结构上，直流电机一般定子是磁铁或电磁铁，转子是绕组。
交流电机是利用电磁感应原理，首先在定子绕组通入交流电，产生旋转磁场，内部鼠笼式的闭合绕组感应了电流，电流产生了磁场，该磁场与旋转磁场相互作用产生转矩，让转子转动。结构上，交流电机转子是鼠笼式闭合导体，定子是绕组，没有电刷换向器。