①直流电动机工作原理。 直流电动机主要由定子和转子两部分组成,定子由机壳和电磁铁组成,转子镶嵌线圈,当通直流电时,定子产生固定极性的磁场,转子在磁场中受力旋转。 如图所示,直流电源从电源正极经左边电刷(石墨与铜粉)以及换向器(铜片)流进线圈,从线圈右边流出,经过右边的换向器流回电源负极形成闭合的回路。
通电线圈处于磁场中,受到电磁力作用,由于左右线圈电流方向不同，左边向里流,右边向外流,形成大小相同方向不同的电磁力,刚好形成电磁转矩,驱动线圈,从而带动转子转动。
换向器的作用主要是为了保证磁场中左右线圈电流方向保持一致,所受电磁力方向不变,从而保证电动机循环转动。
需要指出的是,可以用电子电路去取代电刷和换向器,从而得到无刷直流电动机。
一般电动机中都会有多个线圈和多个磁极来保证线圈受力均匀和稳定。
②交流电动机工作原理交流电动机的结构与直流电动机类似,也是由定子和转子组成,原理比直流电动机稍微复杂一些,我们先从交流异步电动机入手。
在对称的三相绕组中通入对称的三相交流电会产生旋转磁场,如图2.16(a)所示为三相异步电动机的定子绕组,线圈在空间上间隔120°,作星形连接,把定子绕组的三个首端U1、V1、W1同三相电源接通,绕组中便有对称的三相电流、2、流过,波形如图2.16(b)所示,当定子绕组中电流变化个周期时,合成的磁场也按电流方向在空间旋转一周,形成旋转磁场。
旋转磁场在定、转子之间的间隙里旋转,与转子间产生相对运动,转子导体受旋转磁场磁感线切割,根据电磁感应定律,转子导体会产生感应电动势。
由于转子绕组自行闭合,构成回路,因此会产生感应电流,有了电流，载流的导体就会受电磁力作用,电磁力对转轴形成电磁转矩,电磁转矩方向与旋转磁场的旋转方向一致,转子就会顺着旋转磁场的方向旋转起来,改变旋转磁场的旋转方向,也改变了电动机的转向,这就是交流异步电动机的工作原理。
由于转子的电动势和电流是由于旋转磁场感应出来的,所以又把交流异步电动机叫作交流感应电动机。
这里的“异步”,指的是转子绕组中的感应电流是先由定子旋转磁场产生的,转子需要“跟随”定子旋转磁场而转动。
如果转子绕组中的电流不是由定子旋转磁场感应的,而是由转子自身产生的,则转子转动与定子旋转磁场无关,那么转子与定子旋转磁场就可以实现“同步”旋转,这就是交流同步电动机的工作原理。
转子自身产生磁场有两种方式:一是将转子绕组通上外接电源,然后由外接的励磁电流在转子上产生磁场,使转子与定子磁场同步旋转,这就是电励同步电动机;二是在转子上嵌上永久磁体,不需要外接励磁电源而直接产生转子磁场,这就是永磁同步电动机。
