0. 电机的分类

        从不同的思考角度，会得到不一样的电机分类。本文按照电机的基本结构进行分类，如图1所示，常见的有直流有刷电机、BLDC、PMSM、交流异步电机和交流同步电机，并且在本文中展示了各种电机的拆解图，可以发现它们之间有所差异，也彼此相关。

图一 电机的分类

1. 直流电机 DC Bursh Motor

图2 直流有刷电机（DC Brush Motor）

        直流有刷电机，图2所示，它用碳刷完成“机械换向”。外部定子是永磁体（也有用励磁线圈做的）不动，内部线圈(电枢)动，换向器和电刷摩擦，完成电流方向的切换。

        缺点：1、机械换向产生的火花、换向器和电刷摩擦损耗、电磁干扰、噪声大、寿命短。2、可靠性差、故障多。3、由于换向器存在，限制了转子惯量和转速。

        优点：结构简单容易维护（即换碳刷）、便宜。

2. 永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor ）

图3 永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor ）的定子和转子

        永磁同步电机，图三所示，与传统电励磁交流同步电机特性类似只是永磁体取代其转子上的励磁系统，从而省去了励磁线圈、集电环和电刷，以电子换相实现无刷运行。

        定子绕组通交流电流后，其产生旋转磁场；转子通过永久磁铁产生磁场，两个磁场相互作用产生转矩，定子绕组产生的旋转磁场，可看作是一对定子的旋转磁极吸引转子的磁极随其一起旋转。

优点：结构简单、体积小、重量轻、效率高

3. 交流异步电机（AC asynchronous motor ）

图4 交流异步电机（AC asynchronous motor ）的定子和转子

        异步电机的结构简单，转子为闭合线圈，比如鼠笼式，图四所示。转子线圈将切割旋转磁场，产生感应电动势，从而转子线圈上产生感应电流，最后产生旋转磁场，这样转子就变成了一个电磁铁，将跟随定子磁场旋转，所以转子的转速必然＜定子的旋转磁场，这样才能切割磁感线。即转子的异步转速＜同步转速，转子与定子磁场存在转速差，所以称之为异步电机。

        下面给出拆解视频，可以看出转子线圈是没有连接出来的（不与供电线连接的）。

图5 交流异步电机的拆解过程

4.交流同步电机 （Three-phase AC synchronous motor）

图6 三相交流同步电机结构图

     交流同步电机和交流异步电机的对比：

定子： 同步电机定子和三相异步电机是一样的；

转子：同步电机它的转子是磁极，由直流励磁电源，通过滑环引入电流，故同步电机需要再转子侧加一套励磁装置；异步电机的转子是靠转子上的绕组切割磁感线，电磁感应产生电流。

转速：同步电机转子的转速=定子旋转磁场，成为同步；异步电机中转子比定子旋转磁场慢，二者不同步。同步电机的转子励磁电流来自外界直流电源，转速恒定只与电机定子绕组的极对数有关，不随负载的大小变化而变化。而异步电机的转速在运行过程中都是低于电机的同步转速的，负载越大电机的转速越低，转子切割定子磁感线产生的电流越大。

应用场合：同步电动机由于转速恒定，主要适用于要求转速恒定的大功率生产机械，如连续式轧钢机、球磨机等。其造价昂贵，维修困难，所以同步电动机使用的比较少。异步电动机主要适用于驱动机床、水泵、空气压缩机、大型起重设备等。在电力拖动机械中，有95%左右是由异步电动机来完成驱动的，使用量比较大。

        再强调一下：同步电机定子绕组三相电流所产生的旋转磁场的转速，与转子转速完全相同。此时不再像异步电机那样切割磁感线，产生磁极了。而是需要把转子变成一个电磁铁或永磁铁，即给转子通电，。注意，在三相交流同步电机的转子如果不是永磁体，就要加碳刷，如图六所示。

补充：同步转速n=60f/p，f是频率，p是极对数，比如对于接入国家电网50Hz的2极电动机（即极对数为1对），那么转速n=60*50/1=3000r/min。同理，4极，6极电机同步转速为1500，1000。

所以，异步电动机转子的转速与定子旋转磁场的转速不一样，而且始终低于定子磁场转速。假设异步电动机定子绕组直接接三相电网电压，极对数为1，那么电机的转速是<3000rpm的。

End

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