電機中的定子和轉子——定義、型別、構造和功能

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電機是一種能量轉換裝置，可以將電能轉換為機械能，或將機械能轉換為電能。將電能轉換為機械能的機器稱為電動機。將機械能轉換為電能的電機稱為發電機。發電機和電動機的構造和機械部件幾乎相同。任何電機（發電機或電動機）的兩個基本部件是定子和轉子。定子是機器的靜止部分，而轉子是機器的旋轉部分。

在本文中，我們將探討電機定子和轉子的基礎知識。此外，我們將學習電機不同型別轉子的構造和特性。

什麼是電機中的定子？

顧名思義，定子是電機、電動機或發電機的靜止部分。它通常是電機的外部部分，具有三個主要部件：定子框架、定子鐵心和定子繞組。

定子框架是定子的最外層外殼。它保護內部部件（如繞組）免受機械和環境損壞。

定子鐵心是一個空心圓柱體，其內周具有槽，用於插入定子繞組。電機的定子由高階矽鋼片製成。

定子繞組是由銅線或鋁線製成的線圈。這些繞組連線到外部電氣系統。在電動機的情況下，定子繞組從電源接收電能。在發電機的情況下，定子繞組將電能供應給外部電氣負載。

電機中定子的功能

電機的定子執行以下功能：

• 在電動機中，定子充當磁場系統，併產生電機工作所需的磁通。

• 在發電機中，定子充當電樞。它包含定子或電樞繞組，其中感應電動勢和電流，然後供應給外部電氣負載。

• 它為電機的內部元件提供機械保護。

因此，這就是關於電機定子的全部內容。總的來說，所有電機（電動機或發電機）的定子構造幾乎相同。但是，它在電動機和發電機中執行不同的功能。

什麼是電機中的轉子？

在電機中，轉子是可以繞其自身軸自由移動的運動或旋轉部件。任何電機（電動機或發電機）的轉子都由三個主要部分組成：轉子鐵心、轉子繞組和轉子軸。

轉子鐵心是由高階矽鋼片製成的圓柱形部件。它在外周具有槽，用於插入轉子繞組。

轉子繞組可以是由銅或鋁製成的線圈或導體。轉子繞組繞在轉子鐵心上。

轉子軸是一根長杆，機械負載或渦輪連線在其上。轉子鐵心安裝在軸上。因此，當在轉子鐵心中產生扭矩時，它也會旋轉軸。

電機中轉子的功能

電機的轉子執行以下功能：

• 在電動機中，轉子充當將電能轉換為旋轉機械能以驅動機械負載（如風扇）的部件。換句話說，轉子在電動機中充當電樞，並在機器中產生工作扭矩。

• 在發電機中，轉子充當磁場系統，併產生感應電樞中電動勢所需的旋轉磁場。

• 在兩種型別的電機（電動機和發電機）中，轉子都是機器內旋轉的運動部件。

電機中轉子的型別

不同型別的電機具有不同型別的轉子結構和設計。電機中使用的常見轉子型別如下：

• 鼠籠式轉子

• 繞線轉子或滑環轉子

• 凸極轉子

• 圓柱形轉子

讓我們詳細討論每種型別的轉子及其特性。

鼠籠式轉子

鼠籠式轉子是一種常用在感應電動機中的轉子。它由薄矽鋼片製成的轉子鐵心組成。它在鐵心的表面嵌入了銅導體或鋁導體。這些導體棒在兩端藉助金屬端環短路。

關於鼠籠式轉子，還應注意導體棒沿其長度略微傾斜，以減少扭矩波動和噪聲。

鼠籠式轉子的優點

以下是鼠籠式轉子的一些主要優點：

• 這些轉子可用於各種電動機，功率範圍從幾瓦到幾兆瓦。

• 鼠籠式轉子設計簡單。

• 它們的結構非常堅固。

• 鼠籠式轉子可以提供從輕載到滿載相當恆定的速度執行。

• 鼠籠式轉子易於更換。

鼠籠式轉子的應用

鼠籠式轉子主要用於需要自啟動和恆速的感應電動機。鼠籠式轉子的一些常見應用如下：

• 用於驅動離心泵的電動機。

• 用於驅動工業負載（如輸送機、泵、壓縮機等）的電動機。

• 用於風扇和鼓風機等的電動機。

繞線轉子或滑環轉子

繞線轉子是另一種用於三相感應電動機的轉子。它也稱為滑環轉子，因為轉子繞組透過滑環連線到外部電阻。

繞線轉子由一個轉子鐵心組成，該鐵心在外周具有槽，用於插入轉子繞組。這些轉子繞組連線到繞在轉子軸上的滑環。滑環進一步連線到外部電阻。

繞線轉子的優點

以下是繞線轉子的一些主要優點：

• 繞線轉子啟動電流較小。

• 繞線轉子可以產生較高的啟動扭矩。

• 繞線轉子還具有較高的過載能力。

• 繞線轉子易於進行速度控制。

• 繞線轉子的功率因數易於提高。

繞線轉子的應用

滑環或繞線轉子用於需要高啟動扭矩和變速的感應電動機。繞線轉子的一些常見應用如下：

• 用於電力機車和火車中的感應電動機。

• 用於起重機、電梯和升降機中的電動機。

凸極轉子

凸極轉子是一種用於同步電動機和發電機的轉子。這種型別的轉子具有安裝在輪轂上的凸極或突極。

轉子的凸極由薄鋼片製成。這些突出的極子上設有轉子繞組。

這種型別的轉子直徑較大，軸向長度較短。凸極轉子用於低速電機。此外，它們在機器的氣隙中具有不均勻的磁通分佈。

凸極轉子的優點

以下是凸極轉子在電機中使用的一些主要優點：

• 凸極轉子可用於低速原動機，例如水輪機。

• 凸極轉子減少了機器中的風阻損失。

• 凸極轉子還降低了機器的噪聲水平。

• 這些轉子減小了軸承負載。

• 凸極轉子在機器中提供良好的通風。

凸極轉子的應用

凸極轉子主要用於低速同步電機。凸極轉子的一些實際應用如下：

• 在由水輪機驅動的交流發電機中。

• 凸極轉子也用於汽車交流發電機。

• 這些轉子也用於柴油發電機。

• 凸極轉子也用於以100 RPM到400 RPM的速度執行的同步電動機。

圓柱形轉子

圓柱形轉子是一種具有光滑圓柱形結構的轉子。它由具有在外週上開有槽的實心鍛鋼製成，用於放置轉子繞組。

圓柱形轉子也稱為非凸極轉子，因為它沒有突出的或凸極。由於該轉子具有光滑的圓柱形結構，因此它在機器內部的定子和轉子之間形成均勻分佈的氣隙。

圓柱形轉子直徑較小，軸向長度較大。由於採用實心圓柱形設計，這種型別的轉子具有更高的機械強度。

圓柱形轉子的優點

以下是圓柱形轉子的主要優點：

• 由於氣隙光滑，圓柱形轉子的風阻損失最小。

• 這些轉子在電機中產生定子和轉子之間的均勻氣隙。

• 圓柱形轉子產生的噪音更小。

• 圓柱形轉子無需阻尼繞組。

圓柱形轉子的應用

圓柱形轉子用於工作在1500 RPM到3000 RPM高速範圍的電機。下面給出一些圓柱形轉子的實際應用：

• 高速同步電機。

• 由蒸汽輪機、燃氣輪機等驅動的交流發電機。

結論

總之，定子和轉子是任何電機的兩個主要部件。其中，定子是靜止部分，而轉子是電機的旋轉部分。所有電機的定子結構幾乎相同。而不同的電機根據其結構和要求具有不同型別的轉子。在這篇關於電機定子和轉子的詳細文章中，我解釋了定子的結構以及電機中使用的不同型別轉子的結構和應用。