单相交流电机与直流无刷电机的工作原理及优缺点比较
一、电机工作原理
1、单相交流电机工作原理
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，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
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。
2、直流无刷电机工作原理
无刷直流电机主要由电机本体，位置传感器和电子换向线路、驱动器组成。电动机 本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一 般制成多相(三相、四相、五相不等相)。转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2，4，……)
组成。在无刷直流电动机中，电枢绕组被设置在定子上，永磁体磁极被设置在转子上。
定子各相电枢绕组相对转子永磁体磁场的位置，由转子位置传感器通过电子方式或电磁
方式所感知；并利用其输出信号，通过电子转换电路，按照一定的逻辑程序去驱动与电
枢绕组相连接的相应的功率开关晶体管，把电流开关换向到相应的电枢绕组。随着转子
的转动，转子位置传感器不断地发送出信号，致使电枢绕组不断地依次通电，不断地改
变通电状态，从而使得在某一磁极下的线圈导体中流过的电流方向始终不变，转子就不
不断的运转。
驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、
制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用
来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控
制和调整转速；提供保护和显示等等。
简单而言，依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组
线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动，
电机就转起来了。
二、优缺点比较
交流电机： 优点：结构简单，使用方便，制造成本低，维护维修简单经济。
缺点：效率低，低电压不工作，起动转矩小、起动电流大，调速困难，
需要借助变频设备来实现速度的改变。
直流无刷电机：优点：效率高，寿命长，相对于同功率交流电机下体积小，高效区域大，功率和转矩密度高，低电压特性好，转矩过载特性强，启动转矩
大（堵转特性），转速高，调速方便，电磁噪音低，启动电流小等优点。
缺点：结构复杂，制造成本高。