直流电动机与交流电动机的比较
【摘要】本文着重介绍了直流电机与交流电机的不同点，旨在提高工程中对电机的识别和选择的能力，提高实践教学中教师的理论水平。
【关键词】绕组；电磁转矩；直线
电机是一种将电能与机械能进行相互转换的电磁装备，在自动控制系统中，它作为一种将电压信号或电流信号转变为转轴的角速度或角位移输出的执行元件，应用日益广泛。
根据电源性质的不同，电机分为直流电动机和交流电动机，两者的工作原理及力矩产生的方式基本相同，其输出功率一般为0.1～10kw。两者都具有调速范围宽、机械特性和调节特性好、无自转现象、动态响应快等特点。但两者比较起来除了各自的应用场合不同外，还有以下四个方面的不同。
一、结构
要实现能量转换，电路和磁场之间必须有相对运动，所以旋转电机就要具备静止的定子和转动的转子两大部分。
直流电机的定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。其中主磁极的铁心通常由硅钢片冲制叠压而成，特别是永久式直流伺服电机的定子上安装由永久磁钢制成的磁极，经充磁后产生气隙磁场。直流伺服电机的转子由电枢铁芯和电枢绕组、换向器等组成。交流电机的定子由定子铁芯、定子绕组和机座组成，定子铁芯中安放着两种绕组，一相作为励磁绕组，另一相作为控制绕组[1]。
转子由转子铁芯、转子绕组和转轴组成，其中笼形转子用高电阻率的导电材料（如黄铜等）制造。这是因为转子电阻越大，sm减小，转速可调范围d就越大。
二、控制方法
对于直流电机，有电机学公式[2]，
电枢电流和电磁转矩的关系为
两式结合得：
由此可知，在电磁转矩不变的情况下，改变电枢电压或励磁磁通，都可以改变电机的转速。通过改变电枢电压来控制电机转速的方法称为电枢控制；通过调节磁通来控制转速的方法称为磁极控制。
对于交流电机，控制包括启动、制动和调速等，这里只分析调速。电机学中，
可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：
1.改变定子极对数p调速。
2.改变电源频率f调速。
3.改变转差率s调速。
特别的是在伺服电机如单相异步电机，可以改变励磁绕组和控制绕组的电压幅值和两者之间的相位来可以改变电机的磁场的大小、方向和形状，这样也可以达到控制电机的效果。
三、静态特性
电机的静态特性（static characteristics）包括机械特性[3]和调节特性。提前说明的是这里所做的分析都是假设磁路趋于饱和
（非饱和），电刷位于几何中心线，气隙磁通恒定的条件下进行的。进一步转化为
可以看出直流的机械特性是线性的，并且它的软硬随k的变化而变化。当然单一的机械特性曲线是不满足不同的负载的要求，所以出现了很多人为特性，方法有：降压、转子回路串对称电阻等。
另一方面，负载恒转矩时，调节特性为：
由此分析可得出，电枢控制时直流电机的机械特性和调节特性都是直线。这是直流电机十分重要的优点，也是交流电机所不及的。传统上或者很多教科书上所说的交流电机的机械特性是参数表
达式在坐标系中n与tm的关系，如图：
图1 交流异步电机的机械特性曲线
这根曲线是机械特性表达式中最准确的，毫无疑问也是最复杂的。相比直流电机来，它在坐标中经过的象限多，也就是说它能反映的电机的状态（发电、电动、制动）全面。
图2 交流异步电机的调节特性曲线
由图1、图2可知，交流电机的静态特性都不是线性关系，仅在较小的范围里近似于线性关系，所以，为了延长线性关系的范围，可以通过提高工作频率来实现 [6] 。
四、动态特性
电机从一个稳态工作点到另一个稳态工作点转换过程中有两个
量不能突变：电磁转矩和转速，以致于这个转换的过程需要一定的时间，难以实现快速响应的要求。定量分析转换所需的时间用到的
方法是列出电机的动态方程，经过拉普拉斯变换后求电机的传递函数，再对该函数进行拉氏反变换，得到电机动态过程的解。
直流电机的时间函数：
[7]
其中：
式中，、、分别称电机的机电时间常数、电气时间常数和速度常数。令=0，则时间只考虑
将称为惯量力矩比，与时间常数成正比，惯量力矩比越小，机电时间常数越小。一般地，我国生产的zf系列电机时间常数小于
30ms[8]。
由于交流电机的机械特性和调节特性是非线性的，其动态的时间函数十分复杂。简单起见，令=0，并且转换过程都在线性区域内。交流电机的时间函数：[9]
其中：为非线性度。
与直流电机比较，，我国大部分的交流电机时间常数在10-20ms。最后，直流电机和交流电机还是有很大的不同点，当然还有很多其它的没有分析到地方。掌握这些不同点能对工程中选择和使用电机有所帮助。
参考文献：
[1]顾绳谷.电机及拖动基础[m].机械工业出版社，2003，2（1）：18-23.
[2]马玉春.电机与电气控制[m].北京交通大学出版社，2011，3
（1）：200-209.
[3]应崇实.电机及拖动基础[m].机械工业出版社，1998，7（1）：260-265.
[4]http：///[n].2012.
[5]中国科教创新导刊[j].2012.4
[6]劳动和社会保障局.维修电工[m].中国劳动社会保障出版社，2004.
[7]程明.微特电机及系统[m].中国电力出版社，2004，2（1-2）：8-18.
[8]顾绳谷.电机及拖动基础（下册）[m].合肥工业出版社，1987，6（1）：1-9.
[9]许晓峰.电机及拖动[m].高等教育出版社，2008.
作者简介：
何湘龙：（1984—），工程师，湖南石油化工职业技术学院石化装备系教师，从事电机与拖动教学与研究工作。
