三大类电机的运行原理，交直流电机完全相同，还有一个是例外

电机是目前应用最为广泛的能量转换设备，能够将其它形式的能量转换为电能，也能够将电能转换为机械能，在工业制造和民用电器领域，电机都是不可缺少的重要设备。

自从400年前，法拉第发明了第一台使用电流驱动的机械设备开始，电机就成为工业发明创造的宠儿，安迪生和特斯拉分别在直流和交流领域做出了突出贡献，推动了电能的采集和应用。

经过几代工程师的辛勤努力，电机已经发展出三大系列，即直流电机、交流异步电机和交流同步电机。从这三大类出发，又衍生出伺服电机、测速电机等专门用于精细控制的设备，为工业控制发展提供了可行性保障。

直流电机作为电机的雏形，利用通电导体在磁场中产生力的作用原理进行能量转换，当通电导体置于磁场当中，导体就会受到力的作用而产生力矩发生位移，其运动方向可以通过左手定则进行判断。

如果将导体制成闭合回路置于磁场中，并且适时改变导体内电流方向，那么这个导体环就会在磁场中旋转起来。直流电机的整流子就是实现电流变向的部件。

直流电机的能量转换具有可逆性，当导体在磁场中垂直于磁力线运动时，会在导体两端产生感应电动势，感应电动势的方向可以由右手定则进行判断。

当导体形成闭合回路时，就会在导体中产生感应电流，这就是直流发电机的基本原理。

一台直流电机在拥有励磁的情况下，可以从发电机向电动机进行转换。吸收电能便会产生转矩成为电动机，将电能转换为机械能输出，而被动旋转便会产生电流成为发电机，将机械能转换为电能输出。直流电机的这一特性也让它在很长一段历史内主导了能源和应用领域。

尽管直流电机有着控制方便，调速平滑，调速范围大的优点，但是其构造复杂，成本高，故障率高，控制设备复杂等缺点也非常明显，因此交流异步电机逐渐开始取代直流电机成为主流。

交流异步电机通过在三相对称绕组中通入三相对称电流产生旋转磁场，旋转磁场切割转子导体，在转子导体中产生感应电流，这个感应电流与旋转磁场相互作用产生转矩让电机旋转起来。

从交流异步电机的原理中可以看出，交流异步电机的原理与直流电机相同，如果将直流电机的励磁旋转起来，那么不需要在直流电机的电枢绕组中通入电流就能够让它旋转起来，这就是交流电机的运行原理。

由于交流异步电机的转子电流靠切割旋转磁场感应而来，所以也被称为交流感应电机，同时也注定了其转子与定子旋转磁场的速度不能够同步，如果同步就无法切割磁场，那么就会失去感应电流，进而失去转矩，这也是被称为异步电机的原因。

直流电机与交流异步电机的运行原理完全相同，那么交流同步电机的原理是否也是如此呢？交流同步电机是个例外，其原理与上两种电机完全不同。

交流同步电机的定子绕组与交流异步电机基本相同，采用三相对称绕组通入三相对称交流电产生旋转磁场。

但是其转子中却需要额外通入直流，在转子中产生固定磁场，这时定子的旋转磁场吸引转子的固定磁场产生转矩，让电机旋转起来，所以交流同步电机依靠的是磁场力的相互吸引旋转起来的，也因此才能够达到同步的转速。

三大电机类型是无数前辈工程师智慧的结晶，后期发明的各种电机基本都依据这三类模型开发而来，迄今为止依然统治着能源、制造领域。

在微观世界已经开发出第四类电机模型，那就是由16颗原子组成的纳米电机，这类电机目前仍处于研发阶段，但是前景十分广阔，必然会深刻影响未来的科技发展。