交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机：交流电机与直流电机相比，由于没有换向器，因此结构简单、制造方便、比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦；20 世纪 80 年代初，最大的汽轮发电机已达 150 万千瓦。交流电机是由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉发明的。

直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机，是能实现直流电能和机械能互相转换的电机：当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

图 1　直流电机

一、直流电机与交流电机的区别

直流电机是磁场不动、导体在磁场中运动；交流电机是磁场旋转运动，而导体不动。直流电动机分为定子绕组和转子绕组：定子绕组产生磁场，当通直流电时定子绕组产生固定极性的磁场；转子通直流电在磁场中受力，于是转子在磁场中受力就旋转起来。直流电机构造复杂、造价高。交流电动机分定子绕组和转子导体：转子导体形状像鼠笼，导体与导体之间用硅钢片，有的交流电动机转子也有绕组。

直流电机（DC Motor）的好处为在控速方面比较简单，只需控制电压大小即可控制其转速，但此类电机不宜在高温、易燃等环境下操作，而且由于电机中需要以碳刷作为电流变换器（Commutator）的部件（有刷马达），所以需要定期清理碳刷摩擦所产生的污物。无碳刷的马达称为无刷马达，相对于有刷马达，无刷马达因为少了碳刷与轴的摩擦，因此较省电也比较安静，但制作难度较高、价格也较高。

图 2　交流电机

交流电机（AC Motor）则可以在高温、易燃等环境下操作，而且不用定期清理碳刷的污物，但在控速上比较困难，因为控制交流电机转速需要控制交流电的频率（或使用感应马达，用增加内部阻力的方式在相同交流电的频率下降低电机转速），控制其电压只会影响电机的扭力。一般民用马达的电压有 110 V 和 220 V 等两种，在工业应用还有 380 V 或 440 V 等类型。

二、直流电机与交流电机的优缺点

直流电机具有良好的启动特性和调速特性，因此在调速性能要求较高的大型设备（比如轧钢机）上都采用直流电动机拖动；但它存在着直流换向问题，结构复杂，维护检修不方便，而且消耗有色金属多。

直流电机的优点：① 具有良好的启动特性和调速特性；② 转矩比较大；③ 维修比较便宜；④ 相对于交流比较节能环保。

直流电机的缺点：① 制造比较贵；② 有碳刷。

交流电机的优点：① 制造比较便宜；② 矢量变频技术的发展，已经可以用变频电机模拟直流电机的特性；③ 相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高生产力等方面具有足够的优势，使得交流调速已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。

交流电机的缺点：启动性和调速性较差。

交流电机根据转速可分为同步电机和异步电机。

1. 同步电机

同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行：作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式；同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合应用大型同步电动机可以提高运行效率，近年来小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机，这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。

2. 异步电机

异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系，还随着负载的大小发生变化——负载转矩越大，转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机，其中感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下一般可称感应电机为异步电机。其优点是结构简单、制造方便、价格便宜、运行方便；缺点是功率因数滞后、轻载功率因数低、调速性能稍差。

图 3　同步电机与异步电机

三、直流电机与交流电机的调速方法

电机有两大类：交流电机、直流电机。交流电机中用得最多的是异步电机（感应电机），特别是鼠笼式异步电机。下面介绍直流电机、交流电机的调速方法。

1. 直流电机调速方法

直流电机是指将直流电送到直流电机、把直流电机的电能转换成机械能。这里首先要介绍如何将市电的交流电转换成需要的直流电：六十年代以前采用的是发电机—电动机系统（F-D），这种方法只有在电机由专用的发电机供电时才有可能；另一种是可控硅—电动机系统（SCR-D）。直流电机的调速还比较方便，可以通过调节电枢供电电压、电枢中串联电阻、励磁回路串联电阻来实现。可见直流电机调速有三种方法，而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要求；直流电动机电磁转矩中的两个可控参量是互相独立的，可以非常方便地分别调节，这种机理使直流电动机具有良好的转矩控制特性，从而有优良的转速调节性能。尽管直流电机调速就其性能而言可以相当满意，但因其结构复杂、惯量大、维护麻烦，不适宜在恶劣环境中运行，不易实现大容量化、高压化、高速化，而且价格昂贵。

2. 交流电机调速方法

交流电机刚好相反：交流电机结构简单、惯量小、维护方便，可在恶劣环境中运行，容易实现大容量化、高压化、高速化，而且价格低廉。从节能的角度看，交流电机的调速装置可以分为高效调速装置和低效调速装置两大类：高效调速装置的特点是调速时基本保持额定转差、不增加转差损耗，或可以将转差功率回馈至电网；低效调速装置的特点是调速时改变转差、增加转差损耗。高效调速方法包括改变极对数调速（鼠笼式电机）、变频调速（鼠笼式电机）、串级调速（绕线式电机）、换向器电机调速（同步电机）；低效调速方法包括定子调压调速（鼠笼式电机）、电磁滑差离合器调速（鼠笼式电机）、转子串电阻调速（绕线式电机）。

图 4　电机调速特性