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定子與轉子之間的區別:功能、部件及更多資訊
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馬達知識
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2024-09-04
定子與轉子之間的區別:功能、部件及更多資訊

什麼是定子和轉子?

電動馬達和發電機中,定子和轉子這兩個基本組件在電能轉換為機械能的過程中扮演了至關重要的角色。我們來深入了解每個組件的具體細節及其獨特特徵。

An infographic for a regular stator, including parts like frame, core, and winding, and also a rotor, including coils, core, and shaft.
 

定子的定義及其工作原理

定子是電動馬達或發電機中的靜止部件,由框架、鐵心和繞組組成。其主要作用是當交流電(AC)流經繞組時,產生旋轉的磁場。這個磁場與轉子相互作用,誘發運動以生成機械能並驅動馬達的運作。

定子的鐵芯通常由疊層的矽鋼片構成,減少能量損失並提升效率,而繞組則由絕緣的銅線或鋁線製成,以有效導電。

定子在電動馬達、發電機和交流發電機等各種應用中都至關重要,它們將電能轉換為機械運動或反之亦然。適當的絕緣對於防止短路至關重要,並且採用如空氣冷卻或液體冷卻等冷卻方法來維持最佳運行溫度,提升定子的壽命和性能。

定子的一種創新體是Hairpin,它使用預先成形為髮夾形狀的平銅線。這些髮夾導體通過壓接或焊接連接到端子,形成繞組。這種設計與通過多次繞線形成的傳統繞組不同,具有若干優勢。

髮夾繞組使定子的整體尺寸相比傳統繞組減少約15%-20%,並將最大效率區域擴大約30%。然而,Hairpin的製造成本較高,因此適用於對空間和效率有關鍵考量的應用場景。
 

轉子的定義及其工作原理

轉子是電動馬達或發電機中的旋轉部件,對於將電能轉換為機械能至關重要。它由轉子鐵心和繞組組成,這些繞組由定子產生的磁場激勵。

當定子的磁場與轉子的繞組互相作用時,會誘發電動勢(emf),在轉子內產生電流。這種互動產生了扭矩,導致轉子旋轉並驅動馬達的軸,從而產生機械運動。

轉子的結構包含轉子鐵心、轉子線圈、軸心。轉子鐵心通常由層疊矽鋼片製成,以減少因渦電流和磁滯損失造成的能量損耗。轉子的繞組設計用來處理大量電流,並且具有絕緣以防止短路。整個組件在定子創建的磁場內旋轉,這些磁場可以由直流電(DC)或交流電(AC)供電。

一種著名的轉子類型是鼠籠轉子,常見於交流感應馬達中,以其簡單、耐用的設計和低維護性而著稱。這種轉子由導電條組成,這些導電條通常由鋁或銅製成,嵌入在圓柱形鐵心的槽內,在兩端由端環連接,形成了生成扭矩所必需的籠狀結構。

當定子的旋轉磁場切割這些條時,會在條內誘發電流,產生自身的磁場。這個磁場與定子的磁場之間的互動產生了使轉子旋轉所需的扭矩。
 

定子與轉子之間的主要區別

定子與轉子之間的主要區別在於它們在電動馬達或發電機中的角色和位置。定子是靜止的,當施加電流時,它會產生旋轉的磁場;而轉子是位於定子內部的旋轉部件,將電能轉換為機械能。

定子需要大量的絕緣來處理高電壓,而轉子的絕緣需求則較少。此外,定子的冷卻系統通常比轉子更高效且更易於維護,轉子由於其持續的運動而有較高的機械損失。
 
- 定子 轉子
定義 機器的靜止部件 機器的旋轉部件
位置 通常位於外部 通常位於內部
主要子部件 外框、鐵心、繞組 軸、核心、線圈
絕緣 需要重度絕緣 需要較少的絕緣
機械損失 低機械損失 高機械損失
體積大小 較大 較小
冷卻 高效且易於維護 複雜且效率較低
重要性 產生磁場 將電能轉換為機械能

電動機定子和轉子的作用

在電動機中,定子和轉子協同工作,將電能轉換為機械能。定子在電流流經其線圈時產生旋轉的磁場。這個磁場與轉子互動,轉子根據磁場旋轉,產生驅動電動機軸的力量和扭矩。

這種旋轉的機械能則用於驅動各種機械負載,如風扇、泵或車輪。基本上,定子產生電動機運行所需的主要磁場通量,而轉子則將電能轉換為進行工作的機械能。

在發電機中,定子和轉子的角色與電動機相比有所反轉。這裡,旋轉的轉子作為磁場系統產生旋轉的磁場。靜止的定子包含了電樞繞組,電流在其中被感應。當轉子旋轉時,變化的磁場與定子的線圈互動,感應出電動勢(emf),從而生成電能。

這生成的電力隨後供應給外部電氣負載。發電機中的定子基本上充當電樞,捕獲轉子磁場產生的能量,並將其轉換為可以使用或儲存的電能。
 

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