【導(dǎo)讀】交流電機(jī)（特別是異步電機(jī)）無(wú)需換向器，是其工作原理——利用交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并感應(yīng)轉(zhuǎn)子電流——的必然結(jié)果。這種簡(jiǎn)潔高效的能量轉(zhuǎn)換方式，使其在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中占據(jù)了主導(dǎo)地位。而直流電機(jī)的核心優(yōu)勢(shì)則在于其卓越的控制性能。隨著電力電子技術(shù)（如變頻器）的發(fā)展，交流電機(jī)的調(diào)速性能已大幅提升，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，但直流電機(jī)在特定的高性能控制領(lǐng)域依然不可或缺。

一、 核心原理：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的誕生

交流電機(jī)之所以不需要機(jī)械式的換向器，其根本原因在于交流電自身的特性能夠直接產(chǎn)生“旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”。

在交流電機(jī)（以常見的異步電機(jī)為例）中，當(dāng)定子繞組通入三相或單相交流電時(shí)，由于電流的大小和方向隨時(shí)間呈周期性變化，這些繞組共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)不是一個(gè)靜止的磁場(chǎng)，而是一個(gè)以固定速度旋轉(zhuǎn)的“旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以想象成一個(gè)無(wú)形的磁鐵在持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

二、 轉(zhuǎn)子如何被“驅(qū)動(dòng)”？

這個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)會(huì)切割轉(zhuǎn)子上的閉合導(dǎo)體（如鼠籠條），根據(jù)電磁感應(yīng)定律，轉(zhuǎn)子內(nèi)部便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流（即渦流）。這個(gè)感應(yīng)電流又處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，進(jìn)而受到安培力的作用，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

關(guān)鍵點(diǎn)在于：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)是被定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“拖著走”的（存在轉(zhuǎn)差率），它本身不需要外部通電。由于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的電流是“感應(yīng)”而來(lái)的，因此不需要像直流電機(jī)那樣通過(guò)機(jī)械部件（換向器和電刷）為旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子引入電流，從而省去了換向器這一結(jié)構(gòu)。

三、 與直流電機(jī)原理的對(duì)比

為了更好地理解，我們可以與直流電機(jī)進(jìn)行對(duì)比：

• 直流電機(jī)：其定子磁場(chǎng)通常是固定的（由永磁體或勵(lì)磁繞組產(chǎn)生）。為了使轉(zhuǎn)子（電樞）能持續(xù)朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，必須在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)半周后，改變通入其線圈的電流方向。這個(gè)任務(wù)就是由換向器和電刷完成的，它們作為一個(gè)機(jī)械開關(guān)，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)反轉(zhuǎn)電流方向，以維持轉(zhuǎn)矩的單一性。

• 交流電機(jī)（異步）：如前所述，它利用交流電直接產(chǎn)生一個(gè)空間上就在旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，從源頭上解決了磁場(chǎng)方向連續(xù)變化的問(wèn)題，轉(zhuǎn)子只需被動(dòng)跟隨即可，因此無(wú)需換向器。

補(bǔ)充說(shuō)明：文章原文中提到“只需要改變電源的極性即可”改變方向，這不夠精確。對(duì)于三相異步電機(jī)，是通過(guò)交換任意兩相電源的接線來(lái)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，從而實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。而“采用換向器使交流電機(jī)短時(shí)反轉(zhuǎn)”也非典型應(yīng)用，現(xiàn)代交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制通常通過(guò)接觸器改變相序?qū)崿F(xiàn)，而非加裝機(jī)械換向器。

四、 交流電機(jī)與直流電機(jī)的應(yīng)用對(duì)比

兩者因原理不同，各自擁有獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域：