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电机的基本原理与基本结构

发布时间:2019-07-09 14:12:18      发布人:上海圣通  浏览量:

实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机,包含电动机和发电机两类:电动机又称马达,是将电能转换为机械能,在电路中用字母M表示;而发电机是将机械能转换为电能,在电路中用字母G表示。

基本原理

电生磁:通电导线会产生磁场

奥斯特在实验中发现,将导线通电后其周围的小磁针会发生转动,且电流越强,对小磁针的影响越强,玻璃、木材、水、树脂和石头等也不能阻擋这个磁场吸引小磁针。这就是著名的“电流的磁效应”,简称“电生磁”,人们把它称为电磁学第一定律。

视频来源:元本物理)

电磁感应

又称磁电感应现象,是指闭合电路的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动,导体中就会产生电流的现象。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象,产生的电流叫做感应电流。

电机的基本原理与基本结构(图1)

视频来源:元本物理)

基本结构

我们从小学就知道,磁铁分N极和S极,磁力线从N极出发,最后回到S极;磁铁同极相斥,异极相吸。利用磁极之间的相互作用力,理论上我们可以移动一个磁极,让另外一个磁极跟着运动,如果第一个磁极旋转的话,另一个磁极也会跟着旋转。但是这样无法称之为电机,因为旋转一个磁极需要的是机械能,这样本质上是机械能之间的转换,不是电能和机械能之间的转换。那怎么办呢?安培定律告诉我们,磁场本质是由电流产生的,我们想要的是磁场之间的相互作用,因此只要有电流即可,一个很自然的想法就是:将两个磁场中的一个用线圈来产生磁场。 

1821年,法拉第制作了一个装置,这个装置能将电能转化成机械能,被认为是世界上第一台电动机。

电机的基本原理与基本结构(图2)

法拉第的装置的组成非常简单:将水银注入一个圆形容器里面,中间放置一块永磁体,一根长的导线一端悬挂,另一端浸入容器里的水银里面,最后再外接一个直流电源。原理也很简单,永磁体产生的磁场与导线产生的磁场相互作用,产生一个使导线绕轴旋转的力。法拉第的天才之处在于想到了用水银(常温液体,有良好的导电性)解决了电机连续旋转的所需要的换向问题。

法拉第的电机验证了机电能量转换可以连续进行的,为电机的发展奠定了坚实的基础。当然现代电机和法拉第的电机模型有了较大的区别,但原理都是完全一致的:都是两个磁场相互作用,所以电机具备静止的和旋转的两大部分:

  • 静止的部分称为定子,作用是产生磁场和作为电机的机械支撑。

  • 旋转的部分称为转子,作用是感应电势实现能量转换。

静止和旋转部分之间有一定大小的间隙,称为气隙。气隙的大小决定磁通量的大小,如果气隙较大的话,漏磁就多,那么电机的效率就会降低,如果气隙太小,就容易扫定子膛。因此,需要将气隙控制到一个合理的数值,才能达到最佳效果。