目錄

什么是電機的原理：通過電磁驅(qū)動電機電機原理：弗萊明左手定則是什么什么是電機的原理：電機是如何工作的直流電機的工作感應電機的工作同步電機的工作我們都聽說過電機，但總會想到一個問題：“電機的原理是什么？”電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。有三種主要類型的電機。

DC感應電動機同步電動機所有這些電動機的工作原理或多或少都是一樣的。電機的運行主要靠磁場與電流的相互作用。。

什么是電機的原理：通過電磁驅(qū)動電機

電動機的基本原理很簡單：你在它的一端通電，另一端的軸(金屬桿)轉(zhuǎn)動，給你動力驅(qū)動某種機器。這在實踐中是如何運作的？你如何將電轉(zhuǎn)化為運動？要找到這個問題的答案，我們必須追溯到近200年前。

假設你拿一根普通的電線，把它做成一個大圓圈，然后把它放在一個強大的永久馬蹄形磁鐵的兩極之間?，F(xiàn)在，如果你把電線的兩端都接到電池上，電線會短暫地跳起來。當你次看到這個的時候，你會很驚訝。像魔術一樣！但是有一個完美的科學解釋。

當電流開始沿著導線流動時，導線周圍就會產(chǎn)生磁場。如果你把電線放在永久磁鐵附近，這個臨時磁場會和永久磁鐵的磁場相互作用。你會知道兩個互相靠近的磁鐵要么互相吸引，要么互相排斥。同樣，導線周圍的臨時磁性會吸引或排斥磁鐵上的永久磁性，這就是導線跳動的原因。

電機原理：弗萊明左手定則是什么

伸出左手的拇指、食指和中指，讓這三個手指成直角。如果你的中指指向電流的方向，食指指向磁場的方向(從磁鐵的北極到磁鐵的南極)，你的拇指將顯示線移動的方向。

食指——磁場

中指——電流

拇指——運動(力)

什么是電機的原理：電機是如何工作的

理論上，假設我們把導線彎成方形線圈，這樣兩條平行的導線穿過磁場。一根電線把電流帶走，另一根把電流帶回來。因為電流在導線中以相反的方向流動，弗萊明左手定律告訴我們，兩根導線會以相反的方向運動。換句話說，當我們打開電源時，一根電線會向上移動，另一根會向下移動。

如果線圈能像這樣移動，它將連續(xù)旋轉(zhuǎn)——，然后我們就在制造電動機的路上了。但這在我們目前的設置中是不可能的：電線會很快纏在一起。

一旦線圈到達垂直位置，它就會翻轉(zhuǎn)，所以電流會以相反的方向流過它?，F(xiàn)在線圈兩邊的力都反過來了。而不是繼續(xù)朝同一個方向旋轉(zhuǎn)，而是回到它來的方向！想象一輛裝有這種馬達的電動火車：它在原地來回移動，但從未真正去過任何地方。

在實踐中，有兩種方法可以克服這個問題。一種是使用周期性反向電流，即交流電。在我們家使用的小型電池驅(qū)動電機中，比較好的解決方案是在線圈兩端加一個叫換向器的元件。

不用擔心這個毫無意義的專業(yè)名稱：就是來回換的意思，就像上下班一樣。簡單的形式，換向器是一個分成兩個獨立部分的金屬環(huán)。它的工作是使線圈中的電流反向，線圈每次旋轉(zhuǎn)半圈。線圈的一端連接到換向器的每一半。

電池發(fā)出的電流連接到電機的電氣端子。電能通過一對稱為電刷的松散連接器輸送到換向器。電刷是用石墨片(類似鉛筆“鉛”的軟碳)或薄的彈性金屬片“刷”在換向器上的。換向器到位后，電流流過電路時，線圈會保持同向旋轉(zhuǎn)。

一個簡單的實驗電機，像這樣的，產(chǎn)生不了多少功率。我們可以增加電機的旋轉(zhuǎn)力(或扭矩)，這可以從三個方面來創(chuàng)造：要么我們可以有一個更強的永磁體，要么我們可以增加流經(jīng)導線的電流，或者增加線圈的匝數(shù)。

實際上，電機也有一個圓形的永磁體，它幾乎接觸到線圈中旋轉(zhuǎn)的導線。磁鐵和線圈之間的距離越近，電機產(chǎn)生的力就越大。

可以認為一臺電機只有兩個基本部件：在電機外殼邊緣有一個永久磁鐵(或磁鐵)保持靜止，所以稱為電機的定子。定子內(nèi)部有一個安裝在高速轉(zhuǎn)軸上的線圈，稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子還包括換向器。

什么是電機的原理：直流電機的工作

DC電機的工作原理主要取決于弗萊明左手定則。在基本的DC電動機中，電樞位于磁極之間。如果電樞繞組由外部DC電源供電，電流開始流經(jīng)電樞導體。當導體在磁場中載流時，它們會受到一個使電樞旋轉(zhuǎn)的力。

假設磁場磁鐵N極下面的電樞導體攜帶電流向下(分叉)，S極下面的電樞導體攜帶電流向上(點)。應用弗萊明左手定則，可以確定N極下的力F和S極下的力的方向。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在任何時刻，導體上的力都是沿著電樞旋轉(zhuǎn)的方向。

還有，由于這個旋轉(zhuǎn)，N極下面的導體在N極下面，S極下面的導體在N極下面。當導體從N極到S極，從S極到N極時，通過導體的電流方向被換向器反轉(zhuǎn)。

由于這種電流反向，N極下面的所有導體都攜帶向下的電流，S極下面的所有導體都攜帶向上的電流。因此，每個導體在N極下都會受到相同方向的力，S極下的導體也是如此。這種現(xiàn)象有助于產(chǎn)生連續(xù)的單向扭矩。

感應電機的工作

就異步電機而言，電機的運行與DC電機略有不同。在單相感應電動機中，當給定子繞組提供單相電源時，會產(chǎn)生脈動磁場。在三相感應電動機中，當三相電源施加到三相定子繞組時，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

感應電動機的轉(zhuǎn)子可以是繞線式或鼠籠式。無論什么類型的轉(zhuǎn)子，上面的導體在末端都是短路的，形成一個閉合回路。由于旋轉(zhuǎn)磁場，磁通量穿過轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙，掃過轉(zhuǎn)子表面，從而切斷轉(zhuǎn)子導體。

所以根據(jù)法拉第電磁感應定律，閉合的轉(zhuǎn)子導體中會有感應電流環(huán)流。感應電流的大小與磁鏈相對于時間的變化率成正比。其次，磁鏈的變化率與轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度成正比。根據(jù)楞次定律，轉(zhuǎn)子會盡量減少產(chǎn)生電流的每一個原因。因此，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并試圖達到旋轉(zhuǎn)磁場的速度，以降低轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場之間的相對速度。

同步電機的工作

在同步電動機中，當平衡三相電源施加到靜止的三相定子繞組時，產(chǎn)生以同步速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場?，F(xiàn)在，如果把一個電磁鐵放在這個旋轉(zhuǎn)磁場中，它會被這個旋轉(zhuǎn)磁場鎖定。前者和旋轉(zhuǎn)磁場同速旋轉(zhuǎn)，即同速旋轉(zhuǎn)。