電機的旋轉原理
01電流、磁場和力
首先,為了便于后續電機原理說明,我們來回顧一下有關電流、磁場和力的基本定律/法則。 雖然有一種懷舊的感覺,但如果平時不常使用磁性元器件,就很容易忘記這些知識。
02旋轉原理詳解
下面介紹一下電機的旋轉原理。 我們結合圖片和公式來說明。
當導線框為矩形時,要考慮到作用在電流上的力。
作用于邊a、c部分的力F為:
產生以中心軸為心軸的轉矩。
例如,當考慮到旋轉角度僅為θ的狀態時,與b和d成直角作用的力為sinθ,因此a部分的轉矩Ta由以下公式表示:
以相同的方式考慮c部分,則轉矩加倍,并生成由以下公式計算出來的轉矩:
由于矩形的面積為S=h?l,因此將其代入上述公式可得出以下結果:
該公式不僅適用于矩形,也適用于圓形等其他常見形狀。 電機就是利用了該原理。
關鍵要點:
電機的旋轉原理遵循電流、磁場和力相關的定律(法則)。
電機的發電原理
下面將介紹電機的發電原理。
如上所述,電機是將電能轉換為動力的設備,可以通過利用磁場和電流相互作用所產生的力來實現旋轉運動。 其實,反之,電機也能夠通過電磁感應將機械能(運動)轉換為電能。 換個角度說,電機具有發電作用。 提到發電,您可能就會想到發電機(也稱為“Dynamo”、“Alternator”、“Generator”、“交流發電機”等),但是其原理與電機相同,并且基本結構相似。 簡而言之,電機可以通過使電流流經引腳而獲得旋轉運動,相反,當電機的軸旋轉時,在引腳之間會有電流流過。
01電機的發電作用
如前所述,電機的發電依賴于電磁感應。 以下是相關定律(法則)和發電作用的圖示。
左圖顯示電流按照弗萊明右手定則流動。 通過導線在磁通中的運動,在導線中產生電動勢并且有電流流動。
中間的圖和右圖表示按照法拉第定律和楞次定律,當磁鐵(磁通)靠近或遠離線圈時,電流沿不同的方向流動。
我們將在此基礎上來解釋發電原理。
02發電原理詳解
假設面積為S(=l×h)的線圈在均勻磁場中以ω的角速度旋轉。
此時,假設線圈表面的平行方向(中間圖中的黃線)和相對于磁通密度方向的垂直線(黑色虛線)形成角度為θ(=ωt),則穿透線圈的磁通量Φ由下式表示:
另外,通過電磁感應在線圈中產生的感應電動勢E如下:
當線圈表面的平行方向垂直于磁通方向時,電動勢變為零,而水平時電動勢的絕對值最大。
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原文標題:電動機的原理及發電機原理詳解
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