4張圖看明白電機的旋轉(zhuǎn)原理和發(fā)電原理
發(fā)布時間:2021-04-12 責任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】首先,為了便于后續(xù)電機原理說明,我們來回顧一下有關(guān)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。
電機的旋轉(zhuǎn)原理
01 電流、磁場和力
首先,為了便于后續(xù)電機原理說明,我們來回顧一下有關(guān)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(zhuǎn)原理詳解
下面介紹一下電機的旋轉(zhuǎn)原理。我們結(jié)合圖片和公式來說明。
當導(dǎo)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(chǎn)生以中心軸為心軸的轉(zhuǎn)矩。
例如,當考慮到旋轉(zhuǎn)角度僅為θ的狀態(tài)時,與b和d成直角作用的力為sinθ,因此a部分的轉(zhuǎn)矩Ta由以下公式表示:
以相同的方式考慮c部分,則轉(zhuǎn)矩加倍,并生成由以下公式計算出來的轉(zhuǎn)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(jié)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(guān)鍵要點:
電機的旋轉(zhuǎn)原理遵循電流、磁場和力相關(guān)的定律(法則)。
電機的發(fā)電原理
下面將介紹電機的發(fā)電原理。
如上所述,電機是將電能轉(zhuǎn)換為動力的設(shè)備,可以通過利用磁場和電流相互作用所產(chǎn)生的力來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。其實,反之,電機也能夠通過電磁感應(yīng)將機械能(運動)轉(zhuǎn)換為電能。換個角度說,電機具有發(fā)電作用。提到發(fā)電,您可能就會想到發(fā)電機(也稱為“Dynamo”、“Alternator”、“Generator”、“交流發(fā)電機”等),但是其原理與電機相同,并且基本結(jié)構(gòu)相似。簡而言之,電機可以通過使電流流經(jīng)引腳而獲得旋轉(zhuǎn)運動,相反,當電機的軸旋轉(zhuǎn)時,在引腳之間會有電流流過。
01 電機的發(fā)電作用
如前所述,電機的發(fā)電依賴于電磁感應(yīng)。以下是相關(guān)定律(法則)和發(fā)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(dǎo)線在磁通中的運動,在導(dǎo)線中產(chǎn)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(chǔ)上來解釋發(fā)電原理。
02 發(fā)電原理詳解
假設(shè)面積為S(=l×h)的線圈在均勻磁場中以ω的角速度旋轉(zhuǎn)。
此時,假設(shè)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(yīng)在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)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?yōu)榱?,而水平時電動勢的絕對值最大。
這樣,電機就具備了發(fā)電作用。我在這里說明的是電機具有旋轉(zhuǎn)動作和發(fā)電作用,并不意味著要將電機用于發(fā)電。如果要發(fā)電,通常使用專為發(fā)電進行了優(yōu)化的發(fā)電機。
關(guān)鍵要點:
電機的發(fā)電作用與旋轉(zhuǎn)動作一樣,遵循電流、磁場和力的定律(法則)。電機通過電磁感應(yīng)將機械能(運動)轉(zhuǎn)換為電能。
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