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4張圖看明白電機的旋轉原理和發電原理
作者:行業資訊     點擊:321     添加時間:2021-04-12 11:40:00
|轉至:電力合伙人
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。

這樣,電機就具備了發電作用。我在這里說明的是電機具有旋轉動作和發電作用,并不意味著要將電機用于發電。如果要發電,通常使用專為發電進行了優化的發電機。
關鍵要點:
電機的發電作用與旋轉動作一樣,遵循電流、磁場和力的定律(法則)。電機通過電磁感應將機械能(運動)轉換為電能。


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