電機的旋轉原理

 

01 電流、磁場(chǎng)和力

 

首先，為了便于后續電機原理說(shuō)明，我們來(lái)回顧一下有關(guān)電流、磁場(chǎng)和力的基本定律/法則。雖然有一種懷舊的感覺(jué)，但如果平時(shí)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(lái)說(shuō)明。

 

當導線(xiàn)框為矩形時(shí)，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矩。

 

例如，當考慮到旋轉角度僅為θ的狀態(tài)時(shí)，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(lái)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(jiàn)形狀。電機就是利用了該原理。

 

關(guān)鍵要點(diǎn)：

 

電機的旋轉原理遵循電流、磁場(chǎng)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，電機是將電能轉換為動(dòng)力的設備，可以通過(guò)利用磁場(chǎng)和電流相互作用所產(chǎn)生的力來(lái)實(shí)現旋轉運動(dòng)。其實(shí)，反之，電機也能夠通過(guò)電磁感應將機械能（運動(dòng)）轉換為電能。換個(gè)角度說(shuō)，電機具有發(fā)電作用。提到發(fā)電，您可能就會(huì )想到發(fā)電機（也稱(chēng)為“Dynamo”、“Alternator”、“Generator”、“交流發(fā)電機”等），但是其原理與電機相同，并且基本結構相似。簡(jiǎn)而言之，電機可以通過(guò)使電流流經(jīng)引腳而獲得旋轉運動(dòng)，相反，當電機的軸旋轉時(shí)，在引腳之間會(huì )有電流流過(guò)。

 

01 電機的發(fā)電作用

 

如前所述，電機的發(fā)電依賴(lài)于電磁感應。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(dòng)。通過(guò)導線(xiàn)在磁通中的運動(dòng)，在導線(xiàn)中產(chǎn)生電動(dòng)勢并且有電流流動(dòng)。

 

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(xiàn)圈時(shí)，電流沿不同的方向流動(dòng)。

 

我們將在此基礎上來(lái)解釋發(fā)電原理。

 

02 發(fā)電原理詳解

 

假設面積為S（＝l×h）的線(xiàn)圈在均勻磁場(chǎng)中以ω的角速度旋轉。

 

 

此時(shí)，假設線(xiàn)圈表面的平行方向（中間圖中的黃線(xiàn)）和相對于磁通密度方向的垂直線(xiàn)（黑色虛線(xiàn)）形成角度為θ（=ωt），則穿透線(xiàn)圈的磁通量Φ由下式表示：

 

 

另外，通過(guò)電磁感應在線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢E如下：

 

 

當線(xiàn)圈表面的平行方向垂直于磁通方向時(shí)，電動(dòng)勢變?yōu)榱?，而水平時(shí)電動(dòng)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(shuō)明的是電機具有旋轉動(dòng)作和發(fā)電作用，并不意味著(zhù)要將電機用于發(fā)電。如果要發(fā)電，通常使用專(zhuān)為發(fā)電進(jìn)行了優(yōu)化的發(fā)電機。

 

關(guān)鍵要點(diǎn)：

 

電機的發(fā)電作用與旋轉動(dòng)作一樣，遵循電流、磁場(chǎng)和力的定律（法則）。電機通過(guò)電磁感應將機械能（運動(dòng)）轉換為電能。

 

 

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