电动机

电动机

电动机存在于我们日常生活的许多领域。让我们了解一下不同类型的电动机。

物理

关键词

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相关附加项

场景

电流与磁场之间的相互作用

  • 导线
  • 磁感应线 - 假想的线用来说明磁场的结构。它们的强度表明了磁场感应的范围大小,它们的方向表明了感生电流的方向。

所有的电动机都利用了电流效应。当电流流经一根电线时,电线周围形成磁场。这个磁场对永磁体的效果与另一块永磁体对永磁体的效果相同,但磁场是可调节的

产生的磁场强度取决于流经电线的电流强度以及到电线的距离,磁场的方向取决于电流的方向

环状电线

  • 导线
  • 磁感应线 - 假想的线用来说明磁场的结构。它们的强度表明了磁场感应的范围大小,它们的方向表明了感生电流的方向。

作为电磁铁的线圈

  • 导线 - 磁场的强度可以通过调节流经电线的电流的强度来控制。
  • 磁感应线 - 它们在导线组成的环内变得集中,所以那里的磁场强度更大。
  • 铁芯 - 磁场的强度受到线圈核芯的材料成分的影响。

电流产生的磁场可以通过形成环状电线来加强,因为这种方式可使磁感应线在环线内更加集中。磁场还可以通过形成许多环线,即形成线圈,并将线圈绕在用可磁化材料制成的棒上,如铁芯,来进一步加强。这样形成的线圈就是电磁体,所有的电动机中都用到电磁体。

感应

  • 线圈
  • 可动磁铁
  • 电流表

电流产生磁场,但是磁场也能产生电流。这一现象被称为电磁感应

只有变化的磁场才能产生电流。如果一个线圈附近的磁场发生了变化,线圈中就会产生电压电流也就产生了。这个电流也会产生一个磁场,两个磁场能够相互作用

直流电动机

  • 永磁体
  • 线圈 - 当电流进入金属线圈,在线圈周围会产生一个磁场,即,此时的线圈拥有了磁铁的功能:它会转动以使自己与定子的永磁场保持一致。
  • 换向器 - 换向器与直流电动机的转子一起旋转。它通过碳刷接收电流,再传递到转子的线圈。最简单的直流电动机有两个电极,因此换向器由两段组成。随着换向器的转动,电流的电极也每半转转换一次。
  • 碳刷 - 电流被导至换向器,然后通过碳刷到达线圈。它们通常由碳构成。
  • 铁芯 - 铁芯的作用是加强线圈产生的磁场的强度。
  • 绝缘

有两种主要类型的电动机:直流(DC)电动机和交流(AC)电动机。

顾名思义,直流电动机由直流电驱动,电池外部电源为其供电。在最简单的直流电动机中,定子永磁体转子是一个电磁体,即线圈

电流通过碳刷和一个换向器作用于转动的线圈。由于电流作用于线圈,线圈变成磁体。线圈转动使自身的磁极与永磁体的极性保持一致。但是在调至正确的方向前,换向器中电流的极性相反的。因此,线圈继续朝着异性极转动,这是线圈持续转动的原因。

电动机中使用几个线圈是很常见的,所以换向器也有几个电极,保证了电动机更平稳的工作。

直流电动机的缺点碳刷会磨损,所以有时需要更换,形成的碳尘粒可能造成短路。此外,直流电动机的噪音也很大。

交流同步电动机

  • 转子 - 转子的永磁体试图跟随定子的旋转磁场。
  • 定子 - 定子的线圈产生一个旋转磁场。
  • 电子控制装置 - 它在线圈之间产生相位差。
  • 交流电

另一种主要的电动机类型是交流电动机,包括同步电动机和异步电动机。

同步电动机中,电流的方向随时间作周期性变化的交流电,作用于电动机。交流电要么来自市电供应,要么通过电路产生。如果定子线圈中的电流不在同一个相位交替,一个旋转磁场就产生了。使用电容器或者更多复杂电子元件都会产生相位差。在大多数情况下,转子中有永磁体,但也可能有线圈(后者由外部电源提供的直流电驱动)。转子的磁体试图跟随定子的旋转磁场,所以它随之一起转动。

同步电动机只能以与驱动它的电流频率对应的速度运转。当同步电动机欠负荷运行时,转子会落回与定子电极成特定角度的相位,但是它们都以同样的同步转速运转。如果增加负荷角度也随之增加。如果突然让电动机高负荷运转,转子和定子的电极会脱离同步状态,电动机停止工作

这些电动机并不是自启动的,它们需要一个启动机制。大多数同步电动机使用感应机制启动,只在达到同步转速时才切换到同步模式

当驱动交通工具时,同步电动机使用的交流电的频率根据交通工具的预期速度实行电子控制。由于在现代电动交通工具中,交流电由一个电路中的直流电产生,这些发动机可被看做直流发动机。它们也被称为无刷直流电动机

相比无刷直流电动机,同步电动机优点是电动机中没有会磨损并产生灰尘的元件;它们的操作很有效率,并且几乎不产生噪音。

交流异步电动机

  • 转子 - 它也可以是一个简单的金属圆柱,通过变化的磁场在其中产生电流。
  • 定子 - 定子的线圈产生一个旋转磁场。
  • 电子控制装置 - 它在线圈之间产生相位差。

异步电动机的工作原理基于感应现象,所以它们也被称为感应电动机

异步电动机也由一个定子和一个转子构成。定子由几个使用交流电线圈组成。转子可以是一个金属圆柱,也可以是一个短路线圈,短路线圈不需要从外部电源获得电流。

异步电动机的工作原理如下:

1、定子线圈中的交流电不在同一相位流动,产生了围绕线圈的旋转磁场

2、这一旋转磁场产生转子中的电流

3、产生的电流形成另一个围绕转子的磁场

4、两个磁场相互作用,因此,转子试图与外部磁场保持一致。但是,由于磁场在旋转,转子无法与其保持一致,就会不停旋转

一个旋转磁场只在定子线圈中的电流处于不同相位时产生。如果多相功率被用于驱动电动机,定子的线圈必须以不同的相位连接。如果电动机由单相功率驱动,外部线圈的相移由电容器或者更多复杂电子元件控制。

异步电动机的操作比同步电动机简单,因为即使增加负荷,异步电动机也不会停止工作

直线电动机

  • 定子 - 它由永磁体组成。
  • 转子 - 它由线圈组成。
  • 传感器

两种交流电动机都有线性版,称为LIM(线性感应电动机)和LSM(直线同步电动机)。这些电动机的操作不会产生旋转运动,而是直线运动

它们的工作原理与旋转的电动机相同,除了转子定子沿直线运动。另一个不同之处是活动部件通常是包含线圈的部件,而不是磁性部件或者可磁化的部件。

线性感应电动机中,多相交流电驱动一排可移动的线圈,产生运动磁场,其中包括固定金属轨中的电流,产生的磁场驱动电动机的活动部件,该部件中有线圈。

直线同步电动机中,钢轨必需包含一排磁体,流经活动部件中的线圈交流电必须根据运动方向做出改变,所以它总是以正确的相位到达下一个磁体。没有传感器和控制电路是无法做到这一点的。

步进电动机

  • 转子 - 它也可以是一个简单的金属圆柱,通过变化的磁场在其中产生电流。
  • 定子 - 定子的线圈产生一个旋转磁场。
  • 电子控制装置 - 它在线圈之间产生相位差。

步进电动机对于需要知道精确角度(或步)来使得电动机按照特定的电流量来旋转设备十分有用。

这样的电动机驱动机器人手臂或者影印机打印机的部件。步进电动机的转子永磁体组成,而定子电磁体组成。定子的电磁体由控制电路根据需要的角度单独供电

转子中安装的永磁体和定子中安装的电磁体越多,电动机能步进旋转的角度越小,所以电动机能够在预定方向上进行更精确地旋转

如果转子中的磁体和定子中电磁体的铁芯都能做成有齿的,那么电动机的分辨率也能提高精确改变线圈的控制电流也能进一步提高分辨率。

旁白

电动机存在于我们日常生活的许多领域。尽管有不同类型的电动机,但是所有的电动机都利用了电流效应。

电流流经一根电线时,电线周围形成磁场。产生的磁场强度取决于流经电线的电流强度以及到电线的距离

电流产生的磁场可以通过将线绕成线圈来进一步加强。这样形成的线圈就是电磁体,所有的电动机中都用到电磁体。电磁体的磁场强度和电极的位置可通过流经其中的电流调节

电流能产生磁场,但是磁场也能产生电流。这一现象被称为电磁感应。只有变化的磁场才能产生电流。如果一个线圈附近的磁场发生了变化,线圈中就会产生电压电流也就产生了。这个电流也会产生一个磁场,两个磁场能够相互作用。一些电动机利用这种现象工作。

两种主要类型的电动机:直流(DC)电动机和交流(AC)电动机。顾名思义,直流电动机由直流电驱动,它的定子是一个永磁体转子是一个电磁体。电流通过一个滑触和碳刷驱动旋转的线圈。由于电流作用于线圈,线圈变成磁体。线圈转动使自身的磁极与永磁体的极性保持一致。但是在调至正确的方向前,换向器中电流的极性相反的。因此,线圈继续朝着异性极转动,这是线圈持续转动的原因。

另一种主要的电动机类型是交流电动机,包括同步电动机和异步电动机。在同步电动机中,电流的方向随时间作周期性变化的交流电,作用于电动机。交流电要么来自市电供应,要么通过电路产生。一个简单的电路保证了电流与定子中的线圈不在同一相位交替,产生了旋转磁场。在这些电动机中,转子的磁体试图跟随定子的旋转磁场,所以它随之一起转动。同步电动机只能以与驱动它的电流频率对应的速度运转。如果突然让电动机高负荷运转,转子和定子的电极会脱离同步状态,电动机停止工作。这些电动机并不是自启动的,它们需要一个启动机制。大多数同步电动机使用感应机制启动,只在达到同步转速时才切换到同步模式。由于在现代电动交通工具中,交流电由一个电路中的直流电产生,这些发动机可被看做直流发动机。它们也被称为无刷直流电动机

异步电动机的工作原理基于感应现象。它们也包含两个基本部件:一个定子和一个转子。定子由几个使用交流电线圈组成。转子可以是一个金属圆柱,但通常是一个线圈,线圈不需要从外部电源获得电流,其自身会产生电流。定子线圈中的交流电不在同一相位流动,所以线圈附近产生了一个旋转磁场。这一旋转磁场产生了转子中的电流。产生的电流形成另一个围绕转子的磁场。两个磁场相互作用,因此,转子试图与外部磁场保持一致。但是,由于磁场在旋转,转子无法与其保持一致,就会不停旋转。异步电动机的操作比同步电动机简单,因为即使增加负荷,异步电动机也不会停止工作

两种交流电动机都有线性版:LIM(线性感应电动机)和LSM(直线同步电动机)。这些电动机的操作不会产生旋转运动,而是直线运动。它们的工作原理与旋转的电动机相同,除了转子定子沿直线运动。

步进电动机对于需要知道精确角度(或步)来使得电动机按照特定的电流量旋转的设备十分有用。这样的电动机驱动机器人手臂或者影印机打印机的部件。步进电动机的转子永磁体组成,而定子电磁体组成。定子的电磁体由控制电路根据需要的角度单独供电。

相关附加项

发电机和电动机

发电机将机械能转化为电能,而电动机将电能转化为机械能。

直流电动机

直流电动机包含永久磁铁和其间的让电流流​​过的线圈。

产生交流电

电流可以通过在磁场中旋转的电枢回路产生。

电容器

电容器以电荷的形式存储电能。

电铃

通过电磁铁运转的机械铃。

尼古拉·特斯拉的实验室(肖勒姆,美国)

这位主要与电工学打交道的工程师兼发明家无疑是第二次工业革命中最杰出的人物之一。

磁控

微波炉最重要的部件之一是磁控管,用来产生微波。

发电机(中级)

发电机将机械能转换成直流电。

变压器

变压器是用于转换电流电压的装置。

环保型交通工具

将传统的内燃机推进系统与电力推进系统相结合可降低排放。

电动车

特斯拉S型是首批商用电动车之一。

磁悬浮列车

今天最现代化的交通工具之一就是磁悬浮列车,能以每小时400公里以上的速度行驶。

它是如何工作的? - 激光打印机

动画演示了激光打印机的工作原理

它是如何工作的? - 吹风机

本动画演示了吹风机的结构和操作。

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