电动机的工作原理

什么是电机的原理:通过电磁驱动电机

我们都听说过电机，但一个问题总是浮现在脑海中: “电机的原理是什么?” 电动机是把电能转化为机械能的装置。电动机主要有三种类型。

直流电机

感应电动机

同步电动机

所有这些马达的工作原理或多或少都是一样的。电动机的工作主要取决于

磁场与电流的相互作用。

什么是电机的原理:通过电磁驱动电机

电动马达的基本原理非常简单: 你在它的一端通电，另一端的轴(金属杆)旋转，给你动力来驱动某种机器。这在实际中是如何工作的呢? 到底是怎么把电转化成运动的? 要找到这个问题的答案，我们必须回到近200年前。

假设你拿一根普通的电线，把它做成一个大圈，然后把它放在一个强大的、永久性的马蹄形磁铁的两极之间。现在如果你把电线的两端连接到电池上，电线会短暂地跳起来。当你第一次看到这个的时候，你会很惊讶。就像魔法一样! 但有一个完美的科学解释。

当电流开始沿着导线流通时，就会在导线周围产生磁场。如果你把导线放在永磁体附近，这个临时磁场就会和永磁体的磁场相互作用。你会知道靠近的两块磁铁要么相互吸引，要么相互排斥。同样地，电线周围的临时磁性吸引或排斥磁铁上的永久磁性，这就是导致电线跳跃的原因。

电机原理:弗莱明左手定则是什么

伸出你左手的拇指、食指和中指，使这三个手指成直角。如果你的中指指向电流的方向, 食指的方向磁场方向(从磁铁的北极流向磁铁的南极),拇指将显示线移动的方向。

食指——磁场

中指——电流

拇指——运动(力)

什么是电机的原理:电机是如何工作的

理论上，假设我们把导线弯曲成一个方形的线圈，这样就有两根平行的导线穿过磁场。其中一根电线把电流带走另一个把电流带回来。因为电流在导线中流向相反的方向，弗莱明的左手定律告诉我们，两根导线将向相反的方向移动。换句话说，当我们接通电源时，一根电线会向上移动，另一根会向下移动。

如果线圈能像这样移动，它就会连续地旋转——那么我们就在制造电动马达的路上了。但这在我们目前的设置中是不可能发生的: 电线会很快缠在一起。

一旦线圈达到垂直位置，它就会翻转，所以电流会以相反的方向流过它。现在线圈两边的力反过来了。它不是在同一个方向上连续旋转，而是回到它刚来的方向! 想象一下，一辆有这样马达的电动火车:它在原地来回移动，却从来没有真正去过任何地方。

在实践中，有两种方法可以克服这个问题。一种是使用一种周期性反向的电流，即交流电(AC)。在我们家里使用的那种小型电池驱动的马达中，一个更好的解决方案是在线圈的两端加一个叫做换向器的部件。

不用担心这个毫无意义的专业名称: 它的意思是来回改变，就像通勤的意思一样。在最简单的形式中，换向器是一个金属环分为两个独立的部分，它的工作是逆转线圈中的电流，每次线圈旋转半圈。线圈的一端连接到换向器的每一半上。

电池发出的电流连接到电机的电端子上。通过一对叫做电刷的松散连接器将电能输送到换向器中。电刷由石墨片(类似于铅笔“铅”的软碳)或薄段有弹性的金属“刷”在换向器上。换向器就位后，当电流流过电路时，线圈将不断地朝同一方向旋转。

一个简单的，实验用的马达，像这样，是不能产生很大的动力的。我们可以增加电动机的旋转力(或力矩)，可以创建在三个方面: 要么我们可以有一个更强大的永久磁铁, 或者我们可以增加流过电线的电流, 或者增加线圈的转数。

在实践中，马达也有一个圆形的永磁体，它几乎接触到线圈内旋转的电线。磁铁和线圈的距离越近，电机产生的力就越大。

可以认为一个电机只有两个基本的组成部分:在电机外壳的边缘有一个永磁体(或磁铁)保持静止，所以它被称为电机的定子。在定子内部，有一个线圈，安装在一个高速旋转的轴上，这被称为转子。转子还包括换向器。

什么是电机的原理:直流电机的工作

直流电机的工作原理主要依赖于弗莱明左手法则。在基本的直流电动机中，电枢被放置在磁极之间。如果电枢绕组由外部直流电源供电，电流开始流过电枢导体。当导体在磁场中携带电流时，它们会受到一个使电枢旋转的力。

假设磁场磁体N极下的电枢导体向下携带电流(叉)，S极下的电枢导体向上携带电流(点)。运用弗莱明左手法则，可以确定导体在N极下所受的力F的方向和在S极下所受的力。人们发现，在任何时刻，导体所受的力都是朝着使电枢转动的方向的。

同样，由于这种旋转，在N极下的导体在N极下，在S极下的导体在N极下。当导体从N极到S极，从S极到N极时，电流通过它们的方向由换向器反转。

由于这种电流的倒转，所有在N极下的导体都带向下的电流，所有在S极下的导体都带向上的电流。因此，每个导体在N极下都会受到同一方向的力，在S极下的导体也是如此。这种现象有助于产生连续的、单向的扭矩。

感应电机的工作

在异步电机的情况下，电动机的工作与直流电动机有一点不同。在单相感应电动机中，当给定子绕组一个单相电源时，会产生脉动磁场; 在三相感应电动机中，当给三相定子绕组一个三相电源时，会产生旋转磁场。

感应电动机的转子可以是绕线式的，也可以是鼠笼式的。无论哪种类型的转子，其上的导体在末端短路，形成闭环。由于旋转磁场，磁通量通过转子和定子之间的气隙，扫过转子表面，从而切断转子导体。

因此，根据法拉第电磁感应定律，闭合转子导体中会有感应电流循环。感应电流的大小与磁链相对于时间的变化率成正比。其次，磁链的变化率与转子和旋转磁场之间的相对速度成正比。根据楞次定律，转子将设法减少产生电流的每一个原因。因此转子旋转，并试图达到旋转磁场的速度，以降低转子与旋转磁场之间的相对速度。

同步电机的工作

在同步电机中，当平衡三相供电给静止三相定子绕组时，产生一个以同步速度旋转的旋转磁场。现在，如果一个电磁铁被放置在这个旋转的磁场中，它被这个旋转磁场锁住，前者和旋转的磁场以相同的速度旋转，也就是同步的速度。