18新利最新登入电动机工作原理

由:马歇尔的大脑克里斯汀Hall-Geisler|
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电动马达无处不在。道/盖蒂图片社

电动马达无处不在!在你的房子里,你周围看到的几乎每一个机械运动都是由AC(交流电)或DC(直流电)电动机引起的。在本文中,我们将研究这两种类型。

通过了解电机的工作原理,你可以学到18新利最新登入很多关于磁铁、电磁铁和一般电学的知识。电动机使用磁铁创造运动。如果你曾经玩过磁铁,你就会知道所有磁铁的基本定律:异性相吸,同性相斥。

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所以,如果你有两块两端分别标记为“北”和“南”的条形磁铁,那么一块磁铁的北端就会吸引另一块磁铁的南端。另一方面,一个磁铁的北端会排斥另一个磁铁的北端(南方会排斥南方)。在电动机内部,这些吸引力和排斥力产生了旋转运动

电机内部

位于马蹄形磁铁中的电磁铁示意图"width=
你可能会惊讶地发现电动机做了多少功。18新利最新登入
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要了解电动机的工作原理,关键18新利最新登入是要了解电磁铁的工作原理。(详见电磁18新利最新登入铁的工作原理。)

电磁铁是电动机的基础。假设你在一颗钉子上绕了100圈电线,并把它连接到一个简单的电磁铁上电池.当电池连接时,钉子会变成磁铁,有北极和南极。

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现在假设你拿着你的指甲电磁铁,把一个轴穿过它的中间,然后把它悬挂在一个马蹄形磁铁的中间,如图所示。18新利最新登入如果你将一块电池连接到电磁铁上,使钉子的北端如图所示,磁学的基本定律会告诉你会发生什么:电磁铁的北端会被马蹄铁的北端排斥,并被马蹄铁的南端吸引。18新利最新登入电磁铁的南端也会以类似的方式被排斥。钉子会移动半圈,然后停在所示的位置。18新利最新登入

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你通过改变电子的方向来翻转磁场。
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电动机的关键是再向前走一步,这样,在这半圈的运动完成的那一刻,电磁铁的磁场翻转.你通过改变电子在导线中流动的方向来翻转磁场,这意味着翻转电池。翻转使电磁铁完成另一个半圈的运动。如果电磁铁的磁场在每半圈运动结束的正确时刻翻转,电动机就会自由旋转。

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18新利最新登入直流电机是如何工作的

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电机中有两块磁铁:转子(绿色部分)是电磁铁,而磁场磁铁是永磁体。
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正如我们提到的,你会遇到两种类型的电动机:直流电和交流电。后者,直流电动机,或称直流电动机,最初是在19世纪中期开发出来的,直到今天仍在使用。

一个简单的电机有六个部分:

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  1. 定子
  2. 转子
  3. 换向器
  4. 直流电源

外部直流电机定子:不移动的永磁体。里面的部分是转子,它可以移动。这里的转子就像我们前面例子中的钉子,定子就像马蹄形磁铁。

当直流电源通过转子时,它会产生一个临时的电磁场,与定子的永久磁场相互作用。换向器的工作是保持磁场的极性翻转,从而保持转子旋转。这就产生了产生机械动力所需的扭矩。

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玩具汽车

玩具马达示意图"width=
从外面你可以看到钢罐,形成了电机的主体,一个轴,一个尼龙端盖和两个电池引线。
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图中的玩具直流电机很小,大约有一角硬币那么大,有两个电池引线。如果你把电机的电池引线钩在电池上,车轴就会旋转。如果你把引线倒转,它就会朝相反的方向旋转。

尼龙端盖由两个标签固定。在端盖内部,当电机旋转时,电机的电刷将电力从电池传输到换向器。(因为电刷会磨损,需要更换,现代直流电机经常无刷.)

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轴支承转子和换向器。转子是一组电磁铁,在这种情况下是三个。该电机的电枢是一组堆叠在一起的薄金属板,用细铜线绕着转子的三个极点。每根导线的两端(每个极一个)连接到一个端子上,然后三个端子中的每一个都连接到换向器的一个板上。

任何直流电动机的最后一个部件是定子。在这个马达里,它是由罐头本身加上两块弯曲的永磁体组成的。在直流电动机中电枢就是转子,电场为定子。

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转子,换向器和电刷

换向器的触点连接在电磁铁的轴上,因此它们随磁铁旋转。"width=
换向器的触点连接在电磁铁的轴上,因此它们随磁铁旋转。

正如我们前面提到的,转子就像电磁铁图中的钉子。换向器也安装在轴上。换向器仅仅是连接到轴上的一对板。这些板为电磁铁的线圈提供了两个连接。

电机的“翻转电场”部分是由两个部分完成的:电机换向器

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该图展示了换向器(绿色部分18新利最新登入)和电刷(红色部分)如何协同工作,使电流流向电磁铁,并在恰当的时刻翻转电子流动的方向。换向器的触点连接在电磁铁的轴上,因此它们随磁铁旋转。电刷只是两块有弹性的金属或碳,与换向器的触点接触。

把它们放在一起

当你把所有这些部件放在一起时,你就得到了一个完整的电动机。

关键是,当转子通过水平位置,电磁铁的两极翻转。由于翻转,电磁铁的北极总是在轴的上方,因此它可以排斥定子的北极,吸引定子的南极。

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通常转子都会有三个波兰人而不是本文所示的两极。18新利最新登入电机有三个磁极的原因有两个:

  • 它使马达有更好的动力。在一个双极电机中,如果电磁铁处于平衡点,当电机启动时,完全水平地位于定子的两极之间,你可以想象转子被“卡”在那里。这在三极电机中是不会发生的。
  • 每当换向器在双极电机中达到翻转磁场的点时,换向器就会使电池短路片刻。这种短路浪费了能量,不必要地耗尽了电池。三极电机也解决了这个问题。

它可以有任何数量的极点,这取决于电机的大小和它需要做什么。

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18新利最新登入交流电机是如何工作的

现在,我们来看看交流电机。交流电机用交流电代替直流电。它与直流电动机共用许多部件,仍然依靠电磁和翻转磁场来产生机械动力。

交流电机的内部部件包括:

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  1. 定子
  2. 转子
  3. 实心轴
  4. 线圈
  5. 鼠笼式

交流电机定子的绕组在某种程度上相当于直流电机转子的工作。在这种情况下,它是一个成对的电磁铁环,并按顺序通电,从而产生旋转磁场。

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一种工业型号的交流电机,电气端子盒在顶部,输出转轴在左侧,松鼠笼盖在上面。
Egzon123/CC BY-SA 3.0/Wikimedia

你会记得直流电动机的转子是连接到电池上的。但是,交流电动机的转子没有直接连接到电源。它也没有刷子。相反,它通常使用一种叫做松鼠笼的东西。你没看错。

鼠笼式在交流电动机中是一组转子条连接到两个环,一个在两端。这有点像笼子里的老鼠(或松鼠)会跑进去的东西。鼠笼转子进入定子。当交流电源通过定子时,它会产生一个电磁场。鼠笼式转子中的铁条是导体,因此它们会对定子磁极的翻转做出反应。这就是转子旋转18新利最新登入的方式,它会产生自己的磁场。

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交流转子和定子

在交流感应电动机中,转子的磁场由定子的磁场诱导,其关键在于转子始终是努力追赶.它总是在寻找静止状态,所以它在旋转以寻找稳定状态。但是定子用交流电源产生的电磁场总是比转子的电磁场快一点。转子的旋转产生扭矩,以产生机械动力来推动汽车车轮或风扇的嗡嗡声。

一些交流电机使用缠绕转子,这是用电线包裹而不是一个松鼠笼。不过,松鼠笼的那种更常见。在任何一种情况下,交流电机中只有一个运动部件,这意味着需要更换或维护的东西更少。

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汽车无处不在!

看看你的房子,你会发现它充满了电动机。由于我们的家庭使用交流电源,大多数这些小玩意都有交流电机。直流电机更可能出现在使用电池的东西中。从厨房开始,有马达在:

  • 炉子上和微波炉里的风扇
  • 的搅拌机
  • 冰箱——实际上有两三个:一个用于压缩机,一个用于冰箱内部的风扇,还有一个用于冰箱icemaker
  • 立式搅拌机

在杂物间,有一个电动机在:

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即使在浴室里,也有一个马达

你的车装满了电动马达:

此外,在其他各种地方都有马达:

  • 电脑
  • 智能手机
  • 玩具
  • 车库开门器
  • 水族馆泵

几乎所有移动的东西都使用电动机来完成运动。

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最初发表于2000年4月1日

电机常见问题

18新利最新登入玩具电动机是如何工作的?
一个非常小的电动机有两个小永磁体,一个换向器,两个电刷,三个电极和一个由缠绕在一块金属上的电线制成的电磁铁。它的工作方式与大版本相同,但规模要小得多。
什么是直流电动机?
与使用交流电的交流电动机不同,直流电动机将直流电能转换为机械能。
简单电机有哪些部件?
一个简单的电机有六个部分:电枢或转子、换向器、电刷、轴、磁场磁铁和某种直流电源。
18新利最新登入电动机能用多久?
在测试条件下,如果在正常运行条件下使用,电动机可以使用15到20年。
直流电动机好还是交流电动机好?
交流电机通常更强大,需要更少的维护,然而,直流电机往往是高效的。18新利最新登入电动机的应用往往会影响选择交流还是直流。
特色

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