18新利最新登入电动机的工作原理

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

电动机无处不在!在你的房子里,你看到的几乎所有机械运动都是由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,如果你有两个条形磁铁,它们的两端分别标有“北”和“南”,那么一个磁铁的北端会吸引另一个磁铁的南端。另一方面,一个磁体的北端会排斥另一个磁体的北端(南方也会排斥南方)。在电动机内部,这些吸引和排斥力产生旋转运动

电动马达内部

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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要了解电动机是如何工作的,关18新利最新登入键是要了解电磁铁是如何工作的。(详见电磁18新利最新登入铁工作原理。)

电磁铁是电动机的基础。假设你创造了一个简单的电磁铁,在钉子上缠绕100圈电线,然后把它连接到一个电池。当电池连接在一起时,钉子会变成一块磁铁,有南北两极。

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现在,假设你拿起你的钉子电磁铁,在它中间放一个轴,并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把一块电池贴在电磁铁上,使钉子的北端出现如图所示,磁学的基本定律告诉你会发生什么:电磁铁的北端会被马蹄形磁铁的北端排斥,而被马蹄形磁铁的南端吸引。18新利最新登入电磁铁的南端也会以同样的方式被排斥。钉子会移动半圈,然后停在图示的位置。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,在这半圈运动完成的那一刻,电磁铁的磁场翻转。你通过改变导线中电子流动的方向来翻转磁场,这意味着把电池翻转过来。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时精确地在正确的时刻翻转,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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这里的电机有两个磁铁:转子(绿色)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,即直流电动机,是在19世纪中期首次开发出来的,至今仍在使用。

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

a的外部直流电机是定子:不移动的永磁体。内部部分是转子,它确实会移动。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。

当直流电通过转子时,它会产生一个临时电磁场,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

玩具电机图"width=
从外面你可以看到钢罐,形成电机的身体,一个轴,一个尼龙端盖和两个电池引线。
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图中的玩具直流电动机很小,大约和一角硬币一样大,有两根电池引线。如果你把马达的电池引线连到电池上,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,电机的电刷将能量从电池传递到换向器。(因为电刷会磨损,需要更换,所以现代直流电机经常无刷。)

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车轴固定转子和换向器。转子是一组电磁铁,在这种情况下是三个。这台电机的电枢是一组堆叠在一起的薄金属板,细铜线绕着转子的三个极点。每根导线的两端(每极一根)连接到一个端子上,然后三个端子分别连接到换向器的一个极板上。

直流电动机的最后一个部件是定子。在这个马达中,它是由罐子本身加上两个弯曲的永久磁铁组成的。在直流电机中电枢是转子,磁场为定子。

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转子、换向器和电刷

换向器的触点附着在电磁铁的轴上,因此它们随磁铁旋转。"width=
换向器的触点附着在电磁铁的轴上,因此它们随磁铁旋转。

正如我们前面提到的,转子就像我们电磁铁图中的钉子。换向器也附在车轴上。换向器就是一对连接在车轴上的板。这些板为电磁铁的线圈提供了两个连接。

电动机的“翻转电场”部分是由两个部分完成的换向器

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该图显示了换向器(绿色)和18新利最新登入电刷(红色)如何协同工作,让电流流向电磁铁,并在合适的时刻翻转电子流动的方向。换向器的触点附着在电磁铁的轴上,因此它们随磁铁旋转。电刷只是两片有弹性的金属或碳,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,你就有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并吸引定子的南极。

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通常转子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极有两个很好的理由:

  • 它使电机有更好的动力。在一个双极电机中,如果电机启动时,电磁铁处于平衡点,在定子的两极之间完全水平,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。
  • 在两极电机中,每次换向器达到翻转磁场的点时,换向器就会使电池短路一会儿。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。

这是可能有任何数量的极点,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。它与直流电动机有许多相同的部分,它仍然依靠电磁和翻转磁场来产生机械动力。

交流电动机的内部部件有:

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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相当于直流电动机转子的绕组。在这种情况下,它是一圈成对的电磁铁,并按顺序通电,从而产生旋转磁场。

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一种工业型交流电动机,顶部有电气接线盒,左侧有输出转轴,上面有鼠笼。
Egzon123/CC BY-SA 3.0/Wikimedia

你会记得直流电机的转子是连接到电池上的。但是,交流电动机的转子没有任何直接连接到电源。它也没有刷子。相反,它经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,一组转子棒连接在两个环上,两端各有一个环。这有点像笼子里的老鼠(或松鼠)会跑进去的东西。鼠笼式转子进入定子内部。当交流电通过定子时,就会产生电磁场。鼠笼式转子中的棒是导体,所以它们会对定子两极的翻转做出反应。这就是转子旋转18新利最新登入的方式,它产生了自己的磁场。

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交流转子和定子

交流感应电动机的关键是转子的磁场是由定子的磁场感应的,转子总是努力追赶。它一直在寻找静止状态,所以它在旋转以找到稳定的状态。但是定子使用交流电源产生的电磁场总是比转子的磁场快一点。转子的旋转产生的扭矩需要产生机械动力来转动汽车的车轮或风扇的嗡嗡声。

一些交流电机使用缠绕式转子,它是用电线包裹的,而不是一个鼠笼。不过,松鼠笼更常见。在任何一种情况下,交流电机只有一个运动部件,这意味着需要更换或维护的部件更少。

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汽车无处不在!

看看你的房子周围,你会发现到处都是电动机。由于我们的家庭使用交流电源,大多数这些小工具都有交流电机。直流电动机更可能出现在使用电池的东西上。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——实际上是两个或三个:一个用于压缩机,一个用于冰箱内的风扇,还有一个在冰箱里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,也有马达。

你的车装有电动机;

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

几乎所有运动的东西都是用电动机来完成运动的。

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最初出版:2000年4月1日

电动机常见问题

18新利最新登入玩具电动马达是如何工作的?
一个非常小的电动机有两个小的永磁体,一个换向器,两个电刷,三个磁极和一个由绕在一块金属上的电线制成的电磁铁。它的工作原理与大版本相同,但规模要小得多。
什么是直流电动机?
直流电动机将直流电转化为机械能,而不像交流电那样使用交流电。
一个简单的马达由哪些部分组成?
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的寿命有多长?
在测试条件下,如果在正常操作条件下使用,电动机可以使用15到20年。
直流电机和交流电机哪个更好?
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率的。18新利最新登入电动机的应用往往会影响是选择交流还是直流。
特色

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