電機的原理及分類

專用名詞介紹

• 電機的轉矩
• 左手定則
• 安培定則
• 電生磁
• 磁生電
• 右手定則
• 楞次定律

1. 電機的轉矩

電機的轉矩即為電機的扭矩，使機械元件發生轉動的力量，計量機關：==牛頓*米（N*m）==，是一種力矩。

==力矩= 力 ×力臂==

這裡的力臂就可以看成電機所帶動的物體的轉動半徑。如果電機轉矩太小，就帶不動所要帶的物體，也就是感覺電機的“勁”不夠大。

轉矩的計算公式為：T=9550P/n，其中P為功率（KW），n為轉速(r/min)。

2. 左手定則

電動機定則，用來判斷安培力，拇指與手掌垂直且在同一平面，磁感線從掌心進入，四指指向電流方向，大拇指即為通電導線在在磁場中所受的安培力。

3. 安培定則

右手螺旋定則，右手握住導線,讓伸直的大拇指所指的方向和電流方向一緻,彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環繞方向。

4. 電生磁

通電導體周圍存在磁場。 可以判定磁場方向和電流的關系。電磁感應電和磁是不分開，電生磁，磁生電。如果一條通電導線處于一個磁場中，由于導線也産生磁場，那麼導線産生的磁場和原有磁場就會發生互相作用,使得導線受力。這就是電動機和喇叭的基本原理。

5. 磁生電

磁生電是法拉第發現的。原理：閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時，在導體上就會産生電流的現象叫電磁感應現象，産生的電流叫做感應電流。通過右手定則來判斷感應電流的方向 。産生的條件為：

- 一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，即導體在磁場中的運動方向和磁感線的方向不平行

- 電路閉合

典型的應用為交流發電機。

6. 右手定則

用來判斷感應電流的方向，伸開右手，使拇指與其餘四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面内；讓磁感線從手心進入，并使拇指指向導線運動方向，這時四指所指的方向就是感應電流的方向。

7. 楞次定律

感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

如果回路上的感應電流是由穿過該回路的磁通量的變化引起的，那麼楞次定律可具體表述為：“感應電流在回路中産生的磁通總是反抗（或阻礙）原磁通量的變化。”我們稱這個表述為通量表述，這裡感應電流的“效果”是在回路中産生了磁通量；而産生感應電流的原因則是“原磁通量的變化”。可以用十二個字來形象記憶“增反減同，來拒去留，增縮減擴”。

如果感應電流是由組成回路的導體作切割磁感線運動而産生的，那麼楞次定律可具體表述為：“運動導體上的感應電流受的磁場力（安培力）總是反抗（或阻礙）導體的運動”。我們不妨稱這個表述為力表述，這裡感應電流的“效果”是受到磁場力；而産生感應電流的“原因”是導體作切割磁感線的運動。

電機的分類

我們主要介紹直流電機的分類。

• 直流勵磁電機
• 直流永磁電機
• 直流永磁無刷電機
• 永磁交流同步電動機
• 電勵磁交流同步電動機
• 籠型感應電動機（交流異步）
• 繞線轉子感應電動機（交流異步）
• 單相異步電動機
• 交流換向器電動機（異步）

直流電機的原理

基本原理就是安培定則，磁場會對通電的線框産生作用力，當連接配接在換向器的線框通過電刷通上電之後，會受到磁場的作用力，進而産生轉動。

當轉動90度後，換向器改變了線框的電流方向，使受力的方向改變了，力的方向可以通過左手定則來确定，是以能一直轉下去

直流有刷電機的組成

參考資料1。

- 定子

- 轉子

- 換向器

- 電刷

定子

用來産生磁場，有導磁良好的鋼鐵組成，磁極由U型永久磁鐵産生。

轉子

在直流電機中，轉子也叫電樞，在電機中起着機械能與電能之間轉換的部件稱為電樞。交流電機中電樞是定子。轉子鐵芯（電樞鐵芯）由導磁良好的材料2 ，轉子的圓周有8個線槽，用來嵌放轉子的線圈。電樞鐵芯的8個線槽裡嵌有8個線圈，組成電樞繞組，繞組的首尾端依次焊接。

換向器

換向器有8個銅制換向片，排成圓筒形，換向片間留有縫隙，互相絕緣。把轉子線圈的引出線按規律焊接在換向片上

電刷

電刷一般由石墨塊組成，是易耗品，電刷通電源，與換向器機械接觸。

通電轉子的在磁場中的受力：

實際直流電機模型：

直流勵磁有刷電機的結構

定子部分

由勵磁繞組提供主磁極，與磁轭 3 ，在1kW以上的大直流電機還有換向極，換向極也稱為間極，極上套有換向極繞組。[^4x]

轉子部分

轉子磁芯上有12個線槽，12線的電樞繞組因為有兩個主磁極，是以有兩組電刷，每組電刷有兩個電刷。

直流電機完整圖

直流電機電樞繞組電流圖

直流永磁無刷電動機

小型直流電動機都采用永久磁體勵磁，而且采用電子電路進行換向。

永磁交流同步電機

通過三相電在定子繞組産生變化的磁場，永磁電磁鐵随着變化的磁場轉動。同步轉速=50×60/p，p為磁極。啟動比較麻煩。

籠型感應電動機（異步）

轉子鐵芯上鑲嵌這 “鼠籠”，通過在在變化的磁場中産生感應電流，感應電流在磁場中受到安培力，進而産生轉動。交流異步電動機沒有電刷與換向器，沒有直接磨損部件，故障率與維護大大減少

繞線轉子感應電動機（異步）

轉子繞組不是籠型，是用導線繞制的三相繞組，定子部分則相同。有集電環和電刷，友善調速和啟動(隻需要很小的啟動電流，讓轉子繞組轉動起來)。

啟動與調速電路

1. 電機教學網站 ↩
2. 一般用鐵芯，導磁率比空氣好 ↩

3. 磁轭通常指本身不生産磁場（磁力線）、在磁路中隻起磁力線傳輸的軟磁材料、磁轭普遍采用導磁率比較高的軟鐵、A3鋼以及軟磁合金來制造，在某些特殊場合，磁轭也有用鐵氧體材料來制造的。形成主磁極磁力線的通路。

   [^4x]: 加裝換向極，串接到電樞回路中，并使換向極的磁場方向與電樞磁場方向相反，用換向極磁場抵消（實際上不能完全抵消，隻是削弱了）電樞磁場，保證定子磁場不發生太大地畸變，保證電機換向，換向極通過電刷線與電樞繞組串聯 ↩