• 什麼是電機的原理:通過電磁驅動電機
• 電機原理:弗萊明左手定則是什麼
• 什麼是電機的原理:電機是如何工作的
• 直流電機的工作
• 感應電機的工作
• 同步電機的工作

我們都聽說過電機，但一個問題總是浮現在腦海中: “電機的原理是什麼?” 電動機是把電能轉化為機械能的裝置。電動機主要有三種類型。

1. 直流電機
2. 感應電動機
3. 同步電動機

所有這些馬達的工作原理或多或少都是一樣的。電動機的工作主要取決于磁場與電流的相互作用。

電動馬達的基本原理非常簡單: 你在它的一端通電，另一端的軸(金屬杆)旋轉，給你動力來驅動某種機器。這在實際中是如何工作的呢? 到底是怎麼把電轉化成運動的? 要找到這個問題的答案，我們必須回到近200年前。

假設你拿一根普通的電線，把它做成一個大圈，然後把它放在一個強大的、永久性的馬蹄形磁鐵的兩極之間。現在如果你把電線的兩端連接到電池上，電線會短暫地跳起來。當你第一次看到這個的時候，你會很驚訝。就像魔法一樣! 但有一個完美的科學解釋。

當電流開始沿着導線流通時，就會在導線周圍産生磁場。如果你把導線放在永磁體附近，這個臨時磁場就會和永磁體的磁場相互作用。你會知道靠近的兩塊磁鐵要麼相互吸引，要麼相互排斥。同樣地，電線周圍的臨時磁性吸引或排斥磁鐵上的永久磁性，這就是導緻電線跳躍的原因。

伸出你左手的拇指、食指和中指，使這三個手指成直角。如果你的中指指向電流的方向, 食指的方向磁場方向(從磁鐵的北極流向磁鐵的南極),拇指将顯示線移動的方向。

食指——磁場

中指——電流

拇指——運動(力)

理論上，假設我們把導線彎曲成一個方形的線圈，這樣就有兩根平行的導線穿過磁場。其中一根電線把電流帶走另一個把電流帶回來。因為電流在導線中流向相反的方向，弗萊明的左手定律告訴我們，兩根導線将向相反的方向移動。換句話說，當我們接通電源時，一根電線會向上移動，另一根會向下移動。

如果線圈能像這樣移動，它就會連續地旋轉——那麼我們就在制造電動馬達的路上了。但這在我們目前的設置中是不可能發生的: 電線會很快纏在一起。

一旦線圈達到垂直位置，它就會翻轉，所以電流會以相反的方向流過它。現在線圈兩邊的力反過來了。它不是在同一個方向上連續旋轉，而是回到它剛來的方向! 想象一下，一輛有這樣馬達的電動火車:它在原地來回移動，卻從來沒有真正去過任何地方。

在實踐中，有兩種方法可以克服這個問題。一種是使用一種周期性反向的電流，即交流電(AC)。在我們家裡使用的那種小型電池驅動的馬達中，一個更好的解決方案是在線圈的兩端加一個叫做換向器的部件。

不用擔心這個毫無意義的專業名稱: 它的意思是來回改變，就像通勤的意思一樣。在最簡單的形式中，換向器是一個金屬環分為兩個獨立的部分，它的工作是逆轉線圈中的電流，每次線圈旋轉半圈。線圈的一端連接到換向器的每一半上。

電池發出的電流連接到電機的電端子上。通過一對叫做電刷的松散連接器将電能輸送到換向器中。電刷由石墨片(類似于鉛筆“鉛”的軟碳)或薄段有彈性的金屬“刷”在換向器上。換向器就位後，當電流流過電路時，線圈将不斷地朝同一方向旋轉。

一個簡單的，實驗用的馬達，像這樣，是不能産生很大的動力的。我們可以增加電動機的旋轉力(或力矩)，可以創建在三個方面: 要麼我們可以有一個更強大的永久磁鐵, 或者我們可以增加流過電線的電流, 或者增加線圈的轉數。

在實踐中，馬達也有一個圓形的永磁體，它幾乎接觸到線圈内旋轉的電線。磁鐵和線圈的距離越近，電機産生的力就越大。

可以認為一個電機隻有兩個基本的組成部分:在電機外殼的邊緣有一個永磁體(或磁鐵)保持靜止，所以它被稱為電機的定子。在定子内部，有一個線圈，安裝在一個高速旋轉的軸上，這被稱為轉子。轉子還包括換向器。

直流電機的工作原理主要依賴于弗萊明左手法則。在基本的直流電動機中，電樞被放置在磁極之間。如果電樞繞組由外部直流電源供電，電流開始流過電樞導體。當導體在磁場中攜帶電流時，它們會受到一個使電樞旋轉的力。

假設磁場磁體N極下的電樞導體向下攜帶電流(叉)，S極下的電樞導體向上攜帶電流(點)。運用弗萊明左手法則，可以确定導體在N極下所受的力F的方向和在S極下所受的力。人們發現，在任何時刻，導體所受的力都是朝着使電樞轉動的方向的。

同樣，由于這種旋轉，在N極下的導體在N極下，在S極下的導體在N極下。當導體從N極到S極，從S極到N極時，電流通過它們的方向由換向器反轉。

由于這種電流的倒轉，所有在N極下的導體都帶向下的電流，所有在S極下的導體都帶向上的電流。因此，每個導體在N極下都會受到同一方向的力，在S極下的導體也是如此。這種現象有助于産生連續的、單向的扭矩。

在異步電機的情況下，電動機的工作與直流電動機有一點不同。在單相感應電動機中，當給定子繞組一個單相電源時，會産生脈動磁場; 在三相感應電動機中，當給三相定子繞組一個三相電源時，會産生旋轉磁場。

感應電動機的轉子可以是繞線式的，也可以是鼠籠式的。無論哪種類型的轉子，其上的導體在末端短路，形成閉環。由于旋轉磁場，磁通量通過轉子和定子之間的氣隙，掃過轉子表面，從而切斷轉子導體。

因此，根據法拉第電磁感應定律，閉合轉子導體中會有感應電流循環。感應電流的大小與磁鍊相對于時間的變化率成正比。其次，磁鍊的變化率與轉子和旋轉磁場之間的相對速度成正比。根據楞次定律，轉子将設法減少産生電流的每一個原因。因此轉子旋轉，并試圖達到旋轉磁場的速度，以降低轉子與旋轉磁場之間的相對速度。

在同步電機中，當平衡三相供電給靜止三相定子繞組時，産生一個以同步速度旋轉的旋轉磁場。現在，如果一個電磁鐵被放置在這個旋轉的磁場中，它被這個旋轉磁場鎖住，前者和旋轉的磁場以相同的速度旋轉，也就是同步的速度。

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