要了解電動機電機模型與磁場的關(guān)系,首先給大家復習幾個基礎(chǔ)定則:左手定則、右手定則、右手螺旋定則。別懵逼,我下面會給大家解釋。
左手定則,這個是電機轉(zhuǎn)動受力分析的基礎(chǔ),簡單說就是磁場中的載流導體,會受到力的作用。
讓磁感線穿過手掌正面,手指方向為電流方向,大拇指方向為產(chǎn)生磁力的方向,我相信喜歡玩模型的人都還有一定物理基礎(chǔ)的哈哈。
右手定則,這是產(chǎn)生感生電動勢的基礎(chǔ),跟左手定則的相反,磁場中的導體因受到力的牽引切割磁感線產(chǎn)生電動勢。
讓磁感線穿過掌心,大拇指方向為運動方向,手指方向為產(chǎn)生的電動勢方向。為什么要講感生電動勢呢?不知道大家有沒有類似的經(jīng)歷,把電機的三相線合在一起,用手去轉(zhuǎn)動電機會發(fā)現(xiàn)阻力非常大,這就是因為在轉(zhuǎn)動電機過程中產(chǎn)生了感生電動勢,從而產(chǎn)生電流,磁場中電流流過導體又會產(chǎn)生和轉(zhuǎn)動方向相反的力,大家就會感覺轉(zhuǎn)動有很大的阻力。不信可以試試。
右手螺旋定則,用右手握住通電螺線管,使四指彎曲與電流方向一致,那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N極。
這個定則是通電線圈判斷極性的基礎(chǔ),紅色箭頭方向即為電流方向。看完了三大定則,我們接下來先看看電機轉(zhuǎn)動的基本原理。
直流電機模型
我們找到一個中學物理學過的直流電機的模型,通過磁回路分析法來進行一個簡單的分析。
狀態(tài)1
當兩頭的線圈通上電流時,根據(jù)右手螺旋定則,會產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強度B(如粗箭頭方向所示),而中間的轉(zhuǎn)子會盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致,以形成一個最短閉合磁力線回路,這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會按順時針方向旋轉(zhuǎn)了。
當轉(zhuǎn)子磁場方向與外部磁場方向垂直時,轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)動力矩最大。注意這里說的是“力矩”最大,而不是“力”最大。誠然,在轉(zhuǎn)子磁場與外部磁場方向一致時,轉(zhuǎn)子所受磁力最大,但此時轉(zhuǎn)子呈水平狀態(tài),力臂為0,當然也就不會轉(zhuǎn)動了。補充一句,力矩是力與力臂的乘積。其中一個為零,乘積就為零了。
當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到水平位置時,雖然不再受到轉(zhuǎn)動力矩的作用,但由于慣性原因,還會繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動,這時若改變兩頭螺線管的電流方向,如下圖所示,轉(zhuǎn)子就會繼續(xù)順時針向前轉(zhuǎn)動
狀態(tài)2
如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向,內(nèi)轉(zhuǎn)子就會不停轉(zhuǎn)起來了。改變電流方向的這一動作,就叫做換相。補充一句:何時換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān),而與其他任何量無直接關(guān)系。