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永磁电机试验台介绍

时间:2022-03-20   来源:原创

    1821年,法拉第发明了一种将电力转换为机械能的设备,被誉为全球上首部电机。

    法拉第的仪器结构很简单:在一个圆形的容器中注入汞,在容器的中放上一块永-久磁铁,一条长长的电线从一头垂下,另一头则浸泡在水银中,然后连接到直流电源上。其工作原理也非常简单,永磁材料产生的磁场和金属丝之间的磁场会产生一种力量,使得金属丝围绕着轴线转动。法拉第的天赋是利用汞(具有良好导电性能的常温液体)来解决马达持续转动所需的换向问题。

    法拉第证实,机电能转化是可以持续的,这是马达发展的一个重要基础。当然,现代的马达与法拉第的马达有很大的不同,但是它们的基本原则是一样的:都是由两种不同的磁场作用。

    永磁电机试验台原理的了解

    我们从小就认识到,磁体有 N、 S两个极,磁力线由 N开始,再返回 S,磁体与极体互相排斥,而另一端又互相吸引。磁体的两个磁极之间的交互关系如下:

    在理论上,我们可以通过两个磁极的相互作用,使另一个磁极跟随,当一个磁极转动时,另一个磁极也会随之转动。不过这种方法并不能算是电动机,因为转动磁极需要的是机械能,而不是电力和机械能。这可如何是好?

    安培定律告诉我们,磁场的本质是电流,我们需要的是磁场的交互作用,所以电流才是重要的,所以,我们可以用线圈来制造磁场。

    我们通常把磁铁放置在转子上,因为它是一个线圈,当它受到电流的时候,它也会形成一个磁场。从我们的直觉来看,可以很轻易地得出这样的结论:

    当两个磁场轴相对,它们会互相吸引,而这种力是径向的,没有扭矩。

    在两个磁场轴呈一定角度时,它们会互相吸引,但这种力同时具有径向和切向的作用,因而会产生一些扭矩。

    当两根磁场轴垂直时,它们会互相吸引,但该作用力大部分为切向,从而产生大的扭矩。

    可以得出这样的结论:对转动电机来说,因为它的力矩是由两个磁场的作用所引起的,所以:

    扭矩的大小与两个磁场的强度成正比,磁场强度越大,扭矩也就越大;

    力矩与两磁场的角度成正比关系,在角度为零时,力矩为0,在90度时力矩较大。

    这只是定性的,对工程师来说,我们要做的是量化的,那么该如何去做?

    我们都知道,在数学里,交叉操作(方程式)是指什么?叉乘法的结果,和两个量值的大小成正比,这和磁场的力矩有什么相似之处,能不能用叉乘法来求出两个力矩?

    永磁电机试验台磁场是由电流引起的,而产生磁场的电流叫做磁力,如果我们再大胆一些,就能得出这样的结论:

    即,电动机的转矩和线圈的磁力与永-久磁铁的磁力的叉乘成比例。这样认为很有道理,我们稍后会给出证据。
    当然,真正的电动机并不会直接把线圈和永磁铁一起吸收,因为那样的话,效率就会降低,所以通常都是把线圈绕到一个磁轭上,磁轭是一种软磁铁,它的磁力就像下面一样。

   

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