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怎样用右手判断电磁铁南北极

怎样用右手判断电磁铁南北极

我们都知道,通电的导线在磁场中会受力运动,这一原理被用来制造了各种各样的电动机。

我们来探讨直流电动机。以常见的小马达为例,它是最简单的直流电动机。

小马达主要由固定不动的永磁体(定子)和可自由转动的线圈(转子)组成。当通电后,线圈的两侧会受到相反方向的力,从而发生转动。由于电刷的存在,线圈中的电流方向得以改变,使得电机能够持续不断地旋转。

只有一个线圈会导致转速不稳定。当转到某些特定位置,如竖直位置时,瞬间扭矩为0,线圈依靠惯性继续转动。

为解决这一问题,我们可以增加垂直的线圈。当一个线圈的扭矩为0时,另一个线圈的扭矩达到最大,保证电机能够平稳转动。为了增强稳定性和性能,通常会增加更多的线圈,并采用铁芯来增强线圈中的磁场。

我们也可以从磁铁的角度理解其转动原理。通电线圈周围形成磁场,可将其视为一个磁铁。我们可以将电动机中的线圈简化为条形磁铁来理解。

在这种观点下,电动机外部是永磁铁,内部是电磁铁。同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。内部线圈在这种力的推动下转动,每次经过水平位置时,电磁铁的南北极会调换一次,确保外部磁场始终为动力。

我们也可以制作内外都是电磁铁的电动机。通过控制输入两个电磁铁的电流方向,也能达到推动内部线圈转动的目的。

尽管这种电动机被称为直流电动机,但实际上由于电刷的作用,供给线圈的仍是交流电。直流电动机的一个主要问题是通电部分线圈在转动时需要电刷来改变方向,这可能导致电刷氧化、产生电火花等问题。

接下来是交流电动机。交流电动机采用通电线圈固定不动、磁铁转动的原理,绕开了电刷的问题,但必须通入交流电才能工作。

在线圈中电流的相位依次相差120度时,三个线圈的磁极会随着永磁体的转动而同步变化,这就是所谓的同步电动机。

生活中常见的电机线圈结构复杂,为了提供均匀的磁力分布,电机上所有的卡槽都绕满了线圈。

除了放置永磁体,线圈内部也可以放置闭合的金属导体或闭合线圈。外部变化的磁场会在闭合导体内部形成感应电流,产生感应磁场,被“磁化”的转子随之转动。这种电动机的转子运动总是落后于线圈的变化,因此被称为三相异步电动机或感应电动机。

关于生活中常见的小制作,其中的永磁体通常由稀土制造的人工磁铁构成,如铷铁硼永磁体或钐钴永磁体。某些小马达利用两侧线圈受力相反来转动,虽然转速不均匀,但可以通过增加线圈数量或使用更均匀的磁场来提高稳定性。


怎样用右手判断电磁铁南北极

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