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【通用技术课堂】电机基础

来源:本站   发布时间: 2021-04-06 10:31:57   浏览:73次  字号: [大] [中] [小] [收藏]
写在前面:
今天这篇比较理论,属于劝退型知识理论,小编会尽量将内容写的简单易懂一些,不过还是参杂非常多的理论、公式,作为工程师,我们还是一定要把这个难题啃下来,不是么

01麦克斯韦方程组


是的,一上来我就要放“大招”,为什么要讲麦克斯韦方程组呢?
 
电机是一个对电磁能和机械能进行不断转换的换能器,当有电能输入的时候,电机就可以源源不断地输出转矩和机械能,也就是电动机;当外力转动电机轴,输入机械能的时候,电机就能够反向输出电压和电能,也就是发电机。所以,谈到电机,就离不开电磁系统,谈到电磁系统,就绕不开麦克斯韦方程组,不管是在宏观世界还是微观世界,都可以有效地使用麦克斯韦方程组来描述系统性质
 
上面的4个就是基本方程,1和2是积分形式的方程组,用来描述场密度的通量,分别在一个封闭控件曲面内流出电位移的总和和磁感应的总和。这里需要引用高中的物理知识,电场可以由点电荷激发产生,磁场是沿着路径封闭的,所以电场是有源的,磁场是无源的,总电位移通量为总电荷q,总磁通量为0
 
3和4描述了场强度的旋量,分别在一个封闭空间曲线上沿着曲线路径走一圈的总电场强度和总磁场强度的积分,对应了激发出来的磁通变化率和点位变化率(电流强度)。我们也可以用高斯和斯托克斯公式将上面4个公式改写为微分形式


其中为Nabla算子,与向量点相乘计算散度,叉乘(注意不是乘以)计算旋度,为电荷体密度,为电流密度。
 
这些公式基本上可以描述所有一切电机系统中会发生的电磁行为,基本上后续的理论与计算都会基于这些公式或与之相关


02电磁力的产生
电动机最主要的目的就是把电能转换为机械能,对外做功,执行动作。电能在磁场中会受到垂直于运动方向的洛伦兹力,根据左手定则我们可以判断出力的方向



电机模型的一个基本元素是线圈,一段直线的通电导体会在周围产生环形磁场(见公式4),如果导体首位闭合,那么就会在环形磁场的中心形成竖直通过导体环的磁力线,这种导体就成为通电螺线管


如果只考虑通电导体上的电流的话,公式4可以简化为


其中为磁动势(magnetische Durchfluchtung),是激发磁场强度的源头,本质上是一段封闭导体上通过的总电流强度。不过因为实际操作的时候会把通电导线缠绕为线圈,所以公式需要改写为


N为线圈匝数,匝数越多,磁动势就越大,磁场就会越强


好了,我觉得今天的理论已经不少了,先介绍到这儿,要不然要看不下去了,之后我会基于这些理论基础再来介绍一些关于直流、交流、步进、永磁电机的一些知识

 

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