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关于电机

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电机的基础知识

第2章
理解电机的基本原理

2-1-5 有铁芯槽的直流电机的旋转原理

现在让我们回到最初的疑问。与空气相比,铁具有可轻易通过约1000倍磁气的性质。由于具有这种性质,有铁芯槽的转子如图2.18 所示,磁力线会集中到铁芯,线圈部的磁场会非常弱。这样的话,“在磁场中放置的电线上”的BLI定则及“电线会横穿磁场”的反电动势常数换算的前提条件就不成立。

图2.18磁通集中到铁芯

此外,线圈不通电时,用手转动电机轴的话,在转子的齿和永久磁铁的作用下,也会感到有一定的阻力。这称为齿滞。
仅仅利用BLI定则和反电动势常数换算来介绍,无法讨论齿滞的影响。
下面针对有铁芯电机的扭矩发生原理从2个侧面尝试说明。

(A)通过磁力线的张力进行介绍

磁铁之间相互吸引或排斥的力或磁铁吸引铁钉的力无法使用BLI定则做出说明。即,基于磁作用的力,作为基于磁场中电流的作用,很难做出说明。实际上,在物理学深层次上是有关系的。
这可以利用磁力线的概念进行综合说明。磁力线具有橡皮绳那样紧缩的作用。将电线靠近铁的附近,然后通电,将磁力线进行弯曲,则会产生一种想让其拉直的力。图2.19 就是利用该原理介绍直流电机的扭矩如何发生。

图2.19使用与电流和磁场相关的右手螺旋定则说明

<小知识> 点 和 十字 (点和十字)

图2.19 中的 点称为点,表示从纸的背面进向纸正面的方向。
相反, 十字 称为十字,表示从自己这边朝向纸正面的方向。通过图2.19(a)与螺旋的图对应起来会比较容易记住。

(B)通过反电动势常数换算进行说明和计算

在电机的发电作用项目中,我们已经介绍了扭矩常数与反电动势常数基本上是相同的。现在重新观察图2.8 会发现,即使是有铁芯槽的模型用电机,也会发生反电动势。
这与其是说电线横切磁场,不如理解为像图2.20 所示那样,作为与线圈交链的磁通的时间性变化的比例,发生反电动势,其通过电刷和整流子进行整流(AC→DC转换),表现为直流的反电动势常数换算。

图2.20交链磁通的变化和反电动势常数换算

像(2.9)公式中所看到的那样,KE和KT是一样的。因此,不对扭矩进行解析,而观察反电动势常数换算,将计算得到的KE直接作为KT,就能够计算扭矩。这是第二种说明方法。
那么通过这种方法该如何理解齿滞呢?简单来说,只要加上该成分即可。
齿槽力矩的计算方法有几个,但都非常复杂。
本书将不做详细介绍,只介绍这种方法也可以计算有铁芯电机的扭矩。对此的详细记载,请阅读参考资料[1]。
[文献]
[ 1 ]见城・永守:新・无刷电机,第5章,综合电子出版社
本书中展开的理论除基本内容外,还介绍了至今仍有专家并不了解的基本原理,是世界上唯一的一本书。对于初学者来说可能有点深奥,如果想成为电机方面的专家,请务必仔细阅读该书。

<小知识> 交链

磁通与线圈,如下图所示,像锁链那样进行连接。
这就是交链一词的意思。在电机和变压器中,与电线卷数相关可使用该术语。所谓交链磁通,是磁通(单位:Wb韦伯)与线圈圈数之积。