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如何不动声色地让物体运动起来并保持运动状态?蒸汽机利用热蒸汽或更准确地说是蒸汽压力产生机械能,而电动机则利用电能作为能量来源。因此,电动机也被称为机电转换器。
与电动机相对应的是发电机,其结构与电动机相似。发电机将机械运动转化为电能。这两个过程的物理基础都是电磁感应。在发电机中,当导体处于运动磁场中时,就会产生感应电流和电能。同时,在电机中,载流导体会感应出磁场。它们交替产生的吸引力和排斥力为产生运动奠定了基础。
所有发明都始于直流电机。然而如今、 各种设计的交流电机是工业中最常用的电机。 它们都有一个共同的结果:电机轴的旋转运动。交流电机的功能基于直流电机的电磁工作原理。
与大多数电机一样,直流电机由一个固定部件(定子)和一个运动部件(转子)组成。定子由用于感应磁场的电磁铁或持续产生磁场的永久磁铁组成。转子位于定子内部,也称为电枢,由线圈包裹。如果线圈连接到直流电源(电池、蓄电池或直流电压供应装置),就会产生磁场,转子的铁磁铁芯就会变成电磁铁。转子可通过轴承移动安装,并可旋转,使其与磁场的吸引极(即相对极)对齐--电枢的北极与定子的南极相对,反之亦然。
为了让转子持续旋转,必须反复扭转磁场排列。 这可以通过改变线圈中的电流方向来实现。电机有一个所谓的 换向器 换向器。两个供电触点与换向器相连,换向器承担极性反转的任务。不断变化的吸引力和排斥力确保电枢/转子继续旋转。
直流电机主要用于额定功率较低的应用中。.这些应用包括小型工具、升降机、电梯或电动汽车。
交流电机需要三相交流电,而不是直流电。在异步电机中,转子是所谓的 鼠笼转子.转子通过电磁感应产生转动。定子包含 绕组(线圈),三相电流每相偏移 120°(三角形)。.当与三相电流连接时,这些线圈各自建立起一个磁场,该磁场按照时间上偏移的线路频率的节奏旋转。电磁感应转子被这些磁场带着旋转。 这种方式不需要像直流电机那样的换向器.
异步电机也称为 感应电机因为它们仅通过电磁感应电压运行。由于电磁感应转子的圆周速度永远达不到磁场(旋转磁场)的转速,因此它们是异步运行的。由于这种滑移,异步交流电机的效率低于直流电机。
在同步电机中,转子装有永久磁铁,而不是绕组或导线杆。这样,转子的电磁感应可以省略,并且 转子以与定子磁场相同的圆周速度同步旋转,无滑移.因此,同步电机的效率、功率密度和可能的转速都明显高于异步电机。然而,同步电机的设计也更为复杂和耗时。
除了工业中主要使用的旋转机器外,还需要用于直线或曲线轨道运动的驱动装置。此类运动主要用于机床以及定位和搬运系统。
旋转电机也可以借助齿轮装置将旋转运动转换为线性运动,即间接运动。但是,它们通常不具备实现特别要求的快速 "平移 "运动或定位所需的动力。
这就是直线电机的用武之地,它可以 直接产生平移运动 (直接驱动)。它们的功能可以从旋转电机中衍生出来。为此,可将旋转电机 "打开":之前的圆形定子变成了一个被覆盖的平面移动距离(轨道或导轨)。磁场就沿着这条路径形成。在直线电机中,转子与三相电机中的转子相对应,并在三相电机中旋转一圈,定子的纵向运动磁场作为所谓的滑块或平移器,拉动转子沿直线或曲线移动。
电动机的发明不能追溯到一个人。它的发现是多位发明家研究的结果。19 世纪,人们对电气工程的兴趣与日俱增,激发了全世界研究人员的灵感。新发明接踵而至。
由于第一批电动机依赖锌电池的电流供应,因此要想与占主导地位的蒸汽机竞争,还有很长的路要走。随着第一台发电机的研制成功,情况发生了变化。
但在这方面也有限制。发电机产生的直流电无法远距离传输。直到交流电和三相电流的出现,以及交流电机的发明,才有了突破性的进展。
在此,我们对历史数据和事实做一个不完整的小结:
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