电动机探究什么(电动机探究实验)

导语：电动机探究

我们知道，通电导线在磁场中受力后会运动，我们就用这个原理制成了各种各样的电动机。

1、直流电动机 比如，我们常见的小马达，就是一个最简单的直流电动机。

它由固定不动的永磁体（定子），和可自由转动的线圈（转子）组成。简化成下图：

通电后，左右两侧线圈受力方向相反，就会发生转动。由于电刷的存在，可以改变线圈中电流的方向，使得右侧总是受到向上的力，右侧总是受向下的力，电机得以持续不断的旋转。

但是只有一个线圈会导致转速忽快忽慢。比如转到如上图所示的竖直位置时，这一瞬间没有扭矩，线圈是依靠惯性得以继续转动的。

为了解决这个问题，我们可以再给它加一个垂直的线圈。

这样当一个线圈的扭矩为0时，另一个刚好最大，就不用担心竖直位置转不过去了。为了更稳定，自然是多加线圈。于是就变成了我们常见到的样子。

当然还会给它套上铁芯，起到增强线圈中磁场的作用。

当然我们还可以不用力和力矩去理解它的转动。通电线圈周围形成磁场，所以线圈也可以看做一个磁铁。

那我们完全可以把电动机中的线圈简化成条形磁铁看待。

同种颜色表示同名磁极

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。内部的线圈就这样被推动着，每次经过水平位置时电磁铁南北极就会调换一次，保证外部的磁力总是动力。

所以从这个角度看，电动机就是靠磁铁之间的吸引和排斥来转动的。这个磁铁可以是永磁体，也可以是电磁铁。

比如上图，我们完全可以用通电线圈来代替掉马达外部的永磁铁。制作一个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的方向，也可以达到始终推动内部线圈转动的目的。

上述电动机都叫做直流电动机，通直流电就可以工作，其实由于电刷的作用，实际供给线圈的仍是交流电。

直流电动机都有一个弊端，通电部分线圈在转动，因此需要电刷来改变方向，而电刷容易氧化，产生电火花等。

2、交流电动机

交流电动机，使用通电线圈固定不动，磁铁转动的办法，绕开了电刷的问题，但是必须给线圈通交流电才行。

如上图，可以控制线圈中的电流的方向。使得线圈中的磁极不断改变，总是形成异名磁极相对，所有线圈可以对中间的永磁铁产生“一推一拉”的效果，由永磁体做成的转子就可以不停的运动下去了。

这种线圈接入方式就是我们常说的三相交变电流。如下图：

相对的线圈实际上是同一个线圈：

三个线圈中电流的相位依次相差120度，就可以使3个线圈磁极随着永磁体的转动同步变化。这种电动机就是同步电动机。

我们生活中常见的电机线圈就是这样的

当然交流电是有强弱变化的，只绕三组线圈，磁力分配不均匀，磁铁转动过程中也不稳定，所以实际上电机上所有的卡槽中绕满了线圈。

当然线圈内部并不一定要放置永磁体，也可以放置闭合的金属导体或闭合线圈，如上图的转子就呈鸟笼子状。

这种转子如何转动呢？这就需要电磁感应现象。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，相当于被电磁铁“磁化”了。所以这个转子还是当做一个永磁体来看待，不同的是，必须要切割磁感线才能产生感应电流，所以这种电机的转子的运动总是落后于线圈的变化。

当然我们还可以换一个思路来分析，三个线圈中的电流交替变化，总有3个电流方向相同，另外三个相反。

电流相同的为一组，它们的磁场方向大致一致。

这样随着时间变化，线圈中磁场随之变化，看上去就像线圈的磁场“转”起来了。

内部的转子在感应磁场的作用下，也会随之转动，但总是慢半拍，所以这种电动机称为三相异步电动机。也称感应电动机。

3、生活中常见的一些小制作

用到的永磁体都不是天然磁石，而是磁力更大的人工磁铁，通常是由稀土制造的铷铁硼永磁体或钐钴永磁体。

这个是很典型的直流电动机，并有电刷。依靠两侧线圈受力相反来转动。明显可以感受到转速是不均匀的，转到水平位置时，力矩为0，要依靠惯性才能继续。当然也可以，把环形线圈当小磁针看待，桌子上的永磁体对小磁针的吸引和排斥推动着它不停转动。

这种就不是很直观了，需要受力分析。实际上也是一个直流电动机。

受力分析可以看出，两侧的安培力方向相反，所以线圈也可以持续转动，这个圆形磁铁产生的磁性比较均匀，线圈转到各位置受力大小相同，所以这个电动机转起来比较稳定。

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