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電(diàn)机如何从楞次定律到反電(diàn)动势来实现了的运转?

文(wén)章出处:汉德保(HDB MOTOR)電(diàn)机 人气:6003发表时间:2020-10-20
楞次定律是以1834年物(wù)理(lǐ)學(xué)家埃米尔·楞次(Emil Lenz)的名字命名的,他(tā)在1834年提出了这一定律指出,在导體(tǐ)中,由变化的磁场感应的電(diàn)流的方向是,由感应電(diàn)流产生的磁场与初始变化的磁场相反。这是一个定性定律,它规定了感应電(diàn)流的方向,但对其大小(xiǎo)却只字不提。Lenz定律解释了電(diàn)磁學(xué)中许多(duō)效应的方向,如電(diàn)流变化在電(diàn)感器或导線(xiàn)回路中感应的電(diàn)压方向,或在磁场中作用(yòng)在运动物(wù)體(tǐ)上的涡流阻力。
電(diàn)机如何从楞次定律到反電(diàn)动势来实现了的运转?
安培定则告诉了我们,電(diàn)能(néng)的流动会产生磁场,因此将線(xiàn)圈通電(diàn)后,会依照安培右手定则产生N极或是S极的磁场;也就是電(diàn)能(néng)可(kě)以转换产生磁能(néng)。
牛顿运动定律中有(yǒu)一个法则称之為(wèi)”动者恒动,静者恒静”,它描述了一个有(yǒu)趣的物(wù)理(lǐ)现象,在物(wù)理(lǐ)界中的一切都喜欢维持既有(yǒu)状态;在动力學(xué)中,这种维持既有(yǒu)状态的能(néng)量又(yòu)称為(wèi)電(diàn)势能(néng),想要改变既有(yǒu)状态,则必须施加外来能(néng)量的冲击,且要大于原本電(diàn)势能(néng)的大小(xiǎo),称之為(wèi)平衡。一但突破了平衡,物(wù)理(lǐ)的形态就改变了,成為(wèi)了一种新(xīn)的既有(yǒu)状态,就是有(yǒu)个物(wù)體(tǐ)不动,处于既有(yǒu)的電(diàn)势能(néng)状态,你花(huā)了力量推它之后,突破它原有(yǒu)的平衡,一但它开始移动后,移动成為(wèi)了另一种既有(yǒu)状态,则还需要有(yǒu)额外的能(néng)量来改变它,才会再次改变形态。
将上述两种物(wù)理(lǐ)现象结合后,安培定则及牛顿运动定律,就变成了楞次定律,其产生的基本方式描述如下,将磁铁接近一组線(xiàn)圈就如同下图所示,这因物(wù)理(lǐ)现象希望这两物(wù)體(tǐ)间能(néng)维持前一既有(yǒu)位置关系,当把磁铁往線(xiàn)圈靠近时,線(xiàn)圈会主动感应排斥力的磁极,好让两物(wù)體(tǐ)还是能(néng)维持相同的距离。反之,若磁铁是要受到外力影响产生要遠(yuǎn)离的力量,则線(xiàn)圈会主动感应出吸引的磁力,好让两物(wù)體(tǐ)维持相同的距离。

以更白的话说来,就是两人很(hěn)有(yǒu)默契地维持同样的距离,当一方要靠近,则另一方就产生排斥力,不让你过来;但一方想要离开时,另一方又(yòu)产生吸引力,想要把你吸回来,这种尽可(kě)能(néng)维持相同距离的关系,就是牛顿运动定律中的”动者恒动,静者恒静”的道理(lǐ)。又(yòu)由于作用(yòng)的是磁能(néng)与電(diàn)能(néng)间的关系,所以会依赖安培定则,这将这两者合并所产生出來的電(diàn)能(néng)与磁能(néng)的感应关系,就是楞次定律。

楞次定律的解释实验中,最有(yǒu)趣的是一种称之為(wèi)安哥(gē)拉圆盘(Arago’s disk)的实验,是利用(yòng)磁铁带动铝盘移动的裝置。实验一开始会先用(yòng)磁铁去吸铝盘,然而铝材并不导磁,所以並不会被磁铁吸附住,当磁铁于铝盘上快速移动时,铝盘就像是被磁铁吸住而跟着跑一样,其原因就是楞次定律,因為(wèi)铝材虽然不导磁,但会导電(diàn),因此磁铁靠近时,铝盘為(wèi)了维持原本的距离关系,需要排斥力作用(yòng),而在铝盘上感应生成了電(diàn)流,产生磁力。我们已经知道当磁铁靠近铝盘,则铝盘会感应電(diàn)流产生磁极排斥力。
電(diàn)机如何从楞次定律到反電(diàn)动势来实现了的运转?
此时将磁铁顺着铝盘圆周宜动,则会顺着移动方向的前方产生排斥磁极,后方则因此磁铁要离开,改為(wèi)形成吸力磁极。
電(diàn)机如何从楞次定律到反電(diàn)动势来实现了的运转?
则铝盘受到感应磁力的作用(yòng),而被磁铁拖着跑,就像铝盘忽然具有(yǒu)导磁能(néng)力,被磁铁带着跑的情況一样。
電(diàn)机如何从楞次定律到反電(diàn)动势来实现了的运转?
将安哥(gē)拉圆盘(Arago disk)的理(lǐ)论延伸应用(yòng),且可(kě)说是楞次定律最具代表性的作品,那就是感应電(diàn)机了。感应電(diàn)机的名称取得十分(fēn)贴切,表明了这类型的電(diàn)机磁力的产生是依靠感应而来的,但也是因為(wèi)这感应的作用(yòng)是需要时间来反应生成的,所以感应電(diàn)机是一种非同步電(diàn)机,也就是電(diàn)源切换的频率与转速会有(yǒu)差异,在感应電(diàn)机中的专业名词称為(wèi)”异步”或“滑差”。楞次定律其实解释了发電(diàn)机的原理(lǐ),是由磁能(néng)状态的变化,来产生相对应的電(diàn)能(néng)来抵制磁能(néng)的变化。也是一种极能(néng)代表楞次定律的应用(yòng)例子。也因此在永磁電(diàn)机中,当有(yǒu)一外力带动電(diàn)机转子旋转时,于定子線(xiàn)圈上会量到電(diàn)压及電(diàn)流值,在永磁電(diàn)机中称為(wèi)反電(diàn)动势。其实也就是線(xiàn)圈感应到磁铁接近或离开时,自动感应出電(diàn)能(néng),想要抵抗磁能(néng)变化的能(néng)量。

结论

牛顿运动定律也告知”作用(yòng)力等于反作用(yòng)力”,也就是两物(wù)體(tǐ)间瞬间要变化的情況越激烈,则产生的抵抗力也就越大。在楞次定律的实验中可(kě)以发现,磁铁移动的速度越快,则产生的電(diàn)能(néng)就越大,而且移动的速度也就越快;磁铁选择磁力越强的,也会产生相同的效果。两着合并起来解释就是,单位磁间內磁能(néng)变化幅度越大,则感应出的電(diàn)能(néng)亦越大。若要让永磁電(diàn)机的极速拉高,则磁铁的磁力要变小(xiǎo),反電(diàn)动势会抵抗输入電(diàn)压,所以要降低反電(diàn)动势的電(diàn)压值,就必需降低磁能(néng)的变化幅度,才能(néng)让電(diàn)机转得更快,这原则也造就了弱磁控制的方法,来延伸電(diàn)机极速范围。


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