전동기 및 발전기

DC 모터

• * 힘의 방향을 기억하기 위해 다양한 암모닉이 사용됩니다.일부는 오른손을 사용하고 일부는 왼손을 사용합니다.알고 있는 학생들에게벡터 곱셈, Lorentz 힘을 직접 사용하는 것은 쉽습니다.에프= 큐V엑스비, 어디서에프= 나dL엑스비.이것이 여기에 표시된 다이어그램의 기원입니다.

• 전반적으로 북극에는 파란색을 사용하고 남쪽에는 빨간색을 사용합니다.이것은 방향을 명확하게 하기 위한 규칙일 뿐입니다. 자석의 양쪽 끝에 있는 재료에는 차이가 없으며 일반적으로 다른 색상으로 칠해지지 않습니다.

의 효과에 유의하십시오.브러쉬에스플릿 링.회전 코일의 평면이 수평에 도달하면 브러시가 접촉을 끊습니다(아무튼 토크가 0인 지점이므로 힘이 안쪽으로 작용하기 때문에 많은 손실이 발생하지 않습니다).코일의 각 운동량은 이 중단점을 지나서 코일을 운반하고 전류는 반대 방향으로 흐르며 자기 쌍극자를 뒤집습니다.따라서 중단점을 통과한 후 로터는 계속해서 시계 반대 방향으로 회전하고 반대 방향으로 정렬하기 시작합니다.다음 글에서는 '자석에 가해지는 토크' 그림을 주로 사용하겠지만 브러시나 AC 전류를 사용하면 전류의 방향이 바뀔 때 해당 전자석의 극이 위치를 바꿀 수 있다는 점에 유의하십시오.

주기 동안 생성되는 토크는 두 힘의 수직 분리에 따라 달라집니다.따라서 코일 축과 필드 사이 각도의 사인에 따라 달라집니다.그러나 스플릿 링 때문에 항상 같은 의미입니다.아래 애니메이션은 시간에 따른 변화를 보여주고 있으며, 오른손 법칙을 적용하여 어느 단계에서든 멈추고 방향을 확인할 수 있습니다.
 

모터 및 발전기

역학적 에너지를 사용하여 자기장에서 균일한 각속도 ω로 코일(N 회전, 영역 A)을 회전시키는 경우비, 코일에 정현파 기전력을 생성합니다.emf(emf 또는 기전력은 전압과 거의 동일합니다).사이의 각도를 θ라 하자.비코일에 대한 법선이므로 자속 φ는 NAB.cos θ입니다.패러데이의 법칙은 다음을 제공합니다.

• emf = − dφ/dt = − (d/dt) (NBA cos θ)

  = NBA sin θ (dθ/dt) = NBAω sin ωt.

발전기

다음 애니메이션에서 두 개의 브러시는 두 개의 연속 링에 접촉하므로 두 개의 외부 터미널은 항상 코일의 동일한 끝에 연결됩니다.결과는 다음 애니메이션에 표시된 NBAω sin ωt에 의해 제공되는 수정되지 않은 정현파 emf입니다.

역기전력

여기 흥미로운 결과가 있습니다.모든 모터는 발전기입니다.이것은 모터로 기능할 때에도 어떤 의미에서는 사실입니다.모터가 생성하는 기전력을역기전력.역기전력은 패러데이의 법칙 때문에 속도에 따라 증가합니다.따라서 모터에 부하가 없으면 역기전력과 손실로 인한 전압 강하가 공급 전압과 같아질 때까지 매우 빠르게 회전하고 속도가 빨라집니다.역기전력은 '조정기'로 생각할 수 있습니다. 모터가 무한히 빠르게 회전하는 것을 중지합니다(이에 따라 물리학자들은 약간의 난처함을 덜 수 있습니다).모터에 부하가 걸리면 전압의 위상이 전류의 위상에 가까워지고(저항성이 보이기 시작함) 이 겉보기 저항이 전압을 제공합니다.따라서 필요한 역기전력은 더 작아지고 모터는 더 천천히 회전합니다.(유도성인 역기전력을 저항 성분에 더하려면 위상이 다른 전압을 더해야 합니다.AC 회로.)

코일에는 일반적으로 코어가 있습니다.

실제로 (그리고 우리가 그린 다이어그램과 달리) 발전기와 DC 모터는 종종 코일 내부에 투자율이 높은 코어를 가지고 있으므로 적당한 전류에 의해 큰 자기장이 생성됩니다.이는 아래 그림의 왼쪽에 표시됩니다.고정자(고정 자석)은 영구 자석입니다.

'범용' 모터

고정자 자석도 위의 오른쪽에 표시된 것처럼 전자석으로 만들 수 있습니다.두 개의 고정자는 같은 방향으로 자기장을 주기 위해 같은 방향으로 감겨 있고 회전자는 여기에서 생략된 브러시에 연결되어 있기 때문에 주기당 두 번 역전되는 자기장을 가지고 있습니다.모터에 권선 고정자를 갖는 것의 한 가지 장점은 소위 AC 또는 DC에서 작동하는 모터를 만들 수 있다는 것입니다.범용 모터.이러한 모터를 AC로 구동할 때 코일의 전류는 각 사이클에서 두 번 변경되지만(브러시 변경과 함께) 고정자의 극성이 동시에 변경되므로 이러한 변경 사항이 상쇄됩니다.(불행히도 이 스케치에서는 브러시를 숨겼지만 여전히 브러시가 있습니다.) 영구 자석 대 권선 고정자의 장단점은 다음을 참조하십시오.아래에.참조범용 모터에 대해 자세히 알아보기.

간단한 모터 만들기

뻣뻣한 구리선으로 코일을 만들어 외부 지원이 필요하지 않습니다.직경 약 20mm의 원을 그리며 5~20회 감고 두 끝이 반대 방향으로 방사형 바깥쪽을 향하도록 합니다.이 끝은 축과 접점이 됩니다.전선에 래커 또는 플라스틱 절연체가 있는 경우 끝에서 벗겨냅니다.

AC 모터

AC 모터에서 가장 먼저 해야 할 일은 회전 필드를 만드는 것입니다.2핀 또는 3핀 소켓의 '보통' AC는 단상 AC입니다. 두 개의 와이어(활성 및 중성) 사이에서만 생성되는 단일 정현파 전위차가 있습니다.(접지선은 전기적 결함이 있는 경우를 제외하고 전류를 전달하지 않는다는 점에 유의하십시오.) 단상 AC를 사용하면 예를 들어 커패시터를 사용하여 위상이 다른 두 개의 전류를 생성하여 회전 필드를 생성할 수 있습니다.표시된 예에서 두 전류는 90° 위상이 다르므로 그림과 같이 자기장의 수직 성분은 정현파이고 수평 성분은 코수소이드입니다.이것은 시계 반대 방향으로 회전하는 필드를 제공합니다.

(* 나는 이것을 설명하라는 요청을 받았습니다: 간단한 것부터AC 이론, 코일이나 커패시터 모두 전류와 위상이 같은 전압을 갖지 않습니다.커패시터에서 전압은 전하가 커패시터로 흐르고 막 흐르기 시작할 때 최대입니다.따라서 전압은 전류 뒤에 있습니다.순수 유도 코일에서 전압 강하는 전류가 가장 빠르게 변할 때 가장 크며, 이는 전류가 0일 때도 마찬가지입니다.전압(강하)이 전류보다 앞서 있습니다.모터 코일에서 전기 에너지가 기계 에너지로 변환되기 때문에 위상각은 90°보다 작습니다.)

이 애니메이션에서 그래프는 수직 및 수평 코일에서 전류의 시간 변화를 보여줍니다.필드 구성 요소 B의 플롯_엑스그리고 B_와이이 두 필드의 벡터 합이 회전 필드임을 보여줍니다.주요 그림은 회전 필드를 보여줍니다.또한 자석의 극성을 보여줍니다. 위와 같이 파란색은 북극을 나타내고 빨간색은 남극을 나타냅니다.

이 회전 자기장의 영역에 영구 자석을 놓거나 전류가 항상 같은 방향으로 흐르는 코일을 넣으면 이것은동기 모터.다양한 조건에서 모터는 자기장의 속도로 회전합니다.여기에 표시된 두 쌍이 아니라 많은 고정자가 있는 경우 스테퍼 모터로 간주할 수 있습니다. 각 펄스는 회전자를 다음 작동 극 쌍으로 이동합니다.이상적인 기하학에 대한 나의 경고를 기억하십시오: 실제 스테퍼 모터는 수십 개의 극과 상당히 복잡한 기하학을 가지고 있습니다!

유도 전동기

오른쪽의 애니메이션은다람쥐 케이지 모터.다람쥐 우리는 여러 개의 직선 막대로 연결된 두 개의 원형 도체를 가지고 있습니다.두 개의 막대와 이들을 연결하는 호는 애니메이션에서 파란색 대시로 표시된 것처럼 코일을 형성합니다.(단순화를 위해 가능한 많은 회로 중 두 개만 표시되었습니다.)

이 회로도는 다람쥐 모터라고 불리는 이유를 제시합니다.현실은 다릅니다. 사진 및 자세한 내용은 다음을 참조하세요.유도 전동기.이 애니메이션에 표시된 유도 및 농형 모터의 문제점은 값이 높고 정격 전압이 높은 커패시터가 비싸다는 것입니다.한 가지 해결책은 '차광된 극' 모터이지만 회전 필드에는 토크가 작은 일부 방향이 있으며 일부 조건에서는 뒤로 실행되는 경향이 있습니다.이를 피하는 가장 깔끔한 방법은 다상 모터를 사용하는 것입니다.

삼상 AC 유도 전동기

이러한 고정자 세트에 영구 자석을 넣으면동시 삼상 모터.애니메이션은 단순함을 위해 많은 유도 전류 루프 중 하나만 표시되는 다람쥐 케이지를 보여줍니다.기계적인 부하가 없으면 회전하는 자기장과 거의 같은 위상으로 회전합니다.회전자는 농형일 필요가 없습니다. 실제로 와전류를 전달하는 도체는 회전할 것이고 회전하는 자기장을 따르는 경향이 있습니다.이 배열은유도 전동기다양한 회전 속도에서 고효율, 고출력 및 고토크가 가능합니다.

리니어 모터