電動機概念與成就

    電動機diàndòngjī

    電動機（Motors）是(shi)把(ba)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)機(ji)械(xie)能(neng)的(de)設(she)備(bei)，它(ta)是(shi)利(li)用(yong)通(tong)電(dian)線(xian)圈(quan)在(zai)磁(ci)場(chang)中(zhong)受(shou)力(li)轉(zhuan)動(dong)的(de)現(xian)象(xiang)製(zhi)成(cheng)，分(fen)布(bu)於(yu)各(ge)個(ge)用(yong)戶(hu)處(chu)
，電(dian)動(dong)機(ji)按(an)使(shi)用(yong)電(dian)源(yuan)不(bu)同(tong)分(fen)為(wei)直(zhi)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)和(he)交(jiao)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)
，電(dian)力(li)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)大(da)部(bu)分(fen)是(shi)交(jiao)流(liu)電(dian)機(ji)，可(ke)以(yi)是(shi)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)或(huo)者(zhe)是(shi)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)（電機定子磁場轉速與轉子旋轉轉速不保持同步速）。電動機主要由定子與轉子組成。通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用
，使電動機轉動。

    它是將電能轉變為機械能的一種機器。通常電動機的作功部分作旋轉運動，這種電動機稱為轉子電動機；也ye有you作zuo直zhi線xian運yun動dong的de，稱cheng為wei直zhi線xian電dian動dong機ji。電dian動dong機ji能neng提ti供gong的de功gong率lv範fan圍wei很hen大da，從cong毫hao瓦wa級ji到dao萬wan千qian瓦wa級ji。電dian動dong機ji的de使shi用yong和he控kong製zhi非fei常chang方fang便bian，具ju有you自zi起qi動dong、加速、製動、反轉
、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不汙染環境，噪聲也較小。由於它的一係列優點，所以在工農業生產、交通運輸、國防、商業及家用電器
、醫療電器設備等各方麵廣泛應用。

    各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機）。它使用方便
、運行可靠
、價格低廉、結構牢固，但功率因數較低，調速也較困難。大容量低轉速的動力機常用同步電動機（見同步電機）。同(tong)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)不(bu)但(dan)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)高(gao)，而(er)且(qie)其(qi)轉(zhuan)速(su)與(yu)負(fu)載(zai)大(da)小(xiao)無(wu)關(guan)，隻(zhi)決(jue)定(ding)於(yu)電(dian)網(wang)頻(pin)率(lv)。工(gong)作(zuo)較(jiao)穩(wen)定(ding)。在(zai)要(yao)求(qiu)寬(kuan)範(fan)圍(wei)調(tiao)速(su)的(de)場(chang)合(he)多(duo)用(yong)直(zhi)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)。但(dan)它(ta)有(you)換(huan)向(xiang)器(qi)，結(jie)構(gou)複(fu)雜(za)，價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui)
，維(wei)護(hu)困(kun)難(nan)，不(bu)適(shi)於(yu)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)。20世紀70年代以後，隨著電力電子技術的發展
，交流電動機的調速技術漸趨成熟，設備價格日益降低
，已開始得到應用。電動機在規定工作製式（連續式、短時運行製、斷續周期運行製）下(xia)所(suo)能(neng)承(cheng)擔(dan)而(er)不(bu)至(zhi)引(yin)起(qi)電(dian)機(ji)過(guo)熱(re)的(de)最(zui)大(da)輸(shu)出(chu)機(ji)械(xie)功(gong)率(lv)稱(cheng)為(wei)它(ta)的(de)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)，使(shi)用(yong)時(shi)需(xu)注(zhu)意(yi)銘(ming)牌(pai)上(shang)的(de)規(gui)定(ding)。電(dian)動(dong)機(ji)運(yun)行(xing)時(shi)需(xu)注(zhu)意(yi)使(shi)其(qi)負(fu)載(zai)的(de)特(te)性(xing)與(yu)電(dian)機(ji)的(de)特(te)性(xing)相(xiang)匹(pi)配(pei)，避(bi)免(mian)出(chu)現(xian)飛(fei)車(che)或(huo)停(ting)轉(zhuan)。電(dian)動(dong)機(ji)的(de)調(tiao)速(su)方(fang)法(fa)很(hen)多(duo)
，能(neng)適(shi)應(ying)不(bu)同(tong)生(sheng)產(chan)機(ji)械(xie)速(su)度(du)變(bian)化(hua)的(de)要(yao)求(qiu)。一(yi)般(ban)電(dian)動(dong)機(ji)調(tiao)速(su)時(shi)其(qi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)會(hui)隨(sui)轉(zhuan)速(su)而(er)變(bian)化(hua)。從(cong)能(neng)量(liang)消(xiao)耗(hao)的(de)角(jiao)度(du)看(kan)，調(tiao)速(su)大(da)致(zhi)可(ke)分(fen)兩(liang)種(zhong)：①保持輸入功率不變。通過改變調速裝置的能量消耗
，調節輸出功率以調節電動機的轉速。②控製電動機輸入功率以調節電動機的轉速。

    電動機使用了電流的磁效應原理，發明這一原理的的是丹麥物理學家奧斯特1777年8月14日生於蘭格朗島魯德喬賓的一個藥劑師家庭。1794年考入哥本哈根大學
，1799年獲博士學位。1801～1803年去德、法等國訪問，結識了許多物理學家及化學家。1806年起任哥本哈根大學物理學教授
，1815年起任丹麥皇家學會常務秘書。1820年因電流磁效應這一傑出發現獲英國皇家學會科普利獎章。1829年起任哥本哈根工學院院長。1851年3月9日在哥本哈根逝世。

    他曾對物理學、huaxuehezhexuejinxingguoduofangmiandeyanjiu。youyushoukangdezhexueyuxielindeziranzhexuedeyingxiang，jianxinziranlishikeyixianghuzhuanhuade，changqitansuodianyucizhijiandelianxi。1820年4月終於發現了電流對磁針的作用
，即電流的磁效應。同年7月21日以《關於磁針上電衝突作用的實驗》為題發表了他的發現。這篇短短的論文使歐洲物理學界產生了極大震動
，導致了大批實驗成果的出現，由此開辟了物理學的新領域──電磁學。

    1812年他最先提出了光與電磁之間聯係的思想。1822年他對液體和氣體的壓縮性進行了實驗研究。1825年提煉出鋁，但純度不高。在聲學研究中，他試圖發現聲所引起的電現象。他的最後一次研究工作是抗磁性。

    他是一位熱情洋溢重視科研和實驗的教師
，他說：“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課，所有的科學研究都是從實驗開始的”。因此受到學生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學普及工作者，1824年倡議成立丹麥科學促進協會，創建了丹麥第一個物理實驗室。

    1908年丹麥自然科學促進協會建立“奧斯特獎章”，以表彰做出重大貢獻的物理學家。1934年以“奧斯特”命名CGS單位製中的磁場強度單位。1937年美國物理教師協會設立“奧斯特獎章”，獎勵在物理教學上做出貢獻的物理教師。

    1820年發現電流的磁效應

    自zi從cong庫ku侖lun提ti出chu電dian和he磁ci有you本ben質zhi上shang的de區qu別bie以yi來lai，很hen少shao有you人ren再zai會hui去qu考kao慮lv它ta們men之zhi間jian的de聯lian係xi。而er安an培pei和he畢bi奧ao等deng物wu理li學xue家jia認ren為wei電dian和he磁ci不bu會hui有you任ren何he聯lian係xi。可ke是shi奧ao斯si特te一yi直zhi相xiang信xin電dian、磁
、光、熱(re)等(deng)現(xian)象(xiang)相(xiang)互(hu)存(cun)在(zai)內(nei)在(zai)的(de)聯(lian)係(xi)，尤(you)其(qi)是(shi)富(fu)蘭(lan)克(ke)林(lin)曾(zeng)經(jing)發(fa)現(xian)萊(lai)頓(dun)瓶(ping)放(fang)電(dian)能(neng)使(shi)鋼(gang)針(zhen)磁(ci)化(hua)，更(geng)堅(jian)定(ding)了(le)他(ta)的(de)觀(guan)點(dian)。當(dang)時(shi)，有(you)些(xie)人(ren)做(zuo)過(guo)實(shi)驗(yan)，尋(xun)求(qiu)電(dian)和(he)磁(ci)的(de)聯(lian)係(xi)
，結(jie)果(guo)都(dou)失(shi)敗(bai)了(le)。奧(ao)斯(si)特(te)分(fen)析(xi)這(zhe)些(xie)實(shi)驗(yan)後(hou)認(ren)為(wei)：在電流方向上去找效應，看來是不可能的，那麼磁效應的作用會不會是橫向的？

    在1820年4月(yue)，有(you)一(yi)次(ci)晚(wan)上(shang)講(jiang)座(zuo)，奧(ao)斯(si)特(te)演(yan)示(shi)了(le)電(dian)流(liu)磁(ci)效(xiao)應(ying)的(de)實(shi)驗(yan)。當(dang)伽(jia)伐(fa)尼(ni)電(dian)池(chi)與(yu)鉑(bo)絲(si)相(xiang)連(lian)時(shi)，靠(kao)近(jin)鉑(bo)絲(si)的(de)小(xiao)磁(ci)針(zhen)擺(bai)動(dong)了(le)。這(zhe)一(yi)不(bu)顯(xian)眼(yan)的(de)現(xian)象(xiang)沒(mei)有(you)引(yin)起(qi)聽(ting)眾(zhong)的(de)注(zhu)意(yi)，而(er)奧(ao)斯(si)特(te)非(fei)常(chang)興(xing)奮(fen)
，他(ta)接(jie)連(lian)三(san)個(ge)月(yue)深(shen)入(ru)地(di)研(yan)究(jiu)，在(zai)1820年7月21日
，他宣布了實驗情況。

    奧(ao)斯(si)特(te)將(jiang)導(dao)線(xian)的(de)一(yi)端(duan)和(he)伽(jia)伐(fa)尼(ni)電(dian)池(chi)正(zheng)極(ji)連(lian)接(jie)
，導(dao)線(xian)沿(yan)南(nan)北(bei)方(fang)向(xiang)平(ping)行(xing)地(di)放(fang)在(zai)小(xiao)磁(ci)針(zhen)的(de)上(shang)方(fang)，當(dang)導(dao)線(xian)另(ling)一(yi)端(duan)連(lian)到(dao)負(fu)極(ji)時(shi)，磁(ci)針(zhen)立(li)即(ji)指(zhi)向(xiang)東(dong)西(xi)方(fang)向(xiang)。把(ba)玻(bo)璃(li)板(ban)、木片、石塊等非磁性物體插在導線和磁針之間，甚至把小磁針浸在盛水的銅盒子裏，磁針照樣偏轉。

    奧斯特認為在通電導線的周圍，發生一種“電流衝擊”。zhezhongchongjizhinengzuoyongzaicixinglizishang，duifeicixingwutishikeyichuanguode。cixingwuzhihuocixinglizishoudaozhexiechongjishi

，zuaitachuanguo，yushijiubeidaidong

，fashenglepianzhuan。

    導線放在磁針的下麵
，小磁針就向相反方向偏轉
；如果導線水平地沿東西方向放置
，這時不論將導線放在磁針的上麵還是下麵
，磁針始終保持靜止。

    他認為電流衝擊是沿著以導線為軸線的螺旋線方向傳播，螺紋方向與軸線保持垂直。這就是形象的橫向效應的描述。

    奧(ao)斯(si)特(te)對(dui)磁(ci)效(xiao)應(ying)的(de)解(jie)釋(shi)
，雖(sui)然(ran)不(bu)完(wan)全(quan)正(zheng)確(que)，但(dan)並(bing)不(bu)影(ying)響(xiang)這(zhe)一(yi)實(shi)驗(yan)的(de)重(zhong)大(da)意(yi)義(yi)
，它(ta)證(zheng)明(ming)了(le)電(dian)和(he)磁(ci)能(neng)相(xiang)互(hu)轉(zhuan)化(hua)

，這(zhe)為(wei)電(dian)磁(ci)學(xue)的(de)發(fa)展(zhan)打(da)下(xia)基(ji)礎(chu)。

    其它方麵的成就

    奧斯特曾經對化學親合力等作了研究。1822年他精密地測定了水的壓縮係數值，論證了水的可壓縮性。1823年他還對溫差電作出了成功的研究。他對庫侖扭秤也作了一些重要的改進。

    奧斯特在1825年最早提煉出鋁
，但純度不高，以致這項成就在冶金史上歸屬於德國化學家F.維勒(1827)。他最後一項研究是40年代末期對抗磁體的研究，試圖用反極性的反感應效應來解釋物質的抗磁性。同一時期M.faladizaizhefangmiandechengjiuchaoguoleaositejiqifaguodetongbei。faladizhengmingbucunzaisuoweidefanciji。bingyongcidaolvhecilixiandegainiantongyijieshilecixinghekangcixing。buguo，aositeyanjiukangcitidefangfarengjuyouhenshendeyingxiang。

    出版了《奧斯特科學論文》集

    他的重要論文在1920年整理出版，書名是《奧斯特科學論文》。

    單相交流電動機的旋轉原理

    單相交流電動機隻有一個繞組，轉子是鼠籠式的。

    單相電不能產生旋轉磁場.要使單相電動機能自動旋轉起來，我們可在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容
，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度
，即所謂的分相原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產生（兩相）旋轉磁場，在這個旋轉磁場作用下，轉子就能自動起動.