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2022.02.16 馬達

馬達的發電原理

馬達的旋轉原理和發電原理

重點:

・馬達的發電作用與旋轉動作一樣,遵循電流、磁場和力的定律(法則)。

・馬達通過電磁感應將機械能(運動)轉換為電能。

上一篇文章介紹了馬達的旋轉原理。本文將介紹馬達的發電原理。

如上一篇文章所述,馬達是將電能轉換為動力的裝置,可以透過利用磁場和電流相互作用所產生的力來實現旋轉運動。其實,反之,馬達也能夠透過電磁感應將機械能(運動)轉換為電能。換個角度說,馬達具有發電作用。提到發電,您可能就會想到發電機(也稱為“Dynamo”、“Alternator”、“Generator”、“直/交流發電機”等),但是其原理與馬達相同,並且基本結構相似。簡而言之,馬達可以透過將電流流經引腳而獲得旋轉運動,相反,當馬達的軸旋轉時,在引腳之間會有電流流過。

什麼是馬達的發電作用?

如前所述,馬達的發電依賴於電磁感應。以下是相關定律(法則)和發電作用的圖示。

左圖顯示電流按照弗萊明右手定則流動。透過導線在磁通中的運動,在導線中產生電動勢並且有電流流動。

中間的圖和右圖表示按照法拉第定律和冷次定律,當磁鐵(磁通)靠近或遠離線圈時,電流沿不同的方向流動。

我們將在此基礎上來解釋發電原理。

馬達的發電原理

假設面積為S(=l×h)的線圈在均勻磁場中以ω的角速度旋轉。

此時,假設線圈表面的平行方向(中間圖中的黃線)和相對於磁通密度方向的垂直線(黑色虛線)形成角度為θ(=ωt),則穿透線圈的磁通量Φ由下式表示:

ϕ=B×S×cos⁡θ=B×S×cos⁡ωt

另外,透過電磁感應在線圈中產生的感應電動勢E如下:

E=-dϕ/dt=B×S×ω×sin⁡θ [V]

當線圈表面的平行方向垂直於磁通方向時,電動勢變為零,而水準時電動勢的絕對值最大。

這樣,馬達就具備了發電作用。我在這裡說明的是馬達具有旋轉動作和發電作用,並不意味著要將馬達用於發電。如果要發電,通常使用專為發電進行了最佳化的發馬達。

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