发电机与电动机

发电机和电动机统称为电机.发电机能将机械能转化成电能,电动机能将电能转化成机械能.生活中许多地方都要用到它们:如电动自行车、电脑的散热风扇、空调和电冰箱里的压缩机、手机里的震动马达、厨房里的油烟排风扇、吹干头发的电吹风、剃须刀、工厂里的打磨机、切割机、柴油发电机等.如果生活中没有电机,我们将无法有效驾驭电能,那生活将会变得很不方便.
许多同学在学习电动机与发电机的联系与区别时,常常会感到困惑与不解.确实发电机与电动机的模样很相似,从结构上讲没有本质的区别,只是它们的使用方式和工作目的不同.所以,在设计电机时,会根据使用要求的不同,在电磁负荷、装配结构等细节方面有一定的“细微”差异.电动机可以当发电机用,发电机也可以当电动机用.如果给一个普通的电动机足够的动力,电动机会成为一个“优秀”的发电机.下面我们就来看看它们各自的工作原理.
  电动机能把电能转化为机械能,它是运用通电线圈在磁场中受力转动的原理工作的.它主要由两部分组成,能够转动的线圈和固定不动的磁体.我们把电动机中能够转动的部分叫做转子,固定不动的部分叫做定子.如图1,线圈通电后,导线ab在磁场中受到向上的力,导线cd在磁场中受到向下的力,这两个力就使线圈在磁场中顺时针转动起来;当线圈转过平衡位置后,我们发现如果线圈中的电流方向不改变,则线圈所受到的力会使它逆时针转回来.为了使线圈能够朝一个方向持续转动下去,我们又给电动机加上了换向器,它由两个不接触的铜半环E、F和两个电刷A、B组成.由于有了换向器的帮助,每次线圈转过平衡位置,换向器就会马上改变线圈中的电流方向,从而使线圈能够持续不断地转动下去了.
  发电机能把机械能转化为电能,它的工作原理是电磁感应现象,我们发现闭合回路的一部分导线AB在切割磁感线的时候,电流表的指针能够偏转,这就说明产生了感应电流.根据这个原理,如果我们让线圈在磁场中转动起来,闭合电路的一部分导线ab和cd在不断切割磁感线的过程中就会持续不断地产生感应电流,从而使小灯泡亮起来.与电动机一样,发电机的主要构造也是由定子和转子两部分组成.根据转子的不同可以分成两类,如果转子是线圈就称为旋转线圈式发电机,如果转子是磁极就称为旋转磁极式发电机.
  由于电动机与发电机的构造很相似,所以有些同学很难分辨.其实也很简单,我们仔细观察上面各图就会发现,电动机必须要先通电才能动起来,所以电动机的图例中都是带电源的;而发电机是先动起来才能发电,所以发电机的图例中是没有电源的.“有没有电源”就是我们辨别电动机和发电机的最好方法.

  掌握了上面的方法就很容易判断,所以它们都是先通电再动起来的,能说明电动机的工作原理:通电导线在磁场中受力运动;没有电源,所以它们都是闭合回路的部分导线在切割磁感线时产生感应电流,能说明发电机的工作原理:电磁感应现象.
  从上题我们还能发现,同样的构造,改变使用方法,电动机和发电机就可以互换.例如图7中有电源,通电后线圈在磁场中受力转动,那就是电动机;如果把电源拆下,换成小灯泡,那么我们在转动线圈时,它切割磁感线产生感应电流就可以使小灯泡亮起来,那就变成一个发电机了.
  同学们在家中可以用微型吊扇做一个电动机与发电机互换的小实验,是一个普通的微型吊扇,如果把插头插入插座给它通上电,它就是个电动机,可以很快转动起来给我们带来习习凉风;但如果我们给插头的两端接上发光二极管,然后用手拨动吊扇的风叶,这时里面的线圈在切割磁感线时就产生了感应电流,使发光二极管亮起来,微型吊扇就变成了一个小发电机.是不是很有趣呢,同学们赶快动手做下吧.