Page 6 - eAC20510_電工機械 上_課本PDF

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1 章首頁

提供各章前言導讀，對該章主題作
一概略介紹，並加入生活應用內
容，激起學生學習動機。此外，提

供該章節次、學習目標與教學節數
等資訊，作為老師備課時的參考。

2 電工機械（上） Chapter 2 直流發電機 31
1–1 電工機械之分類與應用 二 定子與轉子
直流電機各部位依其是否轉動，分成定子（Stator）和轉子（Rotor）兩部分。
一 前言
1. 定子：包括機殼、主磁極、中間極、補償繞組、電刷、握刷器、軸承及末端托
在人類的生活領域當中，能量（Energy）是提供物體或設備作功的能力，能量的 架等靜止不動的部分；如圖 2–11 所示為直流電機斷面構造圖。
型態有很多種，包括光能、熱能、電能、機械能、核能以及化學能等；根據能量不滅定 2. 轉子：包括電樞、換向器、轉軸及散熱扇葉等會轉動的部分。
律得知「能量可以互相轉換」，轉換過程需要各種設備，例如電鍋可以將電能轉換成熱
能，電燈可以將電能轉換成光能。
本課程名稱「電工機械（Electric Machinery）」是指電能和機械能轉換的設備，又
稱為電機機械或簡稱為電機。電工機械包括：
2 課文
內容輔以精美圖表幫助學生理解主 （Generator, G） （Motor, M） （Transformer, TR）
變壓器
發電機
電動機
「機械能轉換成電能」的機械。 「電能轉換成機械能」的 「電壓高低轉換」的機械。
題概念，清楚解構電機機件各部位 機械，又稱為馬達。
二 電工機械總體分類 圖 2–11 直流電機斷面構造示意圖
構造與相關原理，增強學習效率。 電工機械依據「旋轉與否、能量轉換、電流波形」的不同，其分類如表 1-1 所示。
依據「旋轉與否」可分成旋轉電機及靜止電機，再細分如圖 1-1 所示。
轉樞式與轉磁式
表 1–1 電工機械的三種分類方式
1. 轉樞式： 由於直流機必須經過換向，因此將電樞繞組放置在轉子、磁極固定於定子，
分類方式 旋轉與否 能量轉換 電流波形
此種結構稱之為旋轉電樞式。
發電機
旋轉電機 直流電機
種類 電動機 2. 轉磁式： 交流電機不需換向過程，較大容量的交流電機大多將磁極放置在轉子、電
靜止電機 交流電機
變壓器 樞繞組則固定於定子，此種結構稱之為旋轉磁場式。
3 深入探險
38 電工機械（上） Chapter 2 直流發電機 21
2 佛萊明右手定則
有關發電機感應電勢的方向，除了以 1–2 節所述的楞次定律來決定外，若用佛萊明 課文內容的延伸介紹，加強說明，
右手定則（Fleming’s right-hand rule）來判定則更為方便，此定則適用於發電機中，故
又稱發電機定則（Generator rule）。其規則為：
1. 將右手的大拇指、食指及中指伸直，並使之互成直角，如圖 2–2 所示。 建構學生清楚觀念。
2. 大拇指：表示導體受力運動方向；
食 指：表示磁力線 N 到 S 的方向；
(a) 四極電機的極距 (b) 全節距（Y S = Y P ） 中 指：表示感應電勢的極性或感應電流之方向。
圖 2–20 極距與節距示意圖
3 佛萊明右手（發電機）定則 4 公式
必須先有：F（機械能、動能）
機械角與電機角 轉換媒介：B（磁能）
1. 機械角：一個圓有 360 度的機械角度，不會改變。 才能產生：I（電能）
⊕表示電流流入紙面
2. 電機角： 導體歷經一對磁極即可感應出 360 度的交流波形，也就是說一對磁極 ⊙表示電流自紙面流出
（N → S → N）稱為 360 度電機角，因此一個極距（N → S 或 S → N）等 重要公式加強並標註序號，查找方
於 180 度電機角。
3. 關係：電機角度 = 機械角度 × P 。 詳見基本電學下冊第 8 章。 圖 2–2 佛萊明右手定則說明圖
2
二 電的產生 便，背誦容易。
2. 線圈節距（Coil pitch, Y S ）：為同一線圈的左右兩線圈邊在電樞槽的 跨越 1 交流電的產生
（Span）槽數。線圈節距通常等於或略小於極距，其算式為：
4 線圈節距 Y S = int( S )（槽） 示，旋轉後，導體會產生感應電勢，其方向依據佛萊明右手定則得知：靠近磁極的兩線
將一導體繞成一長方形線圈稱為一匝，置放於 N、S 兩磁極之間，如圖 2–3(a) 所
P
5
註：int 表示無條件捨去小數。 公式 2–6 圈邊 a 及 b，會感應出大小相同、方向相反、串聯相加的感應電勢。假設單邊感應電勢 5 Tips
為 e，則 a、b 兩線圈邊所產生的總感應電勢為 E AB = 2e。
⑴ 當線圈節距等於極距（Y S = Y P ）時，該電樞繞組稱為全節距繞組。例如：20
c 和 d 兩線圈邊的運動方向和磁力線的方向永遠是平行的，不會有感應電勢，亦即 c 和
槽 4 極者，Y S = int( S )，Y P = S = 5，故 Y S = Y P ，如圖 2–21(a)、(b) 所示。 d 是無效的線圈邊，也就是說一匝只有兩個線圈邊是有效的。假設以 Z 表示有效線圈邊 對課文重要觀念的提示、連結前面
P P
適用於電樞槽數（S）恰好被極數（P）整除者。圖中虛線部分表示放置在電 數，N 表示匝數，則 Z = 2N。
樞槽內的下層。
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