电动机的热功率为什么不能用U²/R算?(注:需要自己总结,不要复制的)

如题所述

我来班门弄斧一下吧,其实这个问题挺复杂的,你应该是初高中生吧,我就简单的讲解一下,让你理解一下吧。你说的应该是直流电机吧,因为交流电机更复杂,不适合这个公式了。

我们先来看一下直流电机的结构吧,有的初高中书上应该会有这样的图。

这是一个直流电机的原理图,其实挺简单的,就是上下一堆磁极,然后磁极间有一组铜线(图上称为绕组线圈,我说一组铜线,让你便于理解),那么直流电机为什么有动起来呢?是因为有安培力的作用,通电的导线,或者说定向流动的电流会受到磁场的作用力,然后我们假设图上的电流,就是从电刷的+级流向-级,那么那一组铜线上的电流,上面的那根导线是从+级流入磁场里的吧,下面的那根导线的电流是不是刚好相反,是从磁场内流入-级的?上面的那根铜线受到的安培力力和下面那根铜线受到的安培力刚好相反对吧,就能转起来了。

这样理解了之后,我们来看,这个电机到底消耗了电能,转化成了哪些能量?电机上有电刷,电刷一般使用碳的材质,所以电刷上是有电阻的,铜线是有电阻的,即便初高中告诉你,电线是理想的,但是实际上,你测量出来的电阻值里是有铜线的电阻的,有的直流电机,甚至图上的两个磁极也是用电磁铁原来实现的,上面有绕组,铜线有电阻,基本上电阻的构成就是这些了,那么电阻上的能量转换时转换成什么呢?答案是热能,电阻本质就是把电能转换成热能,那么电机上只有热能吗?我们明明看到电机转动起来了啊,能动的东西是一定有动能的,那么显而易见,电机上的能量转换有两种,一种是热能,一种是动能。那么,我们现在就需要计算出来,电机到底把多少电能转换成热能,多少电能转换成了动能吧,按初高中的知识,很难定量算出动能的转换能量(不过直流电机的动能,即有效功其实是能算清楚的,这里不提了,因为要搞懂这个问题,需要用到大学的电机学的知识,初高中就不讲了,如果你自己有兴趣和时间,可以去买来看看,不过需要的数学知识和大学物理的电场和磁场的知识比较多),现在开始讲解,为什么不能用U^2/R,来计算电机的热功率,按前面我们所说的,电机上有两部分能量,那么能U^2/R来计算吗?答案是不能,为什么呢?问题出在U^2/R的这个公式上,这个公式是怎么来的呢?我们最初算功率P,都是初始公式P=U*I。这个公式是万能的,连电机都可以用,但是后面的推导公式不是万能的,比如P=U^2/R,这个公式的实质是P=U*I=U*(U/R),其实还是U*I,只不过电阻符合欧姆定律,U=I*R,所以电阻推导可以使用,但是符合欧姆定律也是有前提条件的,那就是这个元件(物质)要能满足,把所以的电能转换成热能的基础上,才能使用这个变换公式,电阻就是这一种特殊的元件,它的作用是把电能全部转换成热能的,也可以说,能把电能完全转换成热能的元件,叫做电阻,电阻都满足欧姆定律,P=U*I,那么满足欧姆定律的元件,就可以用I=U/R来替换掉P=U*I中的I,但是电机很遗憾,电机主要功率是用来转换成动能的,因为真实世界不存在完全没有电阻的元件,所以电机才会发热,把一部分电能转换成热能的,电机不符合欧姆定律,你就不能用,但是I^2*R,可以用,因为这是计算所有把电能转换成热能都能用的基础公式,元件之所以会发热,是因为电子定向流动,受到了电阻阻碍,造成了能量流失,从而算出热能,但是你可能会问,那么为什么,电阻的电压能用U=I*R来表示,因为符合欧姆定律,那么电机呢?电机不符合,可以说电机上的电压不完全符合欧姆定律,电机上的电压有一部分确实是受欧姆定律影响的,但是转换成动能的那部分,它完全不符合欧姆定律,两个叠加,它还是不符合欧姆定律。唯一的方法就是,通过I^2*R来计算出符合欧姆定律那部分的转换成热能的功率,然后用所有都能使用的算总功率的公式P=U*I来计算总功率,然后来算出电机转换成动能的功率,动能的功率完全不符合欧姆定律,而且动能也不发热,你完全不能用I^2*R来计算的,更不能用P=U^2/R来算,因为这个公式的前提条件是元件要符合欧姆定律才能变换,电机动能部分完全不能用欧姆定律来变换的啊。

这里再补充提示一下你计算电机动能的公式吧,其实就是算扭矩做的功,因为动能是安培力做的功,电机的动能是有安培力做的功来算的,力做的功都可以用P=F*V来算,不过这里就很复杂了,安培力F还好,F=BIL嘛,难点在于磁场强度B要算怎么算出来,L是电线的长度,电机设计好了,L就是个定制,I是可以自己设定,然后就是安培力做功,绕轴做圆周运动,另一个难点也来了,怎么计算出线速度V,一般不用自己算,因为电机上都有,但是电机不提供线速度V,而是提供转速,转速和线速度之间的变换是很简单的,有兴趣,自己去推导,一般大学的电机学的书上会有公式推导的,物理好的,数学好的,高中生一般可以看得懂,至于磁场强度B的计算公式,一般的大学物理书上是有推导公式的,磁场强度B和电流I是成比例的。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2020-10-06
其实是一样的,U^2/R和l^2*R两个公式都合适用,区别只在纯电阻电路时的纯电阻与视在电阻的不同。
如20W电机,U=10v,经计算电流l=2A,将其转换成电阻电路,则视在电阻应为5欧。此时经两种公式计算都是20W。
但经测量电机线圈真正内阻为1欧,在保持纯电阻电路2A情况下只须2v电压,按两种公式计算发热功率都是4W。所以,当电机正常运行所需电流情况下计算发热功率,主要是内阻与电流的关系,适用第二公式。本回答被提问者采纳
相似回答