本文探討的問(wèn)題是 “ 為什么提高電機(jī)的電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)隨之上升？ ”具體而言，就是當(dāng)給電機(jī)繞組施加的電壓升高（增大）時(shí)，為什么其轉(zhuǎn)速會(huì)隨之上升。這一現(xiàn)象看似理所當(dāng)然，但其背后的原理卻涉及諸多物理公式。這個(gè)問(wèn)題對(duì)于深入了解電機(jī)原理非常關(guān)鍵，下面將為大家詳細(xì)闡述。

問(wèn)題的內(nèi)容

本次的問(wèn)題源于類(lèi)似下面的經(jīng)歷。

這是在使用市售的小型電機(jī)時(shí)產(chǎn)生的疑問(wèn)。當(dāng)時(shí)使用的是那種只需連接電池就能轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，即所謂的有刷電機(jī)。為探尋如何能提高轉(zhuǎn)速，經(jīng)過(guò)一番調(diào)查后得知，有一種方法是將電池進(jìn)行串聯(lián)。于是采用兩節(jié)電池串聯(lián)的方式，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（轉(zhuǎn)速）相較于單節(jié)電池時(shí)加快了。

對(duì)于轉(zhuǎn)速的提高，人們很容易直觀的認(rèn)為，“這是由于兩節(jié)電池的功率（電壓？）變成了原來(lái)的兩倍”，但是，當(dāng)深入思考電壓和轉(zhuǎn)速之間究竟存在怎樣的關(guān)系時(shí)，就會(huì)感到困惑不解，進(jìn)而希望知曉更為詳盡的緣由。

當(dāng)把兩節(jié)電池串聯(lián)連接時(shí)，有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速的確會(huì)上升。像這樣將電池串聯(lián)起來(lái)提升功率的情況，想必有人在使用小燈泡時(shí)體驗(yàn)過(guò)吧。當(dāng)使用兩節(jié)電池時(shí)，小燈泡會(huì)比使用單節(jié)電池時(shí)更亮。所以，對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速上升這件事可能并不會(huì)覺(jué)得有什么奇怪的。

然而，并非所有電機(jī)都遵循這一規(guī)律，事實(shí)上，有的電機(jī)即便提高電壓，轉(zhuǎn)速也不會(huì)改變。比如說(shuō)步進(jìn)電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)就是轉(zhuǎn)速不會(huì)隨著電壓的升高而上升的電機(jī)。另外，轉(zhuǎn)速會(huì)上升的電機(jī)是有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)。那么，這些電機(jī)之間的區(qū)別是什么呢？下面我們首先從這一點(diǎn)切入，開(kāi)始講解。

1、轉(zhuǎn)速不變的電機(jī)與轉(zhuǎn)速可變的電機(jī)

之間的區(qū)別

當(dāng)改變電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速不變的電機(jī)與轉(zhuǎn)速可變的電機(jī)在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的控制策略上存在差異（※在此處的說(shuō)明中，“控制策略”可能比“控制方法”更為恰當(dāng)）。

轉(zhuǎn)速不變的電機(jī)，是通過(guò)控制使磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的速度，使轉(zhuǎn)子跟隨該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。下面我們借助下圖來(lái)對(duì)這類(lèi)電機(jī)的具體運(yùn)行動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。該圖是步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行示例。

首先，假設(shè)控制電路在圖中1的位置處形成了一個(gè)電磁體（繞組磁場(chǎng)）。此時(shí)，轉(zhuǎn)子就會(huì)像被該電磁體吸引一樣開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。繞組磁場(chǎng)會(huì)在位置2處等待轉(zhuǎn)子跟進(jìn)，但實(shí)際上并不是確認(rèn)轉(zhuǎn)子是否已經(jīng)完全跟上，而是在預(yù)估 “轉(zhuǎn)子差不多該跟進(jìn)到位”的時(shí)間點(diǎn)，切換電磁體，將磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)到位置3。若轉(zhuǎn)子在圖中位置2階段已完成跟進(jìn)，當(dāng)狀態(tài)進(jìn)入位置3時(shí)，轉(zhuǎn)子又會(huì)被電磁體吸引而開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)正是通過(guò)不斷重復(fù)上述動(dòng)作實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的。因此，電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。

在此我們探討一下，例如若提高施加在繞組上的電壓會(huì)怎樣呢？

2、電機(jī)的轉(zhuǎn)速是如何確定的？

如前所述，轉(zhuǎn)速會(huì)隨電壓變化的電機(jī)，是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)而變化的電機(jī)。這里假定這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化是自動(dòng)進(jìn)行的。基于該前提，我們?cè)诖藘H簡(jiǎn)單探討一下作用于轉(zhuǎn)子的力，以及該力與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

首先來(lái)解釋一下作用在轉(zhuǎn)子上的力（旋轉(zhuǎn)力，即轉(zhuǎn)矩）是如何確定的。一般來(lái)說(shuō)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（T）與繞組中通過(guò)的電流（I）成正比。下式中的K t 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。

接下來(lái)，我們探討繞組中的電流是如何確定的。

至此，關(guān)于“為什么電機(jī)在提高電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)隨之上升？”這一問(wèn)題的講解就結(jié)束了。