Ο ηλεκτροκινητήρας είναι ένας μετατροπέας που μετατρέπει συνεχώς την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και τη μηχανική ενέργεια.
Όταν εισάγεται ηλεκτρική ενέργεια, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να παράγει συνεχώς ροπή και μηχανική ενέργεια.
δηλαδή ο ηλεκτροκινητήρας. Αντίθετα, εάν μια εξωτερική δύναμη ωθεί συνεχώς τον άξονα του ηλεκτροκινητήρα και εισάγει μηχανική ενέργεια, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να εξάγει συνεχώς τάση και ηλεκτρική ενέργεια από το άκρο του καλωδίου αντίστροφα, δηλαδή τη γεννήτρια.
Ιστορικά, ο στατικός μετασχηματιστής υπολογίζονταν επίσης ως ηλεκτροκινητήρας, αλλά σταδιακά εξελίχθηκε ώστε να αναφέρεται αποκλειστικά σε ηλεκτρικούς κινητήρες και γεννήτριες.
Ένα από τα πλεονεκτήματα των ηλεκτροκινητήρων είναι ότι οι απώλειές τους είναι σχετικά μικρές, άρα επιτυγχάνουν υψηλή απόδοση.
Οι μεγάλοι ηλεκτροκινητήρες μπορούν να επιτύχουν απόδοση έως και 99%.
When talking about electromagnetic systems, Maxwell's system of equations is inevitable.
Στον μακροσκοπικό κόσμο και ακόμη και στον μικροσκοπικό κόσμο,
Maxwell's system of equations can be used very effectively to describe the system properties.
Maxwell's system of equations has been summarized from previous studies of electromagnetic phenomena.
Υπάρχουν τέσσερις πολύ βασικές εξισώσεις, τόσο σε διαφορική όσο και σε ολοκληρωτική μορφή.
Now let's examine Maxwell's system of equations in integral form.
Οι παραπάνω δύο εξισώσεις περιγράφουν τη ροή της πυκνότητας πεδίου, αντίστοιχα, το σύνολο της εικόνας μετατόπισης του δυναμικού εκροής και το σύνολο της εικόνας επαγωγής περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου σε μια επιφάνεια κλειστού χώρου
Σύμφωνα με τις γνώσεις που μάθαμε στο γυμνάσιο, το ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να δημιουργηθεί με διέγερση σημειακού φορτίου, το μαγνητικό πεδίο δεν μπορεί να διεγερθεί από το μαγνητικό μονόπολο, αλλά για να επεκτείνει το μονοπάτι κλειστό, έτσι το ηλεκτρικό πεδίο είναι ενεργό, το μαγνητικό πεδίο είναι παθητικός.
Άρα η συνολική ροή μετατόπισης δυναμικού είναι το συνολικό φορτίο q και η συνολική μαγνητική ροή είναι 0.
Οι παραπάνω δύο εξισώσεις περιγράφουν τα μεγέθη σπιν της έντασης του πεδίου, τα ολοκληρώματα της συνολικής έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και την ένταση του ολικού μαγνητικού πεδίου.
Αντιστοιχεί στον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής και στον ρυθμό μεταβολής της μετατόπισης δυναμικού (ένταση ρεύματος), αντίστοιχα, για μια στροφή κατά μήκος της διαδρομής της καμπύλης σε μια καμπύλη κλειστού χώρου.
Οι τύποι Gauss και Stokes επιτρέπουν επίσης την επανεγγραφή των παραπάνω τεσσάρων εξισώσεων σε διαφορική μορφή ως εξής.
▽ για τον τελεστή Nabla, με διανυσματικό γινόμενο κουκκίδων για τον υπολογισμό της διασποράς και το γινόμενο διχάλας για τον υπολογισμό του σπιν, P για την πυκνότητα του σώματος φορτίου και Jn για την πυκνότητα ρεύματος.
Οι παραπάνω εξισώσεις μπορούν να περιγράψουν βασικά όλη την ηλεκτρομαγνητική συμπεριφορά που εμφανίζεται σε όλα τα συστήματα κινητήρων επαγωγής εναλλασσόμενου ρεύματος
1.2 Πόλωση υλικών και μαγνήτιση για ηλεκτρική ενέργεια
Σε ένα εφαρμοσμένο ηλεκτρικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, τα μόρια του υλικού θα αλλάξουν τον προσανατολισμό τους επειδή η πολικότητα επηρεάζεται από την ένταση του πεδίου.
Οι ηλεκτρικές περιοχές που σχηματίζονται από τις αρχικές ανομοιόμορφα διατεταγμένες μοριακές ομάδες διαφόρων μεγεθών θα πολωθούν λόγω του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου και ο προσανατολισμός κατανομής φορτίου συγκλίνει.
E0=8,854187817*10-12F/m είναι η διαπερατότητα κενού, η οποία είναι επίσης η διηλεκτρική σταθερά κενού, και το P είναι η σχετική διηλεκτρική σταθερά, η οποία καθορίζεται από τις ιδιότητες του ίδιου του υλικού.
Το (1.9) περιγράφει την πυκνότητα μετατόπισης δυναμικού του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου και την αντίστοιχη εικόνα της έντασης της πόλωσης μαζί.
Σε ένα εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο, οι αντίστοιχες μαγνητικές περιοχές και οι αντοχές μαγνήτισης μπορούν να ληφθούν με τον ίδιο τρόπο.
Σε αντίθεση με το ηλεκτρικό πεδίο, εισάγεται μια δύναμη μαγνητικής πόλωσης Μ, η οποία περιγράφει τη διαφορά μεταξύ της ισχύος μαγνητικής επαγωγής του υλικού και εκείνης του περιβάλλοντος κενού.
U0=4π*10-7 N.A-2 είναι η διαπερατότητα κενού και Ur είναι η σχετική διαπερατότητα, η οποία περιγράφει την ικανότητα του υλικού να επιτρέπει τη διέλευση ενός μαγνητικού πεδίου.
Αν ο Ουρ<=1 είναι αντιμαγνητικό, το υλικό εμποδίζει τη διέλευση ενός μαγνητικού πεδίου. εάν η εικόνα είναι παραμαγνητική, το υλικό συμμορφώνεται με τη διέλευση ενός μαγνητικού πεδίου.
Αν ο Ουρ>=1o 5 είναι σιδηρομαγνητικό, το υλικό όπως το νικέλιο σιδηροκοβαλτίου θα ενισχύσει το μαγνητικό πεδίο μετά τη μαγνήτιση. Και στη συνέχεια διατηρήστε μια ορισμένη ισχύ του μαγνητικού πεδίου μετά την αφαίρεση του μαγνητικού πεδίου, το οποίο ονομάζεται παραμένοντας μαγνητισμός.
Στη διαδικασία λειτουργίας του κινητήρα θα υπάρχει συνεχής μαγνήτιση και απομαγνήτιση, επομένως πρέπει να δοθεί προσοχή στην εξέταση των γραμμών υστέρησης διαφορετικών υλικών.
Η γραμμή υστέρησης περιγράφει την αυξανόμενη μαγνητική επαγωγή ενός μαγνητικού υλικού καθώς η ένταση του πεδίου αυξάνεται υπό τη δράση ενός εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου ισχύος H.
Αυτή η μαγνητική επαγωγή δεν ακολουθεί την ένταση του πεδίου μετά την επίτευξη μαγνητικού κορεσμού.
Αφού επιτευχθεί ο μαγνητικός κορεσμός, είναι δύσκολο να παρακολουθήσουμε την αύξηση της έντασης του πεδίου. Όταν η ισχύς του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου μειώνεται αργά στο μηδέν, μπορεί να φανεί ότι η καμπύλη απομαγνήτισης εξακολουθεί να διατηρεί την παραμένουσα μαγνήτιση Β όταν περνά από το σημείο μηδέν.
Αυτή η παραμένουσα μαγνήτιση δείχνει τη γενική αρχή της κατασκευής μόνιμων μαγνητών, δηλαδή την κατευθυντική μαγνήτιση που ακολουθείται από βαθμιαία απομαγνήτιση. Όταν εφαρμόζεται το αντίστροφο μαγνητικό πεδίο, η ισχύς της μαγνητικής επαγωγής μηδενίζεται ή ακόμη και αυξάνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, και αυτή η περίσσεια ονομάζεται καταναγκασμός H.
1.3 Ηλεκτρομαγνητική δύναμη και μηχανική ενέργεια
Η μεγαλύτερη αξία του κινητήρα είναι να πραγματοποιήσει τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια, να κάνει εργασία εξωτερικά και να εκτελέσει την κίνηση στόχο.
Η κίνηση ενός φορτισμένου σωματιδίου σε ένα μαγνητικό πεδίο υπόκειται στη δύναμη Lorentz κάθετη προς την κατεύθυνση της κίνησης, της οποίας η μακροσκοπική έκφραση είναι η δύναμη Ampere Hm = Il * B , η οποία μπορεί να κριθεί χρησιμοποιώντας τον κανόνα του αριστερού χεριού για τον προσδιορισμό του κατεύθυνση,
I είναι το ενεργό μήκος του αγωγού στο μαγνητικό πεδίο προς την κατεύθυνση του ρεύματος.
Αντίστοιχη δύναμη ηλεκτρικού πεδίου υπάρχει και στο ηλεκτροστατικό πεδίο Fe=qE .
Και τα μαγνητικά και τα ηλεκτρικά πεδία είναι τα ίδια πεδία και η δύναμη που εφαρμόζεται στο φορτίο ή στο στοιχείο ρεύματος σε αυτά εξαρτάται από τον όγκο και την πυκνότητα του πεδίου, και έτσι η αντίστοιχη δύναμη πεδίου μπορεί να εξεταστεί ως προς το πεδίο.
Οι παραπάνω δύο εξισώσεις εξακολουθούν να διατηρούν τη συμμετρία, η πυκνότητα φορτίου P σε έναν ορισμένο όγκο λόγω της έντασης του πεδίου του ηλεκτρικού πεδίου παράγει την πυκνότητα ηλεκτρικής δύναμης fe = pE,
Η πυκνότητα ρεύματος J σε έναν ορισμένο όγκο λόγω της έντασης του μαγνητικού πεδίου παράγει την πυκνότητα μαγνητικής δύναμης Fm = J * B (η παραπάνω εξίσωση (1.12) πρέπει να χρησιμοποιείται στην περίπτωση ισοτροπικών υλικών και σταθερού ρεύματος) .
Αυτή η έκφραση μας εμπνέει να εξετάσουμε άμεσα την ενέργεια και την ενεργειακή πυκνότητα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.
Με αυτόν τον τρόπο, η ηλεκτρομαγνητική δυναμική ενέργεια σε ένα ορισμένο σημείο μπορεί να προσδιοριστεί βρίσκοντας τη βαθμίδα για να ληφθεί η αντίστοιχη πυκνότητα ηλεκτρομαγνητικής δύναμης και έτσι να βρεθεί η συνολική ηλεκτρομαγνητική δύναμη στο αντικείμενο που εξετάζουμε.
1.4 Μοντέλο πηνίου
Ένα πηνίο είναι ένα θεμελιώδες στοιχείο που σχηματίζει ένα μοντέλο κινητήρων επαγωγής, γεφυρώνοντας το μοντέλο κυκλώματος του κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος και το φυσικό μοντέλο του αντικειμένου.
Ένα ευθύ τμήμα ενεργοποιημένου αγωγού δημιουργεί ένα σπειροειδές μαγνητικό πεδίο γύρω του (σύμφωνα με την εξίσωση 1.4).
Όταν ο αγωγός είναι κλειστός στην αρχή και στο τέλος, το δακτυλιοειδές πεδίο σχηματίζει μαγνητικές γραμμές δύναμης στο κέντρο του δακτυλίου του αγωγού που διέρχονται κατακόρυφα μέσα από τον δακτύλιο αγωγού, όπως μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.
Λαμβάνοντας υπόψη μόνο το ρεύμα στον ενεργοποιημένο αγωγό, το (1.4) απλοποιεί:
Η μαγνητοκινητική δύναμη (magnetische Durchfluchtung), η οποία είναι η πηγή της ισχύος του πεδίου διέγερσης, είναι ουσιαστικά η ισχύς του συνολικού ρεύματος που διέρχεται από ένα τμήμα κλειστού αγωγού στο [A].
Εφόσον στην πράξη το ενεργοποιημένο καλώδιο θα τυλιχτεί σε ένα πηνίο, το ρεύμα του καλωδίου διακριτοποιείται και το (1.13) ξαναγράφεται ως
N είναι ο συνολικός αριθμός περιελίξεων στο πηνίο, δηλαδή ο αριθμός των στροφών.
Μπορεί να φανεί ότι εάν ο αριθμός των στροφών είναι μεγαλύτερος, το συνολικό ρεύμα είναι μεγαλύτερο, το μαγνητικό δυναμικό είναι μεγαλύτερο και όσο ισχυρότερο μπορεί να διεγείρεται το μαγνητικό πεδίο.
Ένα πηνίο μονής στροφής σε ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο θα προκαλέσει μια τάση και στα δύο άκρα του σύρματος, ένα φαινόμενο που περιγράφεται από το (1.3).
Μπορεί να γίνει κατανοητό ότι η μαγνητική επαγωγή μπορεί επίσης να ερμηνευθεί ως η πυκνότητα μαγνητικής ροής, η οποία μπορεί να ληφθεί με υποκατάσταση (1.3)
Το Ui είναι το επαγόμενο ηλεκτρικό δυναμικό, εξετάστε δύο μορφές αλλαγής ροής, η μία είναι να αλλάξετε την περιοχή του πηνίου αλλά να αλλάξετε την πυκνότητα ροής, τότε υπάρχουν ως εξής.
Το πρώτο μέρος είναι το τυπικά μετασχηματισμένο δυναμικό επαγωγής και το δεύτερο μέρος είναι το μεταφραζόμενο δυναμικό επαγωγής.
Το πρώτο έχει μια χρονικά μεταβαλλόμενη πυκνότητα μαγνητικής ροής, ενώ το δεύτερο έχει μια χρονικά μεταβαλλόμενη περιοχή ενεργού πηνίου.
Αυτή η αρχή επαγωγής αναφέρεται στη φυσική του γυμνασίου και είναι επίσης γνωστή ως θεώρημα του αυλού.
Όταν ένα πηνίο έχει πολλές στροφές, η συνολική ενεργή ροή είναι ακριβώς ένα ακέραιο πολλαπλάσιο των διευρυμένων στροφών του πηνίου, εισάγοντας έτσι την έννοια της μαγνητικής αλυσίδας.
Η αλυσίδα ορίζεται στο παρακάτω σχήμα.
Σημειώστε ότι η μαγνητική αλυσίδα είναι ένα βαθμωτό μέγεθος, όπως και η μαγνητική ροή. Δεδομένου ότι η ίδια η αλλαγή στο ρεύμα μπορεί επίσης να προκαλέσει αλλαγή στη ροή, η τάση είναι να παρεμποδίζεται η αλλαγή ροής, η οποία μπορεί να οριστεί ως:
i είναι η μεταβαλλόμενη ένταση ρεύματος, L είναι ο συντελεστής αυτεπαγωγής στο Henry [H] και το μέγεθός του σχετίζεται με το σχήμα όγκου του πηνίου, τον αριθμό των στροφών και τη μαγνητική διαπερατότητα.
Τα πηνία στους επαγωγικούς κινητήρες είναι κατασκευασμένα ώστε να έχουν σιδηρομαγνητικό υλικό στη μέση του πηνίου, όπως πυρήνα σιδήρου, προκειμένου να αυξηθεί η μαγνητική διαπερατότητα, έτσι ώστε το πηνίο να τυλίγεται στον πυρήνα του σιδήρου, εξ ου και η ονομασία περιέλιξη.
Για ένα τμήμα γραμμικά ομοιογενούς υλικού, ο συντελεστής αυτεπαγωγής του μπορεί να προσεγγιστεί με την ακόλουθη εξίσωση
Η αυτοεπαγωγή είναι ένα πηνίο από τις δικές του αλλαγές ρεύματος για να προκαλέσει το φαινόμενο της τάσης καταστολής, την τάση του να εμποδίζει τις αλλαγές ρεύματος σχετικά με τον ηλεκτρικό κινητήρα συνεχούς ρεύματος.
Όταν δύο πηνία κοντά το ένα στο άλλο, εκτός από τη δική τους αυτεπαγωγή, αλλά και λόγω των γειτονικών πηνίων στις αλλαγές ρεύματος και της αμοιβαίας επαγωγής
Ο συντελεστής αμοιβαίας επαγωγής υλικών με γραμμικές ταυτότητες προσεγγίζεται από την παραπάνω εξίσωση, η οποία δείχνει ότι η αμοιβαία επαγωγή επηρεάζεται από τον αριθμό των στροφών των δύο πηνίων ταυτόχρονα.
Αγνοώντας την αντίσταση και εξετάζοντας την αυτεπαγωγή και την αμοιβαία επαγωγή των δύο γειτονικών πηνίων, η εξίσωση τάσης μπορεί να παρατεθεί από το Σχήμα 1.5 σχετικά με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος
Δεδομένου ότι τα μέρη ζεύξης έχουν τις ίδιες παραμέτρους και σχήμα υλικού, οι προκύπτοντες συντελεστές αμοιβαίας επαγωγής είναι ίσοι M12=M21.
Έτσι, το μέγεθος των αλυσίδων ζεύξης σε κάθε πηνίο είναι ανάλογο με την ένταση ρεύματος στο αντίστοιχο πηνίο περιελίξεων ρότορα για κινητήρα συνεχούς ρεύματος..
1.5 Ohm's theorem for electrical energy and magnetic circuits
In secondary school we studied Ohm's theorem, which states that the resistance of a conductor is the ratio of the voltage and current at both ends, and that there is a formula to describe the resistive material itself.
Q, που είναι η αγωγιμότητα, που είναι ακριβώς το αντίστροφο της ειδικής αντίστασης P και περιγράφει την ικανότητα αγωγής ρεύματος.
Εκτός από την εφαρμογή αντίστασης, η σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος μπορεί επίσης να περιγραφεί χρησιμοποιώντας την εικόνα αγωγιμότητας όταν λειτουργεί ο ηλεκτροκινητήρας.
Εξετάστε τώρα την ένταση ρεύματος ανά μονάδα επιφάνειας, δηλ. πυκνότητα ρεύματος J = I/A e (e είναι το μοναδιαίο διάνυσμα), με την πυκνότητα ρεύματος ως διάνυσμα να δείχνει προς την κατεύθυνση του ρεύματος για κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος.
Αυτό μπορεί να συνδυαστεί με την εξίσωση τάσης U=E.l και το (1.25) να ξαναγραφτεί (1.26) ως
The above equation describes the Ohm's theorem at the microscopic level, i.e., the variation of the current density corresponding to a constant field strength applied to the conductor.
Το Lm είναι το ενεργό μήκος της μαγνητικής ροής μέσω ενός τμήματος του μαγνητικού κυκλώματος και το A είναι η αντίστοιχη περιοχή ροής.
Η παραπάνω εξίσωση μοιάζει πολύ με τον τύπο αντίστασης.
Ας παραμορφώσουμε ξανά τον τύπο της μαγνητοαντίστασης και μπορούμε να συνεχίσουμε να λαμβάνουμε
Μπορεί να φανεί ότι σε μονάδες η μαγνητοαντίσταση είναι στην πραγματικότητα το αντίστροφο του συντελεστή επαγωγής.
Συνεχίζοντας την αναλογία με την έννοια της αγωγιμότητας, λαμβάνουμε τη μαγνητική αγωγιμότητα Α (magnetische Leitwert, σε [H] ή [Ωs])
In the circuit we find the differential elements for (1.26) and get the microscopic Ohm's theorem, so what is the microscopic Ohm's theorem corresponding to the magnetic circuit?
Μπορούμε να συνεχίσουμε να ξαναγράψουμε την εξίσωση (1.31), σημειώνοντας ότι η ίδια η μαγνητική ροή έχει πυκνότητα ροής B, η οποία στη συνέχεια αποδίδει
So the microscopic magnetic circuit Ohm's theorem is equation (1.10), and the magnetic field strength under is the flux density obtained from the magnetization of a constant magnetic field.
Η υπολογιστική ανάλυση της απροθυμίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πραγματοποίηση ανάλυσης μικροστοιχείων της ροής σε ολόκληρο τον πόλο περιέλιξης του κινητήρα, το τμήμα πυρήνα και το ενδιάμεσο τμήμα του διακένου αέρα, το οποίο μπορεί να πραγματοποιήσει μια ανάλυση διακριτών πεπερασμένων στοιχείων FEM (Finite-Elemente-Methode) ολόκληρου του μαγνητικού κυκλώματος.
It is also possible to apply Kirchhoff's theorem for the circuit in the magnetic circuit, which is very intuitive and convenient.
Καλώς ήρθατε να μοιραστείτε μαζί μας περισσότερες πληροφορίες για τους ηλεκτρικούς κινητήρες στην περιοχή των σχολίων!
Οποιαδήποτε ερώτηση σχετικά με τον ηλεκτροκινητήρα, επικοινωνήστε με τον επαγγελματικό ηλεκτροκινητήρα κατασκευαστής σε Κίνα ως εξής:
Ο κινητήρας Dongchun διαθέτει ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρικών κινητήρων που χρησιμοποιούνται σε διάφορες βιομηχανίες όπως οι μεταφορές, οι υποδομές και οι κατασκευές.
