Skip naar inhoud 
1. Het natuurkundige principe van elektromotorwerk
1.1 Maxwell's systeem van vergelijkingen
De elektromotor is een transducer die voortdurend elektromagnetische energie en mechanische energie omzet.
Wanneer elektrische energie wordt ingevoerd, kan de elektromotor continu koppel en mechanische energie leveren.
dat wil zeggen de elektromotor; Omgekeerd, als een externe kracht voortdurend de as van de elektromotor duwt en mechanische energie invoert, kan de elektromotor continu spanning en elektrische energie afgeven vanaf het draaduiteinde in omgekeerde richting, dat wil zeggen de generator.
Historisch gezien werd de statische transformator ook als een elektromotor geteld, maar geleidelijk evolueerde deze naar uitsluitend elektrische motoren en generatoren.
Een van de voordelen van elektromotoren is dat hun verliezen relatief klein zijn, waardoor ze een hoog rendement behalen.
Grote elektromotoren kunnen een rendement tot wel 99% behalen.
Als we het over elektromagnetische systemen hebben, is het systeem van vergelijkingen van Maxwell onvermijdelijk.
In de macroscopische wereld en zelfs in de microscopische wereld
Het systeem van vergelijkingen van Maxwell kan zeer effectief worden gebruikt om de systeemeigenschappen te beschrijven.
Het systeem van vergelijkingen van Maxwell is samengevat uit eerdere onderzoeken naar elektromagnetische verschijnselen.
Er zijn vier zeer fundamentele vergelijkingen, zowel in differentiële als in integrale vorm.
Laten we nu het systeem van vergelijkingen van Maxwell in integrale vorm onderzoeken.
De bovenstaande twee vergelijkingen beschrijven respectievelijk de flux van de velddichtheid, het totaal van het uitstroompotentiaalverschuivingsbeeld en het totaal van het roterende magnetische veldinductiebeeld in een gesloten ruimteoppervlak
Volgens de kennis die op de middelbare school is geleerd, kan het elektrische veld worden gegenereerd door excitatie van puntladingen, het magnetische veld kan niet worden opgewonden door de magnetische monopool, maar om het pad gesloten te verlengen, zodat het elektrische veld actief is, is het magnetische veld passief.
Dus de totale potentiële verschuivingsflux is de totale lading q en de totale magnetische flux is 0.
De bovenstaande twee vergelijkingen beschrijven de spingrootheden van de veldintensiteit, de integralen van de totale elektrische veldintensiteit en de totale magnetische veldintensiteit.
Overeenkomend met de snelheid van verandering van de magnetische flux en de snelheid van verandering van de potentiële verschuiving (stroomintensiteit), respectievelijk, voor één winding langs het pad van de curve op een gesloten ruimtecurve.
De Gauss- en Stokes-formules maken het ook als volgt mogelijk om de bovenstaande vier vergelijkingen in differentiële vorm te herschrijven.
▽ voor de Nabla-operator, met vectorpuntproduct om de verstrooiing te berekenen en vorkproduct om de spin te berekenen, P voor de ladingslichaamsdichtheid en Jn voor de stroomdichtheid.
De bovenstaande vergelijkingen kunnen in principe al het elektromagnetische gedrag beschrijven dat optreedt in alle ac-inductiemotorsystemen
1.2 Materiaalpolarisatie en magnetisatie voor elektrische energie
In een aangelegd elektrisch roterend magnetisch veld zullen de materiaalmoleculen hun oriëntatie veranderen omdat de polariteit wordt beïnvloed door de veldsterkte.
De elektrische domeinen gevormd door de oorspronkelijke ongelijkmatig gerangschikte moleculaire groepen van verschillende groottes zullen gepolariseerd zijn vanwege het aangelegde magnetische veld, en de oriëntatie van de ladingsverdeling convergeert.
E0=8,854187817*10-12F/m is de diëlektrische constante van het vacuüm, die ook de diëlektrische vacuümconstante is, en P is de relatieve diëlektrische constante, die wordt bepaald door de eigenschappen van het materiaal zelf.
(1.9) beschrijft samen de potentiële verschuivingsdichtheid van het aangelegde elektrische veld en het overeenkomstige beeld van de polarisatie-intensiteit.
In een aangelegd magnetisch veld kunnen de overeenkomstige magnetische domeinen en magnetisatiesterkten op dezelfde manier worden verkregen.
In tegenstelling tot het elektrische veld wordt een magnetische polarisatiesterkte M geïntroduceerd, die het verschil beschrijft tussen de magnetische inductiesterkte van het materiaal en die van de vacuümomgeving.
U0=4π*10-7 N.A-2 is de vacuümpermeabiliteit en Ur is de relatieve permeabiliteit, die het vermogen van het materiaal beschrijft om een magnetisch veld door te laten.
Als Ur<=1 is antimagnetisch, het materiaal verhindert de doorgang van een magnetisch veld; als het beeld paramagnetisch is, voldoet het materiaal aan de doorgang van een magnetisch veld.
Als Ur>=1o 5 is ferromagnetisch, het materiaal zoals ferrokobalt-nikkel zal het magnetische veld na magnetisatie versterken. En behoud dan een bepaalde sterkte van het magnetische veld na het verwijderen van het magnetische veld, dat remanent magnetisme wordt genoemd.
Tijdens het motorbedrijf zal er constante magnetisatie en demagnetisatie plaatsvinden, dus er moet ook aandacht worden besteed aan het onderzoek van de hysteresislijnen van verschillende materialen.
De hysteresislijn beschrijft de toenemende magnetische inductie van een magnetisch materiaal naarmate de veldsterkte toeneemt onder invloed van een aangelegd magnetisch veld met sterkte H.
Deze magnetische inductie volgt niet de veldsterkte na het bereiken van magnetische verzadiging.
Nadat de magnetische verzadiging is bereikt, is het moeilijk om de toename van de veldsterkte te volgen. Wanneer de externe magnetische veldsterkte langzaam afneemt tot nul, is te zien dat de demagnetisatiecurve nog steeds de remanente magnetisatie B behoudt wanneer deze het nulpunt passeert.
Deze remanente magnetisatie toont het algemene principe van het vervaardigen van permanente magneten, dat wil zeggen gerichte magnetisatie gevolgd door geleidelijke demagnetisatie. Wanneer het inverse magnetische veld wordt aangelegd, gaat de magnetische inductiesterkte naar nul of neemt zelfs toe in de tegenovergestelde richting, en deze overmaat wordt de coërciviteit H genoemd.
1.3 Elektromagnetische kracht en mechanische energie
The greatest value of the motor is to realize the conversion of electrical energy to mechanical energy, to do work externally and to execute the target motion.
The motion of a charged particle in a magnetic field is subject to the Lorentz force perpendicular to the direction of motion, whose macroscopic expression is the Ampere force Hm = Il * B , which can be judged by using the left-hand rule to determine the direction,
I is the effective length of the conductor in the magnetic field in the direction of the current.
There is also a corresponding electric field force in the electrostatic field Fe=qE .
En zowel magnetische als elektrische velden zijn zelf velden, en de kracht die wordt uitgeoefend op het ladings- of stroomelement daarin hangt af van het volume en de velddichtheid, en dus kan de overeenkomstige veldkracht worden onderzocht in termen van het veld.
De bovenstaande twee vergelijkingen behouden nog steeds de symmetrie, de ladingsdichtheid P in een bepaald volume als gevolg van de veldsterkte van het elektrische veld produceert de elektrische krachtdichtheid fe = pE,
De stroomdichtheid J in een bepaald volume als gevolg van de magnetische veldsterkte levert de magnetische krachtdichtheid Fm = J * B op (de bovenstaande vergelijking (1.12) moet worden gebruikt in het geval van isotrope materialen en constante stroom).
Deze uitdrukking inspireert ons om de energie en energiedichtheid van het elektromagnetische veld direct te onderzoeken.
Op deze manier kan de elektromagnetische potentiële energie op een bepaald punt worden bepaald door de gradiënt te vinden om de overeenkomstige elektromagnetische krachtdichtheid te verkrijgen en zo de totale elektromagnetische kracht op het te onderzoeken object te vinden.
1.4 Spoelmodel
Een spoel is een fundamenteel element dat een model vormt van inductiemotoren, waarbij het circuitmodel van de wisselstroommotor en het fysieke model van het object worden overbrugd.
Een recht stuk bekrachtigde geleider genereert eromheen een torusvormig magnetisch veld (volgens vergelijking 1.4).
When the conductor is closed at the beginning and end, the toroidal field forms magnetic lines of force in the center of the conductor ring that pass vertically through the conductor ring, such as a solenoid.
Considering only the current on the energized conductor, (1.4) simplifies to:
The magnetomotive force (magnetische Durchfluchtung), which is the source of the strength of the excitation field, is essentially the strength of the total current passing through a section of closed conductor in [A].
Since in practice the energized wire will be wound into a coil, the wire current is discretized and (1.13) is rewritten as
N is the total number of windings in the coil, i.e., the number of turns.
Het is duidelijk dat als het aantal windingen hoger is, de totale stroom hoger is, het magnetische potentieel hoger is en hoe sterker het magnetische veld kan worden opgewonden.
Een spoel met één winding in een in de tijd variërend magnetisch veld zal aan beide uiteinden van de draad een spanning induceren, een fenomeen beschreven in (1.3).
Het zal duidelijk zijn dat de magnetische inductie ook kan worden geïnterpreteerd als de magnetische fluxdichtheid, die kan worden verkregen door (1.3) te vervangen
Ui is het geïnduceerde elektrische potentieel, overweeg twee vormen van fluxverandering, de ene is om het spoeloppervlak te veranderen maar de fluxdichtheid te veranderen, en dan zijn er de volgende;
Het eerste deel is de formeel getransformeerde inductiepotentiaal (transformationeel geïnduceerde spanning) en het laatste deel is de translationeel getransformeerde inductiepotentiaal (translationeel geïnduceerde spanning).
De eerste heeft een in de tijd variërende magnetische fluxdichtheid, terwijl de laatste een in de tijd variërend effectief spoeloppervlak heeft.
Dit inductieprincipe wordt genoemd in de natuurkunde van de middelbare school en staat ook bekend als de fluitstelling.
Wanneer een spoel veel windingen heeft, is de totale effectieve flux precies een geheel veelvoud van de uitgebreide spoelwindingen, waardoor het concept van een magnetische ketting wordt geïntroduceerd.
In onderstaande figuur is de keten gedefinieerd.
Merk op dat de magnetische keten een scalaire grootheid is, net als de magnetische flux. Omdat een verandering in de stroom zelf ook een verandering in de flux kan veroorzaken, is de neiging om de fluxverandering te belemmeren, wat kan worden gedefinieerd als:
i is de variërende stroomintensiteit, L is de zelfinductiecoëfficiënt in Henry [H], en de grootte ervan is gerelateerd aan de vorm van het spoelvolume, het aantal windingen en de magnetische permeabiliteit.
Spoelen in inductiemotoren zijn zo gemaakt dat ze ferromagnetisch materiaal in het midden van de spoel hebben, zoals een ijzeren kern, om de magnetische permeabiliteit te vergroten, zodat de spoel om de ijzeren kern wordt gewikkeld, vandaar de naam wikkeling.
For a section of linearly homogeneous material, its self-inductance coefficient can be approximated by the following equation
Self-inductance is a coil of its own current changes to induce the phenomenon of suppression voltage, its tendency to impede current changes about dc electric motor..
When two coils close to each other, in addition to their own self-inductance, but also because of the neighboring coils on the current changes and mutual inductance
The coefficient of mutual inductance of materials with linear identities is approximated by the above equation, which shows that the mutual inductance is affected by the number of turns of the two coils at the same time.
Ignoring the resistance and examining the self and mutual inductance of the two adjacent coils, the voltage equation can be listed from Figure 1.5 about dc motors
Since the coupling parts have the same material parameters and shape, the resulting mutual inductance coefficients are equal M12=M21.
So the size of the coupling chains on each coil is proportional to the current strength on the corresponding rotor windings coil for dc motor..
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, which is the conductivity, which is exactly the reciprocal of the resistivity P and describes the ability to conduct current.
In addition to applying resistance, the relationship between voltage and current can also be described using the conductivity picture when the electric motor work.
Now examine the current intensity per unit area, i.e., current density J = I/A e (e is the unit vector), with current density as a vector pointing in the direction of the current for ac motors.
This can be combined with the voltage equation U=E.l and (1.25) rewritten (1.26) as
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.
Lm is the effective length of the magnetic flux through a section of the magnetic circuit, and A is the corresponding flux area.
The above equation is very similar to the resistance formula.
Let us deform the magnetoresistance formula again and we can continue to obtain
It can be seen that in units the magnetoresistance is actually the inverse of the inductance coefficient.
Continuing the analogy with the concept of conductance, we obtain the magnetic conductance A (magnetische Leitwert, in [H] or [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?
We can go on to rewrite equation (1.31), noting that the magnetic flux itself has a flux density B ,which then yields
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.
The computational analysis of the reluctance can be used to realize a micro-element analysis of the flux in the entire motor winding pole, core part and intermediate air gap part, which can realize a discrete finite element analysis FEM (Finite-Elemente-Methode) of the entire magnetic circuit.
It is also possible to apply Kirchhoff's theorem for the circuit in the magnetic circuit, which is very intuitive and convenient.
Welcome to share with us more information about electric motors in the comments area!
Any inquiry about electric motor, please contact the professional electric motor fabrikant in China as follows:
Dongchun -motor heeft een breed scala aan elektrische motoren die worden gebruikt in verschillende industrieën, zoals transport, infrastructuur en constructie.
Krijg een snel antwoord.
