1. Principiul fizic al funcționării motoarelor electrice
1.1 Sistemul de ecuații al lui Maxwell
Motorul electric este un traductor care convertește constant energia electromagnetică și energia mecanică.
Când se introduce energie electrică, motorul electric poate scoate continuu cuplu și energie mecanică.
adică motorul electric; invers, dacă o forță externă împinge continuu arborele motorului electric și introduce energie mecanică, motorul electric poate scoate continuu tensiune și energie electrică de la capătul firului în sens invers, adică, generatorul.
Din punct de vedere istoric, transformatorul static a fost considerat și motor electric, dar a evoluat treptat pentru a se referi exclusiv la motoare și generatoare electrice.
Unul dintre avantajele motoarelor electrice este că pierderile lor sunt relativ mici, astfel încât ating eficiență ridicată.
Motoarele electrice mari pot atinge randamente de până la 99%.
Când vorbim despre sisteme electromagnetice, sistemul de ecuații al lui Maxwell este inevitabil.
În lumea macroscopică și chiar în lumea microscopică,
Sistemul de ecuații al lui Maxwell poate fi folosit foarte eficient pentru a descrie proprietățile sistemului.
Sistemul de ecuații al lui Maxwell a fost rezumat din studiile anterioare ale fenomenelor electromagnetice.
Există patru ecuații foarte de bază, atât în formă diferențială, cât și în formă integrală.
Acum să examinăm sistemul de ecuații al lui Maxwell în formă integrală.
Cele două ecuații de mai sus descriu fluxul densității câmpului, respectiv totalul imaginii deplasării potențialului de ieșire și totalul imaginii de inducție a câmpului magnetic rotativ într-o suprafață spațială închisă.
Conform cunoștințelor învățate în liceu, câmpul electric poate fi generat prin excitație de sarcină punctuală, câmpul magnetic nu poate fi excitat de monopolul magnetic, ci pentru a extinde calea închisă, astfel încât câmpul electric este activ, câmpul magnetic este pasiv.
Deci, fluxul total de deplasare a potențialului este sarcina totală q și fluxul magnetic total este 0.
Cele două ecuații de mai sus descriu mărimile de spin ale intensității câmpului, integralele intensității totale a câmpului electric și intensitatea totală a câmpului magnetic.
Corespunzător vitezei de modificare a fluxului magnetic și, respectiv, vitezei de modificare a potențialului (intensitatea curentului), pentru o tură de-a lungul traseului curbei pe o curbă în spațiu închis.
Formulele Gauss și Stokes permit, de asemenea, rescrierea celor patru ecuații de mai sus în formă diferențială, după cum urmează.
▽ pentru operatorul Nabla, cu produs punctual vectorial pentru a calcula dispersia și produsul furcă pentru a calcula spinul, P pentru densitatea corpului de sarcină și Jn pentru densitatea curentului.
Ecuațiile de mai sus pot descrie practic tot comportamentul electromagnetic care are loc în toate sistemele de motoare cu inducție ac
1.2 Polarizarea și magnetizarea materialului pentru energia electrică
Într-un câmp magnetic rotativ electric aplicat, moleculele de material își vor schimba orientarea deoarece polaritatea este afectată de intensitatea câmpului.
Domeniile electrice formate de grupurile moleculare aranjate neuniform originale de diferite dimensiuni vor fi polarizate din cauza câmpului magnetic aplicat, iar orientarea distribuției sarcinii converge.
E0=8,854187817*10-12F/m este permisivitatea în vid, care este, de asemenea, constanta dielectrică a vidului, iar P este constanta dielectrică relativă, care este determinată de proprietățile materialului însuși.
(1.9) descrie împreună densitatea deplasării potențiale a câmpului electric aplicat și imaginea corespunzătoare a intensității de polarizare.
Într-un câmp magnetic aplicat, domeniile magnetice corespunzătoare și puterile de magnetizare pot fi obținute în același mod.
Spre deosebire de câmpul electric, se introduce o putere de polarizare magnetică M, care descrie diferența dintre puterea de inducție magnetică a materialului și cea a mediului în vid.
U0=4π*10-7 N.A-2 este permeabilitatea la vid și Ur este permeabilitatea relativă, care descrie capacitatea materialului de a permite trecerea unui câmp magnetic.
Dacă Ur<=1 este antimagnetic, materialul împiedică trecerea unui câmp magnetic; dacă imaginea este paramagnetică, materialul respectă trecerea unui câmp magnetic.
Dacă Ur>=1o 5 este feromagnetic, materialul precum nichelul fero-cobalt va spori câmpul magnetic după magnetizare. Și apoi păstrați o anumită putere a câmpului magnetic după îndepărtarea câmpului magnetic, care se numește magnetism remanent.
În procesul de funcționare a motorului va exista magnetizare și demagnetizare constantă, așa că ar trebui să se acorde atenție examinării liniilor de histerezis ale diferitelor materiale.
Linia de histerezis descrie creșterea inducției magnetice a unui material magnetic pe măsură ce intensitatea câmpului crește sub acțiunea unui câmp magnetic aplicat de putere H.
Această inducție magnetică nu urmărește intensitatea câmpului după atingerea saturației magnetice.
După ce se atinge saturația magnetică, este dificil de urmărit creșterea intensității câmpului. Când intensitatea câmpului magnetic extern scade lent până la zero, se poate observa că curba de demagnetizare reține încă magnetizarea remanentă B când trece de punctul zero.
Această magnetizare remanentă arată principiul general al fabricării magneților permanenți, adică magnetizarea direcțională urmată de demagnetizare treptată. Când se aplică câmpul magnetic invers, puterea inducției magnetice ajunge la zero sau chiar crește în direcția opusă, iar acest exces se numește coercivitate H.
1.3 Forța electromagnetică și energia mecanică
Cea mai mare valoare a motorului este de a realiza conversia energiei electrice în energie mecanică, de a face lucru în exterior și de a executa mișcarea țintă.
Mișcarea unei particule încărcate într-un câmp magnetic este supusă forței Lorentz perpendiculare pe direcția mișcării, a cărei expresie macroscopică este forța Amperi Hm = Il * B , care poate fi apreciată utilizând regula stângii pentru a determina direcția,
I este lungimea efectivă a conductorului în câmpul magnetic în direcția curentului.
Există, de asemenea, o forță de câmp electric corespunzătoare în câmpul electrostatic Fe=qE .
Și atât câmpurile magnetice, cât și cele electrice sunt ele însele câmpuri, iar forța aplicată elementului de sarcină sau curent din ele depinde de volum și densitatea câmpului și, astfel, forța de câmp corespunzătoare poate fi examinată în termeni de câmp.
Cele două ecuații de mai sus mențin încă simetria, densitatea de sarcină P într-un anumit volum datorită intensității câmpului câmpului electric produce densitatea forței electrice fe = pE,
Densitatea de curent J într-un anumit volum datorită intensității câmpului magnetic produce densitatea forței magnetice Fm = J * B (ecuația de mai sus (1.12) trebuie utilizată în cazul materialelor izotrope și curent constant) .
Această expresie ne inspiră să examinăm în mod direct energia și densitatea energetică a câmpului electromagnetic.
În acest fel, energia potențială electromagnetică într-un anumit punct poate fi determinată prin găsirea gradientului pentru a obține densitatea forței electromagnetice corespunzătoare și, astfel, a găsi forța electromagnetică totală asupra obiectului investigat.
1.4 Modelul bobinei
O bobină este un element fundamental care formează un model de motoare cu inducție, făcând o punte între modelul de circuit al motorului de curent alternativ și modelul fizic al obiectului.
O secțiune dreaptă de conductor alimentat generează un câmp magnetic toroidal în jurul său (conform ecuației 1.4).
Când conductorul este închis la început și la sfârșit, câmpul toroidal formează linii magnetice de forță în centrul inelului conductor care trec vertical prin inelul conductor, cum ar fi un solenoid.
Luând în considerare doar curentul pe conductorul sub tensiune, (1.4) se simplifică astfel:
Forța magnetomotoare (magnetische Durchfluchtung), care este sursa intensității câmpului de excitație, este în esență puterea curentului total care trece printr-o secțiune de conductor închis în [A].
Deoarece în practică firul alimentat va fi înfășurat într-o bobină, curentul firului este discretizat și (1.13) este rescris ca
N este numărul total de înfășurări din bobină, adică numărul de spire.
Se poate observa că dacă numărul de spire este mai mare, curentul total este mai mare, potențialul magnetic este mai mare și cu cât câmpul magnetic poate fi excitat mai puternic.
O bobină cu o singură tură într-un câmp magnetic variabil în timp va induce o tensiune la ambele capete ale firului, fenomen descris de (1.3).
Se poate înțelege că inducția magnetică poate fi interpretată și ca densitatea fluxului magnetic, care poate fi obținută prin înlocuirea (1.3)
Ui este potențialul electric indus, luați în considerare două forme de schimbare a fluxului, una este să schimbați aria bobinei, dar să schimbați densitatea fluxului, apoi există după cum urmează;
Prima parte este potențialul de inducție transformat formal (tensiunea indusă translațional), iar cea de-a doua parte este potențialul de inducție transformat translațional (tensiunea indusă translațional).
Primul are o densitate a fluxului magnetic care variază în timp, în timp ce al doilea are o zonă efectivă a bobinei care variază în timp.
Acest principiu de inducție este menționat în fizica liceului și este cunoscut și sub numele de teorema flautului.
Când o bobină are multe spire, fluxul efectiv total este exact un multiplu întreg al spirelor bobinei extinse, introducând astfel conceptul de lanț magnetic.
Lanțul este definit în figura de mai jos.
Rețineți că lanțul magnetic este o mărime scalară, la fel ca fluxul magnetic. Deoarece o schimbare a curentului în sine poate provoca, de asemenea, o schimbare a fluxului, tendința este de a împiedica schimbarea fluxului, care poate fi definită ca:
i este intensitatea variabilă a curentului, L este coeficientul de auto-inductanță în Henry [H], iar dimensiunea acestuia este legată de forma volumului bobinei, numărul de spire și permeabilitatea magnetică.
Bobinele din motoarele cu inducție sunt făcute să aibă material feromagnetic în mijlocul bobinei, cum ar fi un miez de fier, pentru a crește permeabilitatea magnetică, astfel încât bobina să fie înfășurată pe miezul de fier, de unde și denumirea de înfășurare.
Pentru o secțiune de material liniar omogen, coeficientul său de auto-inductanță poate fi aproximat prin următoarea ecuație
Auto-inductanța este o bobină cu propriile modificări de curent pentru a induce fenomenul de tensiune de suprimare, tendința sa de a împiedica schimbările de curent la motorul electric de curent continuu.
Când două bobine sunt aproape una de cealaltă, în plus față de propria auto-inductanță, dar și din cauza bobinelor învecinate cu privire la schimbările curente și inductanța reciprocă
Coeficientul de inductanță reciprocă al materialelor cu identități liniare este aproximat prin ecuația de mai sus, care arată că inductanța reciprocă este afectată de numărul de spire ale celor două bobine în același timp.
Ignorând rezistența și examinând inductanța proprie și reciprocă a celor două bobine adiacente, ecuația tensiunii poate fi listată din Figura 1.5 despre motoarele de curent continuu.
Deoarece piesele de cuplare au aceiași parametri de material și aceeași formă, coeficienții de inductanță reciprocă rezultați sunt egali M12=M21.
Deci dimensiunea lanțurilor de cuplare de pe fiecare bobină este proporțională cu puterea curentului de pe bobina corespunzătoare a înfășurărilor rotorului pentru motorul de curent continuu.
Teorema lui 1,5 Ohm pentru energia electrică și circuitele magnetice
În gimnaziu am studiat teorema lui Ohm, care spune că rezistența unui conductor este raportul dintre tensiune și curent la ambele capete și că există o formulă pentru a descrie materialul rezistiv în sine.
Q, care este conductivitatea, care este exact inversul rezistivității P și descrie capacitatea de a conduce curent.
Pe lângă aplicarea rezistenței, relația dintre tensiune și curent poate fi descrisă și folosind imaginea de conductivitate atunci când motorul electric funcționează.
Acum examinați intensitatea curentului pe unitate de suprafață, adică densitatea curentului J = I/A e (e este vectorul unitar), cu densitatea curentului ca vector îndreptat în direcția curentului pentru motoarele de curent alternativ.
Aceasta poate fi combinată cu ecuația de tensiune U=E.l și (1.25) rescrisă (1.26) ca
Ecuația de mai sus descrie teorema lui Ohm la nivel microscopic, adică variația densității de curent corespunzătoare unei intensități constante a câmpului aplicată conductorului.
Lm este lungimea efectivă a fluxului magnetic printr-o secțiune a circuitului magnetic, iar A este aria de flux corespunzătoare.
Ecuația de mai sus este foarte asemănătoare cu formula rezistenței.
Să deformăm din nou formula de magnetorezistă și putem continua să obținem
Se poate observa că în unități magnetoresistența este de fapt inversul coeficientului de inductanță.
Continuând analogia cu conceptul de conductanță, obținem conductanța magnetică A (magnetische Leitwert, în [H] sau [Ωs])
În circuit găsim elementele diferențiale pentru (1.26) și obținem teorema lui Ohm microscopică, deci care este teorema lui Ohm microscopică corespunzătoare circuitului magnetic?
Putem continua să rescriem ecuația (1.31), observând că fluxul magnetic însuși are o densitate de flux B , care apoi dă
Deci, circuitul magnetic microscopic, teorema lui Ohm este ecuația (1.10), iar intensitatea câmpului magnetic sub este densitatea fluxului obținută din magnetizarea unui câmp magnetic constant.
Analiza computațională a reluctanței poate fi utilizată pentru a realiza o analiză micro-element a fluxului în întregul pol de înfășurare a motorului, partea miezului și partea intermediară a spațiului de aer, care poate realiza o analiză discretă cu elemente finite FEM (Finite-Elemente-Methode) a întregului circuit magnetic.
De asemenea, este posibil să se aplice teorema lui Kirchhoff pentru circuitul din circuitul magnetic, ceea ce este foarte intuitiv și convenabil.
Bine ați venit să împărtășiți cu noi mai multe informații despre motoarele electrice în zona de comentarii!
Orice întrebare despre motorul electric, vă rugăm să contactați motorul electric profesional producător în China după cum urmează:
Motorul Dongchun are o gamă largă de motoare electrice care sunt utilizate în diverse industrii, cum ar fi transportul, infrastructura și construcțiile.
Salt la conținut 
