Přejít na obsah 
1. Fyzikální princip práce elektromotoru
1.1 Maxwellova soustava rovnic
Elektromotor je měnič, který neustále přeměňuje elektromagnetickou energii a mechanickou energii.
Když je přiváděna elektrická energie, elektromotor může nepřetržitě vydávat točivý moment a mechanickou energii.
tj. elektrický motor; naopak, jestliže vnější síla nepřetržitě tlačí hřídel elektromotoru a přivádí mechanickou energii, může elektromotor nepřetržitě vydávat napětí a elektrickou energii z konce drátu obráceně, tj. generátoru.
Historicky byl statický transformátor také počítán jako elektromotor, ale postupně se vyvinul tak, aby odkazoval výhradně na elektromotory a generátory.
Jednou z výhod elektromotorů je, že jejich ztráty jsou relativně malé, takže dosahují vysoké účinnosti.
Velké elektromotory mohou dosáhnout účinnosti až 99 %.
Když mluvíme o elektromagnetických systémech, Maxwellův systém rovnic je nevyhnutelný.
V makroskopickém světě a dokonce i v mikroskopickém světě,
Maxwellův systém rovnic lze velmi efektivně použít k popisu vlastností systému.
Maxwellův systém rovnic byl shrnut z předchozích studií elektromagnetických jevů.
Existují čtyři velmi základní rovnice, a to jak v diferenciální, tak integrální formě.
Nyní se podívejme na Maxwellovu soustavu rovnic v integrálním tvaru.
Výše uvedené dvě rovnice popisují tok hustoty pole, respektive celkový obraz posunu výstupního potenciálu a celkový obraz indukčního rotačního magnetického pole na povrchu uzavřeného prostoru.
Podle znalostí získaných na střední škole může být elektrické pole generováno buzením bodového náboje, magnetické pole nemůže být buzeno magnetickým monopólem, ale pro prodloužení cesty uzavřené, takže elektrické pole je aktivní, magnetické pole je pasivní.
Takže celkový tok potenciálového posunu je celkový náboj q a celkový magnetický tok je 0.
Dvě výše uvedené rovnice popisují spinové veličiny intenzity pole, integrály celkové intenzity elektrického pole a celkové intenzity magnetického pole.
Odpovídá rychlosti změny magnetického toku, respektive rychlosti změny posunu potenciálu (intenzita proudu) pro jednu otáčku po dráze křivky na křivce uzavřeného prostoru.
Gaussův a Stokesův vzorec také umožňuje přepsání výše uvedených čtyř rovnic do diferenciálního tvaru následovně.
▽ pro operátor Nabla, s vektorovým bodovým součinem pro výpočet rozptylu a součinem vidlice pro výpočet rotace, P pro hustotu nábojového tělesa a Jn pro proudovou hustotu.
Výše uvedené rovnice mohou popsat v podstatě veškeré elektromagnetické chování, které se vyskytuje ve všech systémech střídavých indukčních motorů
1.2 Polarizace materiálu a magnetizace pro elektrickou energii
V aplikovaném elektrickém točivém magnetickém poli změní molekuly materiálu svou orientaci, protože polarita je ovlivněna intenzitou pole.
Elektrické domény tvořené původními nerovnoměrně uspořádanými molekulárními skupinami různých velikostí budou vlivem aplikovaného magnetického pole polarizovány a orientace distribuce náboje se sblíží.
E0=8,854187817*10-12F/m je permitivita vakua, což je také dielektrická konstanta vakua, a P je relativní dielektrická konstanta, která je určena vlastnostmi samotného materiálu.
(1.9) popisuje hustotu potenciálového posunu aplikovaného elektrického pole a odpovídající obrázek intenzity polarizace dohromady.
V aplikovaném magnetickém poli lze získat odpovídající magnetické domény a magnetizační síly stejným způsobem.
Na rozdíl od elektrického pole je zavedena magnetická polarizační síla M, která popisuje rozdíl mezi magnetickou indukční silou materiálu a vakuového prostředí.
U0=4π*10-7 N.A-2 je permeabilita vakua a Ur je relativní permeabilita, která popisuje schopnost materiálu umožnit průchod magnetickému poli.
Pokud Ur<=1 je antimagnetický, materiál brání průchodu magnetického pole; pokud je obraz paramagnetický, materiál vyhovuje průchodu magnetického pole.
Pokud Ur>=1o 5 je feromagnetický, materiál jako fero-kobalt nikl zesílí magnetické pole po magnetizaci. A pak zachovat určitou sílu magnetického pole po odstranění magnetického pole, což se nazývá remanentní magnetismus.
V procesu chodu motoru bude docházet k neustálé magnetizaci a demagnetizaci, proto je třeba věnovat pozornost také zkoumání hysterezí různých materiálů.
Hysterezní čára popisuje rostoucí magnetickou indukci magnetického materiálu, jak se zvyšuje intenzita pole působením aplikovaného magnetického pole o síle H.
Tato magnetická indukce nesleduje intenzitu pole po dosažení magnetické saturace.
Po dosažení magnetické saturace je obtížné sledovat nárůst intenzity pole. Když intenzita vnějšího magnetického pole pomalu klesá k nule, je vidět, že demagnetizační křivka si stále zachovává remanentní magnetizaci B, když prochází nulovým bodem.
Tato remanentní magnetizace ukazuje obecný princip výroby permanentních magnetů, tj. směrovou magnetizaci následovanou postupnou demagnetizací. Když je aplikováno inverzní magnetické pole, síla magnetické indukce klesne na nulu nebo dokonce vzroste v opačném směru a tento přebytek se nazývá koercivita H.
1.3 Elektromagnetická síla a mechanická energie
Největší hodnotou motoru je realizovat přeměnu elektrické energie na mechanickou energii, vykonávat práci externě a provádět cílový pohyb.
Na pohyb nabité částice v magnetickém poli působí Lorentzova síla kolmá ke směru pohybu, jejímž makroskopickým vyjádřením je ampérová síla Hm = Il * B , kterou lze posoudit pomocí pravidla levé ruky k určení směr,
I je efektivní délka vodiče v magnetickém poli ve směru proudu.
V elektrostatickém poli Fe=qE je také odpovídající síla elektrického pole.
A jak magnetické, tak elektrické pole jsou samy o sobě pole a síla působící na náboj nebo proudový prvek v nich závisí na objemu a hustotě pole, a tak lze odpovídající sílu pole zkoumat z hlediska pole.
Výše uvedené dvě rovnice stále zachovávají symetrii, hustota náboje P v určitém objemu v důsledku intenzity pole elektrického pole vytváří hustotu elektrické síly fe = pE,
Proudová hustota J v určitém objemu v důsledku intenzity magnetického pole vytváří hustotu magnetické síly Fm = J * B (v případě izotropních materiálů a konstantního proudu je nutné použít výše uvedenou rovnici (1.12).
Tento výraz nás inspiruje k přímému zkoumání energie a hustoty energie elektromagnetického pole.
Tímto způsobem lze určit elektromagnetickou potenciální energii v určitém bodě nalezením gradientu pro získání odpovídající hustoty elektromagnetické síly a tím zjištění celkové elektromagnetické síly na zkoumaný objekt.
Model cívky 1.4
Cívka je základním prvkem, který tvoří model indukčních motorů, spojuje obvodový model střídavého motoru a fyzický model objektu.
Přímý úsek vodiče pod napětím vytváří kolem sebe toroidní magnetické pole (podle rovnice 1.4).
Když je vodič uzavřen na začátku a na konci, toroidní pole tvoří magnetické siločáry ve středu prstence vodiče, které procházejí vertikálně prstencem vodiče, jako je solenoid.
Pokud vezmeme v úvahu pouze proud na napájeném vodiči, (1.4) zjednodušuje:
Magnetomotorická síla (magnetische Durchfluchtung), která je zdrojem síly budícího pole, je v podstatě síla celkového proudu procházejícího úsekem uzavřeného vodiče v [A].
Protože v praxi bude vodič pod napětím navinut do cívky, proud vodiče se diskretizuje a (1.13) se přepíše jako
N je celkový počet závitů v cívce, tj. počet závitů.
Je vidět, že pokud je počet závitů vyšší, celkový proud je vyšší, magnetický potenciál je vyšší a tím silnější může být magnetické pole vybuzeno.
Jednozávitová cívka v časově proměnlivém magnetickém poli indukuje napětí na obou koncích drátu, jev popsaný v (1.3).
Lze pochopit, že magnetickou indukci lze také interpretovat jako hustotu magnetického toku, kterou lze získat dosazením (1.3)
Ui je indukovaný elektrický potenciál, zvažte dvě formy změny toku, jedna je změna oblasti cívky, ale změna hustoty toku, pak jsou následující;
První částí je formálně transformovaný indukční potenciál (transformačně indukované napětí) a druhou částí je translačně transformovaný indukční potenciál (translačně indukované napětí).
První má časově proměnnou hustotu magnetického toku, zatímco druhý má časově proměnnou efektivní plochu cívky.
Tento indukční princip je zmíněn ve fyzice na střední škole a je také známý jako flétnový teorém.
Když má cívka mnoho závitů, celkový efektivní tok je přesně celočíselný násobek rozšířených závitů cívky, čímž se zavádí koncept magnetického řetězce.
Řetěz je definován na obrázku níže.
Všimněte si, že magnetický řetězec je skalární veličina, stejně jako magnetický tok. Protože změna proudu sama o sobě může také způsobit změnu toku, je tendence bránit změně toku, což lze definovat jako:
i je proměnná intenzita proudu, L je koeficient vlastní indukčnosti v Henry [H] a jeho velikost souvisí s tvarem objemu cívky, počtem závitů a magnetickou permeabilitou.
Cívky v indukčních motorech jsou vyrobeny tak, aby měly uprostřed cívky feromagnetický materiál, jako je železné jádro, aby se zvýšila magnetická permeabilita, takže cívka je navinuta na železné jádro, odtud název vinutí.
Pro úsek lineárně homogenního materiálu lze jeho koeficient vlastní indukčnosti aproximovat následující rovnicí
Vlastní indukčnost je cívka vlastních změn proudu k vyvolání jevu potlačení napětí, její tendence bránit změnám proudu u stejnosměrného elektromotoru.
Když jsou dvě cívky blízko u sebe, kromě vlastní vlastní indukčnosti, ale také kvůli sousedním cívkám se proud mění a vzájemná indukčnost
Koeficient vzájemné indukčnosti materiálů s lineárními identitami je aproximován výše uvedenou rovnicí, která ukazuje, že vzájemná indukčnost je ovlivněna počtem závitů dvou cívek současně.
Ignorováním odporu a zkoumáním vlastní a vzájemné indukčnosti dvou sousedních cívek lze napěťovou rovnici vypsat z obrázku 1.5 o stejnosměrných motorech
Protože části spojky mají stejné materiálové parametry a tvar, jsou výsledné koeficienty vzájemné indukčnosti rovny M12=M21.
Takže velikost spojovacích řetězů na každé cívce je úměrná síle proudu na odpovídající cívce vinutí rotoru pro stejnosměrný motor.
1,5 Ohmova věta pro elektrickou energii a magnetické obvody
Na střední škole jsme studovali Ohmovu větu, která říká, že odpor vodiče je poměr napětí a proudu na obou koncích a že existuje vzorec pro popis samotného odporového materiálu.
Q, což je vodivost, která je přesně převrácená k měrnému odporu P a popisuje schopnost vést proud.
Kromě použití odporu lze vztah mezi napětím a proudem popsat také pomocí obrázku vodivosti při práci elektromotoru.
Nyní prozkoumejte intenzitu proudu na jednotku plochy, tj. proudovou hustotu J = I/A e (e je jednotkový vektor), s proudovou hustotou jako vektorem směřujícím ve směru proudu pro střídavé motory.
To lze kombinovat s napěťovou rovnicí U=E.l a (1.25) přepsat (1.26) jako
Výše uvedená rovnice popisuje Ohmův teorém na mikroskopické úrovni, tj. změnu proudové hustoty odpovídající konstantní intenzitě pole aplikované na vodič.
Lm je efektivní délka magnetického toku úsekem magnetického obvodu a A je odpovídající plocha magnetického toku.
Výše uvedená rovnice je velmi podobná vzorci odporu.
Znovu zdeformujme vzorec magnetorezistence a můžeme pokračovat v získávání
Je vidět, že v jednotkách je magnetorezistence vlastně převrácená hodnota koeficientu indukčnosti.
Pokračujeme-li v analogii s pojmem vodivost, získáme magnetickou vodivost A (magnetische Leitwert, v [H] nebo [Ωs])
V obvodu najdeme diferenciální prvky pro (1.26) a dostaneme mikroskopickou Ohmovu větu, jaká tedy mikroskopická Ohmova věta odpovídá magnetickému obvodu?
Můžeme pokračovat v přepsání rovnice (1.31) a poznamenat, že samotný magnetický tok má hustotu toku B , což pak dává
Ohmův teorém mikroskopického magnetického obvodu je tedy rovnice (1.10) a intenzita magnetického pole pod je hustota toku získaná z magnetizace konstantního magnetického pole.
Výpočtovou analýzu reluktance lze použít k realizaci mikroprvkové analýzy toku v celém pólu vinutí motoru, části jádra a mezilehlé části vzduchové mezery, která může realizovat diskrétní analýzu konečných prvků FEM (Finite-Elemente-Methode) celého magnetického obvodu.
Pro obvod v magnetickém obvodu je také možné aplikovat Kirchhoffovu větu, což je velmi intuitivní a pohodlné.
Vítejte, abyste se s námi podělili o další informace o elektromotorech v oblasti komentářů!
S jakýmkoliv dotazem ohledně elektromotoru se prosím obraťte na profesionální elektromotor výrobce v Čína jak následuje:
Motor Dongchun má širokou škálu elektrických motorů, které se používají v různých průmyslových odvětvích, jako je doprava, infrastruktura a stavebnictví.
Získejte rychlou odpověď.
