Dasar-dasar fisik motor listrik

1. Prinsip fisik kerja motor listrik

1.1 Sistem persamaan Maxwell

Motor listrik adalah transduser yang secara konstan mengubah energi elektromagnetik dan energi mekanik.

Ketika energi listrik dimasukkan, motor listrik dapat terus menghasilkan torsi dan energi mekanik.

yaitu, motor listrik; sebaliknya, jika gaya eksternal terus menerus mendorong poros motor listrik dan memasukkan energi mekanik, motor listrik dapat terus menerus mengeluarkan tegangan dan energi listrik dari ujung kabel secara terbalik, yaitu generator.

Secara historis, trafo statis juga dianggap sebagai motor listrik, tetapi secara bertahap berevolusi untuk merujuk secara eksklusif ke motor dan generator listrik.

Salah satu kelebihan motor listrik adalah kerugiannya relatif kecil, sehingga mencapai efisiensi yang tinggi.

Motor listrik besar dapat mencapai efisiensi hingga 99%.

Jika berbicara tentang sistem elektromagnetik, sistem persamaan Maxwell tidak bisa dihindari.

Di dunia makroskopik dan bahkan di dunia mikroskopis,

Sistem persamaan Maxwell dapat digunakan dengan sangat efektif untuk menggambarkan sifat-sifat sistem.

Sistem persamaan Maxwell telah dirangkum dari penelitian sebelumnya tentang fenomena elektromagnetik.

Ada empat persamaan yang sangat mendasar, baik dalam bentuk diferensial maupun integral.

Sekarang mari kita periksa sistem persamaan Maxwell dalam bentuk integral.

Kedua persamaan di atas menggambarkan fluks kerapatan medan, masing-masing, total gambar pergeseran potensial outflow dan total gambar induksi medan magnet putar di permukaan ruang tertutup

Menurut pengetahuan yang dipelajari di sekolah menengah, medan listrik dapat dihasilkan oleh eksitasi muatan titik, medan magnet tidak dapat dieksitasi oleh monopole magnet, tetapi untuk memperpanjang jalur tertutup, sehingga medan listrik aktif, medan magnetnya adalah pasif.

Jadi fluks pergeseran potensial total adalah muatan total q dan fluks magnet total adalah 0.

Dua persamaan di atas menggambarkan jumlah putaran intensitas medan, integral dari intensitas medan listrik total dan intensitas medan magnet total.

Sesuai dengan laju perubahan fluks magnet dan laju perubahan pergeseran potensial (intensitas arus), masing-masing, untuk satu putaran di sepanjang jalur kurva pada kurva ruang tertutup.

Rumus Gauss dan Stokes juga memungkinkan penulisan ulang empat persamaan di atas menjadi bentuk diferensial sebagai berikut.

▽ untuk operator Nabla, dengan perkalian titik vektor untuk menghitung perkalian pencar dan garpu untuk menghitung putaran, P untuk kerapatan muatan, dan Jn untuk kerapatan arus.

Persamaan di atas pada dasarnya dapat menggambarkan semua perilaku elektromagnetik yang terjadi pada semua sistem motor induksi ac

1.2 Polarisasi material dan magnetisasi energi listrik

Dalam medan magnet putar listrik yang diterapkan, molekul material akan mengubah orientasinya karena polaritasnya dipengaruhi oleh kekuatan medan.

Domain listrik yang dibentuk oleh kelompok molekul asli yang tersusun tidak rata dengan berbagai ukuran akan terpolarisasi karena medan magnet yang diterapkan, dan orientasi distribusi muatan menyatu.

E0=8.854187817*10-12F/m adalah permitivitas vakum, yang juga merupakan konstanta dielektrik vakum, dan P adalah konstanta dielektrik relatif, yang ditentukan oleh sifat material itu sendiri.

(1.9) menggambarkan kerapatan pergeseran potensial medan listrik yang diterapkan dan gambar intensitas polarisasi yang sesuai bersama-sama.

Dalam medan magnet terapan, domain magnet dan kekuatan magnetisasi yang sesuai dapat diperoleh dengan cara yang sama.

Berbeda dengan medan listrik, kekuatan polarisasi magnetik M diperkenalkan, yang menggambarkan perbedaan antara kekuatan induksi magnetik material dan lingkungan vakum.

U0=4π*10-7 N.A-2 adalah permeabilitas vakum dan Ur adalah permeabilitas relatif, yang menggambarkan kemampuan material untuk melewati medan magnet.

Jika Ur<=1 bersifat antimagnetik, bahan mencegah lewatnya medan magnet; jika gambar bersifat paramagnetik, materi mengikuti lintasan medan magnet.

Jika Ur>=1o 5 bersifat feromagnetik, bahan seperti nikel ferro-kobalt akan meningkatkan medan magnet setelah magnetisasi. Dan kemudian mempertahankan kekuatan medan magnet tertentu setelah menghilangkan medan magnet, yang disebut magnet remanen.

Dalam proses operasi motor akan ada magnetisasi dan demagnetisasi yang konstan, jadi perhatian juga harus diberikan pada pemeriksaan garis histeresis dari bahan yang berbeda.

Garis histeresis menggambarkan peningkatan induksi magnetik dari bahan magnetik ketika kekuatan medan meningkat di bawah aksi medan magnet terapan dengan kekuatan H.

Induksi magnet ini tidak mengikuti kuat medan setelah mencapai saturasi magnet.

Setelah saturasi magnet tercapai, sulit untuk mengikuti peningkatan kekuatan medan. Ketika kekuatan medan magnet luar perlahan-lahan berkurang menjadi nol, terlihat bahwa kurva demagnetisasi masih mempertahankan magnetisasi remanen B ketika melewati titik nol.

Magnetisasi remanen ini menunjukkan prinsip umum pembuatan magnet permanen, yaitu magnetisasi terarah yang diikuti dengan demagnetisasi bertahap. Ketika medan magnet terbalik diterapkan, kekuatan induksi magnet menjadi nol atau bahkan meningkat ke arah yang berlawanan, dan kelebihan ini disebut koersivitas H.

1.3 Gaya elektromagnetik dan energi mekanik

Nilai terbesar dari motor adalah mewujudkan konversi energi listrik menjadi energi mekanik, melakukan kerja secara eksternal dan mengeksekusi gerakan target.

Gerak partikel bermuatan dalam medan magnet tunduk pada gaya Lorentz yang tegak lurus terhadap arah gerak, yang ekspresi makroskopiknya adalah gaya Ampere Hm = Il * B , yang dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk menentukan arah,

I adalah panjang efektif konduktor dalam medan magnet searah arus.

Ada juga gaya medan listrik yang sesuai di medan elektrostatik Fe=qE .

Dan medan magnet dan listrik itu sendiri adalah medan, dan gaya yang diterapkan pada muatan atau elemen arus di dalamnya bergantung pada volume dan kerapatan medan, dan dengan demikian gaya medan yang sesuai dapat diperiksa dalam kaitannya dengan medan.

Kedua persamaan di atas masih mempertahankan kesimetriannya, kerapatan muatan P dalam volume tertentu akibat kuat medan medan listrik menghasilkan kerapatan gaya listrik fe = pE,

Kerapatan arus J dalam volume tertentu akibat kuat medan magnet menghasilkan kerapatan gaya magnet Fm = J * B (persamaan di atas (1.12) harus digunakan dalam kasus bahan isotropik dan arus konstan).

Ungkapan ini menginspirasi kita untuk secara langsung meneliti energi dan kerapatan energi medan elektromagnetik.

Dengan cara ini, energi potensial elektromagnetik pada titik tertentu dapat ditentukan dengan mencari gradien untuk mendapatkan kerapatan gaya elektromagnetik yang sesuai dan dengan demikian menemukan total gaya elektromagnetik pada objek yang diselidiki.

1.4 Model koil

Kumparan adalah elemen dasar yang membentuk model motor induksi, menjembatani model rangkaian motor ac dan model fisik objek.

Bagian lurus dari konduktor berenergi menghasilkan medan magnet toroidal di sekitarnya (menurut persamaan 1.4).

Ketika konduktor ditutup pada awal dan akhir, medan toroidal membentuk garis gaya magnet di tengah cincin konduktor yang melewati cincin konduktor secara vertikal, seperti solenoida.

Mengingat hanya arus pada konduktor berenergi, (1.4) disederhanakan menjadi:

Gaya gerak magnet (magnetische Durchfluchtung), yang merupakan sumber kekuatan medan eksitasi, pada dasarnya adalah kekuatan arus total yang melewati bagian konduktor tertutup di [A].

Karena dalam prakteknya kawat berenergi akan digulung menjadi kumparan, arus kawat didiskritisasi dan (1.13) ditulis ulang sebagai

N adalah jumlah total belitan dalam koil, yaitu jumlah belitan.

Dapat dilihat bahwa semakin tinggi jumlah lilitan, semakin tinggi arus total, semakin tinggi potensial magnet, dan semakin kuat medan magnet yang dapat dieksitasi.

Kumparan satu putaran dalam medan magnet yang bervariasi waktu akan menginduksi tegangan pada kedua ujung kawat, fenomena yang dijelaskan oleh (1.3).

Dapat dipahami bahwa induksi magnet juga dapat diartikan sebagai kerapatan fluks magnet, yang dapat diperoleh dengan mensubstitusi (1.3)

Ui adalah potensial listrik yang diinduksi, pertimbangkan dua bentuk perubahan fluks, satu mengubah luas kumparan tetapi mengubah kerapatan fluks, maka ada sebagai berikut;

Bagian pertama adalah potensial induksi yang ditransformasikan secara formal dan bagian terakhir adalah potensial induksi yang ditransformasikan secara translasi.

Yang pertama memiliki kerapatan fluks magnet yang bervariasi waktu, sedangkan yang kedua memiliki area koil efektif yang bervariasi waktu.

Prinsip induksi ini disebutkan dalam fisika SMA dan juga dikenal sebagai teorema seruling.

Ketika sebuah kumparan memiliki banyak lilitan, fluks efektif total adalah kelipatan bilangan bulat dari lilitan lilitan yang diperluas, sehingga memperkenalkan konsep rantai magnetik.

Rantai didefinisikan pada gambar di bawah ini.

Perhatikan bahwa rantai magnet adalah besaran skalar, seperti halnya fluks magnet. Karena perubahan arus itu sendiri juga dapat menyebabkan perubahan fluks, kecenderungannya adalah menghambat perubahan fluks, yang dapat didefinisikan sebagai:

i adalah intensitas arus yang bervariasi, L adalah koefisien induktansi diri dalam Henry [H], dan ukurannya terkait dengan bentuk volume kumparan, jumlah belokan, dan permeabilitas magnetik.

Kumparan pada motor induksi dibuat memiliki bahan feromagnetik di tengah-tengah kumparan, seperti inti besi, untuk meningkatkan permeabilitas magnetik, sehingga kumparan tersebut dililitkan pada inti besi, maka dinamakan belitan.

Untuk bagian material yang homogen secara linier, koefisien induktansi dirinya dapat didekati dengan persamaan berikut

Induktansi diri adalah kumparan dari perubahan arusnya sendiri untuk menginduksi fenomena penekanan tegangan, kecenderungannya untuk menghambat perubahan arus pada motor listrik dc..

Ketika dua kumparan dekat satu sama lain, selain induktansi diri mereka sendiri, tetapi juga karena kumparan tetangga pada perubahan arus dan induktansi timbal balik

Koefisien induktansi timbal balik bahan dengan identitas linier didekati dengan persamaan di atas, yang menunjukkan bahwa induktansi timbal balik dipengaruhi oleh jumlah belitan dua kumparan pada waktu yang sama.

Mengabaikan resistansi dan memeriksa induktansi diri dan timbal balik dari dua kumparan yang berdekatan, persamaan tegangan dapat didaftar dari Gambar 1.5 tentang motor dc

Karena bagian penggandengan memiliki parameter dan bentuk material yang sama, koefisien induktansi timbal balik yang dihasilkan sama dengan M12=M21.

Jadi besar kecilnya rantai kopling pada masing-masing kumparan sebanding dengan kuat arus pada kumparan belitan rotor yang sesuai untuk motor dc..

Teorema 1,5 Ohm untuk energi listrik dan rangkaian magnet

Di sekolah menengah kita mempelajari teorema Ohm, yang menyatakan bahwa hambatan suatu penghantar adalah perbandingan tegangan dan arus pada kedua ujungnya, dan terdapat rumus untuk menggambarkan bahan resistif itu sendiri.

Q, yang merupakan konduktivitas, yang merupakan kebalikan dari resistivitas P dan menggambarkan kemampuan untuk menghantarkan arus.

Selain menerapkan hambatan, hubungan antara tegangan dan arus juga dapat digambarkan dengan menggunakan gambar konduktivitas saat motor listrik bekerja.

Sekarang periksa intensitas arus per satuan luas, yaitu kerapatan arus J = I/A e (e adalah vektor satuan), dengan kerapatan arus sebagai vektor yang menunjuk ke arah arus untuk motor ac.

Ini dapat digabungkan dengan persamaan tegangan U=E.l dan (1.25) ditulis ulang (1.26) sebagai

Persamaan di atas menjelaskan teorema Ohm pada tingkat mikroskopis, yaitu variasi kerapatan arus sesuai dengan kuat medan konstan yang diterapkan pada konduktor.

Lm adalah panjang efektif fluks magnet melalui bagian sirkuit magnetik, dan A adalah luas fluks yang sesuai.

Persamaan di atas sangat mirip dengan rumus resistansi.

Mari kita deformasi rumus magnetoresistance lagi dan kita dapat terus mendapatkan

Dapat dilihat bahwa dalam satuan magnetoresistance sebenarnya adalah kebalikan dari koefisien induktansi.

Melanjutkan analogi dengan konsep konduktansi, kami memperoleh konduktansi magnetik A (magnetische Leitwert, dalam [H] atau [Ωs])

Dalam rangkaian kita menemukan elemen diferensial untuk (1,26) dan mendapatkan teorema mikroskopis Ohm, jadi apa teorema mikroskopis Ohm yang berhubungan dengan rangkaian magnet?

Kita dapat melanjutkan dengan menulis ulang persamaan (1.31), mencatat bahwa fluks magnet itu sendiri memiliki kerapatan fluks B, yang kemudian menghasilkan

Jadi rangkaian magnet mikroskopis Teorema Ohm adalah persamaan (1.10), dan kuat medan magnet di bawahnya adalah kerapatan fluks yang diperoleh dari magnetisasi medan magnet konstan.

Analisis komputasi keengganan dapat digunakan untuk mewujudkan analisis elemen mikro dari fluks di seluruh kutub belitan motor, bagian inti dan bagian celah udara menengah, yang dapat mewujudkan analisis elemen hingga diskrit FEM (Finite-Elemente-Methode) seluruh sirkuit magnetik.

Teorema Kirchhoff juga dapat diterapkan pada rangkaian dalam rangkaian magnet, yang sangat intuitif dan nyaman.

Selamat datang untuk berbagi dengan kami informasi lebih lanjut tentang motor listrik di area komentar!

Setiap pertanyaan tentang motor listrik, silakan hubungi motor listrik profesional pabrikan di dalam Cina sebagai berikut: