1. Il principio fisico del lavoro del motore elettrico
1.1 Sistema di equazioni di Maxwell
Il motore elettrico è un trasduttore che converte costantemente energia elettromagnetica ed energia meccanica.
Quando viene immessa energia elettrica, il motore elettrico può produrre continuamente coppia ed energia meccanica.
cioè il motore elettrico; al contrario, se una forza esterna spinge continuamente l'albero del motore elettrico e immette energia meccanica, il motore elettrico può emettere continuamente tensione ed energia elettrica dall'estremità del filo in senso inverso, cioè dal generatore.
Storicamente anche il trasformatore statico veniva considerato un motore elettrico, ma gradualmente si è evoluto fino a riferirsi esclusivamente a motori e generatori elettrici.
Uno dei vantaggi dei motori elettrici è che le loro perdite sono relativamente piccole, quindi raggiungono un'elevata efficienza.
I grandi motori elettrici possono raggiungere efficienze fino al 99%.
Quando si parla di sistemi elettromagnetici, il sistema di equazioni di Maxwell è inevitabile.
Nel mondo macroscopico e anche in quello microscopico,
Il sistema di equazioni di Maxwell può essere utilizzato in modo molto efficace per descrivere le proprietà del sistema.
Il sistema di equazioni di Maxwell è stato riassunto da precedenti studi sui fenomeni elettromagnetici.
Esistono quattro equazioni fondamentali, sia in forma differenziale che integrale.
Esaminiamo ora il sistema di equazioni di Maxwell in forma integrale.
Le due equazioni precedenti descrivono rispettivamente il flusso della densità del campo, il totale dell'immagine di spostamento del potenziale di deflusso e il totale dell'immagine di induzione del campo magnetico rotante in una superficie di spazio chiuso
Secondo le conoscenze apprese al liceo, il campo elettrico può essere generato dall'eccitazione di carica puntiforme, il campo magnetico non può essere eccitato dal monopolo magnetico, ma per estendere il percorso chiuso, quindi il campo elettrico è attivo, il campo magnetico è passivo.
Quindi il flusso di spostamento potenziale totale è la carica totale q e il flusso magnetico totale è 0.
Le due equazioni precedenti descrivono le quantità di spin dell'intensità del campo, gli integrali dell'intensità del campo elettrico totale e dell'intensità del campo magnetico totale.
Corrispondente alla velocità di variazione del flusso magnetico e alla velocità di variazione dello spostamento potenziale (intensità di corrente), rispettivamente, per un giro lungo il percorso della curva su una curva di spazio chiuso.
Le formule di Gauss e Stokes consentono anche di riscrivere le quattro equazioni precedenti in forma differenziale come segue.
▽ per l'operatore Nabla, con prodotto scalare vettoriale per calcolare la dispersione e prodotto fork per calcolare lo spin, P per la densità del corpo di carica e Jn per la densità di corrente.
Le equazioni di cui sopra possono descrivere sostanzialmente tutto il comportamento elettromagnetico che si verifica in tutti i sistemi di motori a induzione CA
1.2 Polarizzazione e magnetizzazione dei materiali per l'energia elettrica
In un campo magnetico elettrico rotante applicato, le molecole del materiale cambieranno il loro orientamento perché la polarità è influenzata dall'intensità del campo.
I domini elettrici formati dai gruppi molecolari originali disposti in modo non uniforme di varie dimensioni saranno polarizzati a causa del campo magnetico applicato e l'orientamento della distribuzione della carica converge.
E0=8,854187817*10-12F/m è la permettività del vuoto, che è anche la costante dielettrica del vuoto, e P è la costante dielettrica relativa, che è determinata dalle proprietà del materiale stesso.
(1.9) descrive insieme la potenziale densità di spostamento del campo elettrico applicato e la corrispondente immagine dell'intensità di polarizzazione.
In un campo magnetico applicato, i corrispondenti domini magnetici e le forze di magnetizzazione possono essere ottenuti allo stesso modo.
A differenza del campo elettrico, viene introdotta una forza di polarizzazione magnetica M, che descrive la differenza tra la forza di induzione magnetica del materiale e quella dell'ambiente di vuoto.
U0=4π*10-7 N.A-2 è la permeabilità al vuoto e Ur è la permeabilità relativa, che descrive la capacità del materiale di consentire il passaggio di un campo magnetico.
Se Ur<=1 è antimagnetico, il materiale impedisce il passaggio di un campo magnetico; se l'immagine è paramagnetica, il materiale obbedisce al passaggio di un campo magnetico.
Se Ur>=1o 5 è ferromagnetico, il materiale come il nichel ferro-cobalto migliorerà il campo magnetico dopo la magnetizzazione. E quindi mantenere una certa forza del campo magnetico dopo aver rimosso il campo magnetico, che si chiama magnetismo rimanente.
Nel processo di funzionamento del motore si verificherà una magnetizzazione e smagnetizzazione costante, quindi è necessario prestare attenzione anche all'esame delle linee di isteresi di diversi materiali.
La linea di isteresi descrive la crescente induzione magnetica di un materiale magnetico man mano che l'intensità del campo aumenta sotto l'azione di un campo magnetico applicato di intensità H.
Questa induzione magnetica non segue l'intensità del campo dopo aver raggiunto la saturazione magnetica.
Una volta raggiunta la saturazione magnetica, è difficile seguire l’aumento dell’intensità del campo. Quando l'intensità del campo magnetico esterno diminuisce lentamente fino a zero, si può vedere che la curva di smagnetizzazione mantiene ancora la magnetizzazione rimanente B quando supera il punto zero.
Questa magnetizzazione rimanente mostra il principio generale della produzione di magneti permanenti, cioè la magnetizzazione direzionale seguita da una smagnetizzazione graduale. Quando viene applicato il campo magnetico inverso, la forza di induzione magnetica va a zero o addirittura aumenta nella direzione opposta, e questo eccesso è chiamato coercività H.
1.3 Forza elettromagnetica ed energia meccanica
Il valore più grande del motore è realizzare la conversione dell'energia elettrica in energia meccanica, eseguire il lavoro esternamente ed eseguire il movimento target.
Il moto di una particella carica in un campo magnetico è soggetto alla forza di Lorentz perpendicolare alla direzione del moto, la cui espressione macroscopica è la forza di Ampere Hm = Il * B , che può essere giudicata utilizzando la regola della mano sinistra per determinare la forza direzione,
I è la lunghezza effettiva del conduttore nel campo magnetico nella direzione della corrente.
Esiste anche una corrispondente forza del campo elettrico nel campo elettrostatico Fe=qE .
E sia il campo magnetico che quello elettrico sono essi stessi campi, e la forza applicata alla carica o all'elemento corrente in essi dipende dal volume e dalla densità del campo, e quindi la forza di campo corrispondente può essere esaminata in termini di campo.
Le due equazioni precedenti mantengono ancora la simmetria, la densità di carica P in un certo volume a causa dell'intensità del campo elettrico produce la densità di forza elettrica fe = pE,
La densità di corrente J in un certo volume dovuta all'intensità del campo magnetico produce la densità di forza magnetica Fm = J * B (l'equazione di cui sopra (1.12) deve essere utilizzata nel caso di materiali isotropi e corrente costante).
Questa espressione ci ispira a esaminare direttamente l'energia e la densità energetica del campo elettromagnetico.
In questo modo è possibile determinare l'energia potenziale elettromagnetica in un certo punto trovando il gradiente per ottenere la corrispondente densità di forza elettromagnetica e quindi trovare la forza elettromagnetica totale sull'oggetto in esame.
1.4 Modello di bobina
Una bobina è un elemento fondamentale che forma un modello di motori a induzione, collegando il modello circuitale del motore a corrente alternata e il modello fisico dell'oggetto.
Un tratto rettilineo di conduttore energizzato genera attorno ad esso un campo magnetico toroidale (secondo l'equazione 1.4).
Quando il conduttore è chiuso all'inizio e alla fine, il campo toroidale forma linee di forza magnetiche al centro dell'anello conduttore che passano verticalmente attraverso l'anello conduttore, come un solenoide.
Considerando solo la corrente sul conduttore energizzato, la (1.4) si semplifica in:
La forza magnetomotrice (magnetische Durchfluchtung), che è la fonte dell'intensità del campo di eccitazione, è essenzialmente l'intensità della corrente totale che passa attraverso una sezione di conduttore chiuso in [A].
Poiché in pratica il filo eccitato verrà avvolto in una bobina, la corrente nel filo viene discretizzata e la (1.13) viene riscritta come
N è il numero totale di avvolgimenti nella bobina, cioè il numero di spire.
Si può vedere che se il numero di spire è maggiore, la corrente totale è maggiore, il potenziale magnetico è maggiore e più forte può essere eccitato il campo magnetico.
Una bobina a giro singolo in un campo magnetico variabile nel tempo indurrà una tensione su entrambe le estremità del filo, un fenomeno descritto da (1.3).
Si può comprendere che l'induzione magnetica può anche essere interpretata come la densità del flusso magnetico, che può essere ottenuta sostituendo la (1.3)
Ui è il potenziale elettrico indotto, considera due forme di cambiamento di flusso, una è cambiare l'area della bobina ma cambiare la densità di flusso, quindi sono le seguenti;
La prima parte è il potenziale di induzione trasformato formalmente (tensione indotta traslazionalmente) e la seconda parte è il potenziale di induzione trasformato traslazionalmente (tensione indotta traslazionalmente).
Il primo ha una densità di flusso magnetico variabile nel tempo, mentre il secondo ha un'area effettiva della bobina variabile nel tempo.
Questo principio di induzione è menzionato nella fisica delle scuole superiori ed è noto anche come teorema del flauto.
Quando una bobina ha molte spire, il flusso effettivo totale è esattamente un multiplo intero delle spire espanse, introducendo così il concetto di catena magnetica.
La catena è definita nella figura seguente.
Si noti che la catena magnetica è una quantità scalare, proprio come il flusso magnetico. Poiché una variazione della corrente stessa può causare anche una variazione del flusso, la tendenza è quella di impedire la variazione del flusso, che può essere definita come:
i è l'intensità di corrente variabile, L è il coefficiente di autoinduttanza in Henry [H] e la sua dimensione è correlata alla forma del volume della bobina, al numero di spire e alla permeabilità magnetica.
Le bobine nei motori a induzione sono realizzate per avere materiale ferromagnetico al centro, come un nucleo di ferro, per aumentare la permeabilità magnetica, in modo che la bobina sia avvolta sul nucleo di ferro, da cui il nome avvolgimento.
Per una sezione di materiale linearmente omogeneo, il suo coefficiente di autoinduttanza può essere approssimato dalla seguente equazione
L'autoinduttanza è una bobina che cambia la propria corrente per indurre il fenomeno della soppressione della tensione, la sua tendenza a impedire le variazioni di corrente sul motore elettrico CC.
Quando due bobine sono vicine l'una all'altra, oltre alla propria autoinduttanza, ma anche a causa delle bobine vicine, la corrente cambia e la mutua induttanza
Il coefficiente di mutua induttanza dei materiali con identità lineari è approssimato dall'equazione di cui sopra, che mostra che la mutua induttanza è influenzata dal numero di spire delle due bobine contemporaneamente.
Ignorando la resistenza ed esaminando l'auto e la mutua induttanza delle due bobine adiacenti, l'equazione della tensione può essere elencata dalla Figura 1.5 relativa ai motori CC
Poiché le parti del giunto hanno gli stessi parametri di materiale e forma, i coefficienti di induttanza reciproca risultanti sono uguali M12=M21.
Pertanto, la dimensione delle catene di accoppiamento su ciascuna bobina è proporzionale alla forza di corrente sulla corrispondente bobina degli avvolgimenti del rotore per il motore CC.
Teorema di 1,5 Ohm per l'energia elettrica e i circuiti magnetici
Al liceo abbiamo studiato il teorema di Ohm, il quale afferma che la resistenza di un conduttore è il rapporto tra la tensione e la corrente ad entrambe le estremità e che esiste una formula per descrivere il materiale resistivo stesso.
Q, che è la conduttività, che è esattamente il reciproco della resistività P e descrive la capacità di condurre corrente.
Oltre all'applicazione della resistenza, è anche possibile descrivere la relazione tra tensione e corrente utilizzando l'immagine della conduttività quando il motore elettrico è in funzione.
Esaminiamo ora l'intensità di corrente per unità di area, ovvero la densità di corrente J = I/A e (e è il vettore unitario), con la densità di corrente come vettore che punta nella direzione della corrente per i motori CA.
Questo può essere combinato con l'equazione della tensione U=E.l e (1.25) riscritta (1.26) come
L'equazione sopra descrive il teorema di Ohm a livello microscopico, cioè la variazione della densità di corrente corrispondente ad un'intensità di campo costante applicata al conduttore.
Lm è la lunghezza effettiva del flusso magnetico attraverso una sezione del circuito magnetico e A è l'area del flusso corrispondente.
L'equazione di cui sopra è molto simile alla formula di resistenza.
Deformiamo nuovamente la formula della magnetoresistenza e possiamo continuare ad ottenere
Si può vedere che in unità la magnetoresistenza è in realtà l'inverso del coefficiente di induttanza.
Continuando l'analogia con il concetto di conduttanza, otteniamo la conduttanza magnetica A (magnetische Leitwert, in [H] o [Ωs])
Nel circuito troviamo gli elementi differenziali per (1.26) e otteniamo il teorema di Ohm microscopico, quindi qual è il teorema di Ohm microscopico corrispondente al circuito magnetico?
Possiamo continuare a riscrivere l'equazione (1.31), notando che il flusso magnetico stesso ha una densità di flusso B , che quindi dà
Quindi il teorema di Ohm del circuito magnetico microscopico è l'equazione (1.10), e l'intensità del campo magnetico sotto è la densità di flusso ottenuta dalla magnetizzazione di un campo magnetico costante.
L'analisi computazionale della riluttanza può essere utilizzata per realizzare un'analisi dei microelementi del flusso nell'intero polo dell'avvolgimento del motore, nella parte centrale e nella parte del traferro intermedio, che può realizzare un'analisi degli elementi finiti discreti FEM (Finite-Elemente-Methode) dell'intero circuito magnetico.
È anche possibile applicare il teorema di Kirchhoff per il circuito al circuito magnetico, il che è molto intuitivo e conveniente.
Benvenuti a condividere con noi ulteriori informazioni sui motori elettrici nell'area commenti!
Per qualsiasi domanda sul motore elettrico, contattare il motore elettrico professionale produttore In Cina come segue:
Salta al contenuto 
