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 maken, 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
De grootste waarde van de motor is het realiseren van de omzetting van elektrische energie in mechanische energie, het extern verrichten van werkzaamheden en het uitvoeren van de doelbeweging.
De beweging van een geladen deeltje in een magnetisch veld is onderworpen aan de Lorentz-kracht loodrecht op de bewegingsrichting, waarvan de macroscopische uitdrukking de Ampere-kracht Hm = Il * B is, die kan worden beoordeeld door de linkerhandregel te gebruiken om de richting,
I is de effectieve lengte van de geleider in het magnetische veld in de richting van de stroom.
Er is ook een overeenkomstige elektrische veldkracht in het elektrostatische veld 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).
Wanneer de geleider aan het begin en het einde gesloten is, vormt het toroïdale veld magnetische krachtlijnen in het midden van de geleiderring die verticaal door de geleiderring lopen, zoals een solenoïde.
Als we alleen de stroom op de bekrachtigde geleider beschouwen, vereenvoudigt (1.4) het volgende:
De magnetomotorische kracht (magnetische Durchfluchtung), die de bron is van de sterkte van het excitatieveld, is in wezen de sterkte van de totale stroom die door een gedeelte van de gesloten geleider in [A] gaat.
Omdat in de praktijk de bekrachtigde draad in een spoel wordt gewikkeld, wordt de draadstroom gediscretiseerd en wordt (1.13) herschreven als
N is het totale aantal wikkelingen in de spoel, dat wil zeggen het aantal windingen.
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 tijdsvariërend 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 het formeel getransformeerde inductiepotentieel (transformationeel geïnduceerde spanning) en het laatste deel is het translationeel getransformeerde inductiepotentieel (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.
Voor een sectie lineair homogeen materiaal kan de zelfinductiecoëfficiënt worden benaderd door de volgende vergelijking
Zelfinductie is een spoel van zijn eigen stroomveranderingen om het fenomeen van onderdrukkingsspanning te induceren, de neiging om stroomveranderingen rond gelijkstroom-elektromotoren te belemmeren.
Wanneer twee spoelen dicht bij elkaar komen, naast hun eigen zelfinductie, maar ook vanwege de naburige spoelen op de stroomveranderingen en onderlinge inductie
De coëfficiënt van wederzijdse inductie van materialen met lineaire identiteiten wordt benaderd door de bovenstaande vergelijking, waaruit blijkt dat de wederzijdse inductie wordt beïnvloed door het aantal windingen van de twee spoelen tegelijkertijd.
Door de weerstand te negeren en de zelf- en wederzijdse inductie van de twee aangrenzende spoelen te onderzoeken, kan de spanningsvergelijking over gelijkstroommotoren worden weergegeven in figuur 1.5
Omdat de koppeldelen dezelfde materiaalparameters en vorm hebben, zijn de resulterende wederzijdse inductiecoëfficiënten gelijk M12=M21.
De grootte van de koppelkettingen op elke spoel is dus evenredig met de stroomsterkte op de overeenkomstige rotorwikkelingsspoel voor gelijkstroommotoren.
Stelling van 1,5 Ohm voor elektrische energie en magnetische circuits
Op de middelbare school bestudeerden we de stelling van Ohm, die stelt dat de weerstand van een geleider de verhouding is tussen de spanning en de stroom aan beide uiteinden, en dat er een formule bestaat om het weerstandsmateriaal zelf te beschrijven.
Q, wat de geleidbaarheid is, die precies het omgekeerde is van de soortelijke weerstand P en het vermogen beschrijft om stroom te geleiden.
Naast het toepassen van weerstand kan de relatie tussen spanning en stroom ook worden beschreven met behulp van het geleidbaarheidsbeeld wanneer de elektromotor werkt.
Onderzoek nu de stroomsterkte per oppervlakte-eenheid, dat wil zeggen stroomdichtheid J = I/A e (e is de eenheidsvector), waarbij de stroomdichtheid als vector in de richting van de stroom wijst voor wisselstroommotoren.
Dit kan worden gecombineerd met de spanningsvergelijking U=E.l en (1,25) herschreven (1,26) als
De bovenstaande vergelijking beschrijft de stelling van Ohm op microscopisch niveau, dat wil zeggen de variatie van de stroomdichtheid die overeenkomt met een constante veldsterkte die op de geleider wordt toegepast.
Lm is de effectieve lengte van de magnetische flux door een gedeelte van het magnetische circuit, en A is het overeenkomstige fluxgebied.
De bovenstaande vergelijking lijkt sterk op de weerstandsformule.
Laten we de magnetoweerstandsformule opnieuw vervormen en we kunnen doorgaan met het verkrijgen
Het is duidelijk dat de magnetoweerstand in eenheden feitelijk het omgekeerde is van de inductantiecoëfficiënt.
Als we de analogie met het concept van geleiding voortzetten, verkrijgen we de magnetische geleiding A (magnetische Leitwert, in [H] of [Ωs])
In het circuit vinden we de differentiële elementen voor (1.26) en krijgen we de microscopische stelling van Ohm, dus wat is de microscopische stelling van Ohm die overeenkomt met het magnetische circuit?
We kunnen vergelijking (1.31) herschrijven, waarbij we opmerken dat de magnetische flux zelf een fluxdichtheid B heeft, wat dan oplevert
Dus de stelling van Ohm van het microscopische magnetische circuit is vergelijking (1.10), en de magnetische veldsterkte hieronder is de fluxdichtheid die wordt verkregen uit de magnetisatie van een constant magnetisch veld.
De computationele analyse van de weerstand kan worden gebruikt om een micro-elementanalyse van de flux in de gehele motorwikkelpool, het kerngedeelte en het tussenliggende luchtspleetgedeelte te realiseren, waardoor een discrete eindige-elementenanalyse FEM (Finite-Elemente-Methode) kan worden gerealiseerd. van het gehele magnetische circuit.
Het is ook mogelijk om de stelling van Kirchhoff toe te passen op het circuit in het magnetische circuit, wat erg intuïtief en handig is.
Welkom om meer informatie over elektromotoren met ons te delen in het opmerkingenveld!
Als u vragen heeft over de elektromotor, neem dan contact op met de professionele elektromotor fabrikant in China als volgt:
Doorgaan naar artikel 
