Connaissances de base motrices 1

Le moteur est un dispositif de conversion d'énergie qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique ou l'énergie mécanique en énergie électrique, en utilisant le champ magnétique comme support.

Le moteur PMDC est un dispositif de conversion d'énergie qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique, en utilisant un champ magnétique permanent comme support fourni par des aimants permanents comme les aimants en ferrite et les aimants en néodyme.

Chaque moteur a besoin de deux conditions de base pour fonctionner : le champ magnétique et le courant.

Il existe de nombreuses façons de classer les moteurs. La classification traditionnelle est la suivante.

Les moteurs fabriqués par Chengfang appartiennent à un moteur à courant continu à aimant permanent en ferrite de strontium de type brosse.

La recherche sur les moteurs est basée sur les cinq lois scientifiques suivantes. Afin d’avoir une connaissance préliminaire des principes moteurs, nous devons d’abord connaître ces lois.

1. Loi de l'induction électromagnétique (Faraday 1831)

   Les conducteurs (de dimensions finies) se déplaçant à travers un champ magnétique uniforme auront des courants induits en leur sein. La direction du courant est jugée par la règle de la main droite et suit l'équation :

   E=B*L*V

   E : Force électromotrice (Unité : V)

   B : Densité de flux magnétique du champ magnétique (1 Tesla = 104 Gauss)

   L : Longueur effective du conducteur (Unité : m)

   V : Vitesse du conducteur (Unité : m/s)

   Voir la figure 1 à droite, si nous connectons un fil conducteur au conducteur, un courant induit sera généré.

2. Loi Biot-Savart

   Les conducteurs contenant du courant généreront une force électromagnétique dans un champ magnétique. La direction est jugée par la règle de la main gauche (voir figure 2) et suit l'équation :

   F=B*I*L

   F : Force électromagnétique (Unité : N)

   I : Courant dans l'inducteur (Unité : A)

   B : Densité de flux magnétique du champ magnétique (Unité : Tesla)

   L : Longueur efficace du conducteur (Unité : m)

   La règle de la main gauche est également appelée règle motrice.

   La règle de la main droite est également appelée règle génératrice.

3. Lois du circuit de Kirchhoff (voir figure 3)

   KCL ΣI=0 : à n'importe quel nœud (jonction) d'un circuit électrique, la somme des courants circulant dans ce nœud est égale à la somme des courants sortant de ce nœud.

   KVL ΣU=0 : La somme dirigée des différences de potentiel électrique (tension) autour de tout réseau fermé est nulle.

4. Loi de conservation de l'énergie

   La quantité totale d'énergie dans un système isolé reste constante dans le temps.

5. Loi circuit d'Ampère

   En bref, les conducteurs contenant du courant génèrent un champ magnétique autour d’eux. La direction du champ magnétique est jugée par la règle du pouce droit et suit l'équation. Voir figure 4

   ∮H×dL=∑I=IA+IB+IC+…

   H : intensité du champ magnétique (Unité : A/M)

   L : Longueur du conducteur (Unité : M)

   I : Courant (Unité : A)

Moteur PMDC 2 pôles

collecteur 2 barres

Armature simple à 2 conducteurs (bobine 1 boucle).

D'après la loi de Biot-Savart et la règle de gauche,

l'armature tourne dans le sens CCW.

Inconvénient : Des points morts existent.

C'est un moteur simple mais peu pratique. (Figure 5)

1. Potentiel électrique (Figure 6)

   De V=E+2△U+I*r on obtient E=V-2△UI*r

   Pendant ce temps, E = KE * Φ * n (armature arrière EMF)

   V : tension d'alimentation (Unité : V)

   2△U : chute de tension des balais (Unité : V)

   I : courant d'induit (Unité : A)

   R : résistance du rotor (Unité : Ω)

   KE : constante EMF = Z/60 (pour un moteur 2 pôles. Z : nombre de conducteurs)

   Φ : flux magnétique (Unité : Weber) = densité de flux magnétique moyenne B * largeur du pôle magnétique * longueur effective du rotor

   N : vitesse (Unité : tr/min)

2. Couple

   TE=KTΦ*I(couple électromagnétique : NM) KT : constante de couple = Z/2π

   Φ : flux magnétique (unité : Weber) I : courant d'induit (unité : A)

3. Relation entre puissance et couple :

   P=T*n/97500 P : puissance (unité : W) T : couple (unité : g.cm) n : vitesse (unité : tr/min)

   Lorsque l'unité de T est « N?m », P=T*n/9,55 (unité : W)

4. Équation énergétique(Figure 7) :

   P1=2△U*I+I2r+PE

   PE=P2+PFe+Pméc

   PE : puissance électromagnétique P2 : puissance de sortie

   Pmec : perte mécanique PFe : perte en fer

   P2=P1-2△U*I-I2r-PFe-Pmec (unité : W)

   Efficacité : η=P2/P1*100 %

   PFe+Pmec est également appelé puissance à vide

   P0=PFe+Pméc

   PE=P2+P0 et TE=T2+T0

5. Graphique de transmission d'énergie : (Figure 8)

   
   

n=f(T2) relation entre vitesse et couple.

Relation I = f (T2) entre le courant et la puissance de sortie

Relation η=f(T2) entre efficacité et couple

Relation P2=f(T2) entre la puissance de sortie et le couple

1. je=f(T2)

   I=TE/KT*Φ=(T0+T2)/KT*Φ=T0/KT*Φ+T2/KT*Φ=I0+[1/KT*Φ]*T2 (équation de doublure)

   I0 : courant à vide Φ : constant

   Au décrochage, n=0, E=0, selon la figure 6, courant Ist=(U-2△U)/r

2. n=f(T2)

   E=V-2△UI*r=KEΦ*n

   n=(V-2△UI*r)/KE*Φ={U-2△U-[(I0+T2)/KT*Φ]*r}/KE*Φ

   =(U-2△U-I0*r)/KE*Φ-r/KE*KT*Φ2*T2

   = n0-[r/KE*KT*Φ2]*T2(équation des droites)

3. P2=f(T2)

   P2=T2*n/9,55=[n0-(V/KE*KT*Φ2)*T2]/9,55=[n0*T2-(r/KE*KT*Φ2)*(T2)2]/9,55

   P2 est une parabole du deuxième degré (Figure 10)

4. η=f(T2)=P2/P1 η est une courbe (Figure 11)

   (L'équation est compliquée et est donc omise ici.)

1. Tours de bobine et diamètre du fil magnétique (les autres paramètres restent inchangés)

   Nous savons d'après 5.1 que la constante de potentiel KE augmente lorsque les tours de bobine augmentent. La vitesse du moteur n est donc diminuée. Au contraire, lorsque les tours de bobine diminuent, la vitesse du moteur augmente.

   Lorsque le diamètre du fil magnétique augmente, la résistance du rotor r diminue. La FEM arrière du rotor augmente (E=V-2△UI*r). La vitesse du moteur n augmente donc. Au contraire, lorsque le diamètre du fil magnétique diminue, la vitesse du moteur n diminue.

   Le courant au décrochage est inversement proportionnel à la résistance r. Les tours de la bobine et le diamètre du fil magnétique se limitent mutuellement sous la limite d'espace de la fente de stratification. Nous devons clairement comprendre cette relation lorsque nous essayons d'ajuster les paramètres du moteur.

2. Flux magnétique (les autres paramètres restent inchangés)

   Les aimants avec une densité de flux magnétique plus élevée et des feuilles de stratification plus longues augmenteront tous deux le flux magnétique Φ. A partir de 5.1 et 6.2 nous savons que la vitesse n diminue. Dans le même temps, la charge (T2) a moins d’influence sur la vitesse n. La caractéristique du moteur est donc dite dure. Au contraire, si l'on utilise des aimants avec une densité de flux magnétique plus faible et des feuilles de stratification plus courtes, la caractéristique du moteur est dite douce.