Motorische Kenntnisse 1

Ein Motor ist ein Energieumwandlungsgerät, das elektrische Energie in mechanische Energie oder mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt und dabei ein Magnetfeld als Medium verwendet.

Der PMDC-Motor ist ein Energieumwandlungsgerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt und dabei ein Permanentmagnetfeld als Medium nutzt, das von Permanentmagneten wie Ferritmagneten und Neodymmagneten bereitgestellt wird.

Jeder Motor benötigt zwei Grundbedingungen, um zu funktionieren: Magnetfeld und Strom.

Es gibt viele Möglichkeiten, die Motoren zu klassifizieren. Die traditionelle Klassifizierung ist wie folgt.

Die von Chengfang hergestellten Motoren gehören zu Bürsten-Gleichstrommotoren mit Strontiumferrit-Permanentmagneten.

Die Motorenforschung basiert auf den folgenden fünf wissenschaftlichen Gesetzen. Um mit den motorischen Prinzipien vertraut zu werden, müssen wir zunächst diese Gesetze kennen.

1. Gesetz der elektromagnetischen Induktion (Faraday 1831)

   In Leitern (mit endlichen Abmessungen), die sich durch ein gleichmäßiges Magnetfeld bewegen, werden Ströme induziert. Die Richtung des Stroms wird durch die Rechte-Hand-Regel beurteilt und folgt der Gleichung:

   E=B*L*V

   E: Elektromotorische Kraft (Einheit: V)

   B: Magnetische Flussdichte des Magnetfelds (1 Tesla=104 Gauss)

   L: Effektive Länge des Leiters (Einheit: m)

   V: Geschwindigkeit des Leiters (Einheit: m/s)

   Siehe Abbildung 1 rechts. Wenn wir ein Anschlusskabel an den Leiter anschließen, wird induzierter Strom erzeugt.

2. Biot-Savart-Gesetz

   Leiter mit Strom in ihnen erzeugen elektromagnetische Kräfte in einem Magnetfeld. Die Richtung wird anhand der Linkshandregel beurteilt (siehe Abbildung 2) und folgt der Gleichung:

   F=B*I*L

   F: Elektromagnetische Kraft (Einheit: N)

   I: Strom im Induktor (Einheit: A)

   B: Magnetische Flussdichte des Magnetfeldes (Einheit: Tesla)

   L: Effektive Länge des Leiters (Einheit: m)

   Die Linkshandregel wird auch als motorische Regel bezeichnet.

   Die Rechtshandregel wird auch als Generatorregel bezeichnet.

3. Kirchhoffs Schaltungsgesetze (siehe Abbildung 3)

   KCL ΣI=0: An jedem Knoten (Verbindungspunkt) in einem Stromkreis ist die Summe der in diesen Knoten fließenden Ströme gleich der Summe der aus diesem Knoten fließenden Ströme

   KVL ΣU=0: Die gerichtete Summe der elektrischen Potentialdifferenzen (Spannung) um jedes geschlossene Netzwerk ist Null.

4. Gesetz der Energieerhaltung

   Die Gesamtenergiemenge in einem isolierten System bleibt über die Zeit konstant.

5. Ampères Schaltungsgesetz

   Kurz gesagt, Leiter mit Strom in ihnen erzeugen ein Magnetfeld um sich herum. Die Richtung des magnetischen Feldes wird anhand der Daumenregel beurteilt und folgt der Gleichung. Siehe Abbildung 4

   ∮H×dL=∑I=IA+IB+IC+…

   H: Magnetfeldstärke (Einheit: A/M)

   L: Länge des Leiters (Einheit: M)

   I: Strom (Einheit: A)

2-poliger PMDC-Motor

2-Stab-Kommutator

2-Leiter (1-Schleifen-Spule) einfacher Anker.

Nach dem Biot-Savart-Gesetz und der Linkshandregel gilt:

Anker läuft im Uhrzeigersinn.

Nachteil: Es sind tote Punkte vorhanden.

Es ist ein einfacher, aber unpraktischer Motor. (Abbildung 5)

1. Elektrisches Potenzial (Abbildung 6)

   Aus V=E+2△U+I*r erhalten wir E=V-2△UI*r

   Inzwischen E=KE*Φ*n(Anker-Gegen-EMK)

   V: Versorgungsspannung (Einheit: V)

   2△U: Bürstenspannungsabfall (Einheit: V)

   I: Ankerstrom (Einheit: A)

   R: Rotorwiderstand (Einheit: Ω)

   KE: EMK-Konstante = Z/60 (für einen 2-poligen Motor. Z: Anzahl der Leiter)

   Φ: magnetischer Fluss (Einheit: Weber) = durchschnittliche magnetische Flussdichte B * Breite des Magnetpols * effektive Länge des Rotors

   N: Geschwindigkeit (Einheit: U/min)

2. Drehmoment

   TE=KTΦ*I(elektromagnetisches Drehmoment: NM) KT: Drehmomentkonstante = Z/2π

   Φ: magnetischer Fluss (Einheit: Weber) I: Ankerstrom (Einheit: A)

3. Zusammenhang zwischen Leistung und Drehmoment:

   P=T*n/97500 P: Leistung (Einheit: W) T: Drehmoment (Einheit: g.cm) n: Drehzahl (Einheit: U/min)

   Wenn die Einheit von T „N?m“ ist, ist P=T*n/9,55 (Einheit: W)

4. Energiegleichung (Abbildung 7):

   P1=2△U*I+I2r+PE

   PE=P2+PFe+Pmec

   PE: elektromagnetische Leistung P2: Ausgangsleistung

   Pmec: mechanischer Verlust PFe: Eisenverlust

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

   Effizienz: η=P2/P1*100 %

   PFe+Pmec wird auch Leerlaufleistung genannt

   P0=PFe+Pmec

   PE=P2+P0 und TE=T2+T0

5. Energieübertragungsdiagramm: (Abbildung 8)

   
   

n=f(T2) Beziehung zwischen Drehzahl und Drehmoment.

I=f(T2) Beziehung zwischen Strom und Ausgangsleistung

η=f(T2) Beziehung zwischen Effizienz und Drehmoment

P2=f(T2) Beziehung zwischen Ausgangsleistung und Drehmoment

1. I=f(T2)

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

   I0: kein Laststrom Φ: konstant

   Im Stall ist n=0, E=0, gemäß Abbildung 6, Strom 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(Geradengleichung)

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 ist eine Parabel zweiten Grades (Abbildung 10)

4. η=f(T2)=P2/P1 η ist eine Kurve (Abbildung 11)

   (Die Gleichung ist kompliziert und wird daher hier weggelassen.)

1. Spulenwindungen und Magnetdrahtdurchmesser (andere Parameter bleiben unverändert)

   Aus 5.1 wissen wir, dass die Potentialkonstante KE mit zunehmender Spulenwindung zunimmt. Dadurch wird die Motordrehzahl n abgesenkt. Im Gegenteil, wenn die Spulenwindungen abnehmen, erhöht sich die Motorgeschwindigkeit.

   Wenn der Durchmesser des Magnetdrahtes zunimmt, verringert sich der Rotorwiderstand r. Die Gegen-EMK des Rotors nimmt zu (E=V-2△UI*r). Dadurch erhöht sich die Motordrehzahl n. Im Gegensatz dazu nimmt die Motordrehzahl n ab, wenn der Durchmesser des Magnetdrahts abnimmt.

   Der Strom im Stillstand ist umgekehrt proportional zum Widerstand r. Windungen der Spule und Durchmesser des Magnetdrahtes beschränken sich gegenseitig unter der Raumbegrenzung des Blechschlitzes. Wir sollten diesen Zusammenhang klar verstehen, wenn wir versuchen, die Motorparameter anzupassen.

2. Magnetischer Fluss (andere Parameter bleiben unverändert)

   Magnete mit höherer magnetischer Flussdichte und längeren Blechlamellen erhöhen beide den magnetischen Fluss Φ. Aus 5.1 und 6.2 wissen wir, dass die Geschwindigkeit n abnimmt. Gleichzeitig hat die Belastung (T2) einen geringeren Einfluss auf die Drehzahl n. Die Kennlinie des Motors wird daher als hart bezeichnet. Wenn wir dagegen Magnete mit geringerer magnetischer Flussdichte und kürzeren Blechlamellen verwenden, wird die Charakteristik des Motors als weich bezeichnet.