운동 배경 지식 1

모터는 자기장을 매개로 전기에너지를 기계에너지로, 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 변환장치이다.

PMDC 모터는 페라이트 자석, 네오디뮴 자석과 같은 영구 자석이 제공하는 영구 자기장을 매개체로 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치입니다.

모든 모터가 작동하려면 자기장과 전류라는 두 가지 기본 조건이 필요합니다.

모터를 분류하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 전통적인 분류는 다음과 같습니다.

Chengfang이 만드는 모터는 브러시형 스트론튬 페라이트 영구 자석 DC 모터에 속합니다.

모터에 대한 연구는 다음과 같은 5가지 과학 법칙을 기반으로 합니다. 운동 원리를 미리 알기 위해서는 먼저 이러한 법칙을 알아야 합니다.

1. 전자기 유도 법칙(패러데이 1831)

   균일한 자기장을 통해 움직이는 (유한한 차원의) 도체에는 그 내부에 전류가 유도됩니다. 전류의 방향은 오른손 법칙으로 판단되며 다음 방정식을 따릅니다.

   E=B*L*V

   E: 기전력 (단위: V)

   B: 자기장의 자속 밀도(1 Tesla=104 Gauss)

   L: 도체의 유효 길이 (단위: m)

   V: 도체의 속도(단위: m/s)

   오른쪽 그림 1을 참조하세요. 도체에 리드선을 연결하면 유도 전류가 생성됩니다.

2. 비오-사바르 법칙

   전류가 흐르는 도체는 자기장에서 전자기력을 생성합니다. 방향은 왼손 법칙(그림 2 참조)으로 판단되며 다음 방정식을 따릅니다.

   F=B*I*L

   F: 전자기력 (단위: N)

   I: 인덕터 전류(단위: A)

   B: 자기장의 자속밀도 (단위: Tesla)

   L: 도체의 유효 길이 (단위: m)

   왼손법칙은 모터법칙이라고도 합니다.

   오른손 법칙은 생성기 법칙이라고도 합니다.

3. 키르히호프의 회로 법칙(그림 3 참조)

   KCL ΣI=0: 전기 회로의 모든 노드(접점)에서 해당 노드로 흐르는 전류의 합은 해당 노드에서 흐르는 전류의 합과 같습니다.

   KVL ΣU=0: 폐쇄된 네트워크 주변의 전위차(전압)의 방향된 합은 0입니다.

4. 에너지 보존 법칙

   고립계의 총 에너지량은 시간이 지나도 일정하게 유지됩니다.

5. 앙페르의 회로법칙

   즉, 전류가 흐르는 도체는 주변에 자기장을 생성합니다. 자기장의 방향은 오른손잡이 법칙에 의해 판단되며 방정식을 따릅니다. 그림 4 참조

   ∮H×dL=∑I=IA+IB+IC+…

   H: 자기장 강도(단위: A/M)

   L: 도체의 길이 (단위: M)

   I : 현재 (단위 : A)

2극 PMDC 모터

2바 정류자

2도체(1루프 코일) 단순 전기자.

비오-사바르 법칙과 왼손법칙에 따르면,

뼈대는 CCW 방향으로 움직입니다.

단점: 데드포인트가 존재한다.

간단하지만 실용적이지 않은 모터입니다. (그림 5)

1. 전위(그림 6)

   V=E+2ΔU+I*r에서 E=V-2ΔUI*r을 얻습니다.

   한편 E=KE*Φ*n(전기자 역기전력)

   V: 전원 전압 (단위: V)

   2ΔU: 브러시 전압 강하 (단위: V)

   I: 전기자 전류(단위: A)

   R: 회전자 저항 (단위: Ω)

   KE: EMF 상수 = Z/60(2극 모터의 경우. Z: 도체 수)

   Φ: 자속(단위: 웨버) = 평균 자속 밀도 B * 자극 폭 * 회전자의 유효 길이

   N: 속도 (단위: rpm)

2. 토크

   TE=KTΦ*I(전자기 토크: NM) KT: 토크 상수 = Z/2π

   Φ: 자속(단위: Weber) I: 전기자 전류(단위: A)

3. 힘과 토크 사이의 관계:

   P=T*n/97500 P: 출력(단위: W) T: 토크(단위: g.cm) n: 속도(단위: rpm)

   T의 단위가 "N?m"일 때, P=T*n/9.55(단위: W)

4. 에너지 방정식(그림 7):

   P1=2ΔU*I+I2r+PE

   PE=P2+PFe+Pmec

   PE: 전자기 전력 P2: 출력 전력

   Pmec: 기계적 손실 PFe: 철 손실

   P2=P1-2ΔU*I-I2r-PFe-Pmec (단위: W)

   효율성: eta=P2/P1*100%

   PFe+Pmec은 무부하 전력이라고도 합니다.

   P0=PFe+Pmec

   PE=P2+P0 및 TE=T2+T0

5. 에너지 전송 그래프: (그림 8)

   
   

n=f(T2) 속도와 토크 사이의 관계.

I=f(T2) 전류와 출력 전력 간의 관계

θ=f(T2) 효율과 토크의 관계

P2=f(T2) 출력 전력과 토크 사이의 관계

1. 나는=f(T2)

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

   I0: 무부하 전류 Φ: 일정

   그림 6에 따르면 정지 시 n=0, E=0, 전류 Ist=(U-2ΔU)/r

2. n=f(T2)

   E=V-2ΔUI*r=KEΦ*n

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

   =(U-2ΔU-I0*r)/KE*Φ-r/KE*KT*Φ2*T2

   = n0-[r/KE*KT*Φ2]*T2(선 방정식)

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

   P2는 2도 포물선입니다(그림 10).

4. θ=f(T2)=P2/P1 θ는 곡선이다(그림 11)

   (수식은 복잡하므로 여기서는 생략합니다.)

1. 코일 회전 및 자석 와이어 직경(다른 매개변수는 변경되지 않음)

   5.1에서 코일의 감김이 증가하면 전위 상수 KE가 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 모터 속도 n은 낮아집니다. 반대로 코일의 권수가 감소하면 모터 속도가 증가합니다.

   마그네트 와이어의 직경이 증가하면 회전자 저항 r이 감소합니다. 회전자의 역기전력이 증가합니다(E=V-2ΔUI*r). 따라서 모터 속도 n이 증가합니다. 반대로, 마그네트 와이어의 직경이 감소하면 모터 속도 n이 감소합니다.

   정지 시 전류는 저항 r에 반비례합니다. 코일의 회전과 자석 와이어의 직경은 라미네이션 슬롯의 공간 제한 하에서 서로를 제한합니다. 모터 매개변수를 조정하려면 이러한 관계를 명확하게 이해해야 합니다.

2. 자속(다른 매개변수는 변경되지 않음)

   자속 밀도가 높고 적층 시트가 긴 자석은 모두 자속 Φ를 증가시킵니다. 5.1과 6.2에서 속도 n이 감소한다는 것을 알 수 있습니다. 동시에 부하(T2)는 속도 n에 미치는 영향이 적습니다. 따라서 모터의 특성을 하드(hard)라고 합니다. 반대로 자속 밀도가 낮고 적층 시트가 짧은 자석을 사용하면 모터의 특성이 소프트하다고 합니다.