Conhecimento prévio do motor 1

Motor é um dispositivo de conversão de energia que converte energia elétrica em energia mecânica ou energia mecânica em energia elétrica, utilizando o campo magnético como meio.

O motor PMDC é um dispositivo de conversão de energia que converte energia elétrica em energia mecânica, usando campo magnético permanente como meio fornecido por ímãs permanentes como ímãs de ferrite e ímãs de neodímio.

Todo motor precisa de duas condições básicas para funcionar: campo magnético e corrente.

Existem muitas maneiras de classificar os motores. A classificação tradicional é a seguinte.

Os motores que a Chengfang fabrica pertencem ao motor DC de ímã permanente de ferrite de estrôncio tipo escova.

A pesquisa dos motores é baseada nas cinco leis científicas a seguir. Para ter um conhecimento preliminar dos princípios motores, precisamos primeiro conhecer essas leis.

1. Lei da indução eletromagnética (Faraday 1831)

   Condutores (de dimensões finitas) movendo-se através de um campo magnético uniforme terão correntes induzidas dentro deles. A direção da corrente é avaliada pela regra da mão direita e segue a equação:

   E=B*L*V

   E: Força eletromotriz (Unidade: V)

   B: Densidade de fluxo magnético do campo magnético (1 Tesla = 104 Gauss)

   L: Comprimento efetivo do condutor (Unidade: m)

   V: Velocidade do condutor (Unidade: m/s)

   Veja a figura 1 à direita, se conectarmos um fio condutor ao condutor, será gerada corrente induzida.

2. Lei Biot-Savart

   Condutores com corrente dentro deles gerarão força eletromagnética em um campo magnético. A direção é avaliada pela regra da mão esquerda (ver figura 2) e segue a equação:

   F=B*I*L

   F: Força eletromagnética (Unidade: N)

   I: Corrente no indutor (Unidade: A)

   B: Densidade de fluxo magnético do campo magnético (Unidade: Tesla)

   L: Comprimento efetivo do condutor (Unidade: m)

   A regra da mão esquerda também é chamada de regra motora.

   A regra da mão direita também é chamada de regra do gerador.

3. Leis do circuito de Kirchhoff (ver figura 3)

   KCL ΣI = 0: Em qualquer nó (junção) de um circuito elétrico, a soma das correntes que fluem para esse nó é igual à soma das correntes que fluem para fora desse nó

   KVL ΣU=0: A soma direcionada das diferenças de potencial elétrico (tensão) em torno de qualquer rede fechada é zero.

4. Lei da conservação de energia

   A quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante ao longo do tempo.

5. Lei circuito de Ampère

   Resumindo, condutores com corrente dentro deles geram um campo magnético ao seu redor. A direção do campo magnético é avaliada pela regra da mão direita e segue a equação. Veja a figura 4

   ∮H×dL=∑I=IA+IB+IC+…

   H: intensidade do campo magnético (Unidade: A/M)

   L: Comprimento do condutor (Unidade: M)

   I: Atual (Unidade: A)

Motor PMDC de 2 pólos

Comutador de 2 barras

Armadura simples de 2 condutores (bobina de 1 loop).

De acordo com a Lei Biot-Savart e a regra da mão esquerda,

a armadura funciona na direção anti-horária.

Desvantagem:Existem pontos mortos.

É um motor simples, mas pouco prático. (Figura 5)

1. Potencial elétrico (Figura 6)

   De V=E+2△U+I*r obtemos E=V-2△UI*r

   Enquanto isso E=KE*Φ*n(armadura traseira EMF)

   V: tensão de alimentação (Unidade: V)

   2△U: queda de tensão na escova (Unidade: V)

   I: corrente de armadura (Unidade: A)

   R: resistência do rotor (Unidade: Ω)

   KE: Constante EMF = Z/60 (para motor de 2 pólos. Z: número de condutores)

   Φ: fluxo magnético (Unidade: Weber) = densidade média do fluxo magnético B * largura do pólo magnético *comprimento efetivo do rotor

   N: velocidade (Unidade: rpm)

2. Torque

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

   Φ: fluxo magnético (unidade: Weber) I: corrente de armadura (unidade: A)

3. Relação entre potência e torque:

   P=T*n/97500 P: potência(unidade: W) T: torque (unidade: g.cm) n: velocidade (unidade: rpm)

   Quando a unidade de T é “N?m”, P=T*n/9,55(unidade: W)

4. Equação de energia (Figura 7):

   P1=2△U*I+I2r+PE

   PE=P2+PFe+Pmec

   PE: potência eletromagnética P2: potência de saída

   Pmec: perda mecânica PFe: perda de ferro

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

   Eficiência: η=P2/P1*100%

   PFe+Pmec também é chamado de potência sem carga

   P0=PFe+Pmec

   PE=P2+P0 e TE=T2+T0

5. Gráfico de transmissão de energia: (Figura 8)

   
   

n=f(T2) relação entre velocidade e torque.

Relação I = f (T2) entre corrente e potência de saída

η=f(T2) relação entre eficiência e torque

P2=f(T2) relação entre potência de saída e torque

1. Eu=f(T2)

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

   I0: corrente sem carga Φ: constante

   No estol, n=0, E=0, conforme Figura 6, corrente 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(equação de retas)

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 é uma parábola de segundo grau (Figura 10)

4. η=f(T2)=P2/P1 η é uma curva(Figura 11)

   (A equação é complicada e, portanto, é omitida aqui.)

1. Espiras da bobina e diâmetro do fio magnético (outros parâmetros permanecem inalterados)

   Sabemos pelo item 5.1 que a constante de potencial KE aumenta quando as espiras da bobina aumentam. A velocidade do motor n é, portanto, reduzida. Pelo contrário, quando as voltas da bobina diminuem, a velocidade do motor aumenta.

   Quando o diâmetro do fio magnético aumenta, a resistência do rotor r diminui. A EMF traseira do rotor aumenta (E=V-2△UI*r). A velocidade do motor n aumenta portanto. Pelo contrário, quando o diâmetro do fio magnético diminui, a velocidade do motor n diminui.

   A corrente no estol é inversamente proporcional à resistência r. As voltas da bobina e o diâmetro do fio magnético restringem-se mutuamente abaixo do limite de espaço da ranhura de laminação. Devemos compreender claramente tal relação quando tentamos ajustar os parâmetros do motor.

2. Fluxo magnético (outros parâmetros permanecem inalterados)

   Ímãs com maior densidade de fluxo magnético e folhas de laminação mais longas aumentarão o fluxo magnético Φ. A partir de 5.1 e 6.2 sabemos que a velocidade n diminui. Ao mesmo tempo, a carga (T2) tem menos influência sobre a velocidade n. A característica do motor é assim chamada de dura. Pelo contrário, se utilizarmos ímãs com menor densidade de fluxo magnético e folhas de laminação mais curtas, a característica do motor é chamada de suave.