Conocimientos básicos sobre motricidad 1
El motor es un dispositivo de conversión de energía que convierte energía eléctrica en energía mecánica o energía mecánica en energía eléctrica, utilizando un campo magnético como medio.
El motor PMDC es un dispositivo de conversión de energía que convierte energía eléctrica en energía mecánica, utilizando un campo magnético permanente como medio proporcionado por imanes permanentes como imanes de ferrita e imanes de neodimio.
Todo motor necesita dos condiciones básicas para funcionar: campo magnético y corriente.
Hay muchas formas de clasificar los motores. La clasificación tradicional es la siguiente.
Los motores que fabrica Chengfang pertenecen al motor de CC de imán permanente de ferrita de estroncio tipo cepillo.
La investigación sobre motores se basa en las siguientes cinco leyes científicas. Para tener un conocimiento preliminar de los principios motores, primero debemos conocer estas leyes.
- Ley de la inducción electromagnética (Faraday 1831)
Los conductores (de dimensiones finitas) que se mueven a través de un campo magnético uniforme tendrán corrientes inducidas en su interior. La dirección de la corriente se juzga por la regla de la mano derecha y sigue la ecuación:
E=B*L*V
E: Fuerza electromotriz (Unidad: V)
B: Densidad de flujo magnético del campo magnético (1 Tesla = 104 Gauss)
L: Longitud efectiva del conductor (Unidad: m)
V: Velocidad del conductor (Unidad: m/s)
Vea la figura 1 a la derecha, si conectamos un cable al conductor, se generará corriente inducida.
- Ley Biot-Savart
Los conductores con corriente en su interior generarán fuerza electromagnética en un campo magnético. La dirección se juzga por la regla de la mano izquierda (ver figura 2) y sigue la ecuación:
F=B*I*L
F: Fuerza electromagnética (Unidad: N)
I: Corriente en el inductor (Unidad: A)
B: Densidad de flujo magnético del campo magnético (Unidad: Tesla)
L: Longitud efectiva del conductor (Unidad: m)
La regla de la mano izquierda también se denomina regla motora.
La regla de la mano derecha también se denomina regla generadora.
- Leyes del circuito de Kirchhoff (Ver figura 3)
KCL ΣI=0: En cualquier nodo (unión) de un circuito eléctrico, la suma de las corrientes que fluyen hacia ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen de ese nodo.
KVL ΣU=0: La suma dirigida de las diferencias de potencial eléctrico (voltaje) alrededor de cualquier red cerrada es cero.
- Ley de conservación de la energía.
La cantidad total de energía en un sistema aislado permanece constante en el tiempo.
- Ley del circuito de Ampère
En resumen, los conductores con corriente en su interior generan un campo magnético a su alrededor. La dirección del campo magnético se juzga mediante la regla general de la mano derecha y sigue la ecuación. Ver figura 4
∮H×dL=∑I=IA+IB+IC+…
H: intensidad del campo magnético (Unidad: A/M)
L: Longitud del conductor (Unidad: M)
I: Actual (Unidad: A)
Motor PMDC de 2 polos
conmutador de 2 barras
Armadura simple de 2 conductores (bobina de 1 bucle).
Según la ley de Biot-Savart y la regla de la mano izquierda,
La armadura corre en dirección CCW.
Desventaja: existen puntos muertos.
Es un motor simple pero poco práctico. (Figura 5)
- Potencial eléctrico (Figura 6)
De V=E+2△U+I*r obtenemos E=V-2△UI*r
Mientras tanto E = KE * Φ * n (EMF posterior de la armadura)
V: tensión de alimentación (Unidad: V)
2△U: caída de tensión de las escobillas (Unidad: V)
I: corriente de armadura (Unidad: A)
R: resistencia del rotor (Unidad: Ω)
KE: Constante FEM = Z/60 (para motor de 2 polos. Z: número de conductores)
Φ: flujo magnético (Unidad: Weber) = densidad de flujo magnético promedio B * ancho del polo magnético * longitud efectiva del rotor
N: velocidad (Unidad: rpm)
- Esfuerzo de torsión
TE=KTΦ*I(par electromagnético: NM) KT: constante de par = Z/2π
Φ: flujo magnético (unidad: Weber) I: corriente de armadura (unidad: A)
- Relación entre potencia y par:
P=T*n/97500 P: potencia(unidad: W) T: par (unidad: g.cm) n: velocidad (unidad: rpm)
Cuando la unidad de T es “N?m”, P=T*n/9.55(unidad: W)
- Ecuación de energía(Figura 7):
P1=2△U*I+I2r+PE
PE=P2+PFe+Pmec
PE: potencia electromagnética P2: potencia de salida
Pmec: pérdida mecánica PFe: pérdida de hierro
P2=P1-2△U*I-I2r-PFe-Pmec (unidad: W)
Eficiencia: η=P2/P1*100%
PFe+Pmec también se denomina potencia sin carga
P0=PFe+Pmec
PE=P2+P0 y TE=T2+T0
- Gráfico de transmisión de energía: (Figura 8)
n=f(T2) relación entre velocidad y par.
Relación I=f(T2) entre corriente y potencia de salida
η=f(T2) relación entre eficiencia y par
P2=f(T2) relación entre potencia de salida y par
- Yo=f(T2)
I=TE/KT*Φ=(T0+T2)/KT*Φ=T0/KT*Φ+T2/KT*Φ=I0+[1/KT*Φ]*T2 (ecuación lineal)
I0: corriente sin carga Φ: constante
En pérdida, n=0, E=0, según la Figura 6, actual Ist=(U-2△U)/r
- norte=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(ecuación de líneas)
- 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 es una parábola de segundo grado (Figura 10)
- η=f(T2)=P2/P1 η es una curva (Figura 11)
(La ecuación es complicada, por lo que se omite aquí).
- Espiras de bobina y diámetro del alambre magnético (otros parámetros permanecen sin cambios)
Sabemos por 5.1 que la constante de potencial KE aumenta cuando aumentan las vueltas de la bobina. Por tanto, se reduce la velocidad del motor n. Por el contrario, cuando disminuyen las vueltas de la bobina, aumenta la velocidad del motor.
Cuando el diámetro del alambre magnético aumenta, la resistencia del rotor r se reduce. La fuerza electromagnética trasera del rotor aumenta (E=V-2△UI*r). Por tanto, la velocidad del motor n aumenta. Por el contrario, cuando el diámetro del alambre magnético disminuye, la velocidad del motor n disminuye.
La corriente en pérdida es inversamente proporcional a la resistencia r. Las vueltas de la bobina y el diámetro del alambre magnético se restringen entre sí bajo el límite de espacio de la ranura de laminación. Debemos entender claramente dicha relación cuando intentamos ajustar los parámetros del motor.
- Flujo magnético (otros parámetros permanecen sin cambios)
Los imanes con mayor densidad de flujo magnético y láminas de laminación más largas aumentarán el flujo magnético Φ. De 5.1 y 6.2 sabemos que la velocidad n disminuye. Al mismo tiempo, la carga (T2) tiene menos influencia sobre la velocidad n. Por eso la característica del motor se llama dura. Por el contrario, si utilizamos imanes con menor densidad de flujo magnético y láminas de laminación más cortas, la característica del motor se denomina blanda.
