8-900-374-94-44
| |||||||||||
|
|
| |||||||||
| |||||||||||
Данный текст представляет собой неотредактированную версию стенограммы, которая в дальнейшем будет отредактирована.
InternetUrok.ru
Физика. 8 класс
Тема: Электромагнитные явления
Урок 57. Действие магнитного поля на проводник с током.
Электрический двигатель
Ерюткин Е.С., учитель физики высшей категории ГОУ СОШ №1360
21.12.2010 г.
Действие магнитного поля на проводник с током, электрический двигатель
Здравствуйте.
Мы уже говорили на предыдущем уроке о действие магнитного поля, когда обсуждали вопрос, связанный с электромагнитом.
А сегодня нам предстоит поговорить еще об очень важном применении магнитного поля, и эта тема связана с взаимодействием магнитного поля и проводника, по которому протекает ток.
Тема нашего сегодняшнего урока так и звучит: «Взаимодействие магнитного поля с проводником с током».
И вторая часть нашего разговора называется «Электродвигатель».
Вот мы сейчас выясним, как связаны действие магнитного поля с проводником, по которому протекает ток, и электродвигатель.
В первую очередь, конечно, хотелось бы напомнить о том, что в 1820 году после знаменитого опыта, открытия магнитного поля датским ученым Эрстедом за исследование магнитного поля взялись многие ученые, и, конечно, первым из них мы можем считать Ампера. И Амперу удалось установить, прежде всего, взаимодействие токов между собой. Именно это взаимодействие протекает за счет магнитного поля, т.е. не только электрический ток, протекающий по проводнику, взаимодействует с магнитной стрелкой, но и сами электрические токи взаимодействуют друг с другом.
Мы говорили, что одно из свойств магнитного поля заключается в том, что магнитное поле действует на проводники тока, то есть на другой электрический ток.
Давайте обратимся к опытам Ампера и рассмотрим, что такого там установил Ампер.
В своих опытах Андре Ампер рассматривал следующие ситуации.
Рисунок
Он брал два параллельных проводника и по этим двум проводникам пропускал электрический ток. В первом случае он пропустил эти токи в одном направлении и пронаблюдал, вот здесь пунктиром показано, что эти токи притягиваются друг к другу, т.е. магнитное поле одного тока действует на магнитное поле другого электрического тока, в результате чего наблюдается их притяжение. Если по двум параллельным проводникам пропускался электрический ток в разных направлениях, как на этом рисунке представлено, т.е. в одном направлении и в другом, то в этом случае магнитные поля взаимодействовали таким образом, что проводники отталкивались.
На сегодняшний день мы можем сказать, что каждое поле характеризуется своими полюсами: южным и северным. Значит, в первом случае мы наблюдали взаимодействие разноименных полюсов, которые создаются магнитными полями токов, а в другом – одноименными полюсами, тоже создающимися электрическими токами.
Самое интересное, что из этого опыта был сделан следующий вывод: раз проводник, по которому протекает электрический ток, взаимодействует с магнитным полем другого проводника, по которому тоже протекает ток, не может ли такой проводник взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита?
Был проведен следующий эксперимент, посмотрите, пожалуйста.
Вот здесь на двух легких подводящих проводниках, вот один проводник и второй проводник, был укреплен другой проводник, горизонтально располагающийся. И поместили этот проводник между полюсами дугообразного магнита. Сверху оказался северный полюс магнита, а внизу оказался южный полюс магнита. Когда цепь замкнули, обратите внимание, плюс с этой стороны, минус с этой стороны, ток пошел по проводнику в определенном направлении, то выяснилось, что этот проводник качнулся внутрь этого постоянного магнита. Вот по этой стрелке проводник как бы втягивался внутрь этого магнита. Если же полярность изменяли, т.е. там, где был минус, подключали плюс, а там, где был плюс, подключали минус, то этот проводник наоборот выталкивался из магнитного поля в противоположном направлении.
О чем это говорит?
Этот опыт говорит о том, что взаимодействуют проводники тока, по которым протекает электрический ток, с магнитным полем постоянного магнита. Точно так же, как если бы это были два магнита, или точно так же, как это были бы два проводника с токами.
К чему это все в итоге привело?
А привело это к следующим, достаточно любопытным исследованиям. Если мы теперь, как мы уже говорили однажды, возьмем катушку, каркас и на каркас намотаем большое количество изолированного провода и поместим эту катушку внутрь магнитного поля, то эта катушка будет там поворачиваться. То есть она будет определенным образом разворачиваться в магнитном поле. Давайте посмотрим на рисунок, чтобы четче понять, как это происходит.
Рисунок
Итак, посмотрите, пожалуйста, на следующий рисунок. Здесь между двумя магнитами (посмотрите, пожалуйста: вот это южный магнит, а с другой стороны располагается северный) располагается рамка.
По рамке протекает электрический ток вот в таком направлении, в котором мы здесь указали, т.е. подводящие провода, рамка представляет собой каркас, на который намотана проволока, и по проволоке пропускается электрический ток. В результате взаимодействия проводников, по которым протекал ток с магнитным полем постоянных магнитов, которые вот здесь с двух сторон располагаются, мы наблюдаем поворот этой рамки. Рамка развернется на 90°.
Если мы изменим направление электрического тока в такой рамке, то рамка развернется еще на 90°.
Такие исследования привели к тому, что мы можем создать устройство, которое будет обеспечивать непрерывное вращение рамки в магнитном поле. То есть создается магнитное поле постоянным магнитом, внутрь этого магнита мы помещаем рамку, по которой протекает электрический ток, и, изменяя всякий раз направление тока, мы каждый раз будем заставлять рамку поворачиваться.
Обращаю ваше внимание на то, что в этом случае мы получаем не что иное, как первый электродвигатель.
То есть, если теперь на вал к этой рамке присоединить, например, колесо, то оно будет вращаться, и мы получаем уже устройство, которое можно ставить на транспорт: трамваи, троллейбусы, электровозы и т.д.
Обращаю ваше внимание, что здесь на столе представлен школьный разборный, коллекторный, он так называется, коллекторный электродвигатель постоянного тока. Давайте посмотрим, как он устроен и из каких частей состоит.
Итак, посмотрите, пожалуйста, вот здесь представлен один из таких электродвигателей. Посмотрите, пожалуйста, он, в общем-то, состоит из трех частей.
Что это за части?
Во-первых, это статор. Статор в переводе с латинского означает “неподвижный”. Это означает, что есть в этом двигателе часть, которая остается неподвижной. Роль статора в данном случае играет магнит, посмотрите, пожалуйста, вот здесь с двух сторон, посмотрите, с одной стороны, с другой стороны располагаются магниты. Замкнуты они на железный сердечник, поэтому магнитное поле в данном случае, как вы уже знаете, достаточно большое.
Вторая часть электромагнита называется ротором.
Ротор в переводе с латинского означает “подвижный”. Еще иногда эту часть называют якорем.
Что она собой представляет?
Посмотрите, пожалуйста, это видоизмененная рамка, вот она. Намотанная проволока на эту рамку, в определенном порядке она располагается внутри магнитного поля, которое этим магнитом создается. Естественно, ротор может вращаться.
И третья часть, это самое, пожалуй, важное.
Как все-таки электрический ток в этой рамке переключать?
Переключается он при помощи коллекторных пластинок. Обратите внимание, вот с этой стороны эти коллекторные пластины находятся.
Вот они, посмотрите, пожалуйста, вот они, медные. Они здесь видны, такого красноватого оттенка. Вот одна пластина и полукольцо, если мы повернем, обратите внимание – вторая пластинка.
И далее к этим пластинам прижаты скользящие контакты. Иногда их называют графитовыми щетками, заменяют графитовыми щетками.
У нас это просто контакты, выполненные из меди.
Такой электрический двигатель может совершенно спокойно работать, если к этим клеммам подвести электрический ток.
Как работает электрический двигатель?
Работа его происходит следующим образом. Когда мы подключаем электрический ток к контактам, естественно, в рамке протекает электрический ток. Этот электрический ток, взаимодействуя с магнитным полем статора, заставляет рамку повернуться. Рамка поворачивается, и вместе с рамкой поворачиваются пластины коллектора. Как только они повернулись на 90°, существует между ними разрез, они разделены, эти коллекторные пластины, они тут же по инерции, проскакивая дальше, соединяются со следующими контактами, тем самым происходит автоматическое переключение контактов и вновь протекает электрический ток в том направлении, в котором нам необходимо. Это приводит к тому, что при вращении такого ротора каждый раз при повороте происходит переключение электрического тока в рамке, и он протекает то в одну сторону, то в другую.
При этом ротор этого самого двигателя вращается все время в одну сторону. Если мы поменяем полюса подключения, то и, соответственно, ротор, или якорь этого двигателя начнет вращаться в другую сторону.
Такие двигатели, конечно, гораздо больше, мощнее, располагаются, как я уже сказал, и в трамваях, и в троллейбусах, и в метро, очень широко используются. Они достаточно удобны и просты, поэтому получили такое широкое распространение. И самое важное заключается в том, что работают они, как вы видели, без тесного контакта между частями, т.е. трущихся, взаимодействующих частей здесь достаточно немного.
В заключение сегодняшнего урока мне бы хотелось сказать, что электродвигатели – это только часть использования действия магнитного поля на проводник с током. В науке очень часто используются еще взаимодействия магнитного поля с движущимися электрическими зарядами, именно таким образом исследуются и открываются новые частицы.
Но об этом мы с вами поговорим в старших классах.
А на сегодня до свидания.
Главная / Блог / Функция постоянных магнитов в некоторых промышленных устройствах
18 января 2017 г.
АВТОР: Anas Eldosouky
Постоянные магниты — это магниты, которые создают собственное постоянное магнитное поле при намагничивании внешним магнитным полем. Функция постоянных магнитов в различных приборах и инструментах обычно одна из следующих:
Здесь мы опишем рабочие функции постоянных магнитов в некоторых устройствах:
Электродвигатели представляют собой электрические машины, использующие электрическую энергию для производства механической энергии.
Электродвигатели состоят из двух основных частей: неподвижного статора, который обычно представляет собой постоянный магнит, и внутри статора находится ротор, который обычно представляет собой электромагнитную катушку. При подаче электричества в катушку создается магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем, создаваемым статором с постоянными магнитами. Это вызывает производство механической энергии в виде вращения электромагнитной катушки. Эта механическая энергия используется для движения автомобилей, вращения вентиляторов, запуска дронов и так далее. Для получения дополнительной информации об электродвигателях просмотрите блоги Амита Джа.
Упрощенная схема электродвигателя1
Громкоговоритель — еще одно устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Постоянный магнит в громкоговорителе закреплен рядом с подвижной катушкой электромагнита. Электромагнит прикреплен к гибкому материалу, называемому конусом (диафрагмой).
Прохождение электрического тока через электромагнит заставляет его вибрировать из-за взаимодействия с постоянным магнитом. Конус усиливает эти вибрации, создавая звуковые волны. Частота вибрации определяет высоту звука, а амплитуда — громкость. Микрофоны используют тот же набор, что и громкоговорители, с обратным механизмом для преобразования звуковых волн в электрический сигнал.
Упрощенная схема компонентов громкоговорителя2
Жесткие диски (HDD) используют магнитный механизм хранения для записи и хранения информации на диске с магнитным покрытием, называемом пластиной (механизм чтения и записи впечатляет, почитайте об этом 3 ). Обычно в HDD есть три постоянных магнита. Фиксированный постоянный магнит в приводе, который перемещает рычаг чтения-записи за счет взаимодействия с электромагнитом (преобразование электричества в механическую энергию), небольшой магнит на конце рычага чтения-записи, который отвечает за действия чтения-записи.
с диском и третьим постоянным магнитом в двигателе шпинделя, чтобы диск вращался с высокой скоростью.
Жесткий диск
В отличие от электродвигателей электрические генераторы преобразуют механическую энергию в электричество. Механическая энергия приводится в движение ветром, как в ветряных турбинах, водой, как в водяных турбинах, паром, как в паровых турбинах, силой человеческих мышц и т. д. Пример электрического генератора показан ниже. Постоянный магнит здесь закреплен вокруг катушки, которая соединена с источником механической энергии, заставляющей последнюю вращаться. Через катушку проходит индуцированный ток, возникающий в результате вращения катушки в магнитном поле от постоянного магнита.
Упрощенная схема электрогенератора4
Маглев — транспортная система, использующая магнитную левитацию 5 для перемещения транспортных средств. Электродинамическая подвеска (ЭДП) является одним из видов технологий Маглев.
В EDS и поезд, и рельсы создают магнитное поле, и поезд левитирует за счет сил отталкивания и притяжения между ними. Магнитное поле поезда создается постоянными магнитами или сверхпроводниками, где на пути создается индуцированное магнитное поле, которое перемещает поезд за счет сил притяжения и отталкивания.
EDS Maglev6
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — это вакуумная трубка, в которой используется электронная пушка(и) для создания изображений на фосфоресцентном экране за счет взаимодействия электронного луча с экраном. В ЭЛТ используются различные магниты для отклонения и фокусировки электронного луча. ЭЛТ используется во многих приложениях, например, в осциллографах, радиолокационных мишенях и телевизорах.
Функцией постоянных магнитов в различных приборах и инструментах можно легко управлять в зависимости от используемого приложения. Это позволяет использовать их в неограниченном количестве продуктов, таких как мобильные телефоны, телевизоры, стиральные машины, микроволновые печи, автомобили, синхротроны, ветряные турбины и так далее.
И любая простая идея может позволить использовать постоянные магниты в новом наборе приложений, просмотрите несколько видеороликов, чтобы узнать об умопомрачительном использовании магнитов и магнетизма.
Несколько интересных видео:
Ссылки и дополнительная литература:
wikipedia.org/wiki/Маглев
2017-01-18
Управление скоростью двигателей переменного тока в большинстве случаев осуществляется с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП). Хотя многие сценарии предполагают использование частотно-регулируемых приводов с асинхронными двигателями с обмотками статора для создания вращающегося магнитного поля, они также могут обеспечить точное управление скоростью, используя датчики обратной связи по скорости или положению в качестве эталона для частотно-регулируемого привода.
В некоторых ситуациях можно получить сравнительно точное управление скоростью без использования датчиков обратной связи. Это стало возможным благодаря двигателю с постоянными магнитами (PM) и процессу, называемому «метод подачи высокочастотного сигнала».
Асинхронная машина переменного тока (АД) также обычно называется двигателем переменного тока. Вращающееся поле создается обмоткой статора. Вращающееся поле индуцирует ток в стержнях ротора. Генерация тока требует разницы скоростей между ротором и магнитным полем. Взаимодействие между полем и током создает движущую силу. Поэтому асинхронные машины переменного тока являются преобладающими двигателями, управляемыми приводами с регулируемой скоростью.
Двигатели с постоянными магнитами Двигатель с постоянными магнитами — это двигатель переменного тока, в котором используются магниты, встроенные или прикрепленные к поверхности ротора двигателя. Магниты используются для создания постоянного потока двигателя вместо того, чтобы требовать, чтобы поле статора генерировало его путем связи с ротором, как в случае с асинхронным двигателем. Четвертый двигатель, известный как двигатель с постоянными магнитами с линейным пуском (LSPM), сочетает в себе характеристики обоих двигателей.
Двигатель LSPM включает в себя магниты двигателя с постоянными магнитами внутри ротора и стержни ротора двигателя с короткозамкнутым ротором, чтобы максимизировать крутящий момент и эффективность (см. Таблицу 1).
Чтобы понять работу двигателей с постоянными магнитами, важно сначала понять концепции магнитного потока, потокосцепления и магнитного потока.
Поток: Поток тока через проводник создает магнитное поле. Поток определяет скорость потока свойства на единицу площади. Ток потока — это скорость тока, протекающего через заданную площадь поперечного сечения проводника.
Потокосцепление: Потокосцепление возникает, когда магнитное поле взаимодействует с материалом, как это происходит, когда магнитное поле проходит через катушку с проводом. Потокосцепление определяется количеством витков и потоком, где ϕ используется для обозначения мгновенного значения изменяющегося во времени потока.
Потокосцепление определяется следующим уравнением:
Магнитный поток: Магнитный поток определяется как скорость магнитного поля, протекающего через заданную площадь поперечного сечения проводника. Поле магнитного потока создается постоянным магнитом внутри или на поверхности двигателя с постоянными магнитами.
Катушка индуктивности: Катушка индуктивности представляет собой элемент цепи, состоящий из проводящего провода, обычно в форме катушки. Проводник, по которому течет постоянный ток, будет генерировать постоянное магнитное поле. Можно показать, что магнитное поле и ток, который его создал, связаны линейной зависимостью. Изменение магнитного поля индуцирует напряжение в близлежащем проводнике, пропорциональное скорости изменения тока, создавшего магнитное поле. Напряжение в проводнике определяется следующим уравнением:
Индуктивность: Индуктивность (L) — это константа пропорциональности, определяющая соотношение между напряжениями, индуцированными скоростью изменения тока во времени, которое создает магнитное поле.
Проще говоря, индуктивность — это потокосцепление на единицу тока. Следует пояснить, что индуктивность является пассивным элементом и является чисто геометрическим свойством. Индуктивность измеряется в Генри (Гн) или вебер-витках на ампер.
Ось d и ось q: В геометрических терминах оси «d» и «q» представляют собой однофазные представления потока, вносимого тремя отдельными синусоидальными фазовыми величинами при одной и той же угловой скорости. Ось d, также известная как прямая ось, представляет собой ось, по которой поток создается обмоткой возбуждения. Ось q или квадратурная ось — это ось, на которой создается крутящий момент. По соглашению, квадратурная ось всегда электрически опережает прямую ось на 90 градусов. Проще говоря, ось d является основным направлением потока, а ось q является основным направлением создания крутящего момента.
Магнитная проницаемость: В электромагнетизме проницаемость — это мера способности материала поддерживать формирование магнитного поля внутри себя.
Следовательно, это степень намагниченности, которую материал приобретает в ответ на приложенное магнитное поле.
Эквивалентная схема двигателя с постоянными магнитами: Двигатель с постоянными магнитами может быть представлен несколькими различными моделями двигателей. Одним из наиболее распространенных методов является модель двигателя d-q.
Индуктивность двигателя с постоянными магнитами по осям d и q: Индуктивности по осям d и q представляют собой индуктивности, измеряемые при прохождении потока через ротор относительно магнитного полюса. Индуктивность по оси d представляет собой индуктивность, измеренную при прохождении потока через магнитные полюса. Индуктивность по оси q является мерой индуктивности, когда поток проходит между магнитными полюсами.
В асинхронной машине потокосцепление ротора будет одинаковым между осью d и осью q. Однако в машине с постоянным магнитом магнит уменьшает доступное железо для потокосцепления.
Проницаемость магнита близка к воздухопроницаемости. Поэтому магнит можно рассматривать как воздушный зазор. Магнит находится на пути потока, когда он проходит через ось d. Путь потока, проходящий через ось q, не пересекает магнит. Следовательно, больше железа может быть связано с путем потока по оси q, что приводит к большей индуктивности. Двигатель со встроенным магнитом будет иметь большую индуктивность по оси q, чем индуктивность по оси d. Двигатель с магнитами для поверхностного монтажа будет иметь почти одинаковые индуктивности по осям q и d, потому что магниты находятся вне ротора и не ограничивают количество железа, связанного полем статора.
Магнитная заметность: Важность или значимость — это состояние или качество, благодаря которому что-то выделяется по сравнению с соседями. Магнитная заметность описывает взаимосвязь между индуктивностью основного потока ротора (ось d) и индуктивностью основного потока (ось q). Магнитная заметность изменяется в зависимости от положения ротора по отношению к полю статора, где максимальная заметность возникает при 90 электрических градусах от оси основного потока (ось d) (см.
Рисунок 1).
Ток возбуждения: Ток возбуждения — это «ток в обмотках статора, необходимый для создания магнитного потока в сердечнике ротора». В машинах с постоянными магнитами не требуется ток возбуждения в обмотке статора, потому что магниты двигателя с постоянными магнитами уже создают постоянное магнитное поле.
Вторичный ток: Вторичный ток, также известный как «ток, создающий крутящий момент», представляет собой ток, необходимый для создания крутящего момента двигателя. В машине с постоянными магнитами токи, создающие крутящий момент, составляют большую часть потребляемого тока.
Втягивающий ток: В отличие от согласованного набора усилителя и сервопривода, предназначенного для управления движением, обычный ЧРП не имеет информации о положении магнитного полюса ротора двигателя. Без знания положения магнитного полюса в статоре невозможно создать поле для максимального создания крутящего момента. Таким образом, частотно-регулируемый привод может обеспечивать постоянное напряжение, чтобы зафиксировать магнитное поле в известном положении.
Потребляемый ток, необходимый для втягивания ротора, называется «ток втягивания».
Высокочастотная инжекция: Высокочастотная инжекция — это метод инвертора, используемый для определения положения магнитного полюса двигателя с постоянными магнитами. Метод начинается с того, что инвертор подает высокочастотный низковольтный сигнал в двигатель на произвольной оси. Затем инвертор меняет угол возбуждения и контролирует ток.
В зависимости от угла впрыска сопротивление ротора меняется. Импеданс клемм двигателя с внутренними постоянными магнитами (IPM) уменьшается, когда ось подачи высокочастотного сигнала и ось магнитного полюса (ось d) совпадают, т. е. при 0 град. Импеданс максимален при ±90 град. Используя эту характеристику, привод может определять положение ротора без импульсных энкодеров, подавая высокочастотное переменное напряжение/ток на двигатель IPM. Кроме того, метод подачи высокочастотного сигнала можно использовать для определения скорости в области низких скоростей, где обычно управление крутящим моментом при полной нагрузке очень затруднено из-за слишком низкого уровня напряжения противо-ЭДС двигателя.
Противо-ЭДС — это сокращение от противоэлектродвижущей силы, но также известное как противоэлектродвижущая сила. Обратная электродвижущая сила — это напряжение, возникающее в электродвигателях при относительном движении между обмотками статора и магнитным полем ротора. Геометрические свойства ротора определяют форму волны обратной ЭДС. Эти формы волны могут быть синусоидальными, трапециевидными, треугольными или чем-то средним между ними.
И асинхронные машины, и машины с постоянными магнитами генерируют сигналы обратной ЭДС. В асинхронной машине форма волны обратной ЭДС будет затухать по мере медленного затухания остаточного поля ротора из-за отсутствия поля статора. Однако в машине с ПМ ротор генерирует собственное магнитное поле. Следовательно, в обмотках статора может индуцироваться напряжение всякий раз, когда ротор находится в движении. Напряжение противо-ЭДС будет расти линейно со скоростью и является решающим фактором при определении максимальной рабочей скорости.
Крутящий момент электрической машины можно разбить на две составляющие: магнитный момент и момент сопротивления. Момент сопротивления — это «сила, действующая на магнитный материал, которая стремится выровняться с основным потоком, чтобы минимизировать сопротивление». Другими словами, реактивный крутящий момент — это крутящий момент, создаваемый выравниванием вала ротора с магнитным полем статора. Магнитный момент — это «крутящий момент, создаваемый взаимодействием между магнитным полем магнита и током в обмотке статора».
Момент сопротивления: Момент сопротивления относится к крутящему моменту, создаваемому при выравнивании ротора, который возникает, когда магнитное поле вызывает желаемый прямой поток от северного полюса статора к южному полюсу статора.
Магнитный момент: Постоянные магниты создают магнитное поле в роторе. Статор создает поле, которое взаимодействует с магнитным полем ротора.
Изменение положения поля статора по отношению к полю ротора вызывает смещение ротора. Сдвиг из-за этого взаимодействия представляет собой магнитный момент.
Электродвигатели с постоянными магнитами можно разделить на две основные категории: двигатели с поверхностными постоянными магнитами (SPM) и двигатели с внутренними постоянными магнитами (IPM) (см. рис. 3). Ни один из типов конструкции двигателя не содержит стержней ротора. Оба типа генерируют магнитный поток постоянными магнитами, прикрепленными к ротору или внутри него.
Двигатели SPM имеют магниты, прикрепленные к внешней поверхности ротора. Из-за такого механического крепления их механическая прочность ниже, чем у двигателей IPM. Ослабленная механическая прочность ограничивает максимальную безопасную механическую скорость двигателя. Кроме того, эти двигатели имеют очень ограниченную магнитную заметность (L д ≈ L q ). Значения индуктивности, измеренные на выводах ротора, постоянны независимо от положения ротора.
Из-за отношения заметности, близкого к единице, конструкции двигателей SPM в значительной степени, если не полностью, зависят от магнитной составляющей крутящего момента для создания крутящего момента.
Двигатели IPM имеют постоянный магнит, встроенный в сам ротор. В отличие от их аналогов SPM, расположение постоянных магнитов делает двигатели IPM очень надежными с механической точки зрения и подходящими для работы на очень высоких скоростях. Эти двигатели также отличаются относительно высоким коэффициентом значимости магнитного поля (L q > L d ). Из-за своей магнитной заметности двигатель IPM может генерировать крутящий момент, используя преимущества как магнитной, так и реактивной составляющих крутящего момента двигателя (см. Рисунок 4).
Моторные конструкции PM Моторные конструкции PM можно разделить на две категории: внутренние и поверхностные. Каждая категория имеет свое подмножество категорий. Поверхностный двигатель с постоянными магнитами может иметь свои магниты на поверхности ротора или быть вставленным в него, чтобы повысить надежность конструкции.
Расположение и конструкция внутреннего двигателя с постоянными магнитами могут сильно различаться. Магниты двигателя IPM можно вставлять в виде большого блока или располагать в шахматном порядке по мере приближения к сердечнику. Другой метод заключается в том, чтобы встроить их в узор со спицами.
Только определенное количество потока может быть связано с куском железа для создания крутящего момента. В конце концов, железо насыщается и больше не позволяет флюсу связываться. Результатом является уменьшение индуктивности пути, пройденного полем потока. В машине с постоянными магнитами значения индуктивности по осям d и q будут уменьшаться с увеличением тока нагрузки.
Индуктивности по осям d и q двигателя SPM практически идентичны. Поскольку магнит находится вне ротора, индуктивность по оси q будет падать с той же скоростью, что и индуктивность по оси d. Однако индуктивность двигателя IPM будет уменьшаться по-разному.
Опять же, индуктивность по оси d, естественно, ниже, потому что магнит находится на пути потока и не создает индуктивного свойства. Следовательно, по оси d насыщается меньше железа, что приводит к значительно меньшему уменьшению потока по отношению к оси q.
Поток в двигателе с постоянными магнитами создается магнитами. Поле потока следует по определенному пути, который можно усиливать или противодействовать. Повышение или усиление поля потока позволит двигателю временно увеличить выработку крутящего момента. Противодействие полю потока сведет на нет существующее магнитное поле двигателя. Уменьшенное магнитное поле ограничит создание крутящего момента, но уменьшит напряжение противо-ЭДС. Уменьшенное напряжение противо-ЭДС высвобождает напряжение, чтобы подтолкнуть двигатель к работе на более высоких выходных скоростях. Оба типа работы требуют дополнительного тока двигателя. Направление тока двигателя по оси d, заданное контроллером двигателя, определяет желаемый эффект.
Угол возбуждения — это угол, под которым векторная сумма сигналов по осям d и q подается на двигатель относительно оси d. Ось d всегда рассматривается как место, где находится магнит. Максимальный магнитный поток достигается на оси q, которая находится на расстоянии 90 электрических градусов от оси d. Поэтому в большинстве эталонов угла возбуждения уже учитывается разница в 90 градусов от оси d к оси q.
Фазовый угол и крутящий момент Магнитный момент максимален, когда поле статора возбуждает ротор двигателя под углом 90 электрических градусов от оси d (положение магнита двигателя). Момент нежелания следует по другому пути и достигает максимума на 45 электрических градусов за осью q. Максимальный магнитный момент использует как магнитное сопротивление двигателя, так и магнитный момент. Дальнейшее смещение от оси q уменьшает магнитный крутящий момент, но его значительно перевешивает усиление реактивного момента. Максимальный комбинированный магнитный и реактивный момент возникает около 45 электрических градусов от оси q, но точный угол будет варьироваться в зависимости от характеристик двигателя с постоянными магнитами.
Мощность двигателя с постоянными магнитами зависит от конфигурации магнитов двигателя и результирующей заметности двигателя. Двигатели с высоким коэффициентом значимости (Lq > Ld) могут повысить КПД двигателя и выработку крутящего момента за счет включения реактивного крутящего момента двигателя. Инвертор можно использовать для изменения угла возбуждения относительно оси d, чтобы максимизировать как реактивный момент, так и магнитный момент двигателя.
Типы магнитов двигателя с постоянными магнитамиВ настоящее время для электродвигателей используется несколько типов материалов с постоянными магнитами. Каждый вид металла имеет свои преимущества и недостатки.
Размагничивание постоянными магнитами Постоянные магниты вряд ли являются постоянными и имеют ограниченные возможности. На эти материалы можно воздействовать определенными силами, чтобы размагнитить их.
Другими словами, можно удалить магнитные свойства материала постоянного магнита. Вещество с постоянными магнитами может размагнититься, если материал подвергается значительной деформации, нагреванию до значительных значений или подвергается воздействию сильных электрических помех.
Во-первых, натяжение постоянного магнита обычно осуществляется физическими средствами. Магнитный материал может размагнититься, если не ослабнуть, если подвергнется сильным ударам/падениям. Ферромагнитный материал обладает присущим ему магнитным свойством. Однако эти магнитные свойства могут излучать в любом множестве направлений. Одним из способов намагничивания ферромагнитных материалов является приложение к материалу сильного магнитного поля для выравнивания его магнитных диполей. Выравнивание этих диполей направляет магнитное поле материала в определенную ванну. Сильное воздействие может нарушить выравнивание атомов магнитных доменов материала, что ослабит силу предполагаемого магнитного поля.
Во-вторых, температура также может влиять на постоянный магнит.
Температуры заставляют магнитные частицы в постоянном магните волноваться. Магнитные диполи способны выдерживать некоторое тепловое возбуждение. Однако длительное перемешивание может ослабить силу магнита, даже если он хранится при комнатной температуре. Кроме того, все магнитные материалы имеют порог, известный как «температура Кюри», который представляет собой порог, определяющий температуру, при которой тепловое возбуждение приводит к полному размагничиванию материала. Такие термины, как коэрцитивная сила и удерживающая способность, используются для определения способности магнитного материала сохранять прочность.
Наконец, сильные электрические помехи могут привести к размагничиванию постоянного магнита. Эти электрические помехи могут быть вызваны взаимодействием материала с сильным магнитным полем или прохождением через материал большого тока. Точно так же, как сильное магнитное поле или ток можно использовать для выравнивания магнитных диполей материала, другое сильное магнитное поле или ток, приложенный к полю, создаваемому постоянным магнитом, может привести к размагничиванию.
Последние достижения в технологии приводов позволяют стандартным приводам переменного тока «самообнаруживать» и отслеживать положение магнита двигателя. Система с обратной связью обычно использует канал z-pulse для оптимизации производительности. С помощью определенных процедур привод узнает точное положение магнита двигателя, отслеживая каналы A/B и корректируя ошибки с помощью z-канала. Знание точного положения магнита позволяет создать оптимальный крутящий момент, что приведет к оптимальной эффективности.
Серводвигатели Серводвигатели — это двигатели с постоянными магнитами, используемые для управления движением. Как правило, в конструкции двигателя с внутренними / внутренними постоянными магнитами эти двигатели работают в паре со специальным усилителем как часть согласованного набора для достижения максимальной производительности. Усилитель был точно настроен производителем на двигатель с постоянными магнитами для достижения оптимальной производительности.
..
