Drehmoment-RPM-Eigenschaften eines Einphasen-Induktionsmotors innerhalb der Maxwell-Gleichungen
Josef123
Ein Einphasen-Induktionsmotor besteht aus einem Stator, der die stationäre Hauptwicklung enthält, und einem Rotor, der ein leitender Käfig ist, der sich dreht. Die stationäre Hauptwicklung ist eine zweipolige Spule.
Der Rotor ist kein Permanentmagnet und wird nicht an die Wechselspannung angeschlossen: Es ist ein bürstenloser Motor. Aufgrund des Wechselstroms in der Hauptwicklung des Stators wird jedoch ein oszillierendes Magnetfeld erzeugt, das eine EMF in den Rotorstäben induziert und einen Strom durch den Rotor treibt. Durch das Lorentzkraftgesetz wird auf den Rotor eine Kraft und damit ein Drehmoment ausgeübt.
Ich versuche jetzt, das Drehmoment in Bezug auf die Winkelgeschwindigkeit des Motors zu berechnen.
Für niedrige Winkelgeschwindigkeiten ist diese Formel zumindest qualitativ korrekt, es wird erwartet, dass das Drehmoment linear proportional zur Winkelgeschwindigkeit des Rotors ist, aber bei Volllastdrehmoment ändert sich das Drehmoment nicht mehr linear, sondern sieht aus wie die schwarze Linie in der Bild (ignorieren Sie vorerst die roten und blauen Linien):
Die Ursache dafür, dass das Drehmoment nicht mehr linear proportional zur Drehzahl ist, liegt wahrscheinlich an Verlusten, und in der Literatur wird der Rotor als Sekundärwicklung einer Transformatorschaltung mit der mechanischen Belastung der Welle als Widerstand und zusätzlicher Rotorreaktanz modelliert Flussverluste zu modellieren.
Meine Analyse scheint das Null-Drehmoment-Nähe-Synchrondrehzahl-Kriterium zu übersehen. Welches Phänomen ist dafür verantwortlich, das ich nicht eingeschlossen habe?
Meine Frage ist: Wie kann ich diese Verluste im Kontext der Maxwell-Gleichungen (physikalisch) anhand der Geometrie des Motors berechnen?
Antworten (1)
Benutzer80875
Aufgrund des Wechselstroms in der Hauptwicklung des Stators wird jedoch ein oszillierendes Magnetfeld erzeugt, das eine EMF in den Rotorstäben induziert und einen Strom durch den Rotor treibt.
Meine Analyse scheint das Null-Drehmoment-Nähe-Synchrondrehzahl-Kriterium zu übersehen. Welches Phänomen ist dafür verantwortlich, das ich nicht eingeschlossen habe?
Obwohl zur Analyse von Induktionsmotoren ein Transformator-Ersatzschaltbild verwendet wird, hängt die im Rotor induzierte EMF davon ab, ob der Stator als ein rotierendes Magnetfeld erzeugt betrachtet wird. Die Rotor-EMK erfordert eine Differenz zwischen der Rotordrehzahl und der Drehzahl des Statorfeldes. Sofern der Motor nicht als Generator fungiert, hat der Schlupf einen Wert zwischen -1 und +1. Sie wird berechnet als s = (n1-n)/n1, wobei n die Betriebsdrehzahl und n1 die Synchrondrehzahl ist.
Wenn Sie sich das Ersatzschaltbild des Motors ansehen, können Sie sehen, dass der Widerstand, der die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie modelliert, einen Wert von unendlich hat, wenn s = 0 ist. Wenn s = 1 ist, ist der Wert dieses Widerstands null. An diesem Punkt geht die gesamte vom Motor aufgenommene elektrische Leistung als Wärme im Motor verloren. Der Großteil der Wärme wird im physikalischen Widerstand des Rotors, Rr, abgeführt, viel Wärme wird im Statorwiderstand, Rs, abgeführt, und die normale Menge an Eisenverlusten wird abgeführt.
Das Drehmoment bei Nulldrehzahl ist kleiner als das Spitzendrehmoment, hauptsächlich aufgrund des Spannungsabfalls über Xs und Xr aufgrund des vom Rotor gezogenen hohen Stroms.
Beachten Sie, dass das folgende Ersatzschaltbild für eine Phase eines Drehstrommotors gilt. Ein Einphasenmotor ist etwas komplizierter und erfordert im Wesentlichen zwei solcher Schaltungen, die Ihnen die roten und blauen Kurven in Ihrem Diagramm geben.
Diagramm angepasst von Malcom Barnes "Practical Variable Speed Drives and Power Electronics"
Meine Frage ist: Wie kann ich diese Verluste im Kontext der Maxwell-Gleichungen (physikalisch) anhand der Geometrie des Motors berechnen?
Das ist nicht wirklich nötig.
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Josef123
Benutzer80875
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