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什么是涡流,它们如何影响电机性能?

通过丹妮尔柯林斯|2021年4月29日

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其中的一个电磁原理that governs the operation of an electric motor is Faraday’s law, which states that when the magnetic environment of a coil of wire is changed — whether by moving the magnet and coil relative to each other or by changing the magnetic field — a voltage, or electromotive force (EMF), will be induced.

另一个基本的电磁定律——楞次定律——建立在法拉第定律的基础上,以确保磁通量保持恒定。楞次定律解释了感应电动势的极性是这样的,它产生的电流(根据欧姆定律)会有一个方向与产生它的变化相反的磁场。换句话说,感应磁场与原始磁场相反。(注意下面EMF方程中的负号。)

电磁场方程

感应电动势(V)

n =线圈中的匝数

φ=磁通量(韦伯,WB)

T = time (s)

根据法拉第法律产生的电流被称为涡流,因为它们在导体中流动或循环——类似于水体中的涡流。涡流的大小与磁场强度、磁通量变化率、线圈面积直接相关,与导体电阻率成反比关系。

当涡流流过导体时,产生热量,称为焦耳加热。焦耳热量与正方形因此,即使是涡流的微小减少,也会对产生的热量产生重大影响。

减少电动机中涡流的最有效方法之一是使用叠片(彼此电绝缘的薄金属板材),其具有较小的表面积和更高的固体核心的电阻。这减少了可以形成的涡流的大小,并且又反过来发生的焦耳加热量。

使用薄层板(右)而不是实心芯(左)可以减少电机中涡流的大小。
图片信用:wikipedia.org

由于焦耳加热而损失的功率称为涡流损失,可以找到等式:

涡流

Pe=涡流损失(W)

ke涡流系数

B =助焊剂密度(WB / m2)

f =每秒磁极反转频率(Hz)

T =导体的厚度*这就是为什么使用薄叠层而不是固体核心

V =导体体积(m3.)

请注意,涡流损失的数量与此成正比正方形磁逆转频率,因此,到电机速度的平方。这就是为什么电动机产生的扭矩随着速度的增加而降低 - 由于由于涡流损失(以及其他损失,例如滞后损失)而增加。具有高杆计数的电动机,如步进电机,由于其高频磁性逆转而感到高涡流损耗。

涡流
铁损(滞后损失+涡流损耗)对BLDC电机的影响。
图片来源:maxon

涡流损耗和磁滞损耗被归类为铁芯损耗(也称为铁损耗或磁损耗),因为它们取决于通过电机铁芯的磁路。


虽然涡流是电动机的不希望的发生,但它们在其他应用中有用,例如涡流刹车,无损检测设备,以及感应距离传感器.


了下:运动控制提示


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