考虑等效于增加电感的直流电机中的反电动势是否有效?

电器工程 发动机 电磁学
2022-01-08 03:15:10

我知道反电动势可以被视为与电机串联的电压源,与速度成正比。这是普遍的理解,我完全明白。在我理解这一点之前,我自己开发了一个替代解释,我想知道它是否有效。

想一想:电感器会抵抗电流的变化。更大的电感器更能抵抗它。停转的电机会抵抗电流的变化。旋转的电机更能抵抗它。

给定电流下的小电感器具有一些存储能量。在相同电流下,更大的电感器存储的能量更多。在给定电流下失速的电机具有一些存储能量。在相同电流下旋转的电机存储的能量更多。

希望您能看到学生可能直观地假设:电机的绕组表现出随电机速度增加的电感。当然不是因为它神奇地增加了更多匝数,而是它可能是一种机械感应器,将能量存储在电机的动量中,而不是在磁场中。我对电感的直观理解毕竟是飞轮。也许这是一个实际上是飞轮的电感器。

这个类比可以进一步延伸吗?在阻性和感性负载中,交流电流滞后于交流电压。增加更多电感,电流滞后更多。在电动机中,电流滞后于电压。如果电机旋转得更快,它会滞后更多吗?

如果这是真的,是否可以证明反电动势相当于随着电机速度增加的电感?

如果不是,为什么?首先是直观的例子,然后是数学。当以相反的顺序呈现时,我似乎永远无法理解。

4个回答

有趣的。反电动势(建模为与速度成正比的电压源)不等同于取决于速度的电感。此外,没有任何可能的 L(w) 可以使该断言成立。

我将描述一个简单的实验,但本质上我会说它们不能等效,因为在电机负载变化时,依赖于速度L(w)的电感器不会影响稳态电流(所有瞬态后的转矩已经消失,成为一个矛盾),而依赖于速度v(w)的电压源将(这是有道理的)。

假设是直流电机,一个简单的证明是想象电机上的负载减少了。由于负载较小,电机会加速。还可以想象我们等待一段时间,以便所有瞬变消失(t=inf.)。现在让我们看看这两个模型会发生什么:

将反电动势建模为电压源,其电压会随着速度的增加而增加。这意味着电流减小,因为电源电压源和反电动势电压之间的差异变小了。这意味着扭矩降低,这是有道理的,因为我们减少了电机的负载。

另一方面,无论您为“反电动势电感器”提供什么电感值,电机上的电流都将保持不变,因为电感器在直流电中是短路的。但这没有意义,因为扭矩与电流成正比,如果电流保持不变,扭矩保持不变,但我们开始分析时说我们减少了电机的负载。

理想的电机可以建模为电气和机械侧之间的“传输”,对于某个常数 k,“齿轮比”为“每转 k 伏秒”。就像机械传动将一侧扭矩或转速的变化双向转换为另一侧扭矩和转速的变化一样,电机也是如此。正常传输按无量纲量进行缩放,但这不会造成问题。我不知道如何使谷歌的尺寸分析与扭矩一起工作,但假设电机驱动的东西离它的轴有一段特定的距离,然后可以改变公式以使用米而不是转数。

如果假设 k 等于 pi,则向电机施加 1 安培将产生 (1 安培 * (1 伏特秒每米)),即一牛顿的力。向电机施加一伏特将使电机的输出以(1 安培/(1 伏特秒每米))的速率移动,即每秒一米。以每秒一转的速度移动输出将导致电压为一伏;施加一牛顿的力将使电机消耗一安培。就像理想的机械传动一样,电机在双方发生的事情之间建立即时对应关系。

当然,真实电机的行为并不像理想电机,但大多数真实电机可以建模为理想电机,在电气侧具有串联电感器和电阻器,在机械侧具有附加质量和一些摩擦。换向问题可能会导致行为与简化模型有所不同,但在许多情况下,它工作得很好,可以派上用场。由于换向问题,电机的电感可能会根据其确切的机械位置而略有不同。尽管如此,电机的电感与速度相对无关——电机转动得越快,电感在不同位置的值之间的变化就越快,但在大多数情况下,它的表现就像一个相对恒定的电感。

不,它们根本不相等。正如您所说,反电动势是电压源。电压取决于电机的速度,仅此而已。由于该电压而流动的任何电流仅取决于连接到电机的外部阻抗。

另一方面,存储在电感器中的能量本质上是一个电流源,它将(试图)产生使电流在外部电路中流动所需的任何电压,这就是产生“感应冲击”的原因“ 影响。当然,所讨论的电流幅度会随着时间的推移被电感器的端电压修改。

好的。返回“反电动势”。至于最初的问题:“将电机中的反电动势视为等效于增加的电感是否有效?” 答案是不。电感器将您施加在反电动势上的能量(以建立磁场)作为电能返回给您。电机将您针对反电动势施加的能量转换为机械能。