Обратна електродвижеща сила на синхронен двигател с постоянен магнит

Обратна електродвижеща сила на синхронен двигател с постоянен магнит

1. Как се генерира обратна електродвижеща сила?

Генерирането на обратна електродвижеща сила е лесно за разбиране. Принципът е, че проводникът пресича магнитните силови линии. Докато има относително движение между двете, магнитното поле може да бъде неподвижно и проводникът го пресича, или проводникът може да бъде неподвижен, а магнитното поле да се движи.

При синхронните двигатели с постоянни магнити, намотките им са фиксирани върху статора (проводник), а постоянните магнити са фиксирани върху ротора (магнитно поле). Когато роторът се върти, магнитното поле, генерирано от постоянните магнити върху ротора, ще се върти и ще бъде пресичано от намотките на статора, генерирайки обратна електродвижеща сила в намотките. Защо се нарича обратна електродвижеща сила? Както подсказва името, посоката на обратната електродвижеща сила E е противоположна на посоката на клемното напрежение U (както е показано на Фигура 1).

Фигура 1

2. Каква е връзката между обратната електродвижеща сила и напрежението на клемите?

От Фигура 1 може да се види, че връзката между обратната електродвижеща сила и напрежението на клемите под товар е:

Изпитването за обратна електродвижеща сила (ОБДС) обикновено се провежда при празен ход, без ток и при скорост 1000 об/мин. Обикновено стойността на 1000 об/мин се определя като коефициент на ОБДС = средна стойност на ОБДС/скорост. Коефициентът на ОБДС е важен параметър на двигателя. Трябва да се отбележи, че ОБДС под товар се променя постоянно, преди скоростта да се стабилизира. От формула (1) можем да знаем, че ОБДС под товар е по-малка от напрежението на клемите. Ако ОБДС е по-голяма от напрежението на клемите, тя се превръща в генератор и извежда напрежение навън. Тъй като съпротивлението и токът при реална работа са малки, стойността на ОБДС е приблизително равна на напрежението на клемите и е ограничена от номиналната стойност на напрежението на клемите.

3. Физическото значение на обратната електродвижеща сила

Представете си какво би се случило, ако обратната ЕДС не съществуваше? От уравнение (1) можем да видим, че без обратната ЕДС целият двигател е еквивалентен на чист резистор, превръщайки се в устройство, което генерира много топлина, което противоречи на преобразуването на електрическата енергия в механична енергия от двигателя. В уравнението за преобразуване на електрическата енергия,UIt е входната електрическа енергия, като например входната електрическа енергия към батерия, двигател или трансформатор; I2Rt е енергията на топлинните загуби във всяка верига, която е вид енергия на топлинните загуби, колкото по-малка е, толкова по-добре; разликата между входната електрическа енергия и електрическата енергия на топлинните загуби, това е полезната енергия, съответстваща на обратната електродвижеща сила.С други думи, обратната електродвижеща сила се използва за генериране на полезна енергия и е обратнопропорционална на топлинните загуби. Колкото по-голяма е топлинната загуба, толкова по-малка е постижимата полезна енергия. Обективно погледнато, обратната електродвижеща сила консумира електрическа енергия във веригата, но не е „загуба“. Частта от електрическата енергия, съответстваща на обратната електродвижеща сила, ще бъде преобразувана в полезна енергия за електрическо оборудване, като например механична енергия на двигатели, химическа енергия на батерии и др.

От това може да се види, че размерът на обратната електродвижеща сила означава способността на електрическото оборудване да преобразува общата входна енергия в полезна енергия, което отразява нивото на преобразувателната способност на електрическото оборудване.

4. От какво зависи големината на обратната електродвижеща сила?

Формулата за изчисление на обратната електродвижеща сила е:

E е електродвижещата сила на бобината, ψ е магнитният поток, f е честотата, N е броят на навивките, а Φ е магнитният поток.
Въз основа на горната формула, вярвам, че всеки може да посочи няколко фактора, които влияят на величината на обратната електродвижеща сила. Ето една статия, която да обобщи:

(1) Обратната електродвижеща сила (ЕМС) е равна на скоростта на промяна на магнитния поток. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-голяма е скоростта на промяна и толкова по-голяма е обратната електродвижеща сила.

(2) Самият магнитен поток е равен на броя навивки, умножен по магнитния поток на единична навивка. Следователно, колкото по-голям е броят навивки, толкова по-голям е магнитният поток и толкова по-голяма е обратната електродвижеща сила.

(3) Броят навивки е свързан със схемата на намотката, като например свързване звезда-триъгълник, брой навивки на слот, брой фази, брой зъби, брой паралелни клонове и схема с пълна или къса стъпка.

(4) Еднооборотният магнитен поток е равен на магнитодвижещата сила, разделена на магнитното съпротивление. Следователно, колкото по-голяма е магнитодвижещата сила, толкова по-малко е магнитното съпротивление по посока на магнитния поток и толкова по-голяма е обратната електродвижеща сила.

(5) Магнитното съпротивление е свързано с въздушната междина и координацията полюс-слот. Колкото по-голяма е въздушната междина, толкова по-голямо е магнитното съпротивление и по-малка е обратната електродвижеща сила. Координацията полюс-слот е по-сложна и изисква специфичен анализ.

(6) Магнитодвижещата сила е свързана с остатъчния магнетизъм на магнита и ефективната площ на магнита. Колкото по-голям е остатъчният магнетизъм, толкова по-висока е обратната електродвижеща сила. Ефективната площ е свързана с посоката на намагнитване, размера и разположението на магнита и изисква специфичен анализ.

(7) Остатъчният магнетизъм е свързан с температурата. Колкото по-висока е температурата, толкова по-малка е обратната електродвижеща сила.

В обобщение, факторите, влияещи върху обратната електромагнитна сила (ЕМП), включват скорост на въртене, брой навивки на слот, брой фази, брой паралелни разклонения, пълна и къса стъпка, магнитна верига на двигателя, дължина на въздушната междина, съвпадение полюс-слот, остатъчен магнетизъм на магнитната стомана, разположение и размер на магнитната стомана, посока на намагнитване на магнитната стомана и температура.

5. Как да изберем размера на обратната електродвижеща сила при проектирането на двигател?

При проектирането на двигатели, обратната електродвижеща сила (ЕМС) E е много важна. Ако обратната електродвижеща сила е добре проектирана (подходящ размер, ниско изкривяване на формата на вълната), двигателят е добър. Обратната електродвижеща сила има няколко основни ефекта върху двигателя:

1. Големината на обратната електродвижеща сила определя слабата магнитна точка на двигателя, а слабата магнитна точка определя разпределението на картата на ефективността на двигателя.
2. Степента на изкривяване на формата на вълната на обратната електродвижеща сила влияе върху пулсациите на въртящия момент на двигателя и плавността на изходния въртящ момент, когато двигателят работи.
3. Големината на обратната ЕДС определя директно коефициента на въртящия момент на двигателя, а коефициентът на обратната ЕДС е пропорционален на коефициента на въртящия момент.
От това могат да се получат следните противоречия в дизайна на двигателя:
а. Когато обратната електродвижеща сила е голяма, двигателят може да поддържа висок въртящ момент при граничния ток на контролера в областта на ниска скорост на работа, но не може да генерира въртящ момент при висока скорост и дори не може да достигне очакваната скорост;
б. Когато обратната електродвижеща сила е малка, двигателят все още има изходна мощност във високоскоростната област, но въртящият момент не може да бъде постигнат при същия ток на контролера при ниска скорост.

6. Положителното въздействие на обратната електромагнитна сила върху двигатели с постоянни магнити.

Наличието на обратна електродвижеща сила е много важно за работата на двигатели с постоянни магнити. Тя може да донесе някои предимства и специални функции на двигателите:
а. Пестене на енергия
Обратната електродвижеща сила, генерирана от двигатели с постоянни магнити, може да намали тока на двигателя, като по този начин намали загубите на мощност, намали загубите на енергия и постигне целта за пестене на енергия.
б. Увеличете въртящия момент
Обратната ЕДС е противоположна на захранващото напрежение. Когато скоростта на двигателя се увеличи, обратната ЕДС също се увеличава. Обратното напрежение ще намали индуктивността на намотката на двигателя, което ще доведе до увеличаване на тока. Това позволява на двигателя да генерира допълнителен въртящ момент и да подобри мощността си.
в. Забавяне при заден ход
След като двигателят с постоянен магнит загуби мощност, поради наличието на обратна електродвижеща сила, той може да продължи да генерира магнитен поток и да кара ротора да продължи да се върти, което формира ефекта на обратната електродвижеща сила на обратната скорост, което е много полезно в някои приложения, като например машинни инструменти и друго оборудване.

Накратко, обратната електродвижеща сила (ЕМС) е незаменим елемент на двигателите с постоянни магнити. Тя носи много предимства на двигателите с постоянни магнити и играе много важна роля в проектирането и производството на двигатели. Размерът и формата на вълната на обратната ЕДС зависят от фактори като дизайна, производствения процес и условията на употреба на двигателя с постоянни магнити. Размерът и формата на вълната на обратната ЕДС имат важно влияние върху производителността и стабилността на двигателя.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)е професионален производител на синхронни двигатели с постоянни магнити. Нашият технически център разполага с над 40 служители в научноизследователска и развойна дейност, разделени в три отдела: проектиране, процес и тестване, специализирани в научноизследователската и развойна дейност, проектирането и процесните иновации на синхронни двигатели с постоянни магнити. Използвайки професионален софтуер за проектиране и самостоятелно разработени специални програми за проектиране на двигатели с постоянни магнити, по време на процеса на проектиране и производство на двигателя, размерът и формата на вълната на обратната електродвижеща сила ще бъдат внимателно обмислени в съответствие с реалните нужди и специфичните работни условия на потребителя, за да се гарантира производителността и стабилността на двигателя и да се подобри енергийната му ефективност.

Авторски права: Тази статия е препечатка на публичния номер на WeChat „电机技术及应用“, оригиналната връзка https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw

Тази статия не представлява гледната точка на нашата компания. Ако имате различни мнения или възгледи, моля, поправете ни!