Обратна ЕМП на синхронен двигател с постоянен магнит

Обратна ЕМП на синхронен двигател с постоянен магнит

1. Как се генерира обратно ЕМП?

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

При синхронните двигатели с постоянни магнити техните намотки са фиксирани върху статора (проводник), а постоянните магнити са фиксирани върху ротора (магнитно поле). Когато роторът се върти, магнитното поле, генерирано от постоянните магнити на ротора, ще се върти и ще бъде отрязано 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 обратното ЕМП и напрежението на клемите?

Може да се види от Фигура 1, че връзката между обратната електродвижеща сила и клемното напрежение под товар е:

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

3. Физическото значение на обратната електродвижеща сила

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

От това се вижда, че размерът на обратната електродвижеща сила означава способността на електрическото оборудване да преобразува общата входяща енергия в полезна енергия, което отразява нивото на способността за преобразуване на електрическото оборудване.

4. От какво зависи величината на обратната електродвижеща сила?

Формулата за изчисляване на обратната електродвижеща сила е:

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

(1) Обратната ЕМП 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 ЕМП.

(2) Самият магнитен поток е равен на броя на завъртанията, умножен по еднооборотния магнитен поток. Следователно, колкото по-голям е броят на завъртанията, толкова по-голям е магнитният поток и толкова по-голям е обратният ЕМП.

(3) Броят на навивките е свързан със схемата на навиване, като връзка звезда-триъгълник, брой навивки на слот, брой фази, брой зъби, брой на паралелни разклонения 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 в посоката на магнитния поток и толкова по-голяма е обратната ЕМП.

(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 толкова по-малка е обратната ЕМП. Координацията полюс-слот е по-сложна и изисква специфичен анализ.

(6) Магнитомоторната сила е свързана с остатъчния магнетизъм на магнита и ефективната площ на магнита. Колкото по-голям е остатъчният магнетизъм, толкова по-висок е обратният ЕМП. 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 ЕМП.

В обобщение, факторите, влияещи върху обратното ЕМП, включват скорост на въртене, брой навивки на слот, брой фази, брой успоредни клонове, пълна и къса стъпка, магнитна верига на двигателя, дължина на въздушната междина, съвпадение на полюс-слот, остатъчен магнетизъм от магнитна стомана , разположение и размер на магнитна стомана, посока на намагнитване на магнитна стомана и температура.

5. Как да изберете размера на обратната електродвижеща сила в дизайна на двигателя?

При проектирането на двигателя обратната EMF E е много важна. Ако обратното ЕМП е добре проектирано (подходящ размер, ниско изкривяване на формата на вълната), моторът е добър. Обратната ЕМП има няколко основни ефекта върху двигателя:

1. Големината на обратното ЕМП 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 ЕМП влияе върху пулсационния момент на двигателя и плавността на изходния въртящ момент, когато двигателят работи.
3. Големината на обратната ЕМП директно определя коефициента на въртящия момент на двигателя, а коефициентът на обратната ЕМП е пропорционален на коефициента на въртящия момент.
От това могат да се получат следните противоречия в дизайна на двигателя:
а. Когато обратната ЕМП е голяма, моторът може да поддържа висок въртящ момент при граничния ток на контролера в зоната на работа с ниска скорост, но не може да изведе въртящ момент при висока скорост и дори не може да достигне очакваната скорост;
b. Когато обратната ЕМП е малка, моторът все още има изходен капацитет във високоскоростната зона, но въртящият момент не може да бъде постигнат при същия ток на контролера при ниска скорост.

6. Положителното въздействие на обратното ЕМП върху двигателите с постоянен магнит.

Наличието на обратно ЕМП е много важно за работата на двигатели с постоянен магнит. Може да донесе някои предимства и специални функции на двигателите:
а. Икономия на енергия
Обратният ЕМП, генериран от двигатели с постоянен магнит, може да намали тока на двигателя, като по този начин намали загубата на мощност, намали загубата на енергия и постигне целта за пестене на енергия.
b. Увеличете въртящия момент
Обратната ЕМП е противоположна на захранващото напрежение. Когато скоростта на двигателя се увеличи, обратното ЕМП 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 на двигателя.
c. Обратно забавяне
След като двигателят с постоянен магнит загуби мощност, поради съществуването на обратно ЕМП, той може да продължи да генерира магнитен поток и да накара ротора да продължи да се върти, което формира ефекта на обратната ЕМП скорост, което е много полезно в някои приложения, като например като машини и друго оборудване.

Накратко, обратното ЕМП е незаменим елемент на двигателите с постоянен магнит. Той носи много предимства за двигателите с постоянен магнит и играе много важна роля в проектирането и производството на двигатели. Размерът и формата на вълната на обратното ЕМП зависят от фактори като дизайна, производствения процес и условията на използване на двигателя с постоянен магнит. Размерът и формата на вълната на обратното ЕМП имат важно влияние върху работата и стабилността на двигателя.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)е професионален производител на синхронни двигатели с постоянен магнит. Нашият технически център има повече от 40 служители за научноизследователска и развойна дейност, разделени в три отдела: проектиране, процес и тестване, специализирани в изследването и разработката, дизайна и иновациите на процесите на синхронни двигатели с постоянен магнит. Използвайки професионален софтуер за проектиране и собствено разработени специални програми за проектиране на мотор с постоянен магнит, по време на процеса на проектиране и производство на двигателя, размерът и формата на вълната на обратната електродвижеща сила ще бъдат внимателно обмислени според действителните нужди и специфичните условия на работа на потребителя, за да се гарантира, че производителността и стабилността на двигателя и подобряване на енергийната ефективност на двигателя.

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 представя възгледите на нашата компания. Ако имате различни мнения или възгледи, моля, коригирайте ни!