EMF invers al motorului sincron cu magnet permanent

EMF invers al motorului sincron cu magnet permanent

1. Cum se generează câmpul electromotor invers?

Generarea forței electromotoare inverse este ușor de înțeles. Principiul este că conductorul taie liniile magnetice de forță. Atâta timp cât există o mișcare relativă între cele două, câmpul magnetic poate fi staționar, iar conductorul îl taie, sau conductorul poate fi staționar, iar câmpul magnetic se poate mișca.

Pentru motoarele sincrone cu magneți permanenți, bobinele acestora sunt fixate pe stator (conductor), iar magneții permanenți sunt fixați pe rotor (câmp magnetic). Când rotorul se rotește, câmpul magnetic generat de magneții permanenți de pe rotor se va roti și va fi întrerupt de bobinele de pe stator, generând forță electromotoare inversă în bobine. De ce se numește forță electromotoare inversă? După cum sugerează și numele, direcția forței electromotoare inverse E este opusă direcției tensiunii la borne U (așa cum se arată în Figura 1).

Figura 1

2. Care este relația dintre EMF inversă și tensiunea la borne?

Din Figura 1 se poate observa că relația dintre forța electromotoare inversă și tensiunea la borne sub sarcină este:

Testul forței electromotoare inverse se efectuează în general în gol, fără curent și la o turație de 1000 rpm. În general, valoarea de 1000 rpm este definită ca coeficientul forței electromotoare inverse = valoarea medie a forței electromotoare inverse/turație. Coeficientul forței electromotoare inverse este un parametru important al motorului. Trebuie menționat aici că forța electromotoare inversă sub sarcină se modifică constant înainte ca turația să fie stabilă. Din formula (1), putem ști că forța electromotoare inversă sub sarcină este mai mică decât tensiunea la borne. Dacă forța electromotoare inversă este mai mare decât tensiunea la borne, aceasta devine un generator și emite tensiune către exterior. Deoarece rezistența și curentul în lucrul mecanic real sunt mici, valoarea forței electromotoare inverse este aproximativ egală cu tensiunea la borne și este limitată de valoarea nominală a tensiunii la borne.

3. Semnificația fizică a forței electromotoare inverse

Imaginați-vă ce s-ar întâmpla dacă EMF-ul invers nu ar exista? Din ecuația (1), putem vedea că, fără EMF-ul invers, întregul motor este echivalent cu un rezistor pur, devenind un dispozitiv care generează multă căldură, ceea ce este contrar conversiei energiei electrice în energie mecanică de către motor. În ecuația de conversie a energiei electriceUIt este energia electrică de intrare, cum ar fi energia electrică de intrare a unei baterii, motor sau transformator; I2Rt este energia de pierdere a căldurii în fiecare circuit, care este un tip de energie de pierdere a căldurii, cu cât mai mică, cu atât mai bine; diferența dintre energia electrică de intrare și energia electrică de pierdere a căldurii. Este energia utilă corespunzătoare forței electromotoare inverse.Cu alte cuvinte, forța electromotoare inversă este utilizată pentru a genera energie utilă și este invers proporțională cu pierderea de căldură. Cu cât energia pierdută este mai mare, cu atât energia utilă realizabilă este mai mică. Obiectiv vorbind, forța electromotoare inversă consumă energie electrică în circuit, dar nu este o „pierdere”. Partea de energie electrică corespunzătoare forței electromotoare inverse va fi transformată în energie utilă pentru echipamentele electrice, cum ar fi energia mecanică a motoarelor, energia chimică a bateriilor etc.

Se poate observa din aceasta că mărimea forței electromotoare inverse reprezintă capacitatea echipamentului electric de a converti energia totală de intrare în energie utilă, ceea ce reflectă nivelul capacității de conversie a echipamentului electric.

4. De ce depinde magnitudinea forței electromotoare inverse?

Formula de calcul a forței electromotoare inverse este:

E este forța electromotoare a bobinei, ψ este fluxul magnetic, f este frecvența, N este numărul de spire, iar Φ este fluxul magnetic.
Pe baza formulei de mai sus, cred că toată lumea poate enumera câțiva factori care afectează magnitudinea forței electromotoare inverse. Iată un articol pentru a rezuma:

(1) FEM-ul invers este egal cu rata de variație a fluxului magnetic. Cu cât viteza este mai mare, cu atât rata de variație este mai mare și cu atât FEM-ul invers este mai mare.

(2) Fluxul magnetic în sine este egal cu numărul de spire înmulțit cu fluxul magnetic al unei singure spire. Prin urmare, cu cât numărul de spire este mai mare, cu atât fluxul magnetic este mai mare și cu atât este mai mare puterea electromotoare inversă.

(3) Numărul de spire este legat de schema de înfășurare, cum ar fi conexiunea stea-triunghi, numărul de spire pe fantă, numărul de faze, numărul de dinți, numărul de ramificații paralele și schema cu pas complet sau scurt.

(4) Fluxul magnetic pe o singură spirală este egal cu forța magnetomotoare împărțită la rezistența magnetică. Prin urmare, cu cât forța magnetomotoare este mai mare, cu atât rezistența magnetică în direcția fluxului magnetic este mai mică și cu atât este mai mare puterea electromotoare inversă.

(5) Rezistența magnetică este legată de întrefier și de coordonarea pol-fantă. Cu cât întrefierul este mai mare, cu atât rezistența magnetică este mai mare și cu atât EMF-ul invers este mai mic. Coordonarea pol-fantă este mai complicată și necesită o analiză specifică.

(6) Forța magnetomotoare este legată de magnetismul rezidual al magnetului și de aria efectivă a acestuia. Cu cât magnetismul rezidual este mai mare, cu atât este mai mare puterea electromotoare inversă. Aria efectivă este legată de direcția de magnetizare, dimensiunea și amplasarea magnetului și necesită o analiză specifică.

(7) Magnetismul rezidual este legat de temperatură. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mic câmpul electromotor invers.

În rezumat, factorii care afectează forța electromotoare inversă includ viteza de rotație, numărul de spire pe fantă, numărul de faze, numărul de ramificații paralele, pasul complet și scurt, circuitul magnetic al motorului, lungimea întrefierului, potrivirea pol-fantă, magnetismul rezidual al oțelului magnetic, plasarea și dimensiunea oțelului magnetic, direcția de magnetizare a oțelului magnetic și temperatura.

5. Cum se selectează mărimea forței electromotoare inverse în proiectarea motorului?

În proiectarea motoarelor, FEM-ul invers E este foarte important. Dacă FEM-ul invers este bine proiectat (dimensiune adecvată, distorsiune redusă a formei de undă), motorul este bun. FEM-ul invers are câteva efecte majore asupra motorului:

1. Magnitudinea câmpului electromotor invers determină punctul magnetic slab al motorului, iar punctul magnetic slab determină distribuția hărții de eficiență a motorului.
2. Rata de distorsiune a formei de undă a FEM inversă afectează cuplul de ondulație al motorului și netezimea cuplului de ieșire atunci când motorul funcționează.
3. Mărimea forței electromotoare inverse determină direct coeficientul de cuplu al motorului, iar coeficientul forței electromotoare inverse este proporțional cu coeficientul de cuplu.
Din aceasta, se pot obține următoarele contradicții în proiectarea motorului:
a. Când forța electromotoare inversă este mare, motorul poate menține un cuplu ridicat la curentul limită al regulatorului în zona de funcționare la viteză mică, dar nu poate genera cuplu la viteză mare și nici măcar nu poate atinge viteza așteptată;
b. Când puterea electromotoare inversă este mică, motorul are încă capacitate de ieșire în zona de mare viteză, dar cuplul nu poate fi atins la același curent al regulatorului la viteză mică.

6. Impactul pozitiv al câmpului electromotor invers asupra motoarelor cu magneți permanenți.

Existența unei câmpuri electromotoare inverse este foarte importantă pentru funcționarea motoarelor cu magneți permanenți. Aceasta poate aduce motoarelor anumite avantaje și funcții speciale:
a. Economisirea energiei
EMF-ul invers generat de motoarele cu magneți permanenți poate reduce curentul motorului, reducând astfel pierderile de putere, reducând pierderile de energie și atingând scopul economisirii energiei.
b. Creșteți cuplul
FEM-ul invers este opus tensiunii de alimentare. Când viteza motorului crește, crește și FEM-ul invers. Tensiunea inversă va reduce inductanța înfășurării motorului, rezultând o creștere a curentului. Acest lucru permite motorului să genereze un cuplu suplimentar și să îmbunătățească performanța sa.
c. Decelerare inversă
După ce motorul cu magnet permanent își pierde puterea, din cauza existenței EMF-ului invers, acesta poate continua să genereze flux magnetic și să facă rotorul să se rotească în continuare, ceea ce formează efectul de EMF-ului invers la viteza inversă, care este foarte util în anumite aplicații, cum ar fi mașinile-unelte și alte echipamente.

Pe scurt, câmpul electromotor invers este un element indispensabil al motoarelor cu magneți permanenți. Acesta aduce numeroase beneficii motoarelor cu magneți permanenți și joacă un rol foarte important în proiectarea și fabricarea motoarelor. Dimensiunea și forma de undă a câmpului electromotor invers depind de factori precum proiectarea, procesul de fabricație și condițiile de utilizare ale motorului cu magneți permanenți. Dimensiunea și forma de undă a câmpului electromotor invers au o influență importantă asupra performanței și stabilității motorului.

Anhui Mingteng Echipamente Electromecanice cu Magneți Permanenti Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)este un producător profesionist de motoare sincrone cu magneți permanenți. Centrul nostru tehnic are peste 40 de angajați în cercetare și dezvoltare, împărțiți în trei departamente: proiectare, procesare și testare, specializați în cercetarea și dezvoltarea, proiectarea și inovarea proceselor de motoare sincrone cu magneți permanenți. Folosind software de proiectare profesional și programe speciale de proiectare pentru motoare cu magneți permanenți dezvoltate de noi, în timpul procesului de proiectare și fabricație a motorului, dimensiunea și forma de undă a forței electromotoare inverse vor fi luate în considerare cu atenție în funcție de nevoile reale și condițiile specifice de lucru ale utilizatorului pentru a asigura performanța și stabilitatea motorului și a îmbunătăți eficiența energetică a acestuia.

Drepturi de autor: acest articol este o retipărire a numărului public WeChat „电机技术及应用”, linkul original https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw

Acest articol nu reprezintă opiniile companiei noastre. Dacă aveți opinii sau puncte de vedere diferite, vă rugăm să ne corectați!