Зворотна ЕРС синхронного двигуна з постійними магнітами

Зворотна ЕРС синхронного двигуна з постійними магнітами

1. Як генерується зворотна ЕРС?

Генерацію зворотної електрорушійної сили легко зрозуміти. Принцип полягає в тому, що провідник перетинає магнітні силові лінії. Доки між ними існує відносний рух, магнітне поле може бути нерухомим, а провідник перетинає його, або ж провідник може бути нерухомим, а магнітне поле рухається.

У синхронних двигунах з постійними магнітами їхні котушки закріплені на статорі (провідник), а постійні магніти закріплені на роторі (магнітне поле). Коли ротор обертається, магнітне поле, що генерується постійними магнітами на роторі, обертається та зрізається котушками на статорі, створюючи зворотну електрорушійну силу в котушках. Чому це називається зворотною електрорушійною силою? Як випливає з назви, напрямок зворотної електрорушійної сили E протилежний напрямку напруги на клемах U (як показано на рисунку 1).

Рисунок 1

2. Який зв'язок між протиерсійною силою струму та напругою на клемах?

З рисунка 1 видно, що зв'язок між зворотною електрорушійною силою та напругою на клемах під навантаженням такий:

Випробування на зворотну електрорушійну силу зазвичай проводиться в режимі холостого ходу, без струму та зі швидкістю 1000 об/хв. Зазвичай значення 1000 об/хв визначається як коефіцієнт зворотної електрорушійної сили = середнє значення зворотної електрорушійної сили/швидкість. Коефіцієнт зворотної електрорушійної сили є важливим параметром двигуна. Слід зазначити, що зворотна електрорушійна сила під навантаженням постійно змінюється, поки швидкість не стабілізується. З формули (1) ми можемо знати, що зворотна електрорушійна сила під навантаженням менша за напругу на клемах. Якщо зворотна електрорушійна сила більша за напругу на клемах, вона стає генератором і видає напругу назовні. Оскільки опір і струм під час фактичної роботи малі, значення зворотної електрорушійної сили приблизно дорівнює напрузі на клемах і обмежене номінальним значенням напруги на клемах.

3. Фізичний зміст зворотної електрорушійної сили

Уявіть, що сталося б, якби зворотної ЕРС не існувало? З рівняння (1) ми бачимо, що без зворотної ЕРС весь двигун еквівалентний чистому резистору, стаючи пристроєм, який генерує багато тепла, що суперечить перетворенню електричної енергії двигуном на механічну. У рівнянні перетворення електричної енергії,UIt – це вхідна електрична енергія, така як вхідна електрична енергія для акумулятора, двигуна або трансформатора; I2Rt – це енергія теплових втрат у кожному колі, яка є різновидом енергії теплових втрат, чим менша, тим краще; різниця між вхідною електричною енергією та електричною енергією теплових втрат, це корисна енергія, що відповідає зворотній електрорушійній силі.Іншими словами, зворотна електрорушійна сила використовується для генерації корисної енергії та обернено пропорційна втратам тепла. Чим більша енергія втрат тепла, тим менша досяжна корисна енергія. Об'єктивно кажучи, зворотна електрорушійна сила споживає електричну енергію в колі, але це не «втрата». Частина електричної енергії, що відповідає зворотній електрорушійній силі, буде перетворена на корисну енергію для електрообладнання, таку як механічна енергія двигунів, хімічна енергія акумуляторів тощо.

З цього видно, що величина зворотної електрорушійної сили означає здатність електрообладнання перетворювати загальну вхідну енергію в корисну, що відображає рівень перетворювальної здатності електрообладнання.

4. Від чого залежить величина зворотної електрорушійної сили?

Формула для розрахунку зворотної електрорушійної сили:

E – електрорушійна сила котушки, ψ – магнітний потік, f – частота, N – кількість витків, а Φ – магнітний потік.
Виходячи з наведеної вище формули, я вважаю, що кожен може назвати кілька факторів, які впливають на величину зворотної електрорушійної сили. Ось стаття для підсумовування:

(1) Зворотна ЕРС дорівнює швидкості зміни магнітного потоку. Чим вища швидкість, тим більша швидкість зміни і тим більша зворотна ЕРС.

(2) Сам магнітний потік дорівнює кількості витків, помноженій на одновитковий магнітний потік. Отже, чим більша кількість витків, тим більший магнітний потік і тим більша протиерсійна сила.

(3) Кількість витків пов'язана зі схемою обмотки, такою як з'єднання зірка-трикутник, кількість витків на паз, кількість фаз, кількість зубців, кількість паралельних гілок та схема з повним або коротким кроком.

(4) Однооборотний магнітний потік дорівнює магніторушійній силі, поділеній на магнітний опір. Отже, чим більша магніторушійна сила, тим менший магнітний опір у напрямку магнітного потоку та тим більша проти-ЕРС.

(5) Магнітний опір пов'язаний з повітряним зазором та координацією полюс-паз. Чим більший повітряний зазор, тим більший магнітний опір і менша зворотна електрорушійна сила. Координація полюс-паз є складнішою та потребує спеціального аналізу.

(6) Магніторушійна сила пов'язана із залишковим магнетизмом магніту та ефективною площею магніту. Чим більший залишковий магнетизм, тим вища зворотна електрорушійна сила. Ефективна площа пов'язана з напрямком намагнічування, розміром та розташуванням магніту і потребує спеціального аналізу.

(7) Залишковий магнетизм пов'язаний з температурою. Чим вища температура, тим менша зворотна електрорушійна сила.

Підсумовуючи, фактори, що впливають на протиергічну силу (ЕРС), включають швидкість обертання, кількість витків на паз, кількість фаз, кількість паралельних гілок, повний та короткий крок, магнітний контур двигуна, довжину повітряного зазору, узгодження полюсів і пазів, залишковий магнетизм магнітної сталі, розміщення та розмір магнітної сталі, напрямок намагніченості магнітної сталі та температуру.

5. Як вибрати величину зворотної електрорушійної сили в конструкції двигуна?

У проектуванні двигуна зворотна ЕРС E дуже важлива. Якщо зворотна ЕРС добре розрахована (відповідний розмір, низьке спотворення форми сигналу), двигун працює добре. Зворотна ЕРС має кілька основних впливів на двигун:

1. Величина зворотної ЕРС визначає слабку магнітну точку двигуна, а слабка магнітна точка визначає розподіл карти ефективності двигуна.
2. Коефіцієнт спотворення форми хвилі зворотної ЕРС впливає на пульсації крутного моменту двигуна та плавність вихідного крутного моменту під час роботи двигуна.
3. Величина зворотної ЕРС безпосередньо визначає коефіцієнт крутного моменту двигуна, а коефіцієнт зворотної ЕРС пропорційний коефіцієнту крутного моменту.
З цього можна отримати такі суперечності в конструкції двигуна:
a. Коли зворотна ЕРС велика, двигун може підтримувати високий крутний момент на рівні граничного струму контролера в області низької швидкості роботи, але він не може видавати крутний момент на високій швидкості і навіть не може досягти очікуваної швидкості;
b. Коли проти-ЕРС мала, двигун все ще має вихідну потужність у зоні високих швидкостей, але крутний момент не може бути досягнутий при тому ж струмі контролера на низькій швидкості.

6. Позитивний вплив зворотної електрорушійної сили на двигуни з постійними магнітами.

Існування зворотної електрорушійної сили дуже важливе для роботи двигунів з постійними магнітами. Це може надати двигунам деякі переваги та спеціальні функції:
а. Енергозбереження
Зворотна ЕРС, що генерується двигунами з постійними магнітами, може зменшити струм двигуна, тим самим зменшуючи втрати потужності, зменшуючи втрати енергії та досягаючи мети енергозбереження.
b. Збільшити крутний момент
Зворотна ЕРС протилежна напрузі живлення. Коли швидкість двигуна збільшується, зворотна ЕРС також збільшується. Зворотна напруга зменшує індуктивність обмотки двигуна, що призводить до збільшення струму. Це дозволяє двигуну генерувати додатковий крутний момент і покращувати його потужність.
c. Зворотне уповільнення
Після того, як двигун з постійними магнітами втратить потужність, через наявність зворотної ЕРС він може продовжувати генерувати магнітний потік і змушувати ротор продовжувати обертатися, що формує ефект зворотної швидкості ЕРС, що дуже корисно в деяких застосуваннях, таких як верстати та інше обладнання.

Коротше кажучи, зворотна ЕРС є невід'ємним елементом двигунів з постійними магнітами. Вона приносить багато переваг двигунам з постійними магнітами та відіграє дуже важливу роль у проектуванні та виробництві двигунів. Розмір та форма хвилі зворотної ЕРС залежать від таких факторів, як конструкція, процес виробництва та умови використання двигуна з постійними магнітами. Розмір та форма хвилі зворотної ЕРС мають важливий вплив на продуктивність та стабільність двигуна.

Компанія електромеханічного обладнання з постійними магнітами Anhui Mingteng, Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)є професійним виробником синхронних двигунів з постійними магнітами. Наш технічний центр налічує понад 40 співробітників з досліджень та розробок, розділених на три відділи: проектування, обробки та випробування, що спеціалізуються на дослідженнях та розробках, проектуванні та технологічних інноваціях синхронних двигунів з постійними магнітами. Використовуючи професійне програмне забезпечення для проектування та власні спеціальні програми для проектування двигунів з постійними магнітами, під час процесу проектування та виробництва двигуна розмір та форма хвилі зворотної електрорушійної сили будуть ретельно враховані відповідно до фактичних потреб та конкретних умов роботи користувача, щоб забезпечити продуктивність та стабільність двигуна, а також підвищити його енергоефективність.

Авторські права: ця стаття є передруком загальнодоступного номера WeChat «电机技术及应用», оригінальне посилання https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw

Ця стаття не відображає погляди нашої компанії. Якщо у вас є інші думки чи погляди, будь ласка, виправте нас!