Зворотна ЕРС синхронного двигуна з постійними магнітами

Зворотна ЕРС синхронного двигуна з постійними магнітами

1. Як утворюється зворотна ЕРС?

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

Для синхронних двигунів з постійними магнітами їх котушки закріплені на статорі (провіднику), а постійні магніти закріплені на роторі (магнітне поле). Коли ротор обертається, магнітне поле, створене постійними магнітами на роторі, обертатиметься та розрізатиметься 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 клемі U (як показано на малюнку 1).

малюнок 1

2. Який зв'язок між зворотною ЕРС і напругою на клемах?

З рисунка 1 видно, що залежність між зворотною електрорушійною силою та напругою на клемі під навантаженням є:

Випробування зворотної електрорушійної сили зазвичай проводиться без навантаження, без струму та зі швидкістю 1000 об/хв. Як правило, значення 1000 об/хв визначається як коефіцієнт зворотної ЕРС = середнє значення зворотної ЕРС/швидкість. Коефіцієнт зворотної ЕРС є важливим параметром двигуна. Тут слід зазначити, що зворотна ЕРС під навантаженням постійно змінюється, перш ніж швидкість стане стабільною. З формули (1) ми можемо знати, що зворотна електрорушійна сила під навантаженням менша, ніж напруга на клемі. Якщо зворотна електрорушійна сила більша за напругу на клемі, він стає генератором і видає напругу назовні. Оскільки опір і струм при фактичній роботі малі, значення зворотної електрорушійної сили приблизно дорівнює напрузі на клемі і обмежене номінальним значенням напруги на клемі.

3. Фізичний зміст зворотної електрорушійної сили

Уявіть, що було б, якби зворотної ЕРС не існувало? З рівняння (1) ми бачимо, що без зворотної ЕРС весь двигун еквівалентний чистому резистеру, перетворюючись на пристрій, який генерує багато тепла, що суперечить перетворенню двигуном електричної енергії в механічну. рівняння перетворення електричної енергії,Uit — вхідна електрична енергія, наприклад, вхідна електрична енергія для батареї, двигуна або трансформатора; I2Rt – енергія втрат тепла в кожному контурі, яка є різновидом енергії втрат тепла, чим менше, тим краще; різниця між вхідною електричною енергією та електричною енергією втрати тепла. Це корисна енергія, що відповідає зворотній електрорушійній силі.Іншими словами, зворотна ЕРС використовується для генерації корисної енергії та обернено пов’язана з втратами тепла. Чим більша енергія втрати тепла, тим менша досяжна корисна енергія. Об’єктивно кажучи, зворотна електрорушійна сила споживає електричну енергію в ланцюзі, але це не «втрата». Частина електричної енергії, що відповідає зворотній електрорушійній силі, буде перетворена в корисну енергію для електричного обладнання, таку як механічна енергія двигунів, хімічна енергія батарей тощо.

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

4. Від чого залежить величина зворотної електрорушійної сили?

Формула розрахунку зворотної електрорушійної сили:

E — електрорушійна сила котушки, ψ — магнітний потік, f — частота, N — кількість витків, 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, щоб підсумувати:

(1) Зворотня ЕРС дорівнює швидкості зміни магнітного потоку. Чим вище швидкість, тим більше швидкість зміни і тим більше зворотна ЕРС.

(2) Сам магнітний потік дорівнює числу обертів, помноженому на одновитковий магнітний потік. Отже, чим більше число витків, тим більше магнітний потік і тим більше зворотна ЕРС.

(3) Кількість витків пов’язана зі схемою намотування, наприклад, з’єднання зірка-трикутник, кількість витків на слот, кількість фаз, кількість зубів, кількість паралельних гілок, а також схема з повним або коротким кроком.

(4) Одновитковий магнітний потік дорівнює магніторушійній силі, поділеній на магнітний опір. Отже, чим більша магніторушійна сила, тим менший магнітний опір у напрямку магнітного потоку і тим більша зворотна ЕРС.

(5) Магнітний опір пов'язаний з повітряним зазором і координацією полюсів і пазів. Чим більше повітряний зазор, тим більше магнітний опір і менша зворотна ЕРС. Координація полюс-слот більш складна і вимагає спеціального аналізу.

(6) Магніторушійна сила пов’язана із залишковим магнетизмом магніту та ефективною площею магніту. Чим більше залишковий магнетизм, тим вище зворотна ЕРС. Ефективна площа пов’язана з напрямком намагніченості, розміром і розташуванням магніту та потребує спеціального аналізу.

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

Підсумовуючи, фактори, що впливають на зворотну ЕРС, включають швидкість обертання, кількість витків на слот, кількість фаз, кількість паралельних гілок, повний та короткий крок, магнітне коло двигуна, довжину повітряного зазору, відповідність полюсів і пазів, залишковий магнетизм магнітної сталі , розміщення та розмір магнітної сталі, напрям намагніченості магнітної сталі та температура.

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

У конструкції двигуна зворотна ЕРС E дуже важлива. Якщо зворотна ЕРС добре розроблена (відповідний розмір, низькі спотворення форми сигналу), двигун справний. 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. Швидкість викривлення форми хвилі зворотної ЕРС впливає на пульсаційний момент двигуна та плавність вихідного моменту, коли двигун працює.
3. Величина зворотної ЕРС безпосередньо визначає коефіцієнт крутного моменту двигуна, а коефіцієнт зворотної ЕРС пропорційний коефіцієнту крутного моменту.
З цього можна отримати наступні протиріччя в конструкції двигуна:
a. Коли зворотна ЕРС велика, двигун може підтримувати високий крутний момент при граничному струмі контролера в робочій зоні на низькій швидкості, але він не може видавати крутний момент на високій швидкості і навіть не може досягти очікуваної швидкості;
b. Коли зворотна ЕРС невелика, двигун все ще має вихідну потужність у високошвидкісній зоні, але крутний момент не може бути досягнутий за того самого струму регулятора на низькій швидкості.

6. Позитивний вплив зворотної ЕРС на двигуни з постійними магнітами.

Існування зворотної ЕРС дуже важливо для роботи двигунів з постійними магнітами. Це може принести деякі переваги та особливі функції двигунам:
a. Енергозбереження
Зворотна ЕРС, створена двигунами з постійними магнітами, може зменшити струм двигуна, тим самим зменшуючи втрати потужності, зменшуючи втрати енергії та досягаючи мети енергозбереження.
b. Збільште крутний момент
Зворотна ЕРС протилежна напрузі джерела живлення. Коли швидкість двигуна збільшується, зворотна ЕРС також збільшується. Зворотна напруга зменшить індуктивність обмотки двигуна, в результаті чого сила струму збільшиться. Це дозволяє двигуну створювати додатковий крутний момент і покращувати потужність двигуна.
в. Зворотне гальмування
Після того, як двигун з постійними магнітами втрачає потужність, завдяки наявності зворотної ЕРС, він може продовжувати генерувати магнітний потік і змушувати ротор продовжувати обертатися, що формує ефект зворотної швидкості ЕРС, що дуже корисно в деяких програмах, наприклад як верстати та інше обладнання.

Одним словом, зворотна ЕРС є незамінним елементом двигунів з постійними магнітами. Це приносить багато переваг двигунам з постійними магнітами та відіграє дуже важливу роль у проектуванні та виробництві двигунів. Розмір і форма хвилі зворотної ЕРС залежать від таких факторів, як конструкція, виробничий процес і умови використання двигуна з постійними магнітами. Розмір і форма хвилі зворотної ЕРС мають важливий вплив на продуктивність і стабільність двигуна.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)є професійним виробником синхронних двигунів з постійними магнітами. У нашому технічному центрі працює понад 40 співробітників R&D, які розділені на три відділи: дизайну, процесу та випробувань, які спеціалізуються на дослідженні та розробці, дизайні та технологічних інноваціях синхронних двигунів з постійними магнітами. Використовуючи професійне програмне забезпечення для проектування та власно розроблені спеціальні програми для проектування двигуна з постійними магнітами, під час проектування та процесу виробництва двигуна розмір і форма хвилі зворотної електрорушійної сили будуть ретельно розглянуті відповідно до фактичних потреб і конкретних умов роботи користувача, щоб забезпечити продуктивність і стабільність двигуна та підвищення енергоефективності двигуна.

Авторське право: 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 поглядів нашої компанії. Якщо у вас є інші думки чи погляди, виправте нас!