Back EMF del motore sincrono a magnete permanente
1. Come viene generato il back EMF?
La generazione della forza elettromotrice posteriore è facile da capire. Il principio è che il conduttore taglia le linee di forza magnetiche. Finché c'è movimento relativo tra i due, il campo magnetico può essere stazionario e il conduttore lo taglia, oppure il conduttore può essere stazionario e il campo magnetico si muove.
Per i motori sincroni a magneti permanenti, le loro bobine sono fissate sullo statore (conduttore) e i magneti permanenti sono fissati sul rotore (campo magnetico). Quando il rotore ruota, il campo magnetico generato dai magneti permanenti sul rotore ruoterà e verrà tagliato dalle bobine sullo statore, generando forza controelettromotrice nelle bobine. Perché si chiama forza controelettromotrice? Come suggerisce il nome, la direzione della forza elettromotrice posteriore E è opposta alla direzione della tensione terminale U (come mostrato nella Figura 1).
Figura 1
2.Qual è la relazione tra la forza elettromotrice posteriore e la tensione del terminale?
Dalla Figura 1 si può vedere che la relazione tra la forza controelettromotrice e la tensione ai terminali sotto carico è:
La prova di forza controelettromotrice viene generalmente eseguita in condizioni di assenza di carico, senza corrente e ad una velocità di 1000 giri al minuto. Generalmente, il valore di 1000 giri al minuto è definito come coefficiente di forza controelettromotrice = valore medio di forza controelettromotrice/velocità. Il coefficiente back-EMF è un parametro importante del motore. Va notato qui che la forza controelettromotrice sotto carico cambia costantemente prima che la velocità sia stabile. Dalla formula (1), possiamo sapere che la forza controelettromotrice sotto carico è inferiore alla tensione terminale. Se la forza elettromotrice posteriore è maggiore della tensione del terminale, diventa un generatore ed emette tensione verso l'esterno. Poiché la resistenza e la corrente nel lavoro effettivo sono piccole, il valore della forza controelettromotrice è approssimativamente uguale alla tensione del terminale ed è limitato dal valore nominale della tensione del terminale.
3. Il significato fisico della forza controelettromotrice
Immagina cosa accadrebbe se la forza elettromagnetica posteriore non esistesse? Dall'equazione (1), possiamo vedere che senza la forza elettromotrice posteriore, l'intero motore equivale a un puro resistore, diventando un dispositivo che genera molto calore, il che è contrario alla conversione dell'energia elettrica in energia meccanica da parte del motore. l’equazione di conversione dell’energia elettrica
,UI È l'energia elettrica in ingresso, come l'energia elettrica in ingresso a una batteria, un motore o un trasformatore; I2Rt è l'energia di perdita di calore in ciascun circuito, che è una sorta di energia di perdita di calore, più piccola è, meglio è; la differenza tra l'energia elettrica in ingresso e l'energia elettrica dispersa è l'energia utile corrispondente alla forza elettromotrice posteriore
.In altre parole, i campi elettromagnetici posteriori vengono utilizzati per generare energia utile ed sono inversamente correlati alla perdita di calore. Maggiore è l'energia di perdita di calore, minore è l'energia utile ottenibile. Oggettivamente parlando, la forza elettromotrice posteriore consuma energia elettrica nel circuito, ma non è una “perdita”. La parte di energia elettrica corrispondente alla forza controelettromotrice verrà convertita in energia utile per le apparecchiature elettriche, come energia meccanica dei motori, energia chimica delle batterie, ecc.
Da ciò si può vedere che l'entità della forza elettromotrice posteriore indica la capacità dell'apparecchiatura elettrica di convertire l'energia totale in ingresso in energia utile, che riflette il livello della capacità di conversione dell'apparecchiatura elettrica.
4. Da cosa dipende l'entità della forza elettromotrice posteriore?
La formula di calcolo della forza controelettromotrice è:
E è la forza elettromotrice della bobina, ψ è il flusso magnetico, f è la frequenza, N è il numero di spire e Φ è il flusso magnetico.
Sulla base della formula di cui sopra, credo che tutti possano probabilmente dire alcuni fattori che influenzano l'entità della forza elettromotrice posteriore. Ecco un articolo per riassumere:
(1) La forza elettromotrice posteriore è uguale alla velocità di variazione del flusso magnetico. Maggiore è la velocità, maggiore è il tasso di variazione e maggiore è la forza elettromotrice posteriore.
(2) Il flusso magnetico stesso è uguale al numero di spire moltiplicato per il flusso magnetico a spira singola. Pertanto, maggiore è il numero di spire, maggiore è il flusso magnetico e maggiore è la forza elettromotrice posteriore.
(3) Il numero di spire è correlato allo schema di avvolgimento, come connessione stella-triangolo, numero di spire per fessura, numero di fasi, numero di denti, numero di rami paralleli e schema a passo intero o passo corto.
(4) Il flusso magnetico a giro singolo è uguale alla forza magnetomotrice divisa per la resistenza magnetica. Pertanto, maggiore è la forza magnetomotrice, minore è la resistenza magnetica nella direzione del flusso magnetico e maggiore è la forza elettromagnetica posteriore.
(5) La resistenza magnetica è correlata al traferro e alla coordinazione polo-fessura. Maggiore è il traferro, maggiore è la resistenza magnetica e minore è la forza elettromotrice posteriore. Il coordinamento polo-slot è più complicato e richiede un'analisi specifica.
(6) La forza magnetomotrice è correlata al magnetismo residuo del magnete e all'area effettiva del magnete. Maggiore è il magnetismo residuo, maggiore è la forza elettromotrice posteriore. L'area effettiva è correlata alla direzione di magnetizzazione, alle dimensioni e al posizionamento del magnete e richiede un'analisi specifica.
(7) Il magnetismo residuo è correlato alla temperatura. Maggiore è la temperatura, minore è la forza elettromotrice posteriore.
In sintesi, i fattori che influenzano la forza elettromagnetica posteriore includono velocità di rotazione, numero di giri per fessura, numero di fasi, numero di rami paralleli, passo completo e passo corto, circuito magnetico del motore, lunghezza del traferro, adattamento polo-scanalatura, magnetismo residuo dell'acciaio magnetico , posizionamento e dimensione dell'acciaio magnetico, direzione della magnetizzazione dell'acciaio magnetico e temperatura.
5. Come selezionare l'entità della forza elettromotrice posteriore nella progettazione del motore?
Nella progettazione del motore, la EMF posteriore è molto importante. Se la forza elettromotrice posteriore è ben progettata (dimensioni adeguate, bassa distorsione della forma d'onda), il motore è buono. La forza elettromotrice posteriore ha diversi effetti importanti sul motore:
1. L'entità della forza elettromotrice posteriore determina il punto magnetico debole del motore e il punto magnetico debole determina la distribuzione della mappa di efficienza del motore.
2. Il tasso di distorsione della forma d'onda EMF posteriore influisce sulla coppia di ondulazione del motore e sulla regolarità dell'uscita della coppia quando il motore è in funzione.
3. L'entità della FEM posteriore determina direttamente il coefficiente di coppia del motore e il coefficiente FEM posteriore è proporzionale al coefficiente di coppia.
Da ciò si possono ottenere le seguenti contraddizioni nella progettazione del motore:
UN. Quando la forza elettromotrice posteriore è elevata, il motore può mantenere una coppia elevata alla corrente limite del controller nell'area di funzionamento a bassa velocità, ma non può erogare coppia ad alta velocità e non riesce nemmeno a raggiungere la velocità prevista;
B. Quando la forza elettromotrice posteriore è piccola, il motore ha ancora capacità di uscita nell'area ad alta velocità, ma la coppia non può essere raggiunta con la stessa corrente del controller a bassa velocità.
6. L'impatto positivo della forza elettromotrice sui motori a magneti permanenti.
L'esistenza della forza elettromotrice posteriore è molto importante per il funzionamento dei motori a magneti permanenti. Può apportare alcuni vantaggi e funzioni speciali ai motori:
UN. Risparmio energetico
La forza elettromotrice generata dai motori a magneti permanenti può ridurre la corrente del motore, riducendo così la perdita di potenza, riducendo la perdita di energia e raggiungendo lo scopo del risparmio energetico.
B. Aumentare la coppia
La forza elettromotrice posteriore è opposta alla tensione di alimentazione. Quando la velocità del motore aumenta, aumenta anche la forza controelettromotrice. La tensione inversa ridurrà l'induttanza dell'avvolgimento del motore, con conseguente aumento della corrente. Ciò consente al motore di generare coppia aggiuntiva e migliorare le prestazioni di potenza del motore.
C. Decelerazione inversa
Dopo che il motore a magnete permanente perde potenza, a causa dell'esistenza di back EMF, può continuare a generare flusso magnetico e far continuare a ruotare il rotore, che forma l'effetto della velocità inversa di back EMF, che è molto utile in alcune applicazioni, come come macchine utensili e altre attrezzature.
In breve, la forza elettromagnetica posteriore è un elemento indispensabile dei motori a magneti permanenti. Apporta numerosi vantaggi ai motori a magneti permanenti e svolge un ruolo molto importante nella progettazione e produzione di motori. Le dimensioni e la forma d'onda della forza elettromagnetica posteriore dipendono da fattori quali la progettazione, il processo di produzione e le condizioni di utilizzo del motore a magnete permanente. Le dimensioni e la forma d'onda della forza elettromotrice posteriore hanno un'influenza importante sulle prestazioni e sulla stabilità del motore.
Anhui Mingteng Magnete permanente Elettromeccanica Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)è un produttore professionale di motori sincroni a magneti permanenti. Il nostro centro tecnico conta più di 40 addetti alla ricerca e sviluppo, suddivisi in tre dipartimenti: progettazione, processo e test, specializzato nella ricerca e sviluppo, progettazione e innovazione di processo di motori sincroni a magneti permanenti. Utilizzando software di progettazione professionale e programmi di progettazione speciali di motori a magneti permanenti sviluppati autonomamente, durante il processo di progettazione e produzione del motore, le dimensioni e la forma d'onda della forza elettromotrice posteriore saranno attentamente considerate in base alle effettive esigenze e alle condizioni di lavoro specifiche dell'utente per garantire le prestazioni e la stabilità del motore e migliorare l'efficienza energetica del motore.
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Orario di pubblicazione: 20 agosto 2024