Spätný elektromotorický tlak synchrónneho motora s permanentným magnetom
1. Ako sa generuje spätná EMF?
Vznik spätnej elektromotorickej sily je ľahko pochopiteľný. Princíp spočíva v tom, že vodič pretína magnetické siločiary. Pokiaľ medzi nimi existuje relatívny pohyb, magnetické pole môže byť stacionárne a vodič ho pretína, alebo môže byť vodič stacionárny a magnetické pole sa pohybuje.
Pri synchrónnych motoroch s permanentnými magnetmi sú cievky upevnené na statore (vodič) a permanentné magnety sú upevnené na rotore (magnetické pole). Keď sa rotor otáča, magnetické pole generované permanentnými magnetmi na rotore sa otáča a je prerušené cievkami na statore, čím sa v cievkach vytvára spätná elektromotorická sila. Prečo sa to nazýva spätná elektromotorická sila? Ako už názov napovedá, smer spätnej elektromotorickej sily E je opačný ako smer svorkového napätia U (ako je znázornené na obrázku 1).
Obrázok 1
2. Aký je vzťah medzi spätnou elektromotorickou silou a napätím na svorkách?
Z obrázku 1 je zrejmé, že vzťah medzi spätnou elektromotorickou silou a napätím na svorkách pri zaťažení je:
Skúška spätnou elektromotorickou silou sa vo všeobecnosti vykonáva v stave bez zaťaženia, bez prúdu a pri rýchlosti 1000 ot./min. Vo všeobecnosti je hodnota 1000 ot./min definovaná ako koeficient spätnej elektromotorickej sily = priemerná hodnota spätnej elektromotorickej sily/rýchlosť. Koeficient spätnej elektromotorickej sily je dôležitý parameter motora. Treba si uvedomiť, že spätná elektromotorická sila pri zaťažení sa neustále mení, kým sa rýchlosť neustáli. Z vzorca (1) vieme, že spätná elektromotorická sila pri zaťažení je menšia ako napätie na svorkách. Ak je spätná elektromotorická sila väčšia ako napätie na svorkách, stáva sa generátorom a vydáva napätie smerom von. Keďže odpor a prúd pri skutočnej práci sú malé, hodnota spätnej elektromotorickej sily sa približne rovná napätiu na svorkách a je obmedzená menovitou hodnotou napätia na svorkách.
3. Fyzikálny význam spätnej elektromotorickej sily
Predstavte si, čo by sa stalo, keby spätná elektromotorická sila neexistovala? Z rovnice (1) vidíme, že bez spätnej elektromotorickej sily je celý motor ekvivalentom čistého odporu, teda zariadenia, ktoré generuje veľa tepla, čo je v rozpore s premenou elektrickej energie motora na mechanickú energiu. V rovnici premeny elektrickej energie
,UIt je vstupná elektrická energia, napríklad vstupná elektrická energia do batérie, motora alebo transformátora; I2Rt je energia tepelných strát v každom obvode, čo je druh energie tepelných strát, čím menšia, tým lepšia; rozdiel medzi vstupnou elektrickou energiou a elektrickou energiou tepelných strát, je to užitočná energia zodpovedajúca spätnej elektromotorickej sile.
Inými slovami, spätná elektromotorická sila sa používa na generovanie užitočnej energie a je nepriamo úmerná tepelným stratám. Čím väčšia je energia tepelných strát, tým menšia je dosiahnuteľná užitočná energia. Objektívne povedané, spätná elektromotorická sila spotrebúva elektrickú energiu v obvode, ale nie je to „strata“. Časť elektrickej energie zodpovedajúca spätnej elektromotorickej sile sa premení na užitočnú energiu pre elektrické zariadenia, ako je mechanická energia motorov, chemická energia batérií atď.
Z toho vyplýva, že veľkosť spätnej elektromotorickej sily znamená schopnosť elektrického zariadenia premeniť celkovú vstupnú energiu na užitočnú energiu, čo odráža úroveň konverznej schopnosti elektrického zariadenia.
4. Od čoho závisí veľkosť spätnej elektromotorickej sily?
Vzorec na výpočet spätnej elektromotorickej sily je:
E je elektromotorická sila cievky, ψ je magnetický tok, f je frekvencia, N je počet závitov a Φ je magnetický tok.
Na základe vyššie uvedeného vzorca si myslím, že každý vie uviesť niekoľko faktorov, ktoré ovplyvňujú veľkosť spätnej elektromotorickej sily. Tu je článok na zhrnutie:
(1) Spätná elektromotorická sila sa rovná rýchlosti zmeny magnetického toku. Čím vyššia je rýchlosť, tým vyššia je rýchlosť zmeny a tým väčšia je spätná elektromotorická sila.
(2) Samotný magnetický tok sa rovná počtu závitov vynásobenému jednozávitovým magnetickým tokom. Preto čím vyšší je počet závitov, tým väčší je magnetický tok a tým väčšia je spätná elektromotorická sila.
(3) Počet závitov súvisí so schémou vinutia, ako je napríklad zapojenie hviezda-trojuholník, počet závitov na drážku, počet fáz, počet zubov, počet paralelných vetiev a schéma s plným alebo krátkym rozstupom.
(4) Jednozávitový magnetický tok sa rovná magnetomotorickej sile delenej magnetickým odporom. Preto čím väčšia je magnetomotorická sila, tým menší je magnetický odpor v smere magnetického toku a tým väčšia je spätná elektromotorická sila.
(5) Magnetický odpor súvisí so vzduchovou medzerou a koordináciou pól-drážka. Čím väčšia je vzduchová medzera, tým väčší je magnetický odpor a menšia spätná elektromotorická sila. Koordinácia pól-drážka je zložitejšia a vyžaduje si špecifickú analýzu.
(6) Magnetomotorická sila súvisí so zvyškovým magnetizmom magnetu a efektívnou plochou magnetu. Čím väčší je zvyškový magnetizmus, tým vyššia je spätná elektromotorická sila. Efektívna plocha súvisí so smerom magnetizácie, veľkosťou a umiestnením magnetu a vyžaduje si špecifickú analýzu.
(7) Zvyškový magnetizmus súvisí s teplotou. Čím vyššia je teplota, tým menšia je spätná elektromotorická sila.
Stručne povedané, faktory ovplyvňujúce spätnú elektromotorickú silu zahŕňajú rýchlosť otáčania, počet závitov na štrbinu, počet fáz, počet paralelných vetiev, plný a krátky rozstup, magnetický obvod motora, dĺžku vzduchovej medzery, prispôsobenie pólov a štrbin, zvyškový magnetizmus magnetickej ocele, umiestnenie a veľkosť magnetickej ocele, smer magnetizácie magnetickej ocele a teplotu.
5. Ako zvoliť veľkosť spätnej elektromotorickej sily pri návrhu motora?
Pri návrhu motora je spätná elektromotorická sila (EPS) veľmi dôležitá. Ak je spätná elektromotorická sila (EPS) dobre navrhnutá (vhodná veľkosť, nízke skreslenie tvaru vlny), motor je v poriadku. Spätná elektromotorická sila má na motor niekoľko hlavných vplyvov:
1. Veľkosť spätného EMF určuje slabý magnetický bod motora a slabý magnetický bod určuje rozloženie mapy účinnosti motora.
2. Miera skreslenia tvaru vlny spätnej elektromotorickej sily ovplyvňuje zvlnenie krútiaceho momentu motora a plynulosť výstupného krútiaceho momentu, keď motor beží.
3. Veľkosť spätného elektromotorického silového napätia priamo určuje koeficient krútiaceho momentu motora a koeficient spätného elektromotorického silového napätia je úmerný koeficientu krútiaceho momentu.
Z toho možno získať nasledujúce rozpory v konštrukcii motora:
a. Keď je spätná elektromotorická sila veľká, motor si môže udržiavať vysoký krútiaci moment pri medznom prúde regulátora v oblasti nízkej rýchlosti, ale nemôže poskytovať krútiaci moment pri vysokej rýchlosti a dokonca nemôže dosiahnuť očakávanú rýchlosť;
b. Keď je spätná elektromotorická sila malá, motor má stále výstupný výkon vo vysokorýchlostnej oblasti, ale krútiaci moment sa nedá dosiahnuť pri rovnakom prúde regulátora pri nízkych otáčkach.
6. Pozitívny vplyv spätného elektromotorického poľa na motory s permanentnými magnetmi.
Existencia spätnej elektromotorickej sily je veľmi dôležitá pre prevádzku motorov s permanentnými magnetmi. Môže priniesť motorom určité výhody a špeciálne funkcie:
a. Úspora energie
Spätná elektromotorická sila generovaná motormi s permanentnými magnetmi môže znížiť prúd motora, čím sa znížia straty výkonu, straty energie a dosiahne sa cieľ úspory energie.
b. Zvýšte krútiaci moment
Spätná elektromotorická sila je opačná k napájaciemu napätiu. Keď sa rýchlosť motora zvyšuje, zvyšuje sa aj spätná elektromotorická sila. Spätné napätie znižuje indukčnosť vinutia motora, čo vedie k zvýšeniu prúdu. To umožňuje motoru generovať dodatočný krútiaci moment a zlepšiť výkon motora.
c. Spomalenie pri spätnom chode
Po strate výkonu motora s permanentným magnetom môže v dôsledku existencie spätného elektromotorického poľa naďalej generovať magnetický tok a spôsobiť, že rotor sa bude ďalej otáčať, čo vytvára efekt spätného elektromotorického poľa, čo je veľmi užitočné v niektorých aplikáciách, ako sú obrábacie stroje a iné zariadenia.
Stručne povedané, spätná elektromotorická sila je nevyhnutným prvkom motorov s permanentnými magnetmi. Prináša mnoho výhod motorom s permanentnými magnetmi a hrá veľmi dôležitú úlohu pri návrhu a výrobe motorov. Veľkosť a priebeh spätnej elektromotorickej sily závisia od faktorov, ako je návrh, výrobný proces a podmienky používania motora s permanentnými magnetmi. Veľkosť a priebeh spätnej elektromotorickej sily majú dôležitý vplyv na výkon a stabilitu motora.
Spoločnosť Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)je profesionálny výrobca synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi. Naše technické centrum má viac ako 40 pracovníkov výskumu a vývoja, rozdelených do troch oddelení: návrh, proces a testovanie, ktoré sa špecializujú na výskum a vývoj, návrh a procesné inovácie synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi. Pomocou profesionálneho návrhového softvéru a vlastných špeciálnych návrhových programov pre motory s permanentnými magnetmi sa počas procesu návrhu a výroby motora starostlivo zvažuje veľkosť a priebeh spätnej elektromotorickej sily podľa skutočných potrieb a špecifických pracovných podmienok používateľa, aby sa zabezpečil výkon a stabilita motora a zlepšila sa energetická účinnosť motora.
Copyright: Tento článok je pretlačou verejného čísla WeChat „电机技术及应用“, pôvodný odkaz https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw
Tento článok nepredstavuje názory našej spoločnosti. Ak máte iné názory alebo pohľady, opravte nás!
Čas uverejnenia: 20. augusta 2024