Обратная ЭДС синхронного двигателя с постоянными магнитами

Обратная ЭДС синхронного двигателя с постоянными магнитами

1. Как генерируется обратная ЭДС?

Генерацию обратной электродвижущей силы легко понять. Принцип заключается в том, что проводник разрезает магнитные силовые линии. Пока между ними существует относительное движение, магнитное поле может быть стационарным, и проводник разрезает его, или проводник может быть неподвижным, а магнитное поле движется.

В синхронных двигателях с постоянными магнитами их катушки закреплены на статоре (проводник), а постоянные магниты закреплены на роторе (магнитное поле). Когда ротор вращается, магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами ротора, будет вращаться и отсекаться катушками статора, создавая обратную электродвижущую силу в катушках. Почему это называется обратной электродвижущей силой? Как следует из названия, направление обратной электродвижущей силы E противоположно направлению напряжения на клеммах U (как показано на рисунке 1).

Рисунок 1

2.Какова связь между обратной ЭДС и напряжением на клеммах?

На рисунке 1 видно, что взаимосвязь между обратной электродвижущей силой и напряжением на клеммах под нагрузкой равна:

Испытание обратной ЭДС обычно проводится без нагрузки, без тока и при скорости 1000 об/мин. Обычно значение 1000 об/мин определяется как коэффициент противоЭДС = среднее значение противоЭДС/скорость. Коэффициент противо-ЭДС является важным параметром двигателя. Здесь следует отметить, что противо-ЭДС под нагрузкой постоянно меняется, прежде чем скорость станет стабильной. Из формулы (1) мы можем знать, что противо-ЭДС под нагрузкой меньше напряжения на клеммах. Если обратная электродвижущая сила превышает напряжение на клеммах, она становится генератором и выдает напряжение наружу. Поскольку сопротивление и ток в реальной работе малы, величина обратной ЭДС примерно равна напряжению на клеммах и ограничивается номинальным значением напряжения на клеммах.

3. Физический смысл обратной электродвижущей силы.

Представьте, что было бы, если бы обратной ЭДС не существовало? Из уравнения (1) мы видим, что без обратной ЭДС весь двигатель эквивалентен чистому резистору, становясь устройством, генерирующим много тепла, что противоречит преобразованию электрической энергии двигателя в механическую. уравнение преобразования электрической энергии,UIt — входная электрическая энергия, такая как входная электрическая энергия для батареи, двигателя или трансформатора; I2Rt – энергия тепловых потерь в каждом контуре, которая является разновидностью энергии тепловых потерь, чем меньше, тем лучше; разница между входной электрической энергией и электрической энергией тепловых потерь. Это полезная энергия, соответствующая обратной электродвижущей силе.Другими словами, обратная ЭДС используется для выработки полезной энергии и обратно пропорциональна потерям тепла. Чем больше энергия тепловых потерь, тем меньше достижимая полезная энергия. Объективно говоря, обратная ЭДС потребляет электрическую энергию в цепи, но это не «потери». Часть электрической энергии, соответствующая обратной электродвижущей силе, будет преобразована в полезную энергию для электрооборудования, например, механическую энергию двигателей, химическую энергию аккумуляторов и т. д.

Отсюда видно, что под величиной обратной ЭДС понимают способность электрооборудования преобразовывать полную подводимую энергию в полезную энергию, что отражает уровень преобразующей способности электрооборудования.

4. От чего зависит величина обратной ЭДС?

Формула расчета обратной электродвижущей силы:

E — электродвижущая сила катушки, ψ — магнитный поток, f — частота, N — количество витков, Φ — магнитный поток.
Я полагаю, что на основе приведенной выше формулы каждый может назвать несколько факторов, влияющих на величину обратной электродвижущей силы. Вот статья, в которой можно подвести итог:

(1) Обратная ЭДС равна скорости изменения магнитного потока. Чем выше скорость, тем больше скорость изменения и тем больше противо-ЭДС.

(2) Сам магнитный поток равен числу витков, умноженному на одновитковый магнитный поток. Следовательно, чем больше число витков, тем больше магнитный поток и тем больше противо-ЭДС.

(3) Количество витков зависит от схемы обмотки, такой как соединение звезда-треугольник, количество витков на паз, количество фаз, количество зубцов, количество параллельных ветвей, а также схема с полным или коротким шагом.

(4) Одновитковый магнитный поток равен магнитодвижущей силе, деленной на магнитное сопротивление. Следовательно, чем больше магнитодвижущая сила, тем меньше магнитное сопротивление в направлении магнитного потока и больше обратная ЭДС.

(5) Магнитное сопротивление связано с воздушным зазором и координацией между полюсами и пазами. Чем больше воздушный зазор, тем больше магнитное сопротивление и меньше противо-ЭДС. Координация между полюсами и пазами более сложна и требует специального анализа.

(6) Магнитодвижущая сила связана с остаточным магнетизмом магнита и эффективной площадью магнита. Чем больше остаточный магнетизм, тем выше противо-ЭДС. Эффективная площадь зависит от направления намагничивания, размера и размещения магнита и требует специального анализа.

(7) Остаточный магнетизм связан с температурой. Чем выше температура, тем меньше обратная ЭДС.

Таким образом, факторы, влияющие на обратную ЭДС, включают скорость вращения, количество витков на паз, количество фаз, количество параллельных ветвей, полный и короткий шаг, магнитную цепь двигателя, длину воздушного зазора, согласование полюсов и пазов, остаточный магнетизм магнитной стали. расположение и размер магнитной стали, направление намагничивания магнитной стали и температура.

5. Как выбрать величину обратной ЭДС в конструкции двигателя?

В конструкции двигателя противо-ЭДС E очень важна. Если обратная ЭДС хорошо спроектирована (подходящий размер, низкое искажение формы сигнала), двигатель исправен. Обратная ЭДС оказывает на двигатель несколько основных эффектов:

1. Величина обратной ЭДС определяет слабую магнитную точку двигателя, а слабая магнитная точка определяет распределение карты КПД двигателя.
2. Степень искажения формы сигнала обратной ЭДС влияет на пульсирующий крутящий момент двигателя и плавность выходного крутящего момента при работе двигателя.
3. Величина противоЭДС напрямую определяет коэффициент крутящего момента двигателя, а коэффициент противоЭДС пропорционален коэффициенту крутящего момента.
Отсюда можно получить следующие противоречия в конструкции двигателя:
а. Когда противо-ЭДС велика, двигатель может поддерживать высокий крутящий момент при предельном токе контроллера в зоне работы на низкой скорости, но он не может выдавать крутящий момент на высокой скорости и даже не может достичь ожидаемой скорости;
б. Когда противо-ЭДС мала, двигатель по-прежнему имеет выходную мощность в области высоких скоростей, но крутящий момент не может быть достигнут при том же токе контроллера на низкой скорости.

6. Положительное влияние обратной ЭДС на двигатели с постоянными магнитами.

Существование обратной ЭДС очень важно для работы двигателей с постоянными магнитами. Это может принести некоторые преимущества и специальные функции двигателям:
а. Энергосбережение
Обратная ЭДС, генерируемая двигателями с постоянными магнитами, может уменьшить ток двигателя, тем самым уменьшая потери мощности, уменьшая потери энергии и достигая цели энергосбережения.
б. Увеличение крутящего момента
Обратная ЭДС противоположна напряжению источника питания. Когда скорость двигателя увеличивается, противоЭДС также увеличивается. Обратное напряжение уменьшит индуктивность обмотки двигателя, что приведет к увеличению тока. Это позволяет двигателю генерировать дополнительный крутящий момент и улучшать мощностные характеристики двигателя.
в. Обратное замедление
После того, как двигатель с постоянными магнитами теряет мощность из-за существования обратной ЭДС, он может продолжать генерировать магнитный поток и заставлять ротор продолжать вращаться, что формирует эффект обратной скорости обратной ЭДС, что очень полезно в некоторых приложениях, таких как как станки и другое оборудование.

Короче говоря, обратная ЭДС является незаменимым элементом двигателей с постоянными магнитами. Он приносит много преимуществ двигателям с постоянными магнитами и играет очень важную роль в проектировании и производстве двигателей. Размер и форма обратной ЭДС зависят от таких факторов, как конструкция, производственный процесс и условия использования двигателя с постоянными магнитами. Размер и форма обратной ЭДС оказывают важное влияние на производительность и стабильность двигателя.

Аньхойская компания электромеханического оборудования с постоянными магнитами Mingteng, Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)является профессиональным производителем синхронных двигателей с постоянными магнитами. В нашем техническом центре работает более 40 сотрудников, занимающихся исследованиями и разработками, разделенных на три отдела: проектирования, процессов и испытаний, специализирующихся на исследованиях и разработках, проектировании и инновациях в области синхронных двигателей с постоянными магнитами. Используя профессиональное программное обеспечение для проектирования и специальные программы проектирования двигателей с постоянными магнитами собственной разработки, в процессе проектирования и производства двигателя размер и форма обратной электродвижущей силы будут тщательно учитываться в соответствии с фактическими потребностями и конкретными условиями работы пользователя, чтобы обеспечить производительность и стабильность двигателя и повышение энергоэффективности двигателя.

Авторские права: эта статья является перепечаткой общедоступного номера WeChat «电机技术及应用», исходная ссылка https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw.

Эта статья не отражает точку зрения нашей компании. Если у вас другое мнение или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!