Обратная ЭДС синхронного двигателя с постоянными магнитами
1. Как генерируется обратная ЭДС?
Генерацию обратной электродвижущей силы легко понять. Принцип заключается в том, что проводник пересекает магнитные силовые линии. Пока между ними есть относительное движение, магнитное поле может быть неподвижным, а проводник его пересекает, или проводник может быть неподвижным, а магнитное поле двигаться.
Для синхронных двигателей 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 на роторе, будет вращаться и будет разрезано катушками на статоре, 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?
Из рисунка 1 видно, что соотношение между противоэлектродвижущей силой и напряжением на клеммах под нагрузкой имеет вид:
Испытание противоэлектродвижущей силы обычно проводится в условиях холостого хода, без тока и на скорости 1000 об/мин. Как правило, значение 1000 об/мин определяется как коэффициент противоэлектродвижущей силы = среднее значение противоэлектродвижущей силы/скорость. Коэффициент противоэлектродвижущей силы является важным параметром двигателя. Здесь следует отметить, что противоэлектродвижущая сила под нагрузкой постоянно меняется, прежде чем скорость стабилизируется. Из формулы (1) мы можем знать, что противоэлектродвижущая сила под нагрузкой меньше напряжения на клеммах. Если противоэлектродвижущая сила больше напряжения на клеммах, он становится генератором и выводит напряжение наружу. Поскольку сопротивление и ток в реальной работе малы, значение противоэлектродвижущей силы приблизительно равно напряжению на клеммах и ограничено номинальным значением напряжения на клеммах.
3. Физический смысл противоэлектродвижущей силы
Представьте, что бы произошло, если бы обратной ЭДС не существовало? Из уравнения (1) мы видим, что без обратной ЭДС весь двигатель эквивалентен чистому резистору, становясь устройством, которое генерирует много тепла, что противоречит преобразованию двигателем электрической энергии в механическую. В уравнении преобразования электрической энергии
,UIt - это входная электрическая энергия, например, входная электрическая энергия для батареи, двигателя или трансформатора; I2Rt - это энергия тепловых потерь в каждой цепи, которая является разновидностью энергии тепловых потерь, чем меньше, тем лучше; разница между входной электрической энергией и электрической энергией тепловых потерь,It - это полезная энергия, соответствующая обратной электродвижущей силе
.Другими словами, обратная ЭДС используется для генерации полезной энергии и обратно пропорциональна тепловым потерям. 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 ЭДС, будет преобразована в полезную энергию для электрооборудования, например, механическую энергию двигателей, химическую энергию аккумуляторов и т. д.
Из этого следует, что величина противоэлектродвижущей силы означает способность электрооборудования преобразовывать суммарную входную энергию в полезную энергию, что отражает уровень преобразовательной способности электрооборудования.
4. От чего зависит величина противоэлектродвижущей силы?
Формула расчета противоэлектродвижущей силы:
E — электродвижущая сила катушки, ψ — магнитный поток, f — частота, N — число витков, Φ — магнитный поток.
На основе вышеприведенной формулы, я думаю, каждый может назвать несколько факторов, которые влияют на величину обратной электродвижущей силы. Вот статья для резюме:
(1) Обратная ЭДС равна скорости изменения магнитного потока. Чем выше скорость, тем больше скорость изменения и тем больше обратная ЭДС.
(2) Сам магнитный поток равен числу витков, умноженному на одновитковый магнитный поток. Поэтому, чем больше число витков, тем больше магнитный поток и тем больше обратная ЭДС.
(3) Количество витков зависит от схемы намотки, например, соединения «звезда-треугольник», количества витков на паз, количества фаз, количества зубцов, количества параллельных ветвей, а также схемы с полным или коротким шагом.
(4) Одновитковый магнитный поток равен магнитодвижущей силе, деленной на магнитное сопротивление. Поэтому, чем больше магнитодвижущая сила, тем меньше магнитное сопротивление в направлении магнитного потока и тем больше обратная ЭДС.
(5) Магнитное сопротивление связано с воздушным зазором и координацией полюс-паз. Чем больше воздушный зазор, тем больше магнитное сопротивление и меньше обратная ЭДС. Координация полюс-паз более сложна и требует специального анализа.
(6) Магнитодвижущая сила связана с остаточным магнетизмом магнита и эффективной площадью магнита. Чем больше остаточный магнетизм, тем выше обратная ЭДС. Эффективная площадь связана с направлением намагничивания, размером и размещением магнита и требует специального анализа.
(7) Остаточный магнетизм связан с температурой. Чем выше температура, тем меньше обратная ЭДС.
Подводя итог, можно сказать, что 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 намагниченность магнитной стали, размещение и размер магнитной стали, направление намагничивания магнитной стали и температуру.
5. Как выбрать величину противоэлектродвижущей силы при проектировании двигателя?
В конструкции двигателя обратная ЭДС E очень важна. Если обратная ЭДС хорошо спроектирована (подходящий размер, низкое искажение формы волны), двигатель хорош. Обратная ЭДС имеет несколько основных эффектов на двигатель:
1. Величина обратной ЭДС определяет слабую магнитную точку двигателя, а слабая магнитная точка определяет распределение карты КПД двигателя.
2. Степень искажения формы волны обратной ЭДС влияет на пульсацию крутящего момента 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 вывести следующие противоречия в конструкции двигателя:
а) Когда обратная ЭДС велика, двигатель может поддерживать высокий крутящий момент при предельном токе контроллера в области работы на низкой скорости, но он не может выдавать крутящий момент на высокой скорости и даже не может достичь ожидаемой скорости;
б) Когда обратная ЭДС мала, двигатель все еще 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.
Наличие обратной ЭДС очень важно для работы двигателей с постоянными магнитами. Она может принести некоторые преимущества и специальные функции двигателям:
а. Экономия энергии
Обратная ЭДС, генерируемая двигателями с постоянными магнитами, может уменьшить ток двигателя, тем самым уменьшая потери мощности, уменьшая потери энергии и достигая цели энергосбережения.
б) Увеличить крутящий момент
Обратная ЭДС противоположна напряжению питания. При увеличении скорости двигателя обратная ЭДС также увеличивается. Обратное напряжение уменьшит индуктивность обмотки двигателя, что приведет к увеличению тока. Это позволит двигателю генерировать дополнительный крутящий момент и улучшить его энергетические характеристики.
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 станки и другое оборудование.
Короче говоря, обратная ЭДС является неотъемлемым элементом двигателей с постоянными магнитами. Она приносит много преимуществ двигателям с постоянными магнитами и играет очень важную роль в проектировании и производстве двигателей. Размер и форма волны обратной ЭДС зависят от таких факторов, как конструкция, производственный процесс и условия использования двигателя с постоянными магнитами. Размер и форма волны обратной ЭДС оказывают важное влияние на производительность и стабильность двигателя.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)является профессиональным производителем синхронных двигателей с постоянными магнитами. В нашем техническом центре работает более 40 сотрудников НИОКР, которые разделены на три отдела: проектирование, процесс и тестирование, специализирующиеся на исследованиях и разработках, проектировании и технологических инновациях синхронных двигателей с постоянными магнитами. Используя профессиональное программное обеспечение для проектирования и самостоятельно разработанные специальные программы проектирования двигателей с постоянными магнитами, в процессе проектирования и производства двигателя размер и форма волны обратной электродвижущей силы будут тщательно учитываться в соответствии с фактическими потребностями и конкретными условиями работы пользователя, чтобы обеспечить производительность и стабильность двигателя и повысить энергоэффективность 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 другие мнения или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!
Время публикации: 20-авг-2024