Tylna siła elektromagnetyczna silnika synchronicznego z magnesami trwałymi
1. Jak generowane jest zwrotne pole elektromagnetyczne?
Generowanie wstecznej siły elektromotorycznej jest łatwe do zrozumienia. Zasada jest taka, że przewodnik przecina linie sił magnetycznych. Dopóki między nimi występuje względny ruch, pole magnetyczne może być nieruchome i przewodnik je przecina, lub przewodnik może być nieruchomy, a pole magnetyczne się porusza.
W przypadku silników synchronicznych z magnesami trwałymi ich cewki są zamocowane na stojanie (przewodniku), a magnesy trwałe na wirniku (pole magnetyczne). Kiedy wirnik się obraca, pole magnetyczne generowane przez magnesy trwałe na wirniku będzie się obracać i będzie odcinane przez cewki stojana, generując wsteczną siłę elektromotoryczną w cewkach. Dlaczego nazywa się to wsteczną siłą elektromotoryczną? Jak sama nazwa wskazuje, kierunek tylnej siły elektromotorycznej E jest przeciwny do kierunku napięcia na zaciskach U (jak pokazano na rysunku 1).
Rysunek 1
2.Jaki jest związek między tylnym polem elektromagnetycznym a napięciem na zaciskach?
Z rysunku 1 wynika, że zależność pomiędzy siłą elektromotoryczną zwrotną a napięciem na zaciskach pod obciążeniem wynosi:
Test siły elektromotorycznej wstecznej jest zazwyczaj przeprowadzany w warunkach bez obciążenia, bez prądu i przy prędkości 1000 obr./min. Ogólnie rzecz biorąc, wartość 1000 obr./min definiuje się jako współczynnik siły elektromotorycznej = średnia wartość/prędkość siły elektromotorycznej. Współczynnik Back-EMF jest ważnym parametrem silnika. Należy tutaj zauważyć, że tylna siła elektromotoryczna pod obciążeniem stale się zmienia, zanim prędkość się ustabilizuje. Ze wzoru (1) możemy wiedzieć, że tylna siła elektromotoryczna pod obciążeniem jest mniejsza niż napięcie na zaciskach. Jeśli tylna siła elektromotoryczna jest większa niż napięcie na zaciskach, staje się generatorem i wyprowadza napięcie na zewnątrz. Ponieważ rezystancja i prąd w rzeczywistej pracy są małe, wartość tylnej siły elektromotorycznej jest w przybliżeniu równa napięciu na zaciskach i jest ograniczona przez wartość znamionową napięcia na zaciskach.
3. Fizyczne znaczenie siły elektromotorycznej wstecznej
Wyobraź sobie, co by się stało, gdyby nie istniało tylne pole elektromagnetyczne? Z równania (1) wynika, że bez tylnego pola elektromagnetycznego cały silnik jest odpowiednikiem czystego rezystora, stając się urządzeniem generującym dużo ciepła, co jest sprzeczne z przemianą energii elektrycznej na energię mechaniczną w silniku. równanie konwersji energii elektrycznej
UTo wejściowa energia elektryczna, taka jak wejściowa energia elektryczna dostarczana do akumulatora, silnika lub transformatora; I2Rt to energia strat ciepła w każdym obwodzie, która jest rodzajem energii strat ciepła, im mniejsza, tym lepiej; różnica między wejściową energią elektryczną a energią elektryczną strat ciepła. Jest to energia użyteczna odpowiadająca tylnej sile elektromotorycznej
Innymi słowy, wsteczne pole elektromagnetyczne wykorzystywane jest do wytwarzania użytecznej energii i jest odwrotnie powiązane ze stratą ciepła. Im większa jest energia strat ciepła, tym mniejsza jest osiągalna energia użyteczna. Obiektywnie rzecz biorąc, wsteczna siła elektromotoryczna zużywa energię elektryczną w obwodzie, ale nie jest to „strata”. Część energii elektrycznej odpowiadająca tylnej sile elektromotorycznej zostanie zamieniona na energię użyteczną dla urządzeń elektrycznych, taką jak energia mechaniczna silników, energia chemiczna akumulatorów itp.
Można z tego zobaczyć, że wielkość tylnej siły elektromotorycznej oznacza zdolność sprzętu elektrycznego do zamiany całkowitej energii wejściowej na energię użyteczną, która odzwierciedla poziom zdolności konwersji sprzętu elektrycznego.
4. Od czego zależy wielkość tylnej siły elektromotorycznej?
Wzór obliczeniowy tylnej siły elektromotorycznej jest następujący:
E to siła elektromotoryczna cewki, ψ to strumień magnetyczny, f to częstotliwość, N to liczba zwojów, a Φ to strumień magnetyczny.
Opierając się na powyższym wzorze, myślę, że każdy może prawdopodobnie podać kilka czynników wpływających na wielkość tylnej siły elektromotorycznej. Oto artykuł podsumowujący:
(1) Back EMF jest równy szybkości zmian strumienia magnetycznego. Im wyższa prędkość, tym większa szybkość zmian i większe tylne pole elektromagnetyczne.
(2) Sam strumień magnetyczny jest równy liczbie zwojów pomnożonej przez jednozwojowy strumień magnetyczny. Dlatego im większa liczba zwojów, tym większy strumień magnetyczny i większe tylne pole elektromagnetyczne.
(3) Liczba zwojów jest powiązana ze schematem uzwojenia, takim jak połączenie gwiazda-trójkąt, liczba zwojów na szczelinę, liczba faz, liczba zębów, liczba równoległych gałęzi oraz schemat pełnego lub krótkiego skoku.
(4) Strumień magnetyczny jednoobrotowy jest równy sile magnetomotorycznej podzielonej przez opór magnetyczny. Dlatego im większa siła magnetomotoryczna, tym mniejszy opór magnetyczny w kierunku strumienia magnetycznego i tym większe tylne pole elektromagnetyczne.
(5) Opór magnetyczny jest powiązany ze szczeliną powietrzną i koordynacją biegun-szczelina. Im większa szczelina powietrzna, tym większy opór magnetyczny i mniejsze tylne pole elektromagnetyczne. Koordynacja biegun-slot jest bardziej skomplikowana i wymaga szczegółowej analizy.
(6) Siła magnetomotoryczna jest związana z magnetyzmem szczątkowym magnesu i efektywną powierzchnią magnesu. Im większy magnetyzm szczątkowy, tym większe tylne pole elektromagnetyczne. Efektywny obszar jest powiązany z kierunkiem namagnesowania, rozmiarem i umiejscowieniem magnesu i wymaga szczegółowej analizy.
(7) Magnetyzm szczątkowy jest powiązany z temperaturą. Im wyższa temperatura, tym mniejsze tylne pole elektromagnetyczne.
Podsumowując, czynniki wpływające na tylne pole elektromagnetyczne obejmują prędkość obrotową, liczbę zwojów na szczelinę, liczbę faz, liczbę równoległych gałęzi, pełny i krótki skok, obwód magnetyczny silnika, długość szczeliny powietrznej, dopasowanie bieguna do szczeliny, magnetyzm szczątkowy stali magnetycznej , rozmieszczenie i rozmiar stali magnetycznej, kierunek namagnesowania stali magnetycznej i temperatura.
5. Jak dobrać wielkość siły elektromotorycznej w konstrukcji silnika?
W projektowaniu silników bardzo ważne jest EMF E. Jeśli tylne pole elektromagnetyczne jest dobrze zaprojektowane (odpowiedni rozmiar, niskie zniekształcenia kształtu fali), silnik jest dobry. Tylne pole elektromagnetyczne ma kilka głównych skutków na silnik:
1. Wielkość tylnego pola elektromagnetycznego określa słaby punkt magnetyczny silnika, a słaby punkt magnetyczny określa rozkład mapy sprawności silnika.
2. Stopień zniekształcenia przebiegu tylnego pola elektromagnetycznego wpływa na tętnienie momentu obrotowego silnika i płynność wyjściowego momentu obrotowego podczas pracy silnika.
3. Wielkość tylnego pola elektromagnetycznego bezpośrednio określa współczynnik momentu obrotowego silnika, a współczynnik tylnego pola elektromagnetycznego jest proporcjonalny do współczynnika momentu obrotowego.
Na tej podstawie można uzyskać następujące sprzeczności w konstrukcji silnika:
A. Gdy tylna siła elektromotoryczna jest duża, silnik może utrzymać wysoki moment obrotowy przy prądzie granicznym sterownika w obszarze pracy przy niskiej prędkości, ale nie może generować momentu obrotowego przy dużej prędkości, a nawet nie może osiągnąć oczekiwanej prędkości;
B. Gdy tylna siła elektromotoryczna jest mała, silnik nadal ma moc wyjściową w obszarze dużych prędkości, ale momentu obrotowego nie można osiągnąć przy tym samym prądzie sterownika przy niskiej prędkości.
6. Pozytywny wpływ wstecznego pola elektromagnetycznego na silniki z magnesami trwałymi.
Istnienie wstecznego pola elektromagnetycznego jest bardzo ważne dla działania silników z magnesami trwałymi. Może zapewnić silnikom pewne zalety i funkcje specjalne:
A. Oszczędność energii
Tylne pole elektromagnetyczne generowane przez silniki z magnesami trwałymi może zmniejszyć prąd silnika, zmniejszając w ten sposób straty mocy, zmniejszając straty energii i osiągając cel oszczędzania energii.
B. Zwiększ moment obrotowy
Tylne pole elektromagnetyczne jest przeciwne do napięcia zasilania. Wraz ze wzrostem prędkości silnika wzrasta również tylna siła elektromotoryczna. Napięcie wsteczne zmniejszy indukcyjność uzwojenia silnika, powodując wzrost prądu. Pozwala to silnikowi generować dodatkowy moment obrotowy i poprawiać wydajność mocy silnika.
C. Odwrotne zwalnianie
Po utracie mocy przez silnik z magnesami trwałymi w wyniku istnienia wstecznego pola elektromagnetycznego, może on w dalszym ciągu generować strumień magnetyczny i powodować dalsze obracanie się wirnika, co powoduje efekt prędkości wstecznej pola elektromagnetycznego, co jest bardzo przydatne w niektórych zastosowaniach, np. jak obrabiarki i inny sprzęt.
Krótko mówiąc, tylne pole elektromagnetyczne jest nieodzownym elementem silników z magnesami trwałymi. Przynosi wiele korzyści silnikom z magnesami trwałymi i odgrywa bardzo ważną rolę w projektowaniu i produkcji silników. Rozmiar i kształt fali tylnego pola elektromagnetycznego zależą od takich czynników, jak konstrukcja, proces produkcyjny i warunki użytkowania silnika z magnesami trwałymi. Rozmiar i kształt fali tylnego pola elektromagnetycznego mają istotny wpływ na wydajność i stabilność silnika.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)jest profesjonalnym producentem silników synchronicznych z magnesami trwałymi. Nasze centrum techniczne zatrudnia ponad 40 pracowników badawczo-rozwojowych, podzielonych na trzy działy: projektowy, procesowy i testowy, specjalizujący się w badaniach i rozwoju, projektowaniu i innowacjach procesowych silników synchronicznych z magnesami trwałymi. Korzystając z profesjonalnego oprogramowania do projektowania i samodzielnie opracowanych specjalnych programów do projektowania silników z magnesami trwałymi, podczas projektowania i procesu produkcyjnego silnika, wielkość i kształt fali tylnej siły elektromotorycznej zostaną dokładnie rozważone zgodnie z rzeczywistymi potrzebami i specyficznymi warunkami pracy użytkownika, aby zapewnić wydajność i stabilność silnika oraz poprawić efektywność energetyczną silnika.
Prawa autorskie: ten artykuł jest przedrukiem publicznego numeru WeChat „电机技术及应用”, oryginalny link https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw
Artykuł ten nie reprezentuje poglądów naszej firmy. Jeśli masz inne zdanie lub poglądy, popraw nas!
Czas publikacji: 20 sierpnia 2024 r