Zpětné elektromotorické síly synchronního motoru s permanentními magnety
1. Jak se generuje zpětné elektromotorické napětí?
Vznik zpětné elektromotorické síly je snadno pochopitelný. Princip spočívá v tom, že vodič protíná magnetické siločáry. Dokud mezi nimi existuje relativní pohyb, může být magnetické pole stacionární a vodič ho protíná, nebo může být vodič stacionární a magnetické pole se pohybuje.
U synchronních motorů s permanentními magnety jsou cívky upevněny na statoru (vodič) a permanentní magnety jsou upevněny na rotoru (magnetické pole). Když se rotor otáčí, magnetické pole generované permanentními magnety na rotoru se otáčí a je proříznuto cívkami na statoru, čímž se v cívkách generuje zpětná elektromotorická síla. Proč se tomu říká zpětná elektromotorická síla? Jak název napovídá, směr zpětné elektromotorické síly E je opačný než směr svorkového napětí U (jak je znázorněno na obrázku 1).
Obrázek 1
2. Jaký je vztah mezi zpětnou elektromotorickou silou a napětím na svorkách?
Z obrázku 1 je patrné, že vztah mezi zpětnou elektromotorickou silou a svorkovým napětím při zatížení je:
Zkouška zpětné elektromotorické síly se obvykle provádí bez zátěže, bez proudu a při otáčkách 1000 ot/min. Obecně je hodnota 1000 ot/min definována jako koeficient zpětné elektromotorické síly = průměrná hodnota zpětné elektromotorické síly/otáčky. Koeficient zpětné elektromotorické síly je důležitým parametrem motoru. Je třeba poznamenat, že zpětná elektromotorická síla se při zátěži neustále mění, než se otáčky ustálí. Z vzorce (1) víme, že zpětná elektromotorická síla při zátěži je menší než svorkové napětí. Pokud je zpětná elektromotorická síla větší než svorkové napětí, stává se generátorem a vydává napětí ven. Protože odpor a proud při skutečné práci jsou malé, hodnota zpětné elektromotorické síly se přibližně rovná svorkovému napětí a je omezena jmenovitou hodnotou svorkového napětí.
3. Fyzikální význam zpětné elektromotorické síly
Představte si, co by se stalo, kdyby zpětné elektromotorické síly neexistovaly? Z rovnice (1) vidíme, že bez zpětného elektromotorického síly je celý motor ekvivalentem čistého rezistoru, tedy zařízení, které generuje velké množství tepla, což je v rozporu s přeměnou elektrické energie motoru na mechanickou energii. V rovnici pro přeměnu elektrické energie
UIt je vstupní elektrická energie, například vstupní elektrická energie do baterie, motoru nebo transformátoru; I2Rt je energie tepelných ztrát v každém obvodu, což je druh energie tepelných ztrát, čím menší, tím lépe; rozdíl mezi vstupní elektrickou energií a elektrickou energií tepelných ztrát je užitečná energie odpovídající zpětné elektromotorické síle.
Jinými slovy, zpětná elektromotorická síla se používá k generování užitečné energie a je nepřímo úměrná tepelným ztrátám. Čím větší je tepelná ztráta, tím menší je dosažitelná užitečná energie. Objektivně vzato, zpětná elektromotorická síla spotřebovává elektrickou energii v obvodu, ale nejedná se o „ztrátu“. Část elektrické energie odpovídající zpětné elektromotorické síle se přemění na užitečnou energii pro elektrická zařízení, jako je mechanická energie motorů, chemická energie baterií atd.
Z toho je patrné, že velikost zpětné elektromotorické síly znamená schopnost elektrického zařízení přeměnit celkovou vstupní energii na užitečnou energii, což odráží úroveň konverzní schopnosti elektrického zařízení.
4. Na čem závisí velikost zpětné elektromotorické síly?
Vzorec pro výpočet zpětné elektromotorické síly je:
E je elektromotorická síla cívky, ψ je magnetický tok, f je frekvence, N je počet závitů a Φ je magnetický tok.
Na základě výše uvedeného vzorce si myslím, že každý dokáže uvést několik faktorů, které ovlivňují velikost zpětné elektromotorické síly. Zde je článek, který to shrne:
(1) Zpětná elektromotorická síla se rovná rychlosti změny magnetického toku. Čím vyšší je rychlost, tím větší je rychlost změny a tím větší je zpětná elektromotorická síla.
(2) Samotný magnetický tok se rovná počtu závitů vynásobenému magnetickým tokem jednoho závitu. Čím vyšší je tedy počet závitů, tím větší je magnetický tok a tím větší je zpětná elektromotorická síla.
(3) Počet závitů souvisí se schématem vinutí, jako je zapojení hvězda-trojúhelník, počet závitů na drážku, počet fází, počet zubů, počet paralelních větví a schéma s plnou nebo krátkou roztečí.
(4) Jednozávitový magnetický tok se rovná magnetomotorické síle dělené magnetickým odporem. Čím větší je tedy magnetomotorická síla, tím menší je magnetický odpor ve směru magnetického toku a tím větší je zpětná elektromotorická síla.
(5) Magnetický odpor souvisí se vzduchovou mezerou a koordinací pól-drážka. Čím větší je vzduchová mezera, tím větší je magnetický odpor a menší je zpětná elektromotorická síla. Koordinace pól-drážka je složitější a vyžaduje specifickou analýzu.
(6) Magnetomotorická síla souvisí se zbytkovým magnetismem magnetu a efektivní plochou magnetu. Čím větší je zbytkový magnetismus, tím vyšší je zpětné elektromotorické síla. Efektivní plocha souvisí se směrem magnetizace, velikostí a umístěním magnetu a vyžaduje specifickou analýzu.
(7) Zbytkový magnetismus souvisí s teplotou. Čím vyšší teplota, tím menší je zpětná elektromotorická síla.
Stručně řečeno, faktory ovlivňující zpětnou elektromotorickou sílu zahrnují rychlost otáčení, počet závitů na drážku, počet fází, počet paralelních větví, plnou a krátkou rozteč, magnetický obvod motoru, délku vzduchové mezery, shodu pól-drážka, zbytkový magnetismus magnetické oceli, umístění a velikost magnetické oceli, směr magnetizace magnetické oceli a teplotu.
5. Jak zvolit velikost zpětné elektromotorické síly při návrhu motoru?
Při návrhu motoru je zpětná elektromotorická síla E velmi důležitá. Pokud je zpětná elektromotorická síla dobře navržena (vhodná velikost, nízké zkreslení tvaru vlny), je motor v pořádku. Zpětná elektromotorická síla má na motor několik hlavních vlivů:
1. Velikost zpětného elektromotorického napětí určuje slabý magnetický bod motoru a slabý magnetický bod určuje rozložení mapy účinnosti motoru.
2. Míra zkreslení tvaru vlny zpětné elektromotorické síly ovlivňuje zvlnění momentu motoru a plynulost výstupního momentu za chodu motoru.
3. Velikost zpětné elektromotorické síly přímo určuje koeficient točivého momentu motoru a koeficient zpětné elektromotorické síly je úměrný koeficientu točivého momentu.
Z toho lze získat následující rozpory v konstrukci motoru:
a. Pokud je zpětná elektromotorická síla velká, motor si může udržet vysoký točivý moment při mezním proudu regulátoru v oblasti nízkých otáček, ale nemůže poskytovat točivý moment při vysokých otáčkách a dokonce ani nemůže dosáhnout očekávaných otáček;
b. Pokud je zpětná elektromotorická síla malá, motor má stále výstupní kapacitu ve vysokorychlostní oblasti, ale točivého momentu nelze dosáhnout při stejném proudu regulátoru při nízkých otáčkách.
6. Pozitivní vliv zpětného elektromotorického pole na motory s permanentními magnety.
Existence zpětného elektromotorického pole je velmi důležitá pro provoz motorů s permanentními magnety. Může motorům přinést některé výhody a speciální funkce:
a. Úspora energie
Zpětná elektromotorická síla generovaná motory s permanentními magnety může snížit proud motoru, čímž se sníží ztráty výkonu, sníží ztráty energie a dosáhne se cíle úspory energie.
b. Zvyšte točivý moment
Zpětná elektromotorická síla (EMF) je opačná k napájecímu napětí. S rostoucími otáčkami motoru se zvyšuje i zpětná elektromotorická síla. Zpětné napětí snižuje indukčnost vinutí motoru, což vede ke zvýšení proudu. To umožňuje motoru generovat dodatečný točivý moment a zlepšit jeho výkon.
c. Zpomalení při zpětném chodu
Poté, co motor s permanentními magnety ztratí výkon, může v důsledku existence zpětného elektromotorického pole (EMF) nadále generovat magnetický tok a způsobit, že se rotor dále otáčí, což vytváří efekt zpětné rychlosti EMF, což je velmi užitečné v některých aplikacích, jako jsou obráběcí stroje a další zařízení.
Stručně řečeno, zpětné elektromotorické síly (EMS) jsou nepostradatelným prvkem motorů s permanentními magnety. Přináší jim mnoho výhod a hraje velmi důležitou roli při návrhu a výrobě motorů. Velikost a tvar vlny zpětného elektromotorického síly závisí na faktorech, jako je konstrukce, výrobní proces a podmínky použití motoru s permanentními magnety. Velikost a tvar vlny zpětného elektromotorického síly mají důležitý vliv na výkon a stabilitu motoru.
Společnost Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)je profesionální výrobce synchronních motorů s permanentními magnety. Naše technické centrum má více než 40 pracovníků výzkumu a vývoje, rozdělených do tří oddělení: konstrukční, procesní a testovací, specializujících se na výzkum a vývoj, konstrukci a procesní inovace synchronních motorů s permanentními magnety. Pomocí profesionálního konstrukčního softwaru a vlastních speciálních konstrukčních programů pro motory s permanentními magnety se během procesu návrhu a výroby motoru pečlivě zvažuje velikost a tvar vlny zpětné elektromotorické síly podle skutečných potřeb a specifických pracovních podmínek uživatele, aby se zajistil výkon a stabilita motoru a zlepšila se jeho energetická účinnost.
Copyright: Tento článek je přetiskem veřejného čísla WeChat „电机技术及应用“, původní odkaz https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw
Tento článek nereprezentuje názory naší společnosti. Pokud máte jiné názory nebo postoje, opravte nás prosím!
Čas zveřejnění: 20. srpna 2024