Povratna elektromotorna sila sinkronog motora s permanentnim magnetima
1. Kako se generira povratna EMF?
Generiranje povratne elektromotorne sile lako je razumjeti. Princip je da vodič siječe magnetske linije sile. Sve dok postoji relativno gibanje između njih, magnetsko polje može biti stacionarno, a vodič ga siječe, ili vodič može biti stacionaran, a magnetsko polje se kreće.
Kod sinkronih motora s permanentnim magnetima, zavojnice su pričvršćene na stator (vodič), a permanentni magneti su pričvršćeni na rotor (magnetsko polje). Kada se rotor okreće, magnetsko polje koje generiraju permanentni magneti na rotoru će se rotirati i bit će presječeno zavojnicama na statoru, stvarajući povratnu elektromotornu silu u zavojnicama. Zašto se to naziva povratna elektromotorna sila? Kao što ime sugerira, smjer povratne elektromotorne sile E je suprotan smjeru napona na terminalu U (kao što je prikazano na slici 1).
Slika 1
2. Kakav je odnos između povratne elektromotorne sile i napona na terminalu?
Iz slike 1 može se vidjeti da je odnos između povratne elektromotorne sile i napona na terminalu pod opterećenjem:
Ispitivanje povratne elektromotorne sile općenito se provodi u stanju praznog hoda, bez struje i pri brzini od 1000 o/min. Općenito, vrijednost od 1000 o/min definirana je kao koeficijent povratne elektromotorne sile = prosječna vrijednost povratne elektromotorne sile/brzina. Koeficijent povratne elektromotorne sile važan je parametar motora. Ovdje treba napomenuti da se povratna elektromotorna sila pod opterećenjem stalno mijenja prije nego što se brzina stabilizira. Iz formule (1) možemo znati da je povratna elektromotorna sila pod opterećenjem manja od napona na terminalima. Ako je povratna elektromotorna sila veća od napona na terminalima, ona postaje generator i daje napon prema van. Budući da su otpor i struja u stvarnom radu mali, vrijednost povratne elektromotorne sile približno je jednaka naponu na terminalima i ograničena je nazivnom vrijednošću napona na terminalima.
3. Fizičko značenje povratne elektromotorne sile
Zamislite što bi se dogodilo da povratna elektromotorna sila ne bi postojala? Iz jednadžbe (1) možemo vidjeti da je bez povratne elektromotorne sile cijeli motor ekvivalentan čistom otporniku, odnosno uređaju koji stvara puno topline, što je suprotno pretvorbi električne energije motora u mehaničku energiju. U jednadžbi pretvorbe električne energije
,UIt je ulazna električna energija, kao što je ulazna električna energija u bateriju, motor ili transformator; I2Rt je energija gubitka topline u svakom krugu, što je vrsta energije gubitka topline, što je manja to bolje; razlika između ulazne električne energije i električne energije gubitka topline, to je korisna energija koja odgovara povratnoj elektromotornoj sili
Drugim riječima, povratna elektromotorna sila koristi se za generiranje korisne energije i obrnuto je proporcionalna gubitku topline. Što je veća energija gubitka topline, to je manja dostižna korisna energija. Objektivno govoreći, povratna elektromotorna sila troši električnu energiju u krugu, ali to nije "gubitak". Dio električne energije koji odgovara povratnoj elektromotornoj sili pretvorit će se u korisnu energiju za električnu opremu, kao što je mehanička energija motora, kemijska energija baterija itd.
Iz ovoga se vidi da veličina povratne elektromotorne sile znači sposobnost električne opreme da pretvori ukupnu ulaznu energiju u korisnu energiju, što odražava razinu sposobnosti pretvorbe električne opreme.
4. O čemu ovisi veličina povratne elektromotorne sile?
Formula za izračun povratne elektromotorne sile je:
E je elektromotorna sila zavojnice, ψ je magnetski tok, f je frekvencija, N je broj zavoja, a Φ je magnetski tok.
Na temelju gornje formule, vjerujem da svatko može navesti nekoliko čimbenika koji utječu na veličinu povratne elektromotorne sile. Evo članka koji sažima:
(1) Protivna elektromotorna sila jednaka je brzini promjene magnetskog fluksa. Što je veća brzina, veća je brzina promjene i veća je protivna elektromotorna sila.
(2) Sam magnetski tok jednak je broju zavoja pomnoženom s magnetskim tokovima jednog zavoja. Stoga, što je veći broj zavoja, to je veći magnetski tok i veća je povratna elektromotorna sila.
(3) Broj zavoja povezan je sa shemom namota, kao što je spoj zvijezda-trokut, broj zavoja po utoru, broj faza, broj zubaca, broj paralelnih grana i shema punog ili kratkog koraka.
(4) Jednozavojni magnetski tok jednak je magnetomotornoj sili podijeljenoj s magnetskim otporom. Stoga, što je veća magnetomotorna sila, to je manji magnetski otpor u smjeru magnetskog toka i veća je povratna elektromotorna sila.
(5) Magnetski otpor povezan je sa zračnim rasporom i koordinacijom polova i utora. Što je veći zračni raspor, to je veći magnetski otpor i manja povratna elektromotorna sila. Koordinacija polova i utora je složenija i zahtijeva posebnu analizu.
(6) Magnetomotorna sila povezana je s rezidualnim magnetizmom magneta i efektivnom površinom magneta. Što je veći rezidualni magnetizam, to je veća povratna elektromotorna sila. Efektivna površina povezana je sa smjerom magnetizacije, veličinom i položajem magneta te zahtijeva posebnu analizu.
(7) Preostali magnetizam povezan je s temperaturom. Što je temperatura viša, to je manja povratna elektromotorna sila.
Ukratko, čimbenici koji utječu na povratnu EMF uključuju brzinu vrtnje, broj zavoja po utoru, broj faza, broj paralelnih grana, puni i kratki korak, magnetski krug motora, duljinu zračnog raspora, usklađivanje polova i utora, preostali magnetizam magnetskog čelika, položaj i veličinu magnetskog čelika, smjer magnetizacije magnetskog čelika i temperaturu.
5. Kako odabrati veličinu povratne elektromotorne sile u dizajnu motora?
U dizajnu motora, povratna EMF E je vrlo važna. Ako je povratna EMF dobro dizajnirana (odgovarajuća veličina, nisko izobličenje valnog oblika), motor je dobar. Povratna EMF ima nekoliko glavnih učinaka na motor:
1. Veličina povratne EMF određuje slabu magnetsku točku motora, a slaba magnetska točka određuje raspodjelu karte učinkovitosti motora.
2. Brzina izobličenja valnog oblika povratne EMF sile utječe na mreškanje momenta motora i glatkoću izlaznog momenta kada motor radi.
3. Veličina povratne EMF izravno određuje koeficijent momenta motora, a koeficijent povratne EMF proporcionalan je koeficijentu momenta.
Iz toga se mogu dobiti sljedeće kontradikcije u dizajnu motora:
a. Kada je povratna EMF velika, motor može održavati visoki okretni moment pri graničnoj struji regulatora u području rada pri malim brzinama, ali ne može proizvesti okretni moment pri velikim brzinama, pa čak ni ne može postići očekivanu brzinu;
b. Kada je povratna EMF mala, motor i dalje ima izlaznu snagu u području velikih brzina, ali se moment ne može postići pri istoj struji regulatora pri malim brzinama.
6. Pozitivan utjecaj povratne EMF na motore s permanentnim magnetima.
Postojanje povratne elektromotorne sile vrlo je važno za rad motora s permanentnim magnetima. Može donijeti neke prednosti i posebne funkcije motorima:
a. Ušteda energije
Povratna EMF generirana motorima s permanentnim magnetima može smanjiti struju motora, čime se smanjuje gubitak snage, smanjuje gubitak energije i postiže cilj uštede energije.
b. Povećanje okretnog momenta
Povratna EMF je suprotna naponu napajanja. Kada se brzina motora poveća, povratna EMF se također povećava. Povratni napon će smanjiti induktivitet namota motora, što rezultira povećanjem struje. To omogućuje motoru generiranje dodatnog okretnog momenta i poboljšanje performansi snage motora.
c. Usporavanje unatrag
Nakon što motor s permanentnim magnetom izgubi snagu, zbog postojanja povratne EMF, on može nastaviti generirati magnetski tok i uzrokovati nastavak rotacije rotora, što stvara učinak povratne EMF brzine, što je vrlo korisno u nekim primjenama, kao što su alatni strojevi i druga oprema.
Ukratko, povratna EMF je neizostavan element motora s permanentnim magnetima. Donosi mnoge prednosti motorima s permanentnim magnetima i igra vrlo važnu ulogu u dizajnu i proizvodnji motora. Veličina i valni oblik povratne EMF ovise o čimbenicima kao što su dizajn, proizvodni proces i uvjeti korištenja motora s permanentnim magnetima. Veličina i valni oblik povratne EMF imaju važan utjecaj na performanse i stabilnost motora.
Anhui Mingteng tvrtka za elektromehaničku opremu s permanentnim magnetima, d.o.o. (https://www.mingtengmotor.com/)je profesionalni proizvođač sinkronih motora s permanentnim magnetima. Naš tehnički centar ima više od 40 zaposlenika u istraživanju i razvoju, podijeljenih u tri odjela: dizajn, proces i ispitivanje, specijaliziranih za istraživanje i razvoj, dizajn i inovacije procesa sinkronih motora s permanentnim magnetima. Korištenjem profesionalnog softvera za dizajn i vlastitih programa za dizajn motora s permanentnim magnetima, tijekom procesa dizajna i proizvodnje motora, pažljivo će se razmotriti veličina i valni oblik povratne elektromotorne sile prema stvarnim potrebama i specifičnim radnim uvjetima korisnika kako bi se osigurale performanse i stabilnost motora te poboljšala energetska učinkovitost motora.
Autorska prava: Ovaj članak je reprint WeChat javnog broja “电机技术及应用”, izvorna poveznica https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše tvrtke. Ako imate drugačija mišljenja ili stavove, ispravite nas!
Vrijeme objave: 20. kolovoza 2024.