Povratna EMF sinhronog motora sa permanentnim magnetima
1. Kako se generira povratna EMF?
Generisanje povratne elektromotorne sile je lako razumjeti. Princip je da provodnik presijeca magnetske linije sile. Sve dok postoji relativno kretanje između njih, magnetsko polje može biti stacionarno, a provodnik ga presijeca, ili provodnik može biti stacionaran, a magnetsko polje se kreće.
Kod sinhronih motora sa permanentnim magnetima, njihove zavojnice su fiksirane na statoru (provodniku), a permanentni magneti su fiksirani na rotoru (magnetno polje). Kada se rotor okreće, magnetno polje koje generišu permanentni magneti na rotoru će se rotirati i biće presječeno zavojnicama na statoru, generišući povratnu elektromotornu silu u zavojnicama. Zašto se to naziva povratna elektromotorna sila? Kao što ime sugeriše, 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 EMF i napona na terminalu?
Iz Slike 1 se može vidjeti da je odnos između povratne elektromotorne sile i napona na terminalu pod opterećenjem:
Ispitivanje povratne elektromotorne sile se obično provodi u stanju bez opterećenja, 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 je važan 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 je približno jednaka naponu na terminalima i ograničena je nazivnom vrijednošću napona na terminalima.
3. Fizičko značenje povratne elektromotorne sile
Zamislite šta bi se desilo da povratna EMS ne postoji? Iz jednačine (1) možemo vidjeti da je bez povratne EMS cijeli motor ekvivalentan čistom otporniku, postajući uređaj koji generira mnogo topline, što je suprotno pretvorbi električne energije motora u mehaničku energiju. U jednačini pretvorbe električne energije
,UIt je ulazna električna energija, kao što je ulazna električna energija za bateriju, motor ili transformator; I2Rt je energija gubitka toplote u svakom kolu, što je vrsta energije gubitka toplote, što je manja to bolje; razlika između ulazne električne energije i električne energije gubitka toplote, to je korisna energija koja odgovara povratnoj elektromotornoj sili
Drugim riječima, povratna elektromotorna sila se koristi 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 kolu, ali to nije "gubitak". Dio električne energije koji odgovara povratnoj elektromotornoj sili bit će pretvoren u korisnu energiju za električnu opremu, kao što je mehanička energija motora, hemijska energija baterija itd.
Iz ovoga se može vidjeti da veličina povratne elektromotorne sile označava sposobnost električne opreme da pretvori ukupnu ulaznu energiju u korisnu energiju, što odražava nivo sposobnosti konverzije električne opreme.
4. Od čega zavisi veličina povratne elektromotorne sile?
Formula za izračunavanje povratne elektromotorne sile je:
E je elektromotorna sila zavojnice, ψ je magnetski fluks, f je frekvencija, N je broj namotaja, a Φ je magnetski fluks.
Na osnovu gornje formule, vjerujem da svako može navesti nekoliko faktora koji utiču na veličinu povratne elektromotorne sile. Evo članka koji to sažima:
(1) Povratna EMS jednaka je brzini promjene magnetskog fluksa. Što je veća brzina, veća je brzina promjene i veća je povratna EMS.
(2) Sam magnetski fluks jednak je broju namotaja pomnoženom s magnetskim fluksom jednog namotaja. Stoga, što je veći broj namotaja, veći je magnetski fluks i veća je povratna EMF.
(3) Broj namotaja je povezan sa shemom namotavanja, kao što su zvijezda-trougao spoj, broj namotaja po utoru, broj faza, broj zubaca, broj paralelnih grana i shema punog ili kratkog koraka.
(4) Jednostruki magnetski fluks jednak je magnetomotornoj sili podijeljenoj s magnetskim otporom. Stoga, što je veća magnetomotorna sila, manji je magnetski otpor u smjeru magnetskog fluksa i veća je povratna elektromotorna sila.
(5) Magnetni otpor je povezan sa zračnim rasporom i koordinacijom polova i utora. Što je veći zračni raspor, to je veći magnetni otpor i manja povratna elektromotorna sila. Koordinacija polova i utora je složenija i zahtijeva posebnu analizu.
(6) Magnetomotorna sila je povezana sa rezidualnim magnetizmom magneta i efektivnom površinom magneta. Što je veći rezidualni magnetizam, to je veća povratna elektromotorna sila. Efektivna površina je povezana sa smjerom magnetizacije, veličinom i položajem magneta i zahtijeva posebnu analizu.
(7) Preostali magnetizam je povezan s temperaturom. Što je temperatura viša, to je manja povratna EMF.
Ukratko, faktori koji utiču na povratnu EMF uključuju brzinu rotacije, broj zavoja po utoru, broj faza, broj paralelnih grana, puni i kratki korak, magnetski krug motora, dužinu 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 EMS je veoma važna. Ako je povratna EMS dobro dizajnirana (odgovarajuća veličina, nisko izobličenje talasnog oblika), motor je dobar. Povratna EMS ima nekoliko glavnih uticaja na motor:
1. Veličina povratne EMF određuje slabu magnetsku tačku motora, a slaba magnetska tačka određuje distribuciju mape efikasnosti motora.
2. Stopa izobličenja povratnog EMF talasnog oblika utiče na moment mreškanja motora i glatkoću izlaznog momenta kada motor radi.
3. Veličina povratne EMF direktno određuje koeficijent obrtnog momenta motora, a koeficijent povratne EMF je proporcionalan koeficijentu obrtnog momenta.
Iz ovoga se mogu dobiti sljedeće kontradikcije u dizajnu motora:
a. Kada je povratna EMF velika, motor može održavati visoki obrtni moment pri graničnoj struji regulatora u području rada pri malim brzinama, ali ne može proizvesti obrtni moment pri velikim brzinama, pa čak ni ne može dostići očekivanu brzinu;
b. Kada je povratna EMF mala, motor i dalje ima izlazni kapacitet u području velikih brzina, ali se obrtni moment ne može postići pri istoj struji regulatora pri malim brzinama.
6. Pozitivan utjecaj povratne EMF na motore s permanentnim magnetima.
Postojanje povratne EMF je veoma važno za rad motora sa permanentnim magnetima. Može donijeti neke prednosti i posebne funkcije motorima:
a. Ušteda energije
Povratna EMF koju generiraju motori sa permanentnim magnetima može smanjiti struju motora, čime se smanjuje gubitak snage, smanjuje gubitak energije i postiže cilj uštede energije.
b. Povećati obrtni moment
Povratna EMF je suprotna naponu napajanja. Kada se brzina motora poveća, povratna EMF se također povećava. Povratni napon će smanjiti induktivnost namotaja motora, što će rezultirati povećanjem struje. To omogućava motoru da generira dodatni obrtni moment i poboljša performanse snage motora.
c. Usporavanje unazad
Nakon što motor sa permanentnim magnetima izgubi snagu, zbog postojanja povratne EMF, on može nastaviti generirati magnetski fluks i uzrokovati da se rotor nastavi okretati, što stvara efekat povratne EMF brzine unatrag, što je vrlo korisno u nekim primjenama, kao što su alatni strojevi i druga oprema.
Ukratko, povratna EMS je neizostavan element motora sa permanentnim magnetima. Donosi mnoge prednosti motorima sa permanentnim magnetima i igra veoma važnu ulogu u dizajnu i proizvodnji motora. Veličina i talasni oblik povratne EMS zavise od faktora kao što su dizajn, proizvodni proces i uslovi upotrebe motora sa permanentnim magnetima. Veličina i talasni oblik povratne EMS imaju važan uticaj na performanse i stabilnost motora.
Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)je profesionalni proizvođač sinhronih motora sa permanentnim magnetima. Naš tehnički centar ima više od 40 zaposlenih u istraživanju i razvoju, podijeljenih u tri odjela: dizajn, proces i testiranje, specijaliziranih za istraživanje i razvoj, dizajn i inovacije procesa sinhronih motora sa permanentnim magnetima. Korištenjem profesionalnog softvera za dizajn i samostalno razvijenih specijalnih programa za dizajn motora sa permanentnim magnetima, tokom procesa dizajna i proizvodnje motora, veličina i talasni oblik povratne elektromotorne sile će se pažljivo razmotriti u skladu sa stvarnim potrebama i specifičnim radnim uslovima korisnika kako bi se osigurale performanse i stabilnost motora i poboljšala energetska efikasnost motora.
Autorska prava: Ovaj članak je reprint WeChat javnog broja “电机技术及应用”, originalni link https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše kompanije. Ako imate drugačija mišljenja ili stavove, molimo vas da nas ispravite!
Vrijeme objave: 20. avg. 2024.