Αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία (EMF) σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

Αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία (EMF) σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

1. Πώς παράγεται η αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία;

Η δημιουργία της αντίστροφης ηλεκτροκινητικής δύναμης είναι εύκολο να κατανοηθεί. Η αρχή είναι ότι ο αγωγός κόβει τις μαγνητικές γραμμές δύναμης. Εφόσον υπάρχει σχετική κίνηση μεταξύ των δύο, το μαγνητικό πεδίο μπορεί να είναι ακίνητο και ο αγωγός να το κόβει, ή ο αγωγός μπορεί να είναι ακίνητος και το μαγνητικό πεδίο να κινείται.

Για τους σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, τα πηνία τους είναι στερεωμένα στον στάτορα (αγωγό) και οι μόνιμοι μαγνήτες είναι στερεωμένοι στον ρότορα (μαγνητικό πεδίο). Όταν ο ρότορας περιστρέφεται, το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από τους μόνιμους μαγνήτες στον ρότορα θα περιστραφεί και θα διακοπεί από τα πηνία στον στάτορα, δημιουργώντας αντίστροφη ηλεκτροκινητική δύναμη στα πηνία. Γιατί ονομάζεται αντίστροφη ηλεκτροκινητική δύναμη; Όπως υποδηλώνει το όνομα, η κατεύθυνση της αντίστροφης ηλεκτροκινητικής δύναμης E είναι αντίθετη από την κατεύθυνση της τάσης του ακροδέκτη U (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1).

Σχήμα 1

2. Ποια είναι η σχέση μεταξύ της αντίστροφης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας και της τάσης του ακροδέκτη;

Από το Σχήμα 1 φαίνεται ότι η σχέση μεταξύ της αντίστροφης ηλεκτροκινητικής δύναμης και της τάσης του ακροδέκτη υπό φορτίο είναι:

Η δοκιμή της οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης διεξάγεται γενικά υπό συνθήκες άνευ φορτίου, χωρίς ρεύμα και με ταχύτητα 1000 στροφών ανά λεπτό. Γενικά, η τιμή των 1000 στροφών ανά λεπτό ορίζεται ως συντελεστής οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης = μέση τιμή/ταχύτητα οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης. Ο συντελεστής οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης είναι μια σημαντική παράμετρος του κινητήρα. Πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι η οπισθοηλεκτρεγερτική δύναμη υπό φορτίο αλλάζει συνεχώς πριν η ταχύτητα σταθεροποιηθεί. Από τον τύπο (1), μπορούμε να γνωρίζουμε ότι η οπισθοηλεκτρεγερτική δύναμη υπό φορτίο είναι μικρότερη από την τάση του ακροδέκτη. Εάν η οπισθοηλεκτρεγερτική δύναμη είναι μεγαλύτερη από την τάση του ακροδέκτη, γίνεται γεννήτρια και εξάγει τάση προς τα έξω. Δεδομένου ότι η αντίσταση και το ρεύμα στο πραγματικό έργο είναι μικρά, η τιμή της οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης είναι περίπου ίση με την τάση του ακροδέκτη και περιορίζεται από την ονομαστική τιμή της τάσης του ακροδέκτη.

3. Η φυσική έννοια της οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης

Φανταστείτε τι θα συνέβαινε αν δεν υπήρχε η ανάστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία (EMF); Από την εξίσωση (1), μπορούμε να δούμε ότι χωρίς την ανάστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία, ολόκληρος ο κινητήρας ισοδυναμεί με μια καθαρή αντίσταση, μετατρέποντας σε μια συσκευή που παράγει πολλή θερμότητα, η οποία είναι αντίθετη με τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας από τον κινητήρα σε μηχανική ενέργεια. Στην εξίσωση μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας,UIt είναι η ηλεκτρική ενέργεια εισόδου, όπως η ηλεκτρική ενέργεια εισόδου σε μια μπαταρία, κινητήρα ή μετασχηματιστή. I2Rt είναι η ενέργεια απώλειας θερμότητας σε κάθε κύκλωμα, η οποία είναι ένα είδος ενέργειας απώλειας θερμότητας, όσο μικρότερη τόσο το καλύτερο. Η διαφορά μεταξύ της ηλεκτρικής ενέργειας εισόδου και της ηλεκτρικής ενέργειας απώλειας θερμότητας. Είναι η χρήσιμη ενέργεια που αντιστοιχεί στην αντίστροφη ηλεκτροκινητική δύναμη.Με άλλα λόγια, η αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία (ERF) χρησιμοποιείται για την παραγωγή χρήσιμης ενέργειας και είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απώλεια θερμότητας. Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια απώλειας θερμότητας, τόσο μικρότερη είναι η εφικτή χρήσιμη ενέργεια. Αντικειμενικά μιλώντας, η αντίστροφη ηλεκτροκινητική δύναμη καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια στο κύκλωμα, αλλά δεν είναι «απώλεια». Το μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που αντιστοιχεί στην αντίστροφη ηλεκτροκινητική δύναμη θα μετατραπεί σε χρήσιμη ενέργεια για ηλεκτρικό εξοπλισμό, όπως η μηχανική ενέργεια των κινητήρων, η χημική ενέργεια των μπαταριών κ.λπ.

Από αυτό μπορεί να φανεί ότι το μέγεθος της οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης σημαίνει την ικανότητα του ηλεκτρικού εξοπλισμού να μετατρέπει τη συνολική ενέργεια εισόδου σε χρήσιμη ενέργεια, η οποία αντανακλά το επίπεδο της ικανότητας μετατροπής του ηλεκτρικού εξοπλισμού.

4. Από τι εξαρτάται το μέγεθος της αντίστροφης ηλεκτροκινητικής δύναμης;

Ο τύπος υπολογισμού της αντίστροφης ηλεκτρεγερτικής δύναμης είναι:

Το E είναι η ηλεκτρεγερτική δύναμη του πηνίου, ψ είναι η μαγνητική ροή, f είναι η συχνότητα, N είναι ο αριθμός των στροφών και Φ είναι η μαγνητική ροή.
Με βάση τον παραπάνω τύπο, πιστεύω ότι ο καθένας μπορεί πιθανώς να πει μερικούς παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος της οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης. Ακολουθεί ένα άρθρο για να το συνοψίσουμε:

(1) Η ανάστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία (ΟΗΓ) ισούται με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής. Όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός μεταβολής και τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία.

(2) Η ίδια η μαγνητική ροή ισούται με τον αριθμό των στροφών πολλαπλασιασμένο με τη μαγνητική ροή μίας στροφής. Επομένως, όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των στροφών, τόσο μεγαλύτερη είναι η μαγνητική ροή και τόσο μεγαλύτερο είναι το ανάστροφο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (EMF).

(3) Ο αριθμός των στροφών σχετίζεται με το σχήμα περιέλιξης, όπως η σύνδεση αστέρα-τριγώνου, ο αριθμός των στροφών ανά σχισμή, ο αριθμός των φάσεων, ο αριθμός των δοντιών, ο αριθμός των παράλληλων κλάδων και το σχήμα πλήρους ή βραχέος βήματος.

(4) Η μαγνητική ροή μίας στροφής ισούται με το πηλίκο της μαγνητεγερτικής δύναμης διαιρούμενης με τη μαγνητική αντίσταση. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η μαγνητεγερτική δύναμη, τόσο μικρότερη είναι η μαγνητική αντίσταση προς την κατεύθυνση της μαγνητικής ροής και τόσο μεγαλύτερο είναι το αντίστροφο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (EMF).

(5) Η μαγνητική αντίσταση σχετίζεται με το διάκενο αέρα και τον συντονισμό πόλου-σχισμής. Όσο μεγαλύτερο είναι το διάκενο αέρα, τόσο μεγαλύτερη είναι η μαγνητική αντίσταση και τόσο μικρότερο είναι το ανάστροφο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (EMF). Ο συντονισμός πόλου-σχισμής είναι πιο περίπλοκος και απαιτεί συγκεκριμένη ανάλυση.

(6) Η μαγνητεγερτική δύναμη σχετίζεται με τον υπολειπόμενο μαγνητισμό του μαγνήτη και την ενεργό περιοχή του μαγνήτη. Όσο μεγαλύτερος είναι ο υπολειπόμενος μαγνητισμός, τόσο υψηλότερο είναι το ανάστροφο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (EMF). Η ενεργός περιοχή σχετίζεται με την κατεύθυνση μαγνήτισης, το μέγεθος και την τοποθέτηση του μαγνήτη και απαιτεί συγκεκριμένη ανάλυση.

(7) Ο υπολειμματικός μαγνητισμός σχετίζεται με τη θερμοκρασία. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερο είναι το ανάστροφο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (EMF).

Συνοπτικά, οι παράγοντες που επηρεάζουν την αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία περιλαμβάνουν την ταχύτητα περιστροφής, τον αριθμό των στροφών ανά σχισμή, τον αριθμό των φάσεων, τον αριθμό των παράλληλων κλάδων, το πλήρες και το βραχύ βήμα, το μαγνητικό κύκλωμα του κινητήρα, το μήκος του διακένου αέρα, την αντιστοίχιση πόλου-σχισμής, τον υπολειμματικό μαγνητισμό του μαγνητικού χάλυβα, την τοποθέτηση και το μέγεθος του μαγνητικού χάλυβα, την κατεύθυνση μαγνήτισης του μαγνητικού χάλυβα και τη θερμοκρασία.

5. Πώς να επιλέξετε το μέγεθος της αντίστροφης ηλεκτροκινητικής δύναμης στο σχεδιασμό κινητήρα;

Στο σχεδιασμό κινητήρων, η οπισθοηλεκτρομαγνητική πεδία (ΕΗ) είναι πολύ σημαντική. Εάν η οπισθοηλεκτρομαγνητική πεδία (ΕΗ) είναι καλά σχεδιασμένη (κατάλληλο μέγεθος, χαμηλή παραμόρφωση κυματομορφής), ο κινητήρας είναι καλός. Η οπισθοηλεκτρομαγνητική πεδία έχει αρκετές σημαντικές επιπτώσεις στον κινητήρα:

1. Το μέγεθος της ανάστροφης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας καθορίζει το ασθενές μαγνητικό σημείο του κινητήρα και το ασθενές μαγνητικό σημείο καθορίζει την κατανομή του χάρτη απόδοσης του κινητήρα.
2. Ο ρυθμός παραμόρφωσης της κυματομορφής ανάστροφης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας επηρεάζει τη ροπή κυματισμού του κινητήρα και την ομαλότητα της εξόδου ροπής όταν ο κινητήρας λειτουργεί.
3. Το μέγεθος της οπισθοηλεκτρεγερτικής πεδιακής δύναμης (back EMF) καθορίζει άμεσα τον συντελεστή ροπής του κινητήρα και ο συντελεστής οπισθοηλεκτρεγερτικής πεδιακής δύναμης είναι ανάλογος με τον συντελεστή ροπής.
Από αυτό, μπορούν να προκύψουν οι ακόλουθες αντιφάσεις στο σχεδιασμό κινητήρων:
α. Όταν η αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία είναι μεγάλη, ο κινητήρας μπορεί να διατηρήσει υψηλή ροπή στο οριακό ρεύμα του ελεγκτή στην περιοχή λειτουργίας χαμηλής ταχύτητας, αλλά δεν μπορεί να παράγει ροπή σε υψηλή ταχύτητα και δεν μπορεί καν να φτάσει την αναμενόμενη ταχύτητα.
β. Όταν η ανάστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία είναι μικρή, ο κινητήρας εξακολουθεί να έχει χωρητικότητα εξόδου στην περιοχή υψηλής ταχύτητας, αλλά η ροπή δεν μπορεί να επιτευχθεί με το ίδιο ρεύμα ελεγκτή σε χαμηλή ταχύτητα.

6. Η θετική επίδραση της αντίστροφης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας (back EMF) σε κινητήρες μόνιμου μαγνήτη.

Η ύπαρξη αντίστροφης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας (back EMF) είναι πολύ σημαντική για τη λειτουργία των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη. Μπορεί να προσφέρει ορισμένα πλεονεκτήματα και ειδικές λειτουργίες στους κινητήρες:
α. Εξοικονόμηση ενέργειας
Το αντίστροφο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (EMF) που παράγεται από κινητήρες μόνιμου μαγνήτη μπορεί να μειώσει το ρεύμα του κινητήρα, μειώνοντας έτσι την απώλεια ισχύος, μειώνοντας την απώλεια ενέργειας και επιτυγχάνοντας τον σκοπό της εξοικονόμησης ενέργειας.
β. Αύξηση ροπής
Η αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία (EMF) είναι αντίθετη από την τάση τροφοδοσίας. Όταν αυξάνεται η ταχύτητα του κινητήρα, αυξάνεται και η αντίστροφη ηλεκτρομαγνητική πεδία. Η αντίστροφη τάση θα μειώσει την επαγωγή της περιέλιξης του κινητήρα, με αποτέλεσμα την αύξηση του ρεύματος. Αυτό επιτρέπει στον κινητήρα να παράγει πρόσθετη ροπή και να βελτιώνει την απόδοση ισχύος του.
γ. Επιβράδυνση αντίστροφα
Αφού ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη χάσει την ισχύ του, λόγω της ύπαρξης αντίστροφης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας (back EMF), μπορεί να συνεχίσει να παράγει μαγνητική ροή και να κάνει τον ρότορα να συνεχίσει να περιστρέφεται, γεγονός που σχηματίζει το αποτέλεσμα της αντίστροφης ταχύτητας της αντίστροφης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας, η οποία είναι πολύ χρήσιμη σε ορισμένες εφαρμογές, όπως εργαλειομηχανές και άλλος εξοπλισμός.

Εν ολίγοις, η οπισθοηλεκτρομαγνητική πεδία (back EMF) είναι ένα απαραίτητο στοιχείο των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη. Προσφέρει πολλά οφέλη στους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στο σχεδιασμό και την κατασκευή των κινητήρων. Το μέγεθος και η κυματομορφή της οπισθοηλεκτρομαγνητικής πεδίας εξαρτώνται από παράγοντες όπως ο σχεδιασμός, η διαδικασία κατασκευής και οι συνθήκες χρήσης του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη. Το μέγεθος και η κυματομορφή της οπισθοηλεκτρομαγνητικής πεδίας έχουν σημαντική επίδραση στην απόδοση και τη σταθερότητα του κινητήρα.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)είναι επαγγελματίας κατασκευαστής σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη. Το τεχνικό μας κέντρο διαθέτει περισσότερα από 40 άτομα προσωπικό Έρευνας και Ανάπτυξης, χωρισμένα σε τρία τμήματα: σχεδιασμού, επεξεργασίας και δοκιμών, με εξειδίκευση στην έρευνα και ανάπτυξη, το σχεδιασμό και την καινοτομία των διαδικασιών σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη. Χρησιμοποιώντας επαγγελματικό λογισμικό σχεδιασμού και ειδικά προγράμματα σχεδιασμού κινητήρων μόνιμου μαγνήτη που έχουν αναπτυχθεί από εμάς, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σχεδιασμού και κατασκευής του κινητήρα, το μέγεθος και η κυματομορφή της οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης θα λαμβάνονται προσεκτικά υπόψη σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες και τις συγκεκριμένες συνθήκες εργασίας του χρήστη, για να διασφαλιστεί η απόδοση και η σταθερότητα του κινητήρα και να βελτιωθεί η ενεργειακή του απόδοση.

Πνευματικά δικαιώματα: Αυτό το άρθρο είναι αναδημοσίευση του δημόσιου αριθμού WeChat "电机技术及应用", του αρχικού συνδέσμου https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw

Αυτό το άρθρο δεν αντιπροσωπεύει τις απόψεις της εταιρείας μας. Εάν έχετε διαφορετικές γνώμες ή απόψεις, παρακαλούμε διορθώστε μας!