Förståelse av BEMF för permanentmagnet synkronmotor

1. Hur genereras tillbaka EMF?

För en synkronmotor med permanentmagnet är dess spole fixerad på statorn (ledaren) och permanentmagneten är fixerad på rotorn (magnetfältet). När rotorn roterar kommer magnetfältet som genereras av permanentmagneten på rotorn att rotera och skäras av spolen på statorn, vilket genererar tillbaka EMF i spolen. Varför kallas det tillbaka EMF? Som namnet antyder är riktningen för den bakre EMF E motsatt riktningen för terminalspänningen U (som visas i figur 1).

Förståelse av BEMF för permanentmagnet synkronmotor插图

Figur 1

2.Vad är förhållandet mellan bakre EMF och terminalspänning?

Från figur 1 kan man se att förhållandet mellan bakre EMF och terminalspänningen under belastning är:

För test av bakre EMF testas den i allmänhet utan belastning, ingen ström och en hastighet på 1000 rpm. Generellt definieras värdet på 1000 rpm, och bakre EMF-koefficienten = genomsnittlig bakre EMF/hastighet. Den bakre EMF-koefficienten är en relativt viktig parameter för motorn. Det bör noteras här att den bakre EMF under belastning ständigt förändras innan hastigheten är stabil.

Från formel (1) kan man se att den bakre EMF under belastning är mindre än terminalspänningen. Om den bakre EMF är större än terminalspänningen blir den en generator och matar ut spänning till utsidan. Eftersom resistansen och strömmen i verkligt arbete är små, är värdet på den bakre EMF ungefär lika med terminalspänningen och begränsas av märkvärdet för terminalspänningen.

3. Den fysiska innebörden av tillbaka EMF

Föreställ dig vad som skulle hända om tillbaka EMF inte fanns? Från ekvation (1) kan vi se att utan bakre EMF är hela motorn likvärdig med ett rent motstånd, vilket blir en anordning som genererar särskilt svår värme. Detta strider mot motorns omvandling av elektrisk energi till mekanisk energi.

I ekvationen för omvandling av elektrisk energi är UIt = E_反It + ^I² Rt

UIt är den ingående elektriska energin, såsom den ingående elektriska energin till batteriet, motorn eller transformatorn; I²Rt ^är värmeförlustenergin i varje krets, vilket är en typ av värmeförlustenergi, ju mindre desto bättre; skillnaden mellan den ingående elektriska energin och den elektriska värmeförlustenergin är den del av den nyttiggjorda energin E_反It som motsvarar den mot-EMF. Med andra ord används den mot-EMF för att generera nyttig energi och är omvänt korrelerad med värmeförlusten. Ju större värmeförlustenergin är, desto mindre är den uppnåeliga nyttiggjorda energin.

Objektivt sett förbrukar den bakre EMF den elektriska energin i kretsen, men det är inte en "förlust". Den del av den elektriska energin som motsvarar den bakre EMF kommer att omvandlas till användbar energi för elektrisk utrustning, såsom motorns mekaniska energi och batteriets kemiska energi.

Av detta framgår att storleken på den bakre elektromotoriska kraften betyder den elektriska utrustningens förmåga att omvandla den totala ingående energin till användbar energi, vilket återspeglar nivån på den elektriska utrustningens omvandlingsförmåga.

4. Vad beror storleken på bakre EMF på?

Först ges beräkningsformeln för den bakre EMF:

E är spolens elektromotoriska kraft, ψ är flödet, f är frekvensen, N är antalet varv och Φ är det magnetiska flödet.

Enligt ovanstående formel kan vi känna till faktorerna som påverkar storleken på den bakre EMF:

(1) Bakre EMF är lika med förändringshastigheten för flödet. Ju högre hastighet, desto större förändringshastighet och desto större bakre EMF;

(2) Själva flödet är lika med antalet varv multiplicerat med envarvsflödet. Därför, ju högre antal varv, desto större flöde och desto större bakåt-EMK;

(3) Antalet varv är relaterat till lindningsschemat, såsom stjärn-trekantanslutning, antalet varv per slits, antalet faser, antalet tänder, antalet parallella grenar och hel- eller kort-pitch-schema;

(4) Enkelvarvsflödet är lika med den magnetomotoriska kraften dividerad med det magnetiska motståndet. Ju större magnetomotorisk kraft är, desto mindre är det magnetiska motståndet i flödesriktningen och desto större är den bakre EMF;

(5) Det magnetiska motståndet är relaterat till luftgapet och polslitskoordinationen. Ju större luftgap, desto större magnetiskt motstånd och desto mindre bakre EMF. Koordinationen av stolp-slitsar är mer komplicerad och måste analyseras i detalj;

(6) Den magnetomotoriska kraften är relaterad till magnetens restmagnetism och magnetens effektiva yta. Ju större restmagnetism, desto högre bakre EMF. Det effektiva området är relaterat till magnetiseringsriktningen, storleken och placeringen av magneten och kräver specifik analys;

(7) Remanens är också relaterad till temperatur. Ju högre temperatur, desto mindre är bakre EMF

Sammanfattningsvis inkluderar de faktorer som påverkar tillbaka EMF hastighet, antal varv per kortplats, antal faser, antal parallella grenar, fullt avstånd och kort avstånd, motormagnetisk krets, luftgapslängd, polslitsmatchning, magnetremanens, magnetplacering och magnetstorlek, magnetiseringsriktning och temperatur.

5. Hur väljer man bakre EMF i motordesign?

Vid motorkonstruktion är EMF E mycket viktig. Om den bakre EMF är väl utformad (lämplig storlek och låg vågformsdistorsionshastighet), är motorn bra.

Bakre EMF har flera huvudeffekter på motorn:

1. Bakre EMF bestämmer motorns svaga magnetiska punkt, och den svaga magnetiska punkten bestämmer fördelningen av motoreffektivitetskartan.

2. Den bakre EMF-vågformens distorsionshastighet påverkar motorns rippelvridmoment och jämnheten hos vridmomentutmatningen när motorn är igång.

3. Storleken på den bakre EMF bestämmer direkt motorns vridmomentkoefficient, och den bakre EMF-koefficienten är proportionell mot vridmomentkoefficienten. Från detta kan följande motsägelser dras i motordesign:

a. Om den bakre EMF är stor kan motorn bibehålla högt vridmoment vid styrenhetens gränsström i låghastighetsdriftområdet, men den kan inte mata ut vridmoment vid hög hastighet och kan inte ens nå den förväntade hastigheten;

b. Om den bakre EMF är liten har motorn fortfarande uteffekt i höghastighetsområdet, men vridmomentet kan inte uppnås vid samma styrström vid låg hastighet.

Därför beror utformningen av den bakre EMF-storleken på motorns faktiska behov. Till exempel, i konstruktionen av en liten motor, om det krävs att avge tillräckligt vridmoment vid låg hastighet, måste den bakre EMF utformas för att vara större.