EMF ด้านหลังของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

EMF ด้านหลังของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

1. EMF ย้อนกลับเกิดขึ้นได้อย่างไร?

การสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังนั้นง่ายต่อการเข้าใจ หลักการคือตัวนำจะตัดเส้นแรงแม่เหล็ก ตราบใดที่ยังมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างทั้งสอง สนามแม่เหล็กสามารถอยู่กับที่และตัวนำตัดมัน หรือตัวนำสามารถอยู่กับที่และสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่

สำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ขดลวดของพวกมันจะยึดอยู่กับสเตเตอร์ (ตัวนำ) และแม่เหล็กถาวรจะยึดอยู่กับโรเตอร์ (สนามแม่เหล็ก) เมื่อโรเตอร์หมุน สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์จะหมุน และจะถูกตัดโดยขดลวดบนสเตเตอร์ ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับในขดลวด เหตุใดจึงเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ ตามชื่อที่แนะนำ ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลัง E อยู่ตรงข้ามกับทิศทางของแรงดันเทอร์มินัล U (ดังแสดงในรูปที่ 1)

รูปที่ 1

2.ความสัมพันธ์ระหว่าง EMF ด้านหลังและแรงดันเทอร์มินัลคืออะไร?

จะเห็นได้จากรูปที่ 1 ว่าความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังและแรงดันเทอร์มินัลภายใต้โหลดคือ:

โดยทั่วไปการทดสอบแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังจะดำเนินการภายใต้สภาวะไม่มีโหลด โดยไม่มีกระแสไฟฟ้า และที่ความเร็ว 1,000 รอบต่อนาที โดยทั่วไป ค่า 1,000 รอบต่อนาทีถูกกำหนดให้เป็นสัมประสิทธิ์ back-EMF = ค่าเฉลี่ย/ความเร็ว back-EMF ค่าสัมประสิทธิ์ Back-EMF เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของมอเตอร์ ควรสังเกตไว้ที่นี่ว่า back-EMF ภายใต้โหลดจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาก่อนที่ความเร็วจะคงที่ จากสูตร (1) เราจะรู้ได้ว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังภายใต้โหลดมีค่าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินัล หากแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังมีขนาดใหญ่กว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อ จะกลายเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและจ่ายแรงดันไฟฟ้าออกสู่ภายนอก เนื่องจากความต้านทานและกระแสในการทำงานจริงมีค่าน้อย ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังจึงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อโดยประมาณ และถูกจำกัดด้วยค่าพิกัดของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อ

3. ความหมายทางกายภาพของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลัง

ลองนึกภาพว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากไม่มี EMF ด้านหลัง? จากสมการ (1) เราจะเห็นได้ว่าหากไม่มี EMF ด้านหลัง มอเตอร์ทั้งหมดจะเทียบเท่ากับตัวต้านทานบริสุทธิ์ กลายเป็นอุปกรณ์ที่สร้างความร้อนได้มาก ซึ่งตรงกันข้ามกับการแปลงพลังงานไฟฟ้าของมอเตอร์เป็นพลังงานกลใน สมการการแปลงพลังงานไฟฟ้า,UIt คือพลังงานไฟฟ้าที่ป้อน เช่น พลังงานไฟฟ้าที่ป้อนให้กับแบตเตอรี่ มอเตอร์ หรือหม้อแปลงไฟฟ้า I2Rt คือพลังงานสูญเสียความร้อนในแต่ละวงจร ซึ่งเป็นพลังงานสูญเสียความร้อนชนิดหนึ่ง ยิ่งน้อยก็ยิ่งดี ความแตกต่างระหว่างพลังงานไฟฟ้าอินพุตและพลังงานไฟฟ้าที่สูญเสียความร้อนเป็นพลังงานที่มีประโยชน์ซึ่งสอดคล้องกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังกล่าวอีกนัยหนึ่ง Back EMF ใช้เพื่อสร้างพลังงานที่มีประโยชน์และมีความสัมพันธ์แบบผกผันกับการสูญเสียความร้อน ยิ่งพลังงานสูญเสียความร้อนมากเท่าไร พลังงานที่มีประโยชน์ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น พูดตามตรงแล้ว แรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังจะใช้พลังงานไฟฟ้าในวงจร แต่ก็ไม่ใช่ "การสูญเสีย" พลังงานไฟฟ้าส่วนหนึ่งที่สอดคล้องกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังจะถูกแปลงเป็นพลังงานที่มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น พลังงานกลของมอเตอร์ พลังงานเคมีของแบตเตอรี่ เป็นต้น

จากนี้จะเห็นได้ว่าขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังหมายถึงความสามารถของอุปกรณ์ไฟฟ้าในการแปลงพลังงานอินพุตทั้งหมดให้เป็นพลังงานที่มีประโยชน์ ซึ่งสะท้อนถึงระดับความสามารถในการแปลงสภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า

4. ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังขึ้นอยู่กับเท่าใด?

สูตรการคำนวณแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังคือ:

E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าของขดลวด ψ คือฟลักซ์แม่เหล็ก f คือความถี่ N คือจำนวนรอบ และ Φ คือฟลักซ์แม่เหล็ก
จากสูตรข้างต้น ฉันเชื่อว่าทุกคนอาจพูดถึงปัจจัยบางประการที่ส่งผลต่อขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังได้ นี่คือบทความที่จะสรุป:

(1) Back EMF เท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ยิ่งความเร็วสูง อัตราการเปลี่ยนแปลงก็จะยิ่งมากขึ้น และ EMF ด้านหลังก็จะยิ่งมากขึ้น

(2) ฟลักซ์แม่เหล็กเองจะเท่ากับจำนวนรอบคูณด้วยฟลักซ์แม่เหล็กแบบรอบเดียว ดังนั้น ยิ่งจำนวนรอบสูง ฟลักซ์แม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้น และ EMF ด้านหลังก็จะยิ่งมากขึ้น

(3) จำนวนรอบสัมพันธ์กับโครงร่างการพันของขดลวด เช่น การเชื่อมต่อแบบสตาร์-เดลต้า จำนวนรอบต่อช่อง จำนวนเฟส จำนวนฟัน จำนวนกิ่งขนาน และโครงร่างระยะพิทช์เต็มหรือระยะสั้น

(4) ฟลักซ์แม่เหล็กแบบหมุนรอบเดียวเท่ากับแรงแม่เหล็กหารด้วยความต้านทานแม่เหล็ก ดังนั้น ยิ่งแรงแม่เหล็กเคลื่อนตัวมาก ความต้านทานแม่เหล็กในทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กก็จะยิ่งน้อยลงและ EMF ด้านหลังก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

(5) ความต้านทานแม่เหล็กสัมพันธ์กับช่องว่างอากาศและการประสานระหว่างช่องขั้วและช่อง ยิ่งช่องว่างอากาศมีขนาดใหญ่ ความต้านทานแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้น และ EMF ด้านหลังก็จะยิ่งน้อยลง การประสานงานระหว่างช่องเสามีความซับซ้อนมากขึ้นและต้องมีการวิเคราะห์เฉพาะ

(6) แรงแม่เหล็กสัมพันธ์กับแรงแม่เหล็กที่เหลือของแม่เหล็กและพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของแม่เหล็ก ยิ่งสนามแม่เหล็กตกค้างมากเท่าใด EMF ด้านหลังก็จะยิ่งสูงขึ้น พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพเกี่ยวข้องกับทิศทางแม่เหล็ก ขนาด และตำแหน่งของแม่เหล็ก และต้องมีการวิเคราะห์เฉพาะ

(7) แม่เหล็กตกค้างเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ ยิ่งอุณหภูมิสูง EMF ด้านหลังก็จะยิ่งน้อยลง

โดยสรุป ปัจจัยที่ส่งผลต่อ EMF ด้านหลัง ได้แก่ ความเร็วในการหมุน จำนวนรอบต่อช่อง จำนวนเฟส จำนวนกิ่งขนาน ช่วงพิทช์เต็มและพิทช์สั้น วงจรแม่เหล็กของมอเตอร์ ความยาวช่องว่างอากาศ การจับคู่ขั้ว-ช่อง แม่เหล็กที่เหลือจากเหล็กแม่เหล็ก , ตำแหน่งและขนาดของเหล็กแม่เหล็ก ทิศทางการทำให้เหล็กแม่เหล็กเป็นแม่เหล็ก และอุณหภูมิ

5. จะเลือกขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังในการออกแบบมอเตอร์ได้อย่างไร?

ในการออกแบบมอเตอร์ EMF E ด้านหลังมีความสำคัญมาก หาก EMF ด้านหลังได้รับการออกแบบมาอย่างดี (ขนาดที่เหมาะสม ความบิดเบี้ยวของรูปคลื่นต่ำ) มอเตอร์ก็จะดี EMF ด้านหลังมีผลกระทบสำคัญหลายประการต่อมอเตอร์:

1. ขนาดของ EMF ด้านหลังจะกำหนดจุดแม่เหล็กอ่อนของมอเตอร์ และจุดแม่เหล็กอ่อนจะกำหนดการกระจายของแผนที่ประสิทธิภาพของมอเตอร์
2. อัตราการบิดเบือนของรูปคลื่น EMF ด้านหลังส่งผลต่อแรงบิดกระเพื่อมของมอเตอร์และความเรียบของแรงบิดเอาท์พุตเมื่อมอเตอร์กำลังทำงาน
3. ขนาดของ EMF ด้านหลังจะกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงบิดของมอเตอร์โดยตรง และค่าสัมประสิทธิ์ EMF ด้านหลังจะเป็นสัดส่วนกับค่าสัมประสิทธิ์แรงบิด
จากนี้สามารถรับข้อขัดแย้งในการออกแบบมอเตอร์ดังต่อไปนี้:
ก. เมื่อ EMF ด้านหลังมีขนาดใหญ่ มอเตอร์สามารถรักษาแรงบิดสูงที่กระแสจำกัดของตัวควบคุมในพื้นที่การทำงานที่ความเร็วต่ำ แต่ไม่สามารถส่งแรงบิดเอาต์พุตที่ความเร็วสูงได้ และแม้กระทั่งไม่สามารถเข้าถึงความเร็วที่คาดหวังได้
ข. เมื่อ EMF ด้านหลังมีขนาดเล็ก มอเตอร์ยังคงมีกำลังเอาต์พุตในพื้นที่ความเร็วสูง แต่ไม่สามารถบรรลุแรงบิดที่กระแสคอนโทรลเลอร์เดียวกันที่ความเร็วต่ำได้

6. ผลกระทบเชิงบวกของ EMF ด้านหลังต่อมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

การมีอยู่ของ back EMF มีความสำคัญมากสำหรับการทำงานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร มันสามารถนำข้อดีและฟังก์ชั่นพิเศษมาสู่มอเตอร์:
ก. ประหยัดพลังงาน
EMF ด้านหลังที่สร้างโดยมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถลดกระแสของมอเตอร์ได้ จึงช่วยลดการสูญเสียพลังงาน ลดการสูญเสียพลังงาน และบรรลุวัตถุประสงค์ของการประหยัดพลังงาน
ข. เพิ่มแรงบิด
EMF ด้านหลังอยู่ตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ เมื่อความเร็วของมอเตอร์เพิ่มขึ้น EMF ด้านหลังก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน แรงดันย้อนกลับจะลดการเหนี่ยวนำของขดลวดมอเตอร์ ส่งผลให้กระแสเพิ่มขึ้น ช่วยให้มอเตอร์สร้างแรงบิดเพิ่มเติมและปรับปรุงประสิทธิภาพกำลังของมอเตอร์
ค. การชะลอความเร็วแบบย้อนกลับ
หลังจากที่มอเตอร์แม่เหล็กถาวรสูญเสียพลังงาน เนื่องจากมี back EMF อยู่ ก็สามารถสร้างฟลักซ์แม่เหล็กต่อไปได้ และทำให้โรเตอร์หมุนต่อไป ซึ่งก่อให้เกิดผลกระทบของความเร็วย้อนกลับ EMF ด้านหลัง ซึ่งมีประโยชน์มากในการใช้งานบางอย่าง เช่น เป็นเครื่องมือเครื่องจักรและอุปกรณ์อื่นๆ

กล่าวโดยสรุป EMF ด้านหลังเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร มันนำประโยชน์มากมายมาสู่มอเตอร์แม่เหล็กถาวร และมีบทบาทสำคัญในการออกแบบและการผลิตมอเตอร์ ขนาดและรูปคลื่นของ EMF ด้านหลังขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น การออกแบบ กระบวนการผลิต และสภาพการใช้งานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ขนาดและรูปคลื่นของ EMF ด้านหลังมีอิทธิพลสำคัญต่อประสิทธิภาพและความเสถียรของมอเตอร์

มณฑลอานฮุย Mingteng แม่เหล็กถาวรอุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้า Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)เป็นผู้ผลิตมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรระดับมืออาชีพ ศูนย์เทคนิคของเรามีบุคลากรด้าน R&D มากกว่า 40 คน แบ่งออกเป็นสามแผนก: การออกแบบ กระบวนการ และการทดสอบ โดยเชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนา การออกแบบ และนวัตกรรมกระบวนการของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร การใช้ซอฟต์แวร์การออกแบบระดับมืออาชีพและโปรแกรมการออกแบบพิเศษของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่พัฒนาขึ้นเอง ในระหว่างการออกแบบมอเตอร์และกระบวนการผลิต ขนาดและรูปคลื่นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังจะได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบตามความต้องการที่แท้จริงและสภาพการทำงานเฉพาะของผู้ใช้เพื่อให้แน่ใจว่า ประสิทธิภาพและความเสถียรของมอเตอร์และปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของมอเตอร์

ลิขสิทธิ์: บทความนี้เป็นการพิมพ์ซ้ำหมายเลขสาธารณะ WeChat “电机技术及应用” ซึ่งเป็นลิงก์ต้นฉบับ https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw

บทความนี้ไม่ได้นำเสนอความคิดเห็นของบริษัทเรา หากคุณมีความคิดเห็นหรือมุมมองที่แตกต่าง โปรดแก้ไขเรา!