ค่า EMF ย้อนกลับของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

ค่า EMF ย้อนกลับของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลับเกิดขึ้นได้อย่างไร?

การสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับนั้นเข้าใจได้ง่าย หลักการคือตัวนำจะตัดเส้นแรงแม่เหล็ก ตราบใดที่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างทั้งสอง สนามแม่เหล็กก็สามารถอยู่นิ่งได้และตัวนำจะตัดมัน หรือตัวนำอาจจะอยู่นิ่งและสนามแม่เหล็กก็จะเคลื่อนที่

สำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ขดลวดของมอเตอร์จะยึดติดกับสเตเตอร์ (ตัวนำ) และแม่เหล็กถาวรจะยึดติดกับโรเตอร์ (สนามแม่เหล็ก) เมื่อโรเตอร์หมุน สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์จะหมุน และจะถูกตัดโดยขดลวดบนสเตเตอร์ ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับในขดลวด เหตุใดจึงเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ ตามชื่อ ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ E จะตรงข้ามกับทิศทางของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว U (ดังแสดงในรูปที่ 1)

รูปที่ 1

2.ความสัมพันธ์ระหว่างค่า EMF ย้อนกลับและแรงดันไฟที่ขั้วคืออะไร

จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับและแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วภายใต้โหลดมีดังนี้

การทดสอบแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับนั้นโดยทั่วไปจะดำเนินการภายใต้สภาวะที่ไม่มีโหลด ไม่มีกระแสไฟฟ้า และที่ความเร็ว 1,000 รอบต่อนาที โดยทั่วไป ค่า 1,000 รอบต่อนาทีจะถูกกำหนดเป็นค่าสัมประสิทธิ์แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ = ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับเฉลี่ย/ความเร็ว ค่าสัมประสิทธิ์แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของมอเตอร์ ควรสังเกตว่าค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับภายใต้โหลดจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ก่อนที่ความเร็วจะคงที่ จากสูตร (1) เราสามารถทราบได้ว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับภายใต้โหลดนั้นมีขนาดเล็กกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว หากแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับมีขนาดใหญ่กว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว ก็จะกลายเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและส่งแรงดันไฟฟ้าออกสู่ภายนอก เนื่องจากความต้านทานและกระแสไฟฟ้าในการทำงานจริงนั้นมีขนาดเล็ก ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับจึงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วโดยประมาณ และถูกจำกัดด้วยค่าพิกัดของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว

3. ความหมายทางกายภาพของแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ

ลองนึกภาพว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากไม่มี EMF ย้อนกลับ จากสมการ (1) เราจะเห็นได้ว่าหากไม่มี EMF ย้อนกลับ มอเตอร์ทั้งหมดจะเทียบเท่ากับตัวต้านทานล้วนๆ โดยกลายเป็นอุปกรณ์ที่สร้างความร้อนจำนวนมาก ซึ่งขัดแย้งกับการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลของมอเตอร์ ในสมการการแปลงพลังงานไฟฟ้า,UIt คือพลังงานไฟฟ้าอินพุต เช่น พลังงานไฟฟ้าอินพุตของแบตเตอรี่ มอเตอร์ หรือหม้อแปลงไฟฟ้า; I2Rt คือพลังงานสูญเสียความร้อนในแต่ละวงจร ซึ่งเป็นพลังงานสูญเสียความร้อนชนิดหนึ่ง ยิ่งน้อยยิ่งดี; ความแตกต่างระหว่างพลังงานไฟฟ้าอินพุตและพลังงานไฟฟ้าสูญเสียความร้อน;UIt คือพลังงานที่มีประโยชน์ซึ่งสอดคล้องกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับกล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับใช้เพื่อสร้างพลังงานที่มีประโยชน์และสัมพันธ์แบบผกผันกับการสูญเสียความร้อน ยิ่งพลังงานความร้อนสูญเสียมากเท่าใด พลังงานที่มีประโยชน์ที่สามารถทำได้ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น เมื่อพูดอย่างเป็นกลาง แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับใช้พลังงานไฟฟ้าในวงจร แต่ไม่ใช่ "การสูญเสีย" ส่วนหนึ่งของพลังงานไฟฟ้าที่สอดคล้องกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับจะถูกแปลงเป็นพลังงานที่มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น พลังงานกลของมอเตอร์ พลังงานเคมีของแบตเตอรี่ เป็นต้น

จะเห็นได้ว่าขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับหมายถึงความสามารถของอุปกรณ์ไฟฟ้าในการแปลงพลังงานอินพุตทั้งหมดให้เป็นพลังงานที่มีประโยชน์ ซึ่งสะท้อนถึงระดับความสามารถในการแปลงของอุปกรณ์ไฟฟ้า

4. ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับขึ้นอยู่กับอะไร

สูตรการคำนวณแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับคือ:

E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าของขดลวด ψ คือฟลักซ์แม่เหล็ก f คือความถี่ N คือจำนวนรอบ และ Φ คือฟลักซ์แม่เหล็ก
จากสูตรข้างต้น ผมเชื่อว่าทุกคนคงสามารถบอกปัจจัยบางประการที่ส่งผลต่อขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับได้ ต่อไปนี้คือบทความสรุป:

(1) ค่า EMF ย้อนกลับเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ยิ่งความเร็วสูงขึ้น อัตราการเปลี่ยนแปลงก็จะยิ่งมากขึ้น และค่า EMF ย้อนกลับก็จะยิ่งมากขึ้น

(2) ฟลักซ์แม่เหล็กนั้นเท่ากับจำนวนรอบคูณด้วยฟลักซ์แม่เหล็กรอบเดียว ดังนั้น ยิ่งจำนวนรอบมากขึ้น ฟลักซ์แม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นและค่า EMF ย้อนกลับก็จะยิ่งมากขึ้น

(3) จำนวนรอบสัมพันธ์กับรูปแบบการพัน เช่น การเชื่อมต่อแบบสตาร์-เดลต้า จำนวนรอบต่อช่อง จำนวนเฟส จำนวนฟัน จำนวนสาขาขนาน และรูปแบบระยะพิทช์เต็มหรือระยะพิทช์สั้น

(4) ฟลักซ์แม่เหล็กแบบรอบเดียวมีค่าเท่ากับแรงเคลื่อนแม่เหล็กหารด้วยความต้านทานแม่เหล็ก ดังนั้น ยิ่งแรงเคลื่อนแม่เหล็กมากขึ้น ความต้านทานแม่เหล็กในทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กก็จะยิ่งน้อยลง และแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับก็จะยิ่งมากขึ้น

(5) ความต้านทานแม่เหล็กสัมพันธ์กับช่องว่างอากาศและการประสานงานระหว่างขั้วและช่อง ยิ่งช่องว่างอากาศมีขนาดใหญ่ ความต้านทานแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้น และค่า EMF ด้านหลังก็จะเล็กลง การประสานงานระหว่างขั้วและช่องมีความซับซ้อนมากขึ้นและต้องมีการวิเคราะห์เฉพาะ

(6) แรงเคลื่อนแม่เหล็กสัมพันธ์กับแม่เหล็กตกค้างของแม่เหล็กและพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของแม่เหล็ก ยิ่งแม่เหล็กตกค้างมากเท่าใด EMF ด้านหลังก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพสัมพันธ์กับทิศทางการสร้างแม่เหล็ก ขนาด และตำแหน่งของแม่เหล็ก และต้องมีการวิเคราะห์เฉพาะเจาะจง

(7) แม่เหล็กตกค้างมีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น ค่า EMF ด้านหลังก็จะยิ่งน้อยลง

โดยสรุป ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ ได้แก่ ความเร็วในการหมุน จำนวนรอบต่อช่อง จำนวนเฟส จำนวนสาขาขนาน ระยะพิทช์เต็มและระยะพิทช์สั้น วงจรแม่เหล็กมอเตอร์ ความยาวช่องว่างอากาศ การจับคู่ขั้ว-ช่อง แม่เหล็กตกค้างของเหล็กแม่เหล็ก ตำแหน่งและขนาดของเหล็กแม่เหล็ก ทิศทางการทำให้เหล็กแม่เหล็กเป็นแม่เหล็ก และอุณหภูมิ

5. เลือกขนาดแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับในการออกแบบมอเตอร์อย่างไร?

ในการออกแบบมอเตอร์ ค่า EMF ด้านหลังมีความสำคัญมาก หากค่า EMF ด้านหลังได้รับการออกแบบมาอย่างดี (มีขนาดเหมาะสม มีการบิดเบือนรูปคลื่นต่ำ) มอเตอร์ก็จะทำงานได้ดี ค่า EMF ด้านหลังส่งผลกระทบสำคัญหลายประการต่อมอเตอร์:

1. ขนาดของ EMF ด้านหลังกำหนดจุดแม่เหล็กอ่อนของมอเตอร์ และจุดแม่เหล็กอ่อนกำหนดการกระจายของแผนที่ประสิทธิภาพของมอเตอร์
2. อัตราการบิดเบือนของรูปคลื่น EMF ด้านหลังส่งผลต่อแรงบิดริปเปิลของมอเตอร์และความราบรื่นของแรงบิดขาออกเมื่อมอเตอร์ทำงาน
3. ขนาดของค่า EMF ด้านหลังจะกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงบิดของมอเตอร์โดยตรง และค่าสัมประสิทธิ์ EMF ด้านหลังจะแปรผันตามค่าสัมประสิทธิ์แรงบิด
จากนี้เราสามารถหาข้อขัดแย้งในการออกแบบมอเตอร์ได้ดังนี้:
ก. เมื่อค่า EMF ด้านหลังมีขนาดใหญ่ มอเตอร์สามารถรักษาแรงบิดสูงที่กระแสจำกัดของตัวควบคุมในพื้นที่การทำงานความเร็วต่ำได้ แต่ไม่สามารถส่งแรงบิดที่ความเร็วสูงได้ และไม่สามารถไปถึงความเร็วที่คาดหวังได้ด้วยซ้ำ
ข. เมื่อค่า EMF ด้านหลังมีขนาดเล็ก มอเตอร์ยังคงมีกำลังส่งออกในพื้นที่ความเร็วสูง แต่ไม่สามารถบรรลุแรงบิดที่กระแสควบคุมเดียวกันที่ความเร็วต่ำได้

6. ผลกระทบเชิงบวกของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับต่อมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

การมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลับมีความสำคัญมากต่อการทำงานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ซึ่งสามารถนำข้อดีและฟังก์ชันพิเศษบางประการมาสู่มอเตอร์ได้:
ก. การประหยัดพลังงาน
EMF ด้านหลังที่สร้างขึ้นโดยมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถลดกระแสของมอเตอร์ได้ ทำให้ลดการสูญเสียพลังงาน ลดการสูญเสียพลังงาน และบรรลุวัตถุประสงค์ในการประหยัดพลังงาน
ข. เพิ่มแรงบิด
ค่า EMF ด้านหลังจะตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ เมื่อความเร็วของมอเตอร์เพิ่มขึ้น ค่า EMF ด้านหลังก็จะเพิ่มขึ้นด้วย แรงดันไฟฟ้าย้อนกลับจะลดความเหนี่ยวนำของขดลวดมอเตอร์ ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยให้มอเตอร์สร้างแรงบิดเพิ่มเติมและปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานของมอเตอร์ได้
ค. การชะลอความเร็วแบบย้อนกลับ
หลังจากมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสูญเสียพลังงาน เนื่องจากมีแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ มอเตอร์จะยังคงสร้างฟลักซ์แม่เหล็กต่อไปและทำให้โรเตอร์ยังคงหมุนต่อไป ซึ่งก่อให้เกิดผลจากความเร็วย้อนกลับของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ ซึ่งมีประโยชน์มากในบางแอปพลิเคชัน เช่น เครื่องมือเครื่องจักรและอุปกรณ์อื่นๆ

โดยสรุปแล้ว คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลับเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ซึ่งมอบประโยชน์มากมายให้กับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบและผลิตมอเตอร์ ขนาดและรูปคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลับขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น การออกแบบ กระบวนการผลิต และสภาพการใช้งานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ขนาดและรูปคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลับมีอิทธิพลสำคัญต่อประสิทธิภาพและความเสถียรของมอเตอร์

บริษัท Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment จำกัด (https://www.mingtengmotor.com/)เป็นผู้ผลิตมืออาชีพของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ศูนย์เทคนิคของเรามีบุคลากร R&D มากกว่า 40 คน แบ่งออกเป็น 3 แผนก ได้แก่ การออกแบบ กระบวนการ และการทดสอบ โดยเชี่ยวชาญในการวิจัยและพัฒนา การออกแบบ และนวัตกรรมกระบวนการของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร โดยใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบระดับมืออาชีพและโปรแกรมออกแบบพิเศษของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่พัฒนาขึ้นเอง ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบและการผลิตมอเตอร์ ขนาดและรูปคลื่นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับจะได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบตามความต้องการจริงและสภาพการทำงานที่เฉพาะเจาะจงของผู้ใช้ เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและความเสถียรของมอเตอร์ และปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของมอเตอร์

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

บทความนี้ไม่ถือเป็นความคิดเห็นของบริษัทเรา หากคุณมีความคิดเห็นหรือมุมมองที่แตกต่าง โปรดแจ้งให้เราทราบเพื่อแก้ไข!