1. Come viene generato il campo elettromagnetico di ritorno?

Per un motore sincrono a magnete permanente, la sua bobina è fissata sullo statore (conduttore) e il magnete permanente è fissato sul rotore (campo magnetico). Quando il rotore ruota, il campo magnetico generato dal magnete permanente sul rotore ruoterà e verrà tagliato dalla bobina sullo statore, generando una forza elettromotrice inversa nella bobina. Perché si chiama forza elettromotrice inversa? Come suggerisce il nome, la direzione della forza elettromotrice inversa E è opposta alla direzione della tensione terminale U (come mostrato nella Figura 1).

Figure 1

2. Qual è la relazione tra la forza controelettromotrice e la tensione terminale?

Dalla Figura 1, si può vedere che la relazione tra la forza elettromotrice posteriore e la tensione del terminale sotto carico è:

Per il test del back EMF, in genere viene testato in assenza di carico, senza corrente e a una velocità di 1000 giri/min. In genere, viene definito il valore di 1000 giri/min e il coefficiente back EMF = back EMF/velocità media. Il coefficiente back EMF è un parametro relativamente importante del motore. Va notato qui che il back EMF sotto carico cambia costantemente prima che la velocità sia stabile.

Dalla formula (1), si può vedere che la back EMF sotto carico è inferiore alla tensione del terminale. Se la back EMF è maggiore della tensione del terminale, diventa un generatore e invia tensione all'esterno. Poiché la resistenza e la corrente nel lavoro effettivo sono piccole, il valore della back EMF è approssimativamente uguale alla tensione del terminale ed è limitato dal valore nominale della tensione del terminale.

3. Il significato fisico del back EMF

Immagina cosa accadrebbe se non esistesse la fem inversa? Dall'equazione (1), possiamo vedere che senza fem inversa, l'intero motore equivale a un resistore puro, che diventa un dispositivo che genera calore particolarmente intenso. Ciò è contrario alla conversione dell'energia elettrica in energia meccanica da parte del motore.

Nell'equazione di conversione dell'energia elettrica, UIt=E_反It+I ² Rt

UIt è l'energia elettrica in ingresso, come l'energia elettrica in ingresso alla batteria, al motore o al trasformatore; I ² Rt è l'energia dispersa termicamente in ciascun circuito, che è un tipo di energia dispersa termica, minore è meglio; la differenza tra l'energia elettrica in ingresso e l'energia elettrica dispersa termicamente è la parte di energia utile E_反It corrispondente alla forza controelettromotrice (back EMF). In altre parole, la back EMF viene utilizzata per generare energia utile ed è inversamente correlata alla perdita di calore. Maggiore è l'energia dispersa termicamente, minore è l'energia utile ottenibile.

Oggettivamente parlando, la back EMF consuma l'energia elettrica nel circuito, ma non è una "perdita". La parte di energia elettrica corrispondente alla back EMF verrà convertita in energia utile per le apparecchiature elettriche, come l'energia meccanica del motore e l'energia chimica della batteria.

Da ciò si evince che l'entità della forza controelettromotrice indica la capacità dell'apparecchiatura elettrica di convertire l'energia totale in ingresso in energia utile, che riflette il livello di capacità di conversione dell'apparecchiatura elettrica.

4. Da cosa dipende l'entità del campo elettromagnetico posteriore?

Innanzitutto, viene fornita la formula di calcolo per la forza elettromotrice posteriore:

E è la forza elettromotrice della bobina, ψ è il flusso, f è la frequenza, N è il numero di spire e Φ è il flusso magnetico.

Secondo la formula sopra, possiamo conoscere i fattori che influenzano l'entità del campo elettromagnetico posteriore:

(1) La back EMF è uguale alla velocità di variazione del flusso. Maggiore è la velocità, maggiore è la velocità di variazione e maggiore è la back EMF;

(2) Il flusso stesso è uguale al numero di spire moltiplicato per il flusso a spira singola. Pertanto, maggiore è il numero di spire, maggiore è il flusso e maggiore è la fem posteriore;

(3) Il numero di spire è correlato allo schema di avvolgimento, come la connessione stella-triangolo, il numero di spire per slot, il numero di fasi, il numero di denti, il numero di rami paralleli e lo schema a passo pieno o a passo corto;

(4) Il flusso a singolo giro è uguale alla forza magnetomotrice divisa per la resistenza magnetica. Pertanto, maggiore è la forza magnetomotrice, minore è la resistenza magnetica nella direzione del flusso e maggiore è la forza elettromagnetica posteriore;

(5) La resistenza magnetica è correlata al traferro e al coordinamento polo-slot. Maggiore è il traferro, maggiore è la resistenza magnetica e minore è la forza elettromotrice posteriore. Il coordinamento polo-slot è più complicato e deve essere analizzato in dettaglio;

(6) La forza magnetomotrice è correlata al magnetismo residuo del magnete e all'area effettiva del magnete. Maggiore è il magnetismo residuo, maggiore è la forza controelettromotrice. L'area effettiva è correlata alla direzione di magnetizzazione, alle dimensioni e al posizionamento del magnete e richiede un'analisi specifica;

(7) La rimanenza è anche correlata alla temperatura. Maggiore è la temperatura, minore è la fem posteriore

In sintesi, i fattori che influiscono sul campo elettromagnetico posteriore includono velocità, numero di spire per slot, numero di fasi, numero di rami paralleli, spaziatura completa e corta, circuito magnetico del motore, lunghezza del traferro, adattamento polo-slot, rimanenza magnetica, posizionamento e dimensione del magnete, direzione di magnetizzazione e temperatura.

5. Come selezionare la forza controelettromotrice nella progettazione del motore?

Nella progettazione del motore, il back EMF E è molto importante. Se il back EMF è ben progettato (dimensioni appropriate e basso tasso di distorsione della forma d'onda), il motore è buono.

La forza controelettromotrice ha diversi effetti principali sul motore:

1. La forza controelettromotrice determina il punto magnetico debole del motore, e il punto magnetico debole determina la distribuzione della mappa di efficienza del motore.

2. Il tasso di distorsione della forma d'onda del campo elettromagnetico posteriore influisce sulla coppia di ondulazione del motore e sulla fluidità della coppia in uscita quando il motore è in funzione.

3. La dimensione della forza controelettromotrice determina direttamente il coefficiente di coppia del motore, e il coefficiente della forza controelettromotrice è proporzionale al coefficiente di coppia. Da ciò, si possono trarre le seguenti contraddizioni nella progettazione del motore:

a. Se la forza controelettromotrice è elevata, il motore può mantenere una coppia elevata alla corrente limite del controller nell'area di funzionamento a bassa velocità, ma non può produrre coppia ad alta velocità e non può nemmeno raggiungere la velocità prevista;

b. Se la forza controelettromotrice è piccola, il motore ha ancora capacità di uscita nell'area ad alta velocità, ma la coppia non può essere raggiunta con la stessa corrente del controller a bassa velocità.

Pertanto, la progettazione della dimensione del back EMF dipende dalle effettive esigenze del motore. Ad esempio, nella progettazione di un piccolo motore, se è necessario che fornisca una coppia sufficiente a bassa velocità, il back EMF deve essere progettato per essere più grande.