Trở lại EMF của Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
1. Lực điện từ ngược được tạo ra như thế nào?
Sự sinh ra lực điện động ngược rất dễ hiểu. Nguyên lý là dây dẫn cắt các đường sức từ. Chỉ cần có chuyển động tương đối giữa hai bên, từ trường có thể đứng yên và dây dẫn cắt nó, hoặc dây dẫn có thể đứng yên và từ trường chuyển động.
Đối với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, cuộn dây của chúng được cố định trên stato (dây dẫn) và nam châm vĩnh cửu được cố định trên rôto (từ trường). Khi rôto quay, từ trường do nam châm vĩnh cửu trên rôto tạo ra sẽ quay và sẽ bị cắt bởi các cuộn dây trên stato, tạo ra suất điện động ngược trong các cuộn dây. Tại sao lại gọi là suất điện động ngược? Như tên gọi của nó, hướng của suất điện động ngược E ngược với hướng của điện áp cực U (như thể hiện trong Hình 1).
Hình 1
2. Mối quan hệ giữa suất điện động ngược và điện áp cực là gì?
Có thể thấy từ Hình 1 rằng mối quan hệ giữa suất điện động ngược và điện áp cực khi có tải là:
Kiểm tra suất điện động ngược thường được thực hiện trong điều kiện không tải, không có dòng điện và ở tốc độ 1000 vòng/phút. Nhìn chung, giá trị 1000 vòng/phút được định nghĩa là hệ số điện động ngược = giá trị điện động ngược trung bình/tốc độ. Hệ số điện động ngược là một thông số quan trọng của động cơ. Cần lưu ý ở đây rằng điện động ngược khi có tải liên tục thay đổi trước khi tốc độ ổn định. Từ công thức (1), chúng ta có thể biết rằng suất điện động ngược khi có tải nhỏ hơn điện áp cực. Nếu suất điện động ngược lớn hơn điện áp cực, nó sẽ trở thành máy phát và đưa điện áp ra bên ngoài. Vì điện trở và dòng điện trong công thực tế nhỏ nên giá trị của suất điện động ngược gần bằng điện áp cực và bị giới hạn bởi giá trị định mức của điện áp cực.
3. Ý nghĩa vật lý của suất điện động ngược
Hãy tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra nếu không có lực điện động ngược? Từ phương trình (1), chúng ta có thể thấy rằng nếu không có lực điện động ngược, toàn bộ động cơ tương đương với một điện trở thuần túy, trở thành một thiết bị tạo ra rất nhiều nhiệt, điều này trái ngược với quá trình chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học của động cơ. Trong phương trình chuyển đổi năng lượng điện
,UIt là năng lượng điện đầu vào, chẳng hạn như năng lượng điện đầu vào của pin, động cơ hoặc máy biến áp; I2Rt là năng lượng nhiệt mất đi trong mỗi mạch, là một loại năng lượng nhiệt mất đi, càng nhỏ càng tốt; sự khác biệt giữa năng lượng điện đầu vào và năng lượng điện mất đi,Là năng lượng hữu ích tương ứng với suất điện động ngược
.Nói cách khác, suất điện động ngược được sử dụng để tạo ra năng lượng hữu ích và có mối quan hệ nghịch đảo với mất nhiệt. Năng lượng mất nhiệt càng lớn thì năng lượng hữu ích có thể đạt được càng nhỏ.Nói một cách khách quan, suất điện động ngược tiêu thụ năng lượng điện trong mạch, nhưng nó không phải là “tổn thất”. Phần năng lượng điện tương ứng với suất điện động ngược sẽ được chuyển đổi thành năng lượng hữu ích cho các thiết bị điện, chẳng hạn như năng lượng cơ học của động cơ, năng lượng hóa học của pin, v.v.
Từ đó có thể thấy rằng, độ lớn của suất điện động ngược biểu thị khả năng của thiết bị điện trong việc chuyển đổi toàn bộ năng lượng đầu vào thành năng lượng có ích, phản ánh mức độ khả năng chuyển đổi của thiết bị điện.
4. Độ lớn của suất điện động ngược phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Công thức tính suất điện động ngược là:
E là suất điện động của cuộn dây, ψ là từ thông, f là tần số, N là số vòng dây và Φ là từ thông.
Dựa trên công thức trên, tôi tin rằng mọi người có thể nói một vài yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của lực điện động ngược. Sau đây là một bài viết tóm tắt:
(1) Suất điện động ngược bằng tốc độ thay đổi của từ thông. Tốc độ càng cao thì tốc độ thay đổi càng lớn và suất điện động ngược càng lớn.
(2) Bản thân từ thông bằng số vòng từ nhân với từ thông một vòng. Do đó, số vòng từ càng cao thì từ thông càng lớn và suất điện động ngược càng lớn.
(3) Số vòng dây liên quan đến sơ đồ quấn dây, chẳng hạn như kết nối sao-tam giác, số vòng dây trên mỗi khe, số pha, số răng, số nhánh song song và sơ đồ bước dây đầy đủ hoặc bước dây ngắn.
(4) Từ thông một vòng bằng lực từ động chia cho điện trở từ. Do đó, lực từ động càng lớn thì điện trở từ theo hướng từ thông càng nhỏ và suất điện động ngược càng lớn.
(5) Sức cản từ liên quan đến khe hở không khí và sự phối hợp khe cực. Khe hở không khí càng lớn thì sức cản từ càng lớn và lực điện từ ngược càng nhỏ. Sự phối hợp khe cực phức tạp hơn và đòi hỏi phải phân tích cụ thể.
(6) Lực từ động liên quan đến từ tính dư của nam châm và diện tích hiệu dụng của nam châm. Từ tính dư càng lớn thì suất điện động ngược càng cao. Diện tích hiệu dụng liên quan đến hướng từ hóa, kích thước và vị trí của nam châm và cần phải phân tích cụ thể.
(7) Từ tính còn lại liên quan đến nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao, suất điện động ngược càng nhỏ.
Tóm lại, các yếu tố ảnh hưởng đến lực điện từ ngược bao gồm tốc độ quay, số vòng trên mỗi khe, số pha, số nhánh song song, bước đầy đủ và bước ngắn, mạch từ của động cơ, chiều dài khe hở không khí, sự khớp cực-rãnh, từ tính dư của thép từ, vị trí và kích thước thép từ, hướng từ hóa thép từ và nhiệt độ.
5. Làm thế nào để lựa chọn kích thước suất điện động ngược trong thiết kế động cơ?
Trong thiết kế động cơ, EMF ngược E rất quan trọng. Nếu EMF ngược được thiết kế tốt (kích thước phù hợp, độ méo dạng sóng thấp), động cơ sẽ tốt. EMF ngược có một số tác động chính lên động cơ:
1. Độ lớn của suất điện động ngược quyết định điểm từ yếu của động cơ và điểm từ yếu quyết định sự phân bố của bản đồ hiệu suất động cơ.
2. Tỷ lệ méo dạng của dạng sóng EMF ngược ảnh hưởng đến mô men xoắn gợn sóng của động cơ và độ mượt của mô men xoắn đầu ra khi động cơ đang chạy.
3. Độ lớn của suất điện động ngược quyết định trực tiếp hệ số mô men xoắn của động cơ và hệ số suất điện động ngược tỷ lệ thuận với hệ số mô men xoắn.
Từ đó, có thể rút ra những mâu thuẫn sau trong thiết kế động cơ:
a. Khi suất điện động ngược lớn, động cơ có thể duy trì mô-men xoắn cao ở dòng điện giới hạn bộ điều khiển trong vùng vận hành tốc độ thấp, nhưng không thể tạo ra mô-men xoắn ở tốc độ cao, thậm chí không thể đạt được tốc độ mong muốn;
b. Khi suất điện động ngược nhỏ, động cơ vẫn có công suất đầu ra ở vùng tốc độ cao, nhưng mô-men xoắn không thể đạt được ở cùng dòng điện bộ điều khiển ở tốc độ thấp.
6. Tác động tích cực của lực điện từ ngược lên động cơ nam châm vĩnh cửu.
Sự tồn tại của EMF ngược rất quan trọng đối với hoạt động của động cơ nam châm vĩnh cửu. Nó có thể mang lại một số lợi thế và chức năng đặc biệt cho động cơ:
a. Tiết kiệm năng lượng
Lực điện từ ngược do động cơ nam châm vĩnh cửu tạo ra có thể làm giảm dòng điện của động cơ, do đó giảm tổn thất điện năng, giảm thất thoát năng lượng và đạt được mục đích tiết kiệm năng lượng.
b. Tăng mô men xoắn
Điện áp ngược lại ngược với điện áp nguồn. Khi tốc độ động cơ tăng, điện áp ngược cũng tăng. Điện áp ngược sẽ làm giảm độ tự cảm của cuộn dây động cơ, dẫn đến tăng dòng điện. Điều này cho phép động cơ tạo ra mô-men xoắn bổ sung và cải thiện hiệu suất công suất của động cơ.
c. Giảm tốc ngược
Sau khi động cơ nam châm vĩnh cửu mất điện, do có lực điện từ ngược nên nó có thể tiếp tục tạo ra từ thông và làm cho rôto tiếp tục quay, tạo ra hiệu ứng tốc độ ngược của lực điện từ ngược, rất hữu ích trong một số ứng dụng như máy công cụ và các thiết bị khác.
Tóm lại, EMF ngược là một thành phần không thể thiếu của động cơ nam châm vĩnh cửu. Nó mang lại nhiều lợi ích cho động cơ nam châm vĩnh cửu và đóng vai trò rất quan trọng trong thiết kế và sản xuất động cơ. Kích thước và dạng sóng của EMF ngược phụ thuộc vào các yếu tố như thiết kế, quy trình sản xuất và điều kiện sử dụng của động cơ nam châm vĩnh cửu. Kích thước và dạng sóng của EMF ngược có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất và độ ổn định của động cơ.
Công ty TNHH Thiết bị cơ điện nam châm vĩnh cửu Anhui Mingteng (https://www.mingtengmotor.com/)là nhà sản xuất chuyên nghiệp động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Trung tâm kỹ thuật của chúng tôi có hơn 40 nhân viên R&D, chia thành ba phòng ban: thiết kế, quy trình và thử nghiệm, chuyên nghiên cứu và phát triển, thiết kế và đổi mới quy trình của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Sử dụng phần mềm thiết kế chuyên nghiệp và các chương trình thiết kế đặc biệt của động cơ nam châm vĩnh cửu do chính chúng tôi phát triển, trong quá trình thiết kế và sản xuất động cơ, kích thước và dạng sóng của lực điện động ngược sẽ được cân nhắc cẩn thận theo nhu cầu thực tế và điều kiện làm việc cụ thể của người dùng để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của động cơ và cải thiện hiệu suất năng lượng của động cơ.
Bản quyền: Bài viết này là bản in lại của số công khai WeChat “电机技术及应用”, link gốc https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw
Bài viết này không đại diện cho quan điểm của công ty chúng tôi. Nếu bạn có ý kiến hoặc quan điểm khác, vui lòng chỉnh sửa cho chúng tôi!
Thời gian đăng: 20-08-2024