Gegen-EMK eines Permanentmagnet-Synchronmotors

Gegen-EMK eines Permanentmagnet-Synchronmotors

1. Wie entsteht eine Gegen-EMF?

Die Erzeugung der gegenelektromotorischen Kraft ist leicht zu verstehen. Das Prinzip besteht darin, dass der Leiter die magnetischen Kraftlinien durchschneidet. Solange zwischen beiden eine Relativbewegung besteht, kann das Magnetfeld stationär sein und der Leiter es durchschneiden, oder der Leiter kann stationär sein und das Magnetfeld bewegt sich.

Bei Permanentmagnet-Synchronmotoren sind ihre Spulen am Stator (Leiter) und die Permanentmagnete am Rotor (Magnetfeld) befestigt. Wenn sich der Rotor dreht, dreht sich das von den Permanentmagneten am Rotor erzeugte Magnetfeld und wird von den Spulen am Stator unterbrochen, wodurch eine gegenelektromotorische Kraft in den Spulen erzeugt wird. Warum wird es gegenelektromotorische Kraft genannt? Wie der Name schon sagt, ist die Richtung der elektromotorischen Gegenkraft E entgegengesetzt zur Richtung der Klemmenspannung U (wie in Abbildung 1 dargestellt).

Abbildung 1

2. Welche Beziehung besteht zwischen Gegen-EMF und Klemmenspannung?

Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass die Beziehung zwischen der elektromotorischen Gegenkraft und der Klemmenspannung unter Last wie folgt ist:

Der Test der elektromotorischen Gegenkraft wird im Allgemeinen im Leerlauf, ohne Strom und bei einer Drehzahl von 1000 U/min durchgeführt. Im Allgemeinen wird der Wert von 1000 U/min als Gegen-EMK-Koeffizient = durchschnittlicher Gegen-EMK-Wert/Geschwindigkeit definiert. Der Gegen-EMK-Koeffizient ist ein wichtiger Parameter des Motors. Hierbei ist zu beachten, dass sich die Gegen-EMK unter Last ständig ändert, bevor die Drehzahl stabil ist. Aus Formel (1) können wir erkennen, dass die elektromotorische Gegenkraft unter Last kleiner als die Klemmenspannung ist. Wenn die elektromotorische Gegenkraft größer als die Klemmenspannung ist, wird es zum Generator und gibt Spannung nach außen ab. Da der Widerstand und der Strom bei der tatsächlichen Arbeit gering sind, entspricht der Wert der elektromotorischen Gegenkraft ungefähr der Klemmenspannung und wird durch den Nennwert der Klemmenspannung begrenzt.

3. Die physikalische Bedeutung der elektromotorischen Gegenkraft

Stellen Sie sich vor, was passieren würde, wenn es die Gegen-EMF nicht gäbe? Aus Gleichung (1) können wir erkennen, dass der gesamte Motor ohne die Gegen-EMK einem reinen Widerstand entspricht und zu einem Gerät wird, das viel Wärme erzeugt, was der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie durch den Motor widerspricht.In die Gleichung zur Umwandlung elektrischer Energie,UIt ist die eingegebene elektrische Energie, beispielsweise die eingegebene elektrische Energie einer Batterie, eines Motors oder eines Transformators; I2Rt ist die Wärmeverlustenergie in jedem Kreislauf. Dabei handelt es sich um eine Art Wärmeverlustenergie. Je kleiner, desto besser. die Differenz zwischen der zugeführten elektrischen Energie und der elektrischen Wärmeverlustenergie. Dies ist die Nutzenergie, die der elektromotorischen Gegenkraft entsprichtMit anderen Worten: Gegen-EMF wird zur Erzeugung nützlicher Energie verwendet und steht im umgekehrten Verhältnis zum Wärmeverlust. Je größer die Verlustwärmeenergie ist, desto geringer ist die erreichbare Nutzenergie. Objektiv gesehen verbraucht die gegenelektromotorische Kraft elektrische Energie im Stromkreis, es handelt sich jedoch nicht um einen „Verlust“. Der Teil der elektrischen Energie, der der elektromotorischen Gegenkraft entspricht, wird in nützliche Energie für elektrische Geräte umgewandelt, beispielsweise in mechanische Energie von Motoren, chemische Energie von Batterien usw.

Daraus ist ersichtlich, dass die Größe der elektromotorischen Gegenkraft die Fähigkeit des elektrischen Geräts bedeutet, die gesamte Eingangsenergie in Nutzenergie umzuwandeln, was den Grad der Umwandlungsfähigkeit des elektrischen Geräts widerspiegelt.

4. Wovon hängt die Größe der gegenelektromotorischen Kraft ab?

Die Berechnungsformel der gegenelektromotorischen Kraft lautet:

E ist die elektromotorische Kraft der Spule, ψ ist der magnetische Fluss, f ist die Frequenz, N ist die Anzahl der Windungen und Φ ist der magnetische Fluss.
Basierend auf der obigen Formel glaube ich, dass jeder einige Faktoren nennen kann, die die Größe der elektromotorischen Gegenkraft beeinflussen. Hier ist ein Artikel zur Zusammenfassung:

(1) Die Gegen-EMK entspricht der Änderungsrate des magnetischen Flusses. Je höher die Geschwindigkeit, desto größer die Änderungsrate und desto größer die Gegen-EMF.

(2) Der Magnetfluss selbst ist gleich der Anzahl der Windungen multipliziert mit dem Einzelwindungs-Magnetfluss. Daher gilt: Je höher die Windungszahl, desto größer der magnetische Fluss und desto größer die Gegen-EMK.

(3) Die Anzahl der Windungen hängt vom Wicklungsschema ab, z. B. Stern-Dreieck-Schaltung, Anzahl der Windungen pro Nut, Anzahl der Phasen, Anzahl der Zähne, Anzahl der parallelen Zweige und Schema mit voller oder kurzer Teilung.

(4) Der magnetische Fluss in einer Windung ist gleich der magnetomotorischen Kraft dividiert durch den magnetischen Widerstand. Je größer die magnetomotorische Kraft ist, desto kleiner ist daher der magnetische Widerstand in Richtung des magnetischen Flusses und desto größer ist die Gegen-EMK.

(5) Der magnetische Widerstand hängt mit der Luftspalt- und Pol-Schlitz-Koordination zusammen. Je größer der Luftspalt, desto größer der magnetische Widerstand und desto kleiner die Gegen-EMK. Die Pol-Slot-Koordination ist komplizierter und erfordert eine spezifische Analyse.

(6) Die magnetomotorische Kraft hängt vom Restmagnetismus des Magneten und der wirksamen Fläche des Magneten ab. Je größer der Restmagnetismus, desto höher die Gegen-EMK. Die effektive Fläche hängt von der Magnetisierungsrichtung, Größe und Platzierung des Magneten ab und erfordert eine spezifische Analyse.

(7) Der Restmagnetismus hängt von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur, desto geringer ist die Gegen-EMF.

Zusammenfassend umfassen die Faktoren, die die Gegen-EMF beeinflussen, die Drehzahl, die Anzahl der Windungen pro Nut, die Anzahl der Phasen, die Anzahl der parallelen Zweige, die volle und kurze Teilung, den Magnetkreis des Motors, die Luftspaltlänge, die Pol-Nut-Anpassung und den Restmagnetismus des magnetischen Stahls , Platzierung und Größe des magnetischen Stahls, Magnetisierungsrichtung des magnetischen Stahls und Temperatur.

5. Wie wählt man die Größe der gegenelektromotorischen Kraft bei der Motorkonstruktion aus?

Bei der Motorkonstruktion ist die Gegen-EMF E sehr wichtig. Wenn die Gegen-EMK gut ausgelegt ist (angemessene Größe, geringe Wellenformverzerrung), ist der Motor in Ordnung. Die Gegen-EMF hat mehrere große Auswirkungen auf den Motor:

1. Die Größe der Gegen-EMK bestimmt den schwachen magnetischen Punkt des Motors, und der schwache magnetische Punkt bestimmt die Verteilung der Motoreffizienzkarte.
2. Die Verzerrungsrate der Gegen-EMK-Wellenform beeinflusst das Welligkeitsdrehmoment des Motors und die Gleichmäßigkeit der Drehmomentabgabe bei laufendem Motor.
3. Die Größe der Gegen-EMK bestimmt direkt den Drehmomentkoeffizienten des Motors, und der Gegen-EMK-Koeffizient ist proportional zum Drehmomentkoeffizienten.
Daraus lassen sich folgende Widersprüche im Motordesign ableiten:
A. Wenn die Gegen-EMK groß ist, kann der Motor im Niedriggeschwindigkeitsbetriebsbereich ein hohes Drehmoment am Grenzstrom des Controllers aufrechterhalten, bei hoher Geschwindigkeit jedoch kein Drehmoment abgeben und nicht einmal die erwartete Geschwindigkeit erreichen;
B. Wenn die Gegen-EMK klein ist, hat der Motor im Hochgeschwindigkeitsbereich immer noch Ausgangsleistung, aber das Drehmoment kann bei niedriger Geschwindigkeit nicht mit dem gleichen Reglerstrom erreicht werden.

6. Die positiven Auswirkungen der Gegen-EMF auf Permanentmagnetmotoren.

Das Vorhandensein einer Gegen-EMK ist für den Betrieb von Permanentmagnetmotoren sehr wichtig. Es kann einige Vorteile und besondere Funktionen für die Motoren mit sich bringen:
A. Energieeinsparung
Die von Permanentmagnetmotoren erzeugte Gegen-EMK kann den Strom des Motors reduzieren, wodurch der Leistungsverlust verringert, der Energieverlust verringert und der Zweck der Energieeinsparung erreicht wird.
B. Drehmoment erhöhen
Die Gegen-EMK ist der Versorgungsspannung entgegengesetzt. Wenn die Motordrehzahl steigt, nimmt auch die Gegen-EMK zu. Durch die Sperrspannung wird die Induktivität der Motorwicklung verringert, was zu einem Anstieg des Stroms führt. Dadurch kann der Motor zusätzliches Drehmoment erzeugen und die Leistungsleistung des Motors verbessern.
C. Rückwärtsverzögerung
Nachdem der Permanentmagnetmotor aufgrund der Gegen-EMK an Leistung verliert, kann er weiterhin einen magnetischen Fluss erzeugen und den Rotor weiterdrehen lassen, was den Effekt der Rückwärtsgeschwindigkeit der Gegen-EMK erzeugt, was in einigen Anwendungen sehr nützlich ist, z wie Werkzeugmaschinen und andere Geräte.

Kurz gesagt, die Gegen-EMK ist ein unverzichtbares Element von Permanentmagnetmotoren. Es bringt viele Vorteile für Permanentmagnetmotoren mit sich und spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Konstruktion und Herstellung von Motoren. Die Größe und Wellenform der Gegen-EMF hängen von Faktoren wie der Konstruktion, dem Herstellungsprozess und den Einsatzbedingungen des Permanentmagnetmotors ab. Die Größe und Wellenform der Gegen-EMF haben einen wichtigen Einfluss auf die Leistung und Stabilität des Motors.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)ist ein professioneller Hersteller von Permanentmagnet-Synchronmotoren. Unser technisches Zentrum verfügt über mehr als 40 Forschungs- und Entwicklungsmitarbeiter, die in drei Abteilungen unterteilt sind: Design, Prozess und Prüfung, und sind auf Forschung und Entwicklung, Design und Prozessinnovation von Permanentmagnet-Synchronmotoren spezialisiert. Unter Verwendung professioneller Designsoftware und selbst entwickelter spezieller Designprogramme für Permanentmagnetmotoren werden während des Motordesign- und Herstellungsprozesses die Größe und Wellenform der elektromotorischen Gegenkraft sorgfältig entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen und spezifischen Arbeitsbedingungen des Benutzers berücksichtigt, um dies sicherzustellen die Leistung und Stabilität des Motors und verbessern die Energieeffizienz des Motors.

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