Fuerza contraelectromotriz del motor síncrono de imán permanente
1. ¿Cómo se genera la fuerza contraelectromotriz?
La generación de fuerza contraelectromotriz es fácil de entender. El principio es que el conductor corta las líneas de fuerza magnética. Mientras exista movimiento relativo entre ambos, el campo magnético puede ser estacionario y el conductor lo corta, o el conductor puede ser estacionario y el campo magnético moverse.
En los motores síncronos de imanes permanentes, las bobinas están fijadas al estator (conductor) y los imanes permanentes al rotor (campo magnético). Cuando el rotor gira, el campo magnético generado por los imanes permanentes gira y es interrumpido por las bobinas del estator, generando fuerza contraelectromotriz en las bobinas. ¿Por qué se denomina fuerza contraelectromotriz? Como su nombre indica, la dirección de la fuerza contraelectromotriz E es opuesta a la dirección de la tensión terminal U (como se muestra en la Figura 1).
Figura 1
2.¿Cuál es la relación entre la fuerza contraelectromotriz y el voltaje terminal?
Se puede ver en la Figura 1 que la relación entre la fuerza contraelectromotriz y el voltaje terminal bajo carga es:
La prueba de fuerza contraelectromotriz se realiza generalmente sin carga, sin corriente y a una velocidad de 1000 rpm. Generalmente, el valor de 1000 rpm se define como el coeficiente de fuerza contraelectromotriz = valor medio de fuerza contraelectromotriz/velocidad. El coeficiente de fuerza contraelectromotriz es un parámetro importante del motor. Cabe destacar que la fuerza contraelectromotriz bajo carga cambia constantemente antes de que la velocidad se estabilice. De la fórmula (1), podemos saber que la fuerza contraelectromotriz bajo carga es menor que la tensión terminal. Si la fuerza contraelectromotriz es mayor que la tensión terminal, se convierte en un generador y emite tensión al exterior. Dado que la resistencia y la corriente en el trabajo real son pequeñas, el valor de la fuerza contraelectromotriz es aproximadamente igual a la tensión terminal y está limitado por el valor nominal de la tensión terminal.
3. El significado físico de la fuerza contraelectromotriz
Imaginemos qué sucedería si la fuerza contraelectromotriz no existiera. De la ecuación (1), podemos ver que, sin ella, el motor completo equivale a una resistencia pura, convirtiéndose en un dispositivo que genera mucho calor, lo cual es contrario a la conversión de energía eléctrica en energía mecánica del motor. En la ecuación de conversión de energía eléctrica...
,UIt es la energía eléctrica de entrada, como la energía eléctrica de entrada a una batería, motor o transformador; I2Rt es la energía de pérdida de calor en cada circuito, que es un tipo de energía de pérdida de calor, cuanto menor mejor; la diferencia entre la energía eléctrica de entrada y la energía eléctrica de pérdida de calor,Es la energía útil correspondiente a la fuerza contraelectromotriz
En otras palabras, la fuerza contraelectromotriz se utiliza para generar energía útil y es inversamente proporcional a la pérdida de calor. Cuanto mayor sea la energía de pérdida de calor, menor será la energía útil alcanzable. Objetivamente, la fuerza contraelectromotriz consume energía eléctrica en el circuito, pero no es una "pérdida". La parte de energía eléctrica correspondiente a la fuerza contraelectromotriz se convertirá en energía útil para equipos eléctricos, como la energía mecánica de los motores, la energía química de las baterías, etc.
De esto se desprende que el tamaño de la fuerza contraelectromotriz significa la capacidad del equipo eléctrico de convertir la energía de entrada total en energía útil, lo que refleja el nivel de la capacidad de conversión del equipo eléctrico.
4. ¿De qué depende la magnitud de la fuerza contraelectromotriz?
La fórmula de cálculo de la fuerza contraelectromotriz es:
E es la fuerza electromotriz de la bobina, ψ es el flujo magnético, f es la frecuencia, N es el número de vueltas y Φ es el flujo magnético.
Basándome en la fórmula anterior, creo que probablemente todos puedan mencionar algunos factores que afectan la magnitud de la fuerza contraelectromotriz. A continuación, un artículo para resumir:
(1) La fuerza contraelectromotriz (FEM) es igual a la tasa de variación del flujo magnético. A mayor velocidad, mayor tasa de variación y mayor la FEM.
(2) El flujo magnético es igual al número de espiras multiplicado por el flujo magnético de una sola espira. Por lo tanto, a mayor número de espiras, mayor flujo magnético y mayor fuerza contraelectromotriz.
(3) El número de vueltas está relacionado con el esquema de bobinado, como la conexión estrella-triángulo, el número de vueltas por ranura, el número de fases, el número de dientes, el número de ramas paralelas y el esquema de paso completo o de paso corto.
(4) El flujo magnético de una sola espira es igual a la fuerza magnetomotriz dividida por la resistencia magnética. Por lo tanto, a mayor fuerza magnetomotriz, menor será la resistencia magnética en la dirección del flujo magnético y mayor la fuerza contraelectromotriz.
(5) La resistencia magnética está relacionada con el entrehierro y la coordinación polo-ranura. Cuanto mayor sea el entrehierro, mayor será la resistencia magnética y menor la fuerza contraelectromotriz. La coordinación polo-ranura es más compleja y requiere un análisis específico.
(6) La fuerza magnetomotriz está relacionada con el magnetismo residual del imán y su área efectiva. Cuanto mayor sea el magnetismo residual, mayor será la fuerza contraelectromotriz. El área efectiva está relacionada con la dirección de magnetización, el tamaño y la ubicación del imán, y requiere un análisis específico.
(7) El magnetismo residual está relacionado con la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, menor será la fuerza contraelectromotriz.
En resumen, los factores que afectan la fuerza contraelectromotriz incluyen la velocidad de rotación, la cantidad de vueltas por ranura, la cantidad de fases, la cantidad de ramas paralelas, el paso completo y el paso corto, el circuito magnético del motor, la longitud del entrehierro, la correspondencia entre polos y ranuras, el magnetismo residual del acero magnético, la ubicación y el tamaño del acero magnético, la dirección de magnetización del acero magnético y la temperatura.
5. ¿Cómo seleccionar el tamaño de la fuerza contraelectromotriz en el diseño del motor?
En el diseño de motores, la fuerza contraelectromotriz (FEM) es fundamental. Si la FEM está bien diseñada (tamaño adecuado, baja distorsión de la forma de onda), el motor es óptimo. La FEM tiene varios efectos importantes en el motor:
1. La magnitud de la fuerza contraelectromotriz determina el punto magnético débil del motor, y el punto magnético débil determina la distribución del mapa de eficiencia del motor.
2. La tasa de distorsión de la forma de onda de la fuerza contraelectromotriz afecta el par de ondulación del motor y la suavidad de la salida de par cuando el motor está en funcionamiento.
3. La magnitud de la FEM posterior determina directamente el coeficiente de par del motor, y el coeficiente de FEM posterior es proporcional al coeficiente de par.
De esto se pueden obtener las siguientes contradicciones en el diseño de motores:
a. Cuando la fuerza contraelectromotriz es grande, el motor puede mantener un par alto en la corriente límite del controlador en el área de operación de baja velocidad, pero no puede generar par a alta velocidad, e incluso no puede alcanzar la velocidad esperada.
b. Cuando la fuerza contraelectromotriz es pequeña, el motor aún tiene capacidad de salida en el área de alta velocidad, pero no se puede lograr el torque con la misma corriente del controlador a baja velocidad.
6. El impacto positivo de la fuerza contraelectromotriz en los motores de imanes permanentes.
La existencia de fuerza contraelectromotriz es fundamental para el funcionamiento de los motores de imanes permanentes. Puede aportarles ventajas y funciones especiales:
a. Ahorro de energía
La fem posterior generada por los motores de imán permanente puede reducir la corriente del motor, reduciendo así la pérdida de potencia, reduciendo la pérdida de energía y logrando el propósito de ahorro de energía.
b. Aumentar el par
La fuerza contraelectromotriz es opuesta a la tensión de alimentación. Al aumentar la velocidad del motor, la fuerza contraelectromotriz también aumenta. La tensión inversa reduce la inductancia del devanado del motor, lo que resulta en un aumento de la corriente. Esto permite que el motor genere par adicional y mejore su rendimiento energético.
c. Desaceleración inversa
Después de que el motor de imán permanente pierde potencia, debido a la existencia de una fuerza contraelectromotriz, puede continuar generando un flujo magnético y hacer que el rotor siga girando, lo que genera el efecto de velocidad inversa de la fuerza contraelectromotriz, que es muy útil en algunas aplicaciones, como máquinas herramienta y otros equipos.
En resumen, la fuerza contraelectromotriz (FEM) es un elemento indispensable en los motores de imanes permanentes. Aporta numerosas ventajas y desempeña un papel fundamental en su diseño y fabricación. El tamaño y la forma de onda de la FEM dependen de factores como el diseño, el proceso de fabricación y las condiciones de uso del motor. El tamaño y la forma de onda de la FEM influyen significativamente en el rendimiento y la estabilidad del motor.
Anhui Mingteng Equipos electromecánicos de imanes permanentes Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)Somos un fabricante profesional de motores síncronos de imanes permanentes. Nuestro centro técnico cuenta con más de 40 profesionales de I+D, divididos en tres departamentos: diseño, procesos y pruebas, especializados en la investigación, el desarrollo, el diseño y la innovación de procesos de motores síncronos de imanes permanentes. Mediante software de diseño profesional y programas de diseño propios para motores de imanes permanentes, durante el proceso de diseño y fabricación, la magnitud y la forma de onda de la fuerza contraelectromotriz se consideran cuidadosamente según las necesidades reales y las condiciones de trabajo específicas del usuario para garantizar el rendimiento y la estabilidad del motor, y mejorar su eficiencia energética.
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Hora de publicación: 20 de agosto de 2024