Contra EMF do Motor Síncrono de Ímã Permanente

Contra EMF do Motor Síncrono de Ímã Permanente

1. Como o CEM de retorno é gerado?

A geração da força eletromotriz reversa é fácil de entender. O princípio é que o condutor corta as linhas de força magnéticas. Enquanto houver movimento relativo entre os dois, o campo magnético pode ser estacionário e o condutor o corta, ou o condutor pode ser estacionário e o campo magnético se move.

Em motores síncronos de ímãs permanentes, suas bobinas são fixadas no estator (condutor) e os ímãs permanentes são fixados no rotor (campo magnético). Quando o rotor gira, o campo magnético gerado pelos ímãs permanentes no rotor gira e é cortado pelas bobinas do estator, gerando força eletromotriz reversa nas bobinas. Por que ela é chamada de força eletromotriz reversa? Como o nome sugere, a direção da força eletromotriz reversa E é oposta à direção da tensão terminal U (como mostrado na Figura 1).

Figura 1

2. Qual é a relação entre a força eletromotriz de retorno e a tensão do terminal?

Pode-se observar na Figura 1 que a relação entre a força eletromotriz reversa e a tensão terminal sob carga é:

O teste de força eletromotriz reversa é geralmente realizado em condições sem carga, sem corrente e a uma velocidade de 1000 rpm. Geralmente, o valor de 1000 rpm é definido como coeficiente de força eletromotriz reversa = valor médio de força eletromotriz reversa/velocidade. O coeficiente de força eletromotriz reversa é um parâmetro importante do motor. Deve-se notar aqui que a força eletromotriz reversa sob carga está constantemente mudando antes que a velocidade se estabilize. A partir da fórmula (1), podemos saber que a força eletromotriz reversa sob carga é menor que a tensão terminal. Se a força eletromotriz reversa for maior que a tensão terminal, ela se torna um gerador e emite tensão para o exterior. Como a resistência e a corrente no trabalho real são pequenas, o valor da força eletromotriz reversa é aproximadamente igual à tensão terminal e é limitado pelo valor nominal da tensão terminal.

3. O significado físico da força eletromotriz reversa

Imagine o que aconteceria se a força eletromotriz reversa não existisse? A partir da equação (1), podemos observar que, sem a força eletromotriz reversa, todo o motor equivale a um resistor puro, tornando-se um dispositivo que gera muito calor, o que é contrário à conversão de energia elétrica em energia mecânica pelo motor. Na equação de conversão de energia elétrica,UIt é a energia elétrica de entrada, como a energia elétrica de entrada para uma bateria, motor ou transformador; I2Rt é a energia de perda de calor em cada circuito, que é um tipo de energia de perda de calor, quanto menor, melhor; a diferença entre a energia elétrica de entrada e a energia elétrica de perda de calor,É a energia útil correspondente à força eletromotriz de retornoEm outras palavras, a força eletromotriz de retorno é usada para gerar energia útil e está inversamente relacionada à perda de calor. Quanto maior a energia de perda de calor, menor a energia útil obtida. Objetivamente falando, a força eletromotriz de retorno consome energia elétrica no circuito, mas não é uma "perda". A parte da energia elétrica correspondente à força eletromotriz de retorno será convertida em energia útil para equipamentos elétricos, como energia mecânica de motores, energia química de baterias, etc.

Pode-se observar a partir disso que o tamanho da força eletromotriz reversa significa a capacidade do equipamento elétrico de converter a energia total de entrada em energia útil, o que reflete o nível da capacidade de conversão do equipamento elétrico.

4. De que depende a magnitude da força eletromotriz reversa?

A fórmula de cálculo da força eletromotriz reversa é:

E é a força eletromotriz da bobina, ψ é o fluxo magnético, f é a frequência, N é o número de voltas e Φ é o fluxo magnético.
Com base na fórmula acima, acredito que todos provavelmente podem citar alguns fatores que afetam a magnitude da força eletromotriz reversa. Aqui está um artigo para resumir:

(1) A força eletromotriz reversa é igual à taxa de variação do fluxo magnético. Quanto maior a velocidade, maior a taxa de variação e maior a força eletromotriz reversa.

(2) O fluxo magnético em si é igual ao número de espiras multiplicado pelo fluxo magnético de uma espira. Portanto, quanto maior o número de espiras, maior o fluxo magnético e maior a força eletromotriz de retorno.

(3) O número de voltas está relacionado ao esquema de enrolamento, como conexão estrela-triângulo, número de voltas por slot, número de fases, número de dentes, número de ramos paralelos e esquema de passo total ou curto.

(4) O fluxo magnético de uma única volta é igual à força magnetomotriz dividida pela resistência magnética. Portanto, quanto maior a força magnetomotriz, menor a resistência magnética na direção do fluxo magnético e maior a força eletromotriz reversa.

(5) A resistência magnética está relacionada à coordenação entre o entreferro e a ranhura dos polos. Quanto maior a ranhura, maior a resistência magnética e menor a força eletromotriz de retorno. A coordenação entre o entreferro e a ranhura dos polos é mais complexa e requer uma análise específica.

(6) A força magnetomotriz está relacionada ao magnetismo residual do ímã e à área efetiva do ímã. Quanto maior o magnetismo residual, maior a força eletromotriz de retorno. A área efetiva está relacionada à direção da magnetização, ao tamanho e ao posicionamento do ímã e requer uma análise específica.

(7) O magnetismo residual está relacionado à temperatura. Quanto maior a temperatura, menor a força eletromotriz de retorno.

Em resumo, os fatores que afetam a força eletromotriz reversa incluem velocidade de rotação, número de voltas por ranhura, número de fases, número de ramificações paralelas, passo total e passo curto, circuito magnético do motor, comprimento do entreferro, correspondência polo-ranhura, magnetismo residual do aço magnético, posicionamento e tamanho do aço magnético, direção da magnetização do aço magnético e temperatura.

5. Como selecionar o tamanho da força eletromotriz reversa no projeto do motor?

No projeto de motores, a força eletromotriz traseira (EMF) E é muito importante. Se a força eletromotriz traseira for bem projetada (tamanho apropriado, baixa distorção da forma de onda), o motor estará em boas condições. A força eletromotriz traseira tem vários efeitos importantes no motor:

1. A magnitude da força eletromotriz traseira determina o ponto magnético fraco do motor, e o ponto magnético fraco determina a distribuição do mapa de eficiência do motor.
2. A taxa de distorção da forma de onda do EMF reverso afeta o torque de ondulação do motor e a suavidade da saída de torque quando o motor está funcionando.
3. A magnitude da FEM traseira determina diretamente o coeficiente de torque do motor, e o coeficiente da FEM traseira é proporcional ao coeficiente de torque.
A partir disso, podem ser obtidas as seguintes contradições no projeto do motor:
a. Quando a força eletromotriz traseira é grande, o motor pode manter alto torque na corrente limite do controlador na área de operação de baixa velocidade, mas não pode gerar torque em alta velocidade e nem mesmo pode atingir a velocidade esperada;
b. Quando a força eletromotriz traseira é pequena, o motor ainda tem capacidade de saída na área de alta velocidade, mas o torque não pode ser alcançado na mesma corrente do controlador em baixa velocidade.

6. O impacto positivo da força eletromotriz reversa em motores de ímã permanente.

A existência de força eletromotriz reversa é muito importante para o funcionamento de motores de ímã permanente. Ela pode trazer algumas vantagens e funções especiais aos motores:
a. Economia de energia
A força eletromotriz reversa gerada por motores de ímã permanente pode reduzir a corrente do motor, reduzindo assim a perda de potência, reduzindo a perda de energia e atingindo o objetivo de economia de energia.
b. Aumentar o torque
A força eletromotriz reversa é oposta à tensão de alimentação. Quando a velocidade do motor aumenta, a força eletromotriz reversa também aumenta. A tensão reversa reduz a indutância do enrolamento do motor, resultando em um aumento na corrente. Isso permite que o motor gere torque adicional e melhore seu desempenho energético.
c. Desaceleração reversa
Após o motor de ímã permanente perder potência, devido à existência de força eletromotriz reversa, ele pode continuar a gerar fluxo magnético e fazer o rotor continuar a girar, o que forma o efeito de velocidade reversa da força eletromotriz reversa, o que é muito útil em algumas aplicações, como máquinas-ferramentas e outros equipamentos.

Em suma, a força eletromotriz reversa (FEM) é um elemento indispensável dos motores de ímã permanente. Ela traz muitos benefícios aos motores de ímã permanente e desempenha um papel muito importante no projeto e na fabricação de motores. O tamanho e a forma de onda da FEM reversa dependem de fatores como o projeto, o processo de fabricação e as condições de uso do motor de ímã permanente. O tamanho e a forma de onda da FEM reversa têm uma influência importante no desempenho e na estabilidade do motor.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)é um fabricante profissional de motores síncronos de ímã permanente. Nosso centro técnico conta com mais de 40 funcionários de P&D, divididos em três departamentos: projeto, processo e teste, especializados em pesquisa e desenvolvimento, projeto e inovação de processos de motores síncronos de ímã permanente. Utilizando softwares de projeto profissionais e programas de projeto especiais para motores de ímã permanente desenvolvidos por nós mesmos, durante o projeto e o processo de fabricação do motor, o tamanho e a forma de onda da força eletromotriz de retorno serão cuidadosamente considerados de acordo com as necessidades reais e as condições de trabalho específicas do usuário, a fim de garantir o desempenho e a estabilidade do motor e melhorar sua eficiência energética.

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