1. Hoe ontstaat tegen-EMK?

Voor een permanente magneet synchrone motor is de spoel bevestigd op de stator (geleider) en de permanente magneet is bevestigd op de rotor (magnetisch veld). Wanneer de rotor draait, zal het magnetische veld dat wordt gegenereerd door de permanente magneet op de rotor draaien en worden onderbroken door de spoel op de stator, waardoor er een tegen-EMK in de spoel wordt gegenereerd. Waarom heet het tegen-EMK? Zoals de naam al doet vermoeden, is de richting van de tegen-EMK E tegengesteld aan de richting van de klemspanning U (zoals weergegeven in Afbeelding 1).

Figuur 1

2. Wat is de relatie tussen tegen-EMK en klemspanning?

Uit figuur 1 blijkt dat de relatie tussen de tegen-EMK en de klemspanning onder belasting als volgt is:

Voor de test van back EMF wordt deze over het algemeen getest in een onbelaste toestand, zonder stroom en een snelheid van 1000rpm. Over het algemeen wordt de waarde van 1000rpm gedefinieerd en de back EMF-coëfficiënt = gemiddelde back EMF/snelheid. De back EMF-coëfficiënt is een relatief belangrijke parameter van de motor. Hierbij moet worden opgemerkt dat de back EMF onder belasting constant verandert voordat de snelheid stabiel is.

Uit formule (1) blijkt dat de back EMF onder belasting kleiner is dan de terminale spanning. Als de back EMF groter is dan de terminale spanning, wordt het een generator en geeft het spanning af aan de buitenkant. Omdat de weerstand en stroom in het werkelijke werk klein zijn, is de waarde van de back EMF ongeveer gelijk aan de terminale spanning en wordt deze beperkt door de nominale waarde van de terminale spanning.

3. De fysieke betekenis van back-EMF

Stel je eens voor wat er zou gebeuren als tegen-EMK niet bestond? Uit vergelijking (1) kunnen we zien dat zonder tegen-EMK de hele motor gelijkstaat aan een zuivere weerstand, die een apparaat wordt dat bijzonder veel hitte genereert. Dit is in strijd met de omzetting van elektrische energie in mechanische energie door de motor.

In de vergelijking voor de omzetting van elektrische energie geldt: UIt = E_反It + I ² Rt

UIt is de ingevoerde elektrische energie, zoals de elektrische energie die aan de batterij, motor of transformator wordt toegevoerd; I ² Rt is de warmteverliesenergie in elk circuit, een vorm van energieverlies waarbij een kleiner warmteverlies beter is; het verschil tussen de ingevoerde elektrische energie en de warmteverliesenergie is het deel van de nuttige energie E_反It dat overeenkomt met de tegen-EMK. Met andere woorden, de tegen-EMK wordt gebruikt om nuttige energie op te wekken en is omgekeerd evenredig met het warmteverlies. Hoe groter het warmteverlies, hoe kleiner de haalbare nuttige energie.

Objectief gesproken verbruikt de back EMF de elektrische energie in het circuit, maar het is geen "verlies". Het deel van de elektrische energie dat overeenkomt met de back EMF zal worden omgezet in bruikbare energie voor elektrische apparatuur, zoals de mechanische energie van de motor en de chemische energie van de batterij.

Hieruit blijkt dat de grootte van de tegenelektromotorische kracht de capaciteit van het elektrische apparaat aangeeft om de totale invoerenergie om te zetten in bruikbare energie, wat de mate van het omzettingsvermogen van het elektrische apparaat weerspiegelt.

4. Waarvan hangt de grootte van de tegen-EMK af?

Eerst wordt de formule voor de berekening van de tegen-EMK gegeven:

E is de elektromotorische kracht van de spoel, ψ is de flux, f is de frequentie, N is het aantal windingen en Φ is de magnetische flux.

Met behulp van de bovenstaande formule kunnen we de factoren bepalen die de grootte van de tegen-EMK beïnvloeden:

(1) De back-EMK is gelijk aan de veranderingssnelheid van de flux. Hoe hoger de snelheid, hoe groter de veranderingssnelheid en hoe groter de back-EMK;

(2) De flux zelf is gelijk aan het aantal windingen vermenigvuldigd met de enkelvoudige windingflux. Daarom geldt: hoe hoger het aantal windingen, hoe groter de flux en hoe groter de tegen-EMK;

(3) Het aantal windingen is gerelateerd aan het wikkelschema, zoals de ster-driehoekverbinding, het aantal windingen per sleuf, het aantal fasen, het aantal tanden, het aantal parallelle takken en het schema met volledige spoed of korte spoed;

(4) De enkelvoudige windingflux is gelijk aan de magnetomotive kracht gedeeld door de magnetische weerstand. Daarom geldt: hoe groter de magnetomotive kracht, hoe kleiner de magnetische weerstand in de richting van de flux, en hoe groter de tegen-EMK;

(5) De magnetische weerstand is gerelateerd aan de luchtspleet en de pool-sleufcoördinatie. Hoe groter de luchtspleet, hoe groter de magnetische weerstand en hoe kleiner de back-EMK. De pool-sleufcoördinatie is ingewikkelder en moet in detail worden geanalyseerd;

(6) De magnetomotive kracht is gerelateerd aan het restmagnetisme van de magneet en het effectieve gebied van de magneet. Hoe groter het restmagnetisme, hoe hoger de back-EMK. Het effectieve gebied is gerelateerd aan de magnetiserende richting, grootte en plaatsing van de magneet, en vereist specifieke analyse;

(7) Remanentie is ook gerelateerd aan temperatuur. Hoe hoger de temperatuur, hoe kleiner de back EMF

Samengevat zijn de factoren die de tegen-EMK beïnvloeden onder meer snelheid, aantal windingen per sleuf, aantal fasen, aantal parallelle takken, volledige en korte afstand, het magnetische circuit van de motor, de lengte van de luchtspleet, de aanpassing van de pool en de sleuf, de remanentie van de magneet, de plaatsing en grootte van de magneet, de magnetiseringsrichting en de temperatuur.

5. Hoe selecteer je de tegen-EMK in het motorontwerp?

Bij motorontwerp is back EMF E erg belangrijk. Als de back EMF goed is ontworpen (passende grootte en lage golfvormvervormingssnelheid), is de motor goed.

De tegen-EMK heeft verschillende belangrijke effecten op de motor:

1. De tegen-EMK bepaalt het zwakke magnetische punt van de motor, en het zwakke magnetische punt bepaalt de verdeling van de motorrendementskaart.

2. De vervormingssnelheid van de tegen-EMK-golfvorm beïnvloedt het motorrimpelkoppel en de soepelheid van het koppel wanneer de motor draait.

3. De grootte van de back EMF bepaalt direct de koppelcoëfficiënt van de motor, en de back EMF-coëfficiënt is evenredig met de koppelcoëfficiënt. Hieruit kunnen de volgende tegenstrijdigheden in motorontwerp worden afgeleid:

a. Als de tegen-EMK groot is, kan de motor een hoog koppel handhaven bij de limietstroom van de controller in het lagesnelheidswerkingsgebied, maar kan hij geen koppel leveren bij hoge snelheid en kan hij zelfs de verwachte snelheid niet bereiken;

b. Als de tegen-EMK klein is, heeft de motor nog steeds een uitgangsvermogen in het hogesnelheidsgebied, maar kan het koppel niet worden bereikt bij dezelfde regelstroom bij lage snelheid.

Daarom is het ontwerp van de back EMF-grootte afhankelijk van de werkelijke behoeften van de motor. Bijvoorbeeld, in het ontwerp van een kleine motor, als deze voldoende koppel moet leveren bij lage snelheid, moet de back EMF groter worden ontworpen.