1. Lực điện từ ngược được tạo ra như thế nào?
Đối với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, cuộn dây của nó 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 bị cắt bởi cuộn dây trên stato, tạo ra suất điện động ngược trong cuộn dây. Tại sao nó được gọi là suất điện động ngược? Như tên gọi của nó, hướng của suất điện động ngược E ngược với hướng của điện áp đầu cuối U (như thể hiện trong Hình 1).
Hình 1
2. Mối quan hệ giữa suất điện động ngược và điện áp cực là gì?
Từ Hình 1, có thể thấy mối quan hệ giữa suất điện động ngược và điện áp cực dưới tải là:
Đối với thử nghiệm EMF ngược, thường được thử nghiệm ở trạng thái không tải, không có dòng điện và tốc độ 1000 vòng/phút. Nhìn chung, giá trị 1000 vòng/phút được xác định và hệ số EMF ngược = EMF ngược trung bình/tốc độ. Hệ số EMF ngược là một thông số tương đối quan trọng của động cơ. Cần lưu ý ở đây là EMF ngược khi có tải liên tục thay đổi trước khi tốc độ ổn định.
Từ công thức (1), có thể thấy rằng suất điện động ngược dưới tải nhỏ hơn điện áp đầu cuối. Nếu suất điện động ngược lớn hơn điện áp đầu cuối, nó trở thành máy phát và đưa điện áp ra bên ngoài. Vì điện trở và dòng điện trong công việc thực tế nhỏ, giá trị suất điện động ngược xấp xỉ bằng điện áp đầu cuối và bị giới hạn bởi giá trị định mức của điện áp đầu cuối.
3. Ý nghĩa vật lý của EMF ngược
Hãy tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra nếu không có lực điện từ ngược? Từ phương trình (1), chúng ta có thể thấy rằng nếu không có lực điện từ ngược, toàn bộ động cơ tương đương với một điện trở thuần túy, trở thành một thiết bị tạo ra nhiệt đặc biệt nghiêm trọng. 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=Echống lạiNó + Tôi2Rt
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 chênh lệch giữa năng lượng điện đầu vào và năng lượng điện nhiệt mất đi là phần năng lượng hữu ích Echống lạiNó tương ứng với EMF ngược. Nói cách khác, EMF ngược được sử dụng để tạo ra năng lượng hữu ích và có tương quan nghịch với mất nhiệt. Năng lượng mất nhiệt càng lớn, năng lượng hữu ích có thể đạt được càng nhỏ.
Nói một cách khách quan, điện trở ngược tiêu thụ năng lượng điện trong mạch, nhưng nó không phải là “tổn thất”. Phần năng lượng điện tương ứng với điện trở ngược sẽ được chuyển đổi thành năng lượng hữu ích cho thiết bị điện, chẳng hạn như năng lượng cơ học của động cơ và năng lượng hóa học của pin.
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?
Đầu tiên, công thức tính toán cho suất điện động ngược được đưa ra:
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.
Theo công thức trên, ta có thể biết được các yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của suất điện động ngược:
(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 thông lượng bằng số vòng nhân với thông lượng vòng đơn. Do đó, số vòng càng cao thì thông lượng 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 với lực từ động chia cho điện trở từ. Do đó, lực từ động càng lớn thì điện trở từ theo hướng của từ thông càng nhỏ và suất điện động ngược càng lớn;
(5) Điện trở từ liên quan đến khe hở không khí và sự phối hợp cực-rãnh. Khe hở không khí càng lớn, điện trở từ càng lớn và lực điện động ngược càng nhỏ. Sự phối hợp cực-rãnh phức tạp hơn và cần được phân tích chi tiết;
(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, cần phân tích cụ thể;
(7) Độ từ dư cũng 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, số vòng trên mỗi khe, số pha, số nhánh song song, khoảng cách đầy đủ và khoảng cách ngắn, mạch từ của động cơ, chiều dài khe hở không khí, sự khớp cực-rãnh, độ từ dư của nam châm, vị trí đặt nam châm và kích thước nam châm, hướng từ hóa và nhiệt độ.
5. Làm thế nào để lựa chọn EMF 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 và tỷ lệ méo dạng sóng thấp), động cơ sẽ tốt.
Lực điện từ ngược có một số tác động chính lên động cơ:
1. Lực điện động ngược xác định điểm từ yếu của động cơ và điểm từ yếu xác định sự phân bố của bản đồ hiệu suất động cơ.
2. Tỷ lệ biến dạng 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. Kích thước của lực điện từ ngược quyết định trực tiếp hệ số mô men xoắn của động cơ, hệ số lực điện từ 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. Nếu 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. Nếu 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.
Do đó, thiết kế kích thước EMF ngược phụ thuộc vào nhu cầu thực tế của động cơ. Ví dụ, trong thiết kế động cơ nhỏ, nếu cần tạo ra mô-men xoắn đủ ở tốc độ thấp, EMF ngược phải được thiết kế lớn hơn.
