1. Sức điện động ngược được tạo ra như thế nào?

Việc tạo ra sức điện động ngược là điều dễ hiểu. Nguyên tắc là dây dẫn cắt các đường sức từ, miễn là có chuyển động tương đối giữa hai đường sức đó. Có thể từ trường không chuyển động và dây dẫn bị cắt; cũng có thể là dây dẫn không chuyển động và từ trường chuyển động. Đối với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, các cuộn dây của nó được cố định trên stato (dây dẫn), còn 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 stato hút. Cuộn dây trên cuộn dây bị cắt và một suất điện động ngược được sinh ra trong cuộn dây. Tại sao gọi là sức điện động ngược? Đúng như tên gọi, hướng của suất điện động ngược E ngược với hướng của điện áp đầu cực U (như trong Hình 1).

Hình 1

2. Mối quan hệ giữa suất điện động ngược và điện áp đầu cực là gì?

Có thể thấy từ Hình 1 rằng mối quan hệ giữa suất điện động ngược và điện áp đầu cực khi tải là:

Để kiểm tra lực điện động ngược, nó thường được kiểm tra trong điều kiện không tải, không có dòng điện và tốc độ quay là 1000 vòng/phút. Nói chung, giá trị 1000 vòng/phút được xác định và hệ số lực điện động ngược = giá trị trung bình của lực/tốc độ điện động ngược. Hệ số suất điện động ngược là một thông số quan trọng của động cơ. Cần lưu ý ở đây rằng sức điện động ngược khi có tải thay đổi liên tục trước khi tốc độ ổn định. Từ phương trình (1), chúng ta biết rằng suất điện động ngược khi tải nhỏ hơn điện áp đầu cực. Nếu suất điện động phía sau lớn hơn điện áp đầu cực, nó sẽ trở thành máy phát điện và đưa điện áp ra bên ngoài. Vì điện trở và dòng điện trong công việc thực tế nhỏ nên giá trị của suất điện động ngược xấp xỉ bằng điện áp đầu cực và bị giới hạn bởi giá trị định mức của điện áp đầu cực.

3. Ý nghĩa vật lý của suất điện động ngược

Hãy tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra nếu suất điện động ngược không tồn tại? Có thể thấy từ phương trình (1) rằng nếu không có suất điện động ngược, toàn bộ động cơ tương đương với một điện trở thuần và trở thành thiết bị tạo ra nhiệt đặc biệt nghiêm trọng. Điều này trái ngược với thực tế là động cơ chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.

Trong bối cảnh của các phương trình chuyển đổi năng lượng điện,

UIt đề cập đến năng lượng điện đầu vào, chẳng hạn như năng lượng đầu vào cho pin, động cơ điện hoặc máy biến áp. I2Rt biểu thị năng lượng nhiệt bị mất trong các mạch điện khác nhau. Năng lượng này là một loại năng lượng tản nhiệt, và giá trị này càng nhỏ càng tốt. Sự khác biệt giữa năng lượng điện đầu vào và năng lượng điện bị mất do nhiệt chính là năng lượng hữu ích E tương ứng với sức điện động ngược (EMF). Nói cách khác, sức điện động ngược được sử dụng để tạo ra năng lượng hữu ích và tỷ lệ nghịch với năng lượng nhiệt bị mất. Năng lượng nhiệt bị mất càng lớn, năng lượng hữu ích thu được càng nhỏ.

Nói một cách khách quan, suất điện động ngược (EMF) tiêu thụ năng lượng điện trong mạch điện nhưng đó không phải là “tổn thất”. Năng lượng điện tương ứng với EMF phía sau được chuyển hóa thành năng lượng hữu ích cho các thiết bị điện. Ví dụ, trong động cơ điện, nó được chuyển đổi thành năng lượng cơ học, trong khi ở pin, nó được chuyển đổi thành năng lượng hóa học.

Do đó, độ lớn của EMF phía sau cho thấy khả năng của một thiết bị điện chuyển đổi tổng năng lượng đầu vào thành năng lượng hữu ích. Nó phản ánh hiệu quả chuyển đổi năng lượng trong thiết bị điện.

4. Độ lớn suất điện động phía sau phụ thuộc vào điều gì?

Công thức tính suất điện động ngược:

Dựa vào công thức trên, tôi tin chắc mọi người cũng có thể kể ra được một số yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của suất điện động phía sau. Dưới đây là tóm tắt của một bài viết:

(1) Sức điện động ngược bằng tốc độ thay đổi của liên kết từ. Tốc độ quay càng cao thì tốc độ thay đổi càng lớn và suất điện động ngược càng lớn;

(2) Bản thân liên kết từ bằng số vòng nhân với liên kết từ một vòng. Do đó, số vòng dây càng cao thì liên kết từ càng lớn và suất điện động ngược càng lớn;

(3) Số vòng dây liên quan đến sơ đồ cuộn dây, kết nối sao-tam giác, số vòng trên mỗi khe, số pha, số răng, số nhánh song song, sơ đồ toàn bước hoặc bước ngắn;

(4) Liên kết từ một vòng bằng lực từ động chia cho điện trở từ. Do đó, lực từ càng lớn thì điện trở từ theo hướng liên kết từ càng nhỏ và lực điện động ngược càng lớn;

(5) Điện trở từ có liên quan đến sự phối hợp giữa khe hở không khí và khe cực. Khe hở không khí càng lớn thì điện trở từ càng lớn và suất điện động ngược càng nhỏ. Sự phối hợp cực-rãnh tương đối phức tạp và đòi hỏi phải phân tích chi tiết;

(6) Lực từ có liên quan đến độ từ dư của nam châm và diện tích tác dụng của nam châm. Độ dư càng lớn thì suất điện động ngược càng cao. Diện tích hiệu dụng có liên quan đến hướng từ hóa, kích thước và vị trí của nam châm và cần được phân tích cụ thể;

(7) Từ tính dư có liên quan đến nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì suất điện động ngược càng nhỏ.

Tóm lại, các yếu tố ảnh hưởng của suất điện động ngược bao gồm tốc độ quay, số vòng trên mỗi khe, số pha, số nhánh song song, bước tổng thể ngắn, mạch từ động cơ, chiều dài khe hở không khí, phối hợp cực-khe, từ tính dư nam châm, và vị trí đặt nam châm. Và kích thước nam châm, hướng từ hóa nam châm và nhiệt độ.

5. Chọn độ lớn suất điện động phụ trong thiết kế động cơ như thế nào?

Trong thiết kế động cơ, suất điện động ngược E rất quan trọng. Tôi nghĩ nếu suất điện động phía sau được thiết kế tốt (lựa chọn kích thước phù hợp và độ méo dạng sóng thấp) thì động cơ sẽ hoạt động tốt. Ảnh hưởng của suất điện động ngược lên động cơ chủ yếu ở một số khía cạnh:

1. Kích thước của lực điện động ngược xác định điểm suy yếu từ trường của động cơ và điểm suy yếu từ trường xác định sự phân bố của bản đồ hiệu suất động cơ.

2. Tốc độ biến dạng của dạng sóng lực điện động ngược ảnh hưởng đến mômen gợn sóng của động cơ và độ ổn định của mômen đầu ra khi động cơ đang chạy.

3. Kích thước của suất điện động phía sau quyết định trực tiếp đến hệ số mômen của động cơ và hệ số suất điện động phía sau tỷ lệ thuận với hệ số mômen. Từ đó chúng ta có thể rút ra những mâu thuẫn sau đây trong thiết kế động cơ:

Một. Khi lực điện động phía sau tăng lên, động cơ có thể duy trì mô-men xoắn cao dưới dòng điện giới hạn của bộ điều khiển trong vùng vận hành tốc độ thấp, nhưng không thể tạo ra mô-men xoắn ở tốc độ cao hoặc thậm chí đạt được tốc độ mong đợi;

b. Khi suất điện động ngược nhỏ, động cơ vẫn có công suất đầu ra ở vùng tốc độ cao, nhưng không thể đạt được mô-men xoắn dưới cùng dòng điện điều khiển ở tốc độ thấp.

Vì vậy, việc thiết kế suất điện động phía sau phụ thuộc vào nhu cầu thực tế của động cơ. Ví dụ, trong thiết kế một động cơ nhỏ, nếu cần vẫn tạo ra đủ mômen xoắn ở tốc độ thấp thì suất điện động ngược phải được thiết kế lớn hơn.