1. Como o CEM de retorno é gerado?

Para um motor síncrono de ímã permanente, sua bobina é fixada no estator (condutor) e o ímã permanente é fixado no rotor (campo magnético). Quando o rotor gira, o campo magnético gerado pelo ímã permanente no rotor irá girar e ser cortado pela bobina no estator, gerando EMF de retorno na bobina. Por que é chamado de EMF de retorno? Como o nome sugere, a direção da EMF de retorno 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 terminal?

Na Figura 1, pode-se observar que a relação entre a força eletromotriz traseira e a tensão terminal sob carga é:

Para o teste de EMF de retorno, ele é geralmente testado em estado sem carga, sem corrente e uma velocidade de 1000 rpm. Geralmente, o valor de 1000 rpm é definido, e o coeficiente de EMF de retorno = EMF de retorno médio/velocidade. O coeficiente de EMF de retorno é um parâmetro relativamente importante do motor. Deve-se notar aqui que o EMF de retorno sob carga está constantemente mudando antes que a velocidade esteja estável.

Da fórmula (1), pode-se ver que a EMF traseira sob carga é menor que a tensão terminal. Se a EMF traseira for maior que a tensão terminal, ele se torna um gerador e emite tensão para o exterior. Como a resistência e a corrente no trabalho real são pequenas, o valor da EMF traseira é aproximadamente igual à tensão terminal e é limitado pelo valor nominal da tensão terminal.

3. O significado físico do EMF de retorno

Imagine o que aconteceria se a EMF de retorno não existisse? Da equação (1), podemos ver que sem a EMF de retorno, o motor inteiro é equivalente a um resistor puro, que se torna um dispositivo que gera calor particularmente severo. Isso é contrário à conversão de energia elétrica em energia mecânica pelo motor.

Na equação de conversão de energia elétrica, UIt = _E²It + ^I²Rt

UIt é a energia elétrica de entrada, como a energia elétrica fornecida à bateria, ao motor ou ao transformador; I²Rt ^é a energia dissipada por calor em cada circuito, sendo que quanto menor, melhor; a diferença entre a energia elétrica de entrada e a energia dissipada por calor é a parcela de energia útil E_it _{correspondente} à força contraeletromotriz (FEM). Em outras palavras, a FEM é utilizada para gerar energia útil e é inversamente proporcional à perda de calor. Quanto maior a perda de calor, menor a energia útil obtida.

Objetivamente falando, o EMF traseiro consome a energia elétrica no circuito, mas não é uma “perda”. A parte da energia elétrica correspondente ao EMF traseiro será convertida em energia útil para equipamentos elétricos, como a energia mecânica do motor e a energia química da bateria.

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 do EMF de retorno?

Primeiro, a fórmula de cálculo para o EMF traseiro é fornecida:

E é a força eletromotriz da bobina, ψ é o fluxo, f é a frequência, N é o número de voltas e Φ é o fluxo magnético.

De acordo com a fórmula acima, podemos conhecer os fatores que afetam a magnitude do EMF de retorno:

(1) A EMF de retorno é igual à taxa de variação do fluxo. Quanto maior a velocidade, maior a taxa de variação e maior a EMF de retorno;

(2) O fluxo em si é igual ao número de voltas multiplicado pelo fluxo de uma única volta. Portanto, quanto maior o número de voltas, maior o fluxo 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 ramificações paralelas e esquema de passo completo ou curto;

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

(5) A resistência magnética está relacionada ao entreferro e à coordenação polo-ranhura. Quanto maior o entreferro, maior a resistência magnética e menor o EMF de retorno. A coordenação polo-ranhura é mais complicada e precisa ser analisada em detalhes;

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

(7) A remanência também está relacionada à temperatura. Quanto maior a temperatura, menor a EMF de retorno.

Em resumo, os fatores que afetam a força eletromotriz reversa incluem velocidade, número de voltas por slot, número de fases, número de ramificações paralelas, espaçamento total e curto, circuito magnético do motor, comprimento do entreferro, correspondência polo-slot, remanência do ímã, posicionamento e tamanho do ímã, direção de magnetização e temperatura.

5. Como selecionar o EMF reverso no projeto do motor?

No projeto do motor, o EMF traseiro E é muito importante. Se o EMF traseiro for bem projetado (tamanho apropriado e baixa taxa de distorção da forma de onda), o motor é bom.

O EMF reverso tem vários efeitos principais no motor:

1. A 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 EMF reversa afeta o torque de ondulação do motor e a suavidade da saída de torque quando o motor está funcionando.

3. O tamanho do EMF traseiro determina diretamente o coeficiente de torque do motor, e o coeficiente do EMF traseiro é proporcional ao coeficiente de torque. A partir disso, as seguintes contradições podem ser extraídas no projeto do motor:

a. Se o EMF traseiro for 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. Se a EMF traseira for pequena, o motor ainda terá capacidade de saída na área de alta velocidade, mas o torque não poderá ser alcançado na mesma corrente do controlador em baixa velocidade.

Portanto, o design do tamanho do EMF traseiro depende das necessidades reais do motor. Por exemplo, no design de um motor pequeno, se for necessário produzir torque suficiente em baixa velocidade, o EMF traseiro deve ser projetado para ser maior.