1. Wie entsteht eine Gegen-EMK?

Bei einem Permanentmagnet-Synchronmotor ist die Spule am Stator (Leiter) und der Permanentmagnet am Rotor (Magnetfeld) befestigt. Wenn sich der Rotor dreht, dreht sich das vom Permanentmagneten am Rotor erzeugte Magnetfeld und wird von der Spule am Stator unterbrochen, wodurch in der Spule eine Gegen-EMK entsteht. Warum heißt sie Gegen-EMK? Wie der Name schon sagt, ist die Richtung der Gegen-EMK E entgegengesetzt zur Richtung der Klemmenspannung U (siehe Abbildung 1).

Figure 1

2.Welche Beziehung besteht zwischen Gegen-EMK und Klemmenspannung?

Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass die Beziehung zwischen der Gegen-EMK und der Klemmenspannung unter Last wie folgt lautet:

Für den Test der Gegen-EMK wird im Allgemeinen im Leerlauf, ohne Strom und bei einer Drehzahl von 1000 U/min getestet. Im Allgemeinen wird der Wert von 1000 U/min definiert und der Gegen-EMK-Koeffizient = durchschnittliche Gegen-EMK/Drehzahl. Der Gegen-EMK-Koeffizient ist ein relativ wichtiger Parameter des Motors. Dabei ist zu beachten, dass sich die Gegen-EMK unter Last ständig ändert, bevor die Drehzahl stabil ist.

Aus Formel (1) ist ersichtlich, dass die Gegen-EMK unter Last kleiner ist als die Klemmenspannung. Wenn die Gegen-EMK größer ist als die Klemmenspannung, wird sie zu einem Generator und gibt Spannung nach außen ab. Da der Widerstand und der Strom bei der tatsächlichen Arbeit gering sind, entspricht der Wert der Gegen-EMK ungefähr der Klemmenspannung und wird durch den Nennwert der Klemmenspannung begrenzt.

3. Die physikalische Bedeutung der Gegen-EMK

Stellen Sie sich vor, was passieren würde, wenn es keine Gegen-EMK gäbe? Aus Gleichung (1) können wir ersehen, dass der gesamte Motor ohne Gegen-EMK einem reinen Widerstand entspricht, der zu einem Gerät wird, das besonders viel Wärme erzeugt. Dies steht im Widerspruch zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie im Motor.

In der Gleichung zur Umwandlung elektrischer Energie gilt UIt=E_Anti-Es+Ich²Rt

UEs ist die elektrische Eingangsenergie, wie z. B. die elektrische Eingangsenergie für die Batterie, den Motor oder den Transformator; I²Rt ist die Wärmeverlustenergie in jedem Schaltkreis, also eine Art Wärmeverlustenergie. Je kleiner, desto besser. Die Differenz zwischen der Eingangs-Elektroenergie und der Wärmeverlust-Elektroenergie ist der Anteil der Nutzenergie E._Anti-Sie entspricht der Gegen-EMK. Mit anderen Worten: Die Gegen-EMK dient der Erzeugung von Nutzenergie und ist umgekehrt proportional zum Wärmeverlust. Je größer die Wärmeverlustenergie, desto geringer die erzielbare Nutzenergie.

Objektiv betrachtet verbraucht die Gegen-EMK die elektrische Energie im Schaltkreis, aber es handelt sich nicht um einen „Verlust“. Der Teil der elektrischen Energie, der der Gegen-EMK entspricht, wird in nutzbare Energie für elektrische Geräte umgewandelt, wie etwa die mechanische Energie des Motors und die chemische Energie der Batterie.

Daraus lässt sich erkennen, dass die Größe der Gegen-EMK die Fähigkeit des elektrischen Betriebsmittels bedeutet, die gesamte Eingangsenergie in Nutzenergie umzuwandeln, was wiederum den Grad der Umwandlungsfähigkeit des elektrischen Betriebsmittels widerspiegelt.

4. Wovon hängt die Stärke der Gegen-EMK ab?

Zunächst wird die Berechnungsformel für die Gegen-EMK angegeben:

E ist die elektromotorische Kraft der Spule, ψ ist der Fluss, f ist die Frequenz, N ist die Anzahl der Windungen und Φ ist der magnetische Fluss.

Anhand der obigen Formel können wir die Faktoren ermitteln, die die Stärke der Gegen-EMK beeinflussen:

(1) Die Gegen-EMK ist gleich der Änderungsrate des Flusses. Je höher die Geschwindigkeit, desto größer die Änderungsrate und desto größer die Gegen-EMK.

(2) Der Fluss selbst ist gleich der Anzahl der Windungen multipliziert mit dem Fluss pro Windung. Daher ist der Fluss und die Gegen-EMK umso größer, je höher die Anzahl der Windungen ist.

(3) Die Anzahl der Windungen hängt mit dem Wicklungsschema zusammen, beispielsweise mit der Stern-Dreieck-Schaltung, der Anzahl der Windungen pro Nut, der Anzahl der Phasen, der Anzahl der Zähne, der Anzahl der parallelen Zweige und dem Vollgewinde- oder Kurzgewindeschema.

(4) Der Einzelwindungsfluss ist gleich der magnetomotorischen Kraft geteilt durch den magnetischen Widerstand. Daher ist der magnetische Widerstand in Flussrichtung umso kleiner und die Gegen-EMK umso größer, je größer die magnetomotorische Kraft ist.

(5) Der magnetische Widerstand hängt mit dem Luftspalt und der Pol-Schlitz-Koordination zusammen. Je größer der Luftspalt, desto größer der magnetische Widerstand und desto kleiner die Gegen-EMK. Die Pol-Schlitz-Koordination ist komplizierter und muss im Detail analysiert werden.

(6) Die magnetomotorische Kraft hängt mit dem Restmagnetismus des Magneten und der effektiven Fläche des Magneten zusammen. Je größer der Restmagnetismus, desto höher die Gegen-EMK. Die effektive Fläche hängt mit der Magnetisierungsrichtung, Größe und Platzierung des Magneten zusammen und erfordert eine spezifische Analyse.

(7) Die Remanenz hängt auch von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur, desto kleiner ist die Gegen-EMK

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Faktoren, die die Gegen-EMK beeinflussen, die Drehzahl, die Anzahl der Windungen pro Nut, die Anzahl der Phasen, die Anzahl der parallelen Zweige, voller und kurzer Abstand, der Magnetkreis des Motors, die Länge des Luftspalts, die Pol-Nut-Anpassung, die Magnetremanenz, die Magnetplatzierung und Magnetgröße, die Magnetisierungsrichtung und die Temperatur sind.

5. Wie wählt man die Gegen-EMK bei der Motorkonstruktion aus?

Bei der Motorkonstruktion ist die Gegen-EMK E sehr wichtig. Wenn die Gegen-EMK gut ausgelegt ist (geeignete Größe und geringe Wellenformverzerrungsrate), ist der Motor gut.

Die Gegen-EMK hat mehrere Haupteffekte auf den Motor:

1. Die Gegen-EMK bestimmt den schwachen magnetischen Punkt des Motors und der schwache magnetische Punkt bestimmt die Verteilung des Motorwirkungsgradkennfelds.

2. Die Verzerrungsrate der Gegen-EMK-Wellenform beeinflusst das Welligkeitsdrehmoment des Motors und die Gleichmäßigkeit der Drehmomentabgabe bei laufendem Motor.

3. Die Größe der Gegen-EMK bestimmt direkt den Drehmomentkoeffizienten des Motors, und der Gegen-EMK-Koeffizient ist proportional zum Drehmomentkoeffizienten. Daraus lassen sich folgende Widersprüche im Motordesign ableiten:

a. Wenn die Gegen-EMK groß ist, kann der Motor im Niedriggeschwindigkeitsbereich bei Grenzstrom des Reglers ein hohes Drehmoment aufrechterhalten, bei hoher Geschwindigkeit kann er jedoch kein Drehmoment abgeben und kann nicht einmal die erwartete Geschwindigkeit erreichen.

b. Bei geringer Gegen-EMK verfügt der Motor zwar im Hochdrehzahlbereich noch über Leistungsvermögen, bei niedriger Drehzahl kann das Drehmoment jedoch bei gleichem Reglerstrom nicht erreicht werden.

Daher hängt die Auslegung der Gegen-EMK-Größe von den tatsächlichen Anforderungen des Motors ab. Wenn beispielsweise bei der Konstruktion eines kleinen Motors ein ausreichendes Drehmoment bei niedriger Drehzahl abgegeben werden muss, muss die Gegen-EMK größer ausgelegt werden.