القوة الدافعة الكهربائية الخلفية للمحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم

القوة الدافعة الكهربائية الخلفية للمحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم

1. كيف يتم توليد EMF العكسي؟

توليد القوة الدافعة الكهربائية العكسية سهل الفهم. المبدأ هو أن الموصل يقطع خطوط القوة المغناطيسية. ما دامت هناك حركة نسبية بينهما، يمكن أن يكون المجال المغناطيسي ثابتًا فيقطعه الموصل، أو يمكن أن يكون ثابتًا فيتحرك المجال المغناطيسي.

في المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، تُثبّت ملفاتها على الجزء الثابت (الموصل)، وتُثبّت المغناطيسات الدائمة على الجزء الدوار (المجال المغناطيسي). عند دوران الجزء الدوار، يدور المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيسات الدائمة على الجزء الدوار، وتقطعه ملفات الجزء الثابت، مولدةً قوة دافعة كهربائية عكسية في الملفات. لماذا تُسمى هذه القوة بالقوة الدافعة الكهربائية العكسية؟ كما يوحي الاسم، فإن اتجاه القوة الدافعة الكهربائية العكسية E يكون معاكسًا لاتجاه جهد الطرف U (كما هو موضح في الشكل 1).

الشكل 1

2. ما هي العلاقة بين EMF الخلفي والجهد الطرفي؟

ومن الشكل 1 يمكن ملاحظة أن العلاقة بين القوة الدافعة الكهربائية الخلفية والجهد الطرفي تحت الحمل هي:

يتم إجراء اختبار القوة الدافعة الكهربائية الخلفية عمومًا في حالة عدم وجود حمل، بدون تيار وبسرعة 1000 دورة في الدقيقة. بشكل عام، يتم تعريف قيمة 1000 دورة في الدقيقة على أنها معامل EMF الخلفي = متوسط ​​قيمة EMF الخلفي / السرعة. معامل EMF الخلفي هو معلمة مهمة للمحرك. تجدر الإشارة هنا إلى أن EMF الخلفي تحت الحمل يتغير باستمرار قبل أن تصبح السرعة مستقرة. من الصيغة (1)، يمكننا أن نعرف أن القوة الدافعة الكهربائية الخلفية تحت الحمل أصغر من الجهد الطرفي. إذا كانت القوة الدافعة الكهربائية الخلفية أكبر من الجهد الطرفي، فإنها تصبح مولدًا وتخرج الجهد إلى الخارج. نظرًا لأن المقاومة والتيار في العمل الفعلي صغيران، فإن قيمة القوة الدافعة الكهربائية الخلفية تساوي تقريبًا الجهد الطرفي وتقتصر على القيمة الاسمية للجهد الطرفي.

3. المعنى الفيزيائي للقوة الدافعة الكهربائية العكسية

تخيل ماذا سيحدث لو لم يكن هناك قوة دافعة كهربائية خلفية؟ من المعادلة (1)، نرى أنه بدون قوة دافعة كهربائية خلفية، يُعادل المحرك بأكمله مقاومةً نقيةً، ليصبح جهازًا يُولّد قدرًا كبيرًا من الحرارة، وهو ما يتعارض مع تحويل المحرك للطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. في معادلة تحويل الطاقة الكهربائية،,UI هي طاقة الكهرباء الداخلة، مثل طاقة الكهرباء الداخلة إلى البطارية أو المحرك أو المحول؛ I2Rt هي طاقة فقدان الحرارة في كل دائرة، وهي نوع من طاقة فقدان الحرارة، كلما كانت أصغر كان ذلك أفضل؛ الفرق بين طاقة الكهرباء الداخلة وطاقة فقدان الحرارة الكهربائية، إنها الطاقة المفيدة المقابلة للقوة الدافعة الكهربائية الخلفيةبمعنى آخر، تُستخدم القوة الدافعة الكهربائية العكسية لتوليد طاقة مفيدة، وتتناسب عكسيًا مع فقدان الحرارة. كلما زادت طاقة فقدان الحرارة، قلّت الطاقة المفيدة المُتاحة. من الناحية الموضوعية، تستهلك القوة الدافعة الكهربائية العكسية طاقة كهربائية في الدائرة، ولكنها ليست "فقدانًا". يُحوَّل جزء الطاقة الكهربائية المُقابل للقوة الدافعة الكهربائية العكسية إلى طاقة مفيدة للمعدات الكهربائية، مثل الطاقة الميكانيكية للمحركات، والطاقة الكيميائية للبطاريات، إلخ.

ومن هذا يتبين أن حجم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية يعني قدرة المعدات الكهربائية على تحويل إجمالي طاقة الإدخال إلى طاقة مفيدة، وهو ما يعكس مستوى قدرة المعدات الكهربائية على التحويل.

4. على ماذا يعتمد مقدار القوة الدافعة الكهربائية العكسية؟

صيغة حساب القوة الدافعة الكهربائية العكسية هي:

E هي القوة الدافعة الكهربائية للملف، ψ هو التدفق المغناطيسي، f هو التردد، N هو عدد الدورات، و Φ هو التدفق المغناطيسي.
بناءً على الصيغة أعلاه، أعتقد أن بإمكان الجميع ذكر بعض العوامل التي تؤثر على مقدار القوة الدافعة الكهربائية العكسية. إليكم ملخصًا لهذه المقالة:

(1) القوة الدافعة الكهربائية العكسية تساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي. كلما زادت السرعة، زاد معدل التغير، وبالتالي زادت القوة الدافعة الكهربائية العكسية.

(٢) التدفق المغناطيسي نفسه يساوي عدد الدورات مضروبًا في التدفق المغناطيسي للدورة الواحدة. لذلك، كلما زاد عدد الدورات، زاد التدفق المغناطيسي وزادت القوة الدافعة الكهربائية العكسية.

(3) يرتبط عدد الدورات بمخطط اللف، مثل اتصال النجمة والدلتا، وعدد الدورات لكل فتحة، وعدد المراحل، وعدد الأسنان، وعدد الفروع المتوازية، ومخطط الملعب الكامل أو القصير.

(٤) التدفق المغناطيسي أحادي الدورة يساوي القوة الدافعة المغناطيسية مقسومة على المقاومة المغناطيسية. لذلك، كلما زادت القوة الدافعة المغناطيسية، قلّت المقاومة المغناطيسية في اتجاه التدفق المغناطيسي، وزادت القوة الدافعة الكهربائية العكسية.

(5) ترتبط المقاومة المغناطيسية بفجوة الهواء وتنسيق القطب والفتحة. كلما اتسعت فجوة الهواء، زادت المقاومة المغناطيسية وقلّت القوة الدافعة الكهربائية العكسية. أما تنسيق القطب والفتحة، فهو أكثر تعقيدًا ويتطلب تحليلًا دقيقًا.

(6) ترتبط القوة الدافعة المغناطيسية بالمغناطيس المتبقي ومساحته الفعالة. كلما زادت المغناطيسية المتبقية، زادت القوة الدافعة الكهربائية العكسية. ترتبط المساحة الفعالة باتجاه مغناطيسية المغناطيس وحجمه وموقعه، وتتطلب تحليلًا دقيقًا.

(7) ترتبط المغناطيسية المتبقية بدرجة الحرارة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، قلّت القوة الدافعة الكهربائية العكسية.

باختصار، العوامل التي تؤثر على EMF الخلفي تشمل سرعة الدوران، وعدد الدورات لكل فتحة، وعدد المراحل، وعدد الفروع المتوازية، والملعب الكامل والملعب القصير، والدائرة المغناطيسية للمحرك، وطول الفجوة الهوائية، ومطابقة القطب مع الفتحة، والمغناطيسية المتبقية للفولاذ المغناطيسي، ووضع الفولاذ المغناطيسي وحجمه، واتجاه مغناطيسية الفولاذ المغناطيسي، ودرجة الحرارة.

5. كيفية تحديد حجم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية في تصميم المحرك؟

في تصميم المحركات، يُعدّ الدافع الكهرومغناطيسي الخلفي (EMF E) بالغ الأهمية. إذا كان الدافع الكهرومغناطيسي الخلفي مصممًا جيدًا (بحجم مناسب، وتشويه موجي منخفض)، فسيكون المحرك في حالة جيدة. للدافع الكهرومغناطيسي الخلفي عدة تأثيرات رئيسية على المحرك:

1. تحدد قيمة EMF الخلفية النقطة المغناطيسية الضعيفة للمحرك، وتحدد النقطة المغناطيسية الضعيفة توزيع خريطة كفاءة المحرك.
2. يؤثر معدل تشوه شكل موجة EMF الخلفية على عزم تموج المحرك وسلاسة خرج عزم الدوران عند تشغيل المحرك.
3. تحدد قيمة EMF الخلفية بشكل مباشر معامل عزم الدوران للمحرك، ومعامل EMF الخلفي يتناسب طرديًا مع معامل عزم الدوران.
ومن هنا يمكن استخلاص التناقضات التالية في تصميم المحرك:
أ. عندما تكون EMF الخلفية كبيرة، يمكن للمحرك الحفاظ على عزم دوران مرتفع عند تيار حد وحدة التحكم في منطقة التشغيل منخفضة السرعة، لكنه لا يستطيع إخراج عزم الدوران بسرعة عالية، ولا يمكنه حتى الوصول إلى السرعة المتوقعة؛
ب. عندما تكون القوة الدافعة الكهربائية الخلفية صغيرة، يظل للمحرك سعة خرج في منطقة السرعة العالية، ولكن لا يمكن تحقيق عزم الدوران بنفس تيار وحدة التحكم بسرعة منخفضة.

6. التأثير الإيجابي للـ EMF الخلفي على المحركات المغناطيسية الدائمة.

يُعد وجود القوة الدافعة الكهربائية العكسية أمرًا بالغ الأهمية لتشغيل محركات المغناطيس الدائم. فهو يُضفي عليها مزايا ووظائف خاصة:
أ. توفير الطاقة
يمكن للقوة الدافعة الكهربائية الخلفية التي تولدها محركات المغناطيس الدائم أن تقلل من تيار المحرك، وبالتالي تقليل فقدان الطاقة، وتقليل فقدان الطاقة، وتحقيق غرض توفير الطاقة.
ب. زيادة عزم الدوران
القوة الدافعة الكهربائية الخلفية معاكسة لجهد مصدر الطاقة. مع زيادة سرعة المحرك، تزداد القوة الدافعة الكهربائية الخلفية أيضًا. يُقلل الجهد العكسي من محاثة لفات المحرك، مما يؤدي إلى زيادة التيار. هذا يسمح للمحرك بتوليد عزم دوران إضافي وتحسين أداء قدرته.
ج. التباطؤ العكسي
بعد أن يفقد المحرك المغناطيسي الدائم الطاقة، بسبب وجود EMF الخلفي، فإنه يمكن أن يستمر في توليد تدفق مغناطيسي ويجعل الدوار يستمر في الدوران، مما يشكل تأثير سرعة EMF الخلفية العكسية، وهو أمر مفيد للغاية في بعض التطبيقات، مثل أدوات الآلات والمعدات الأخرى.

باختصار، يُعدّ المجال الكهرومغناطيسي الخلفي عنصرًا أساسيًا في محركات المغناطيس الدائم. فهو يُضيف فوائد عديدة لمحركات المغناطيس الدائم، ويلعب دورًا بالغ الأهمية في تصميم وتصنيع المحركات. يعتمد حجم وشكل موجة المجال الكهرومغناطيسي الخلفي على عوامل مثل تصميم محرك المغناطيس الدائم، وعملية التصنيع، وظروف استخدامه. كما أن لحجم وشكل موجة المجال الكهرومغناطيسي الخلفي تأثيرًا هامًا على أداء المحرك واستقراره.

شركة آنهوي مينجتنج المحدودة للمعدات الكهروميكانيكية ذات المغناطيس الدائم (https://www.mingtengmotor.com/)شركة متخصصة في تصنيع محركات المغناطيس الدائم المتزامنة. يضم مركزنا الفني أكثر من 40 موظفًا في مجال البحث والتطوير، موزعين على ثلاثة أقسام: التصميم، والتصنيع، والاختبار، ويتخصصون في البحث والتطوير، والتصميم، وابتكار عمليات محركات المغناطيس الدائم المتزامنة. باستخدام برامج تصميم احترافية وبرامج تصميم خاصة لمحركات المغناطيس الدائم من تطويرنا الذاتي، يُراعى أثناء تصميم المحرك وتصنيعه حجم وشكل موجة القوة الدافعة الكهربائية الخلفية بعناية وفقًا للاحتياجات الفعلية وظروف العمل الخاصة بالمستخدم، لضمان أداء المحرك واستقراره وتحسين كفاءته في استهلاك الطاقة.

حقوق الطبع والنشر: هذه المقالة عبارة عن إعادة طبع لرقم WeChat العام “电机技术及应用”، الرابط الأصلي https://mp.weixin.qq.com/s/e-NaJAcS1rZGhSGNPv2ifw

هذه المقالة لا تعكس وجهة نظر شركتنا. إذا كانت لديكم آراء أو وجهات نظر مختلفة، يُرجى تصحيحها!