Force électromotrice arrière d'un moteur synchrone à aimant permanent

Force électromotrice arrière d'un moteur synchrone à aimant permanent

1. Comment la force contre-électromotrice est-elle générée ?

La génération de la force contre-électromotrice est facile à comprendre. Le principe est que le conducteur coupe les lignes de force magnétiques. Tant qu'il existe un mouvement relatif entre les deux, le champ magnétique peut être stationnaire et le conducteur le coupe, ou le conducteur peut être stationnaire et le champ magnétique se déplace.

Pour les moteurs synchrones à aimants permanents, les bobines sont fixées au stator (conducteur) et les aimants permanents au rotor (champ magnétique). Lorsque le rotor tourne, le champ magnétique généré par les aimants permanents tourne et est coupé par les bobines du stator, générant une force contre-électromotrice dans les bobines. Pourquoi parle-t-on de force contre-électromotrice ? Comme son nom l'indique, la direction de la force contre-électromotrice E est opposée à celle de la tension aux bornes U (comme illustré à la figure 1).

Figure 1

2. Quelle est la relation entre la force contre-électromotrice et la tension aux bornes ?

On peut voir sur la figure 1 que la relation entre la force contre-électromotrice et la tension aux bornes sous charge est :

L'essai de force contre-électromotrice est généralement réalisé à vide, sans courant et à une vitesse de 1 000 tr/min. Généralement, la valeur de 1 000 tr/min est définie comme le coefficient de force contre-électromotrice = valeur moyenne de force contre-électromotrice / vitesse. Le coefficient de force contre-électromotrice est un paramètre important du moteur. Il convient de noter que la force contre-électromotrice sous charge varie constamment avant que la vitesse ne soit stable. La formule (1) indique que la force contre-électromotrice sous charge est inférieure à la tension aux bornes. Si elle est supérieure à cette tension, le moteur devient un générateur et fournit une tension à l'extérieur. La résistance et le courant étant faibles en fonctionnement réel, la valeur de la force contre-électromotrice est approximativement égale à la tension aux bornes et est limitée par sa valeur nominale.

3. La signification physique de la force contre-électromotrice

Imaginez ce qui se passerait si la force contre-électromotrice n'existait pas ? L'équation (1) montre que sans force contre-électromotrice, le moteur entier est équivalent à une simple résistance, devenant un dispositif générant beaucoup de chaleur, ce qui est contraire à la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique par le moteur. Dans l'équation de conversion d'énergie électrique,UIt est l'énergie électrique d'entrée, telle que l'énergie électrique d'entrée d'une batterie, d'un moteur ou d'un transformateur ; I2Rt est l'énergie de perte de chaleur dans chaque circuit, qui est une sorte d'énergie de perte de chaleur, plus elle est petite, mieux c'est ; la différence entre l'énergie électrique d'entrée et l'énergie électrique de perte de chaleur,C'est l'énergie utile correspondant à la force contre-électromotriceEn d'autres termes, la force contre-électromotrice (FCE) sert à générer de l'énergie utile et est inversement proportionnelle aux pertes thermiques. Plus les pertes thermiques sont importantes, plus l'énergie utile atteignable est faible. Objectivement parlant, la force contre-électromotrice consomme de l'énergie électrique dans le circuit, mais il ne s'agit pas d'une « perte ». La part d'énergie électrique correspondant à la FCE sera convertie en énergie utile pour les équipements électriques, tels que l'énergie mécanique des moteurs, l'énergie chimique des batteries, etc.

On peut voir à partir de cela que la taille de la force contre-électromotrice signifie la capacité de l'équipement électrique à convertir l'énergie totale d'entrée en énergie utile, ce qui reflète le niveau de capacité de conversion de l'équipement électrique.

4. De quoi dépend la grandeur de la force contre-électromotrice ?

La formule de calcul de la force contre-électromotrice est :

E est la force électromotrice de la bobine, ψ est le flux magnétique, f est la fréquence, N est le nombre de tours et Φ est le flux magnétique.
D'après la formule ci-dessus, je pense que chacun peut probablement citer quelques facteurs qui influencent l'amplitude de la force contre-électromotrice. Voici un article récapitulatif :

(1) La force contre-électromotrice (FCE) est égale au taux de variation du flux magnétique. Plus la vitesse est élevée, plus le taux de variation est élevé et plus la FCE est importante.

(2) Le flux magnétique lui-même est égal au nombre de spires multiplié par le flux magnétique d'un seul tour. Par conséquent, plus le nombre de spires est élevé, plus le flux magnétique et la force contre-électromotrice (FEM) sont importants.

(3) Le nombre de tours est lié au schéma d'enroulement, tel que la connexion étoile-triangle, le nombre de tours par fente, le nombre de phases, le nombre de dents, le nombre de branches parallèles et le schéma à pas complet ou à pas court.

(4) Le flux magnétique monotour est égal à la force magnétomotrice divisée par la résistance magnétique. Par conséquent, plus la force magnétomotrice est élevée, plus la résistance magnétique dans le sens du flux magnétique est faible et plus la force contre-électromotrice est importante.

(5) La résistance magnétique est liée à l'entrefer et à la coordination pôle-encoche. Plus l'entrefer est grand, plus la résistance magnétique est élevée et plus la force contre-électromotrice est faible. La coordination pôle-encoche est plus complexe et nécessite une analyse spécifique.

(6) La force magnétomotrice est liée au magnétisme résiduel de l'aimant et à sa surface effective. Plus le magnétisme résiduel est important, plus la force contre-électromotrice est élevée. La surface effective est liée à la direction de magnétisation, à la taille et à l'emplacement de l'aimant et nécessite une analyse spécifique.

(7) Le magnétisme résiduel est lié à la température. Plus la température est élevée, plus la force contre-électromotrice est faible.

En résumé, les facteurs affectant la force contre-électromotrice comprennent la vitesse de rotation, le nombre de tours par fente, le nombre de phases, le nombre de branches parallèles, le pas complet et le pas court, le circuit magnétique du moteur, la longueur de l'entrefer, la correspondance pôle-fente, le magnétisme résiduel de l'acier magnétique, le placement et la taille de l'acier magnétique, la direction de magnétisation de l'acier magnétique et la température.

5. Comment sélectionner la taille de la force contre-électromotrice dans la conception du moteur ?

Dans la conception d'un moteur, la force contre-électromotrice (FEM) est très importante. Si la FEM est bien conçue (taille appropriée, faible distorsion de la forme d'onde), le moteur est performant. La FEM a plusieurs effets majeurs sur le moteur :

1. L'amplitude de la force contre-électromotrice détermine le point magnétique faible du moteur, et le point magnétique faible détermine la distribution de la carte d'efficacité du moteur.
2. Le taux de distorsion de la forme d'onde de la force contre-électromotrice affecte le couple d'ondulation du moteur et la régularité de la sortie de couple lorsque le moteur fonctionne.
3. L'amplitude de la force contre-électromotrice détermine directement le coefficient de couple du moteur, et le coefficient de force contre-électromotrice est proportionnel au coefficient de couple.
De là, on peut déduire les contradictions suivantes dans la conception des moteurs :
a. Lorsque la force contre-électromotrice est importante, le moteur peut maintenir un couple élevé au courant limite du contrôleur dans la zone de fonctionnement à basse vitesse, mais il ne peut pas produire de couple à grande vitesse et ne peut même pas atteindre la vitesse attendue ;
b. Lorsque la force contre-électromotrice est faible, le moteur a toujours une capacité de sortie dans la zone à grande vitesse, mais le couple ne peut pas être atteint au même courant de contrôleur à basse vitesse.

6. L’impact positif de la force contre-électromotrice sur les moteurs à aimants permanents.

L'existence d'une force contre-électromotrice est essentielle au fonctionnement des moteurs à aimants permanents. Elle peut leur apporter des avantages et des fonctions spécifiques :
a. Économie d'énergie
La force contre-électromotrice générée par les moteurs à aimants permanents peut réduire le courant du moteur, réduisant ainsi la perte de puissance, la perte d'énergie et atteignant l'objectif d'économie d'énergie.
b. Augmenter le couple
La force contre-électromotrice (FEM) est opposée à la tension d'alimentation. Lorsque la vitesse du moteur augmente, la FEM augmente également. La tension inverse réduit l'inductance du bobinage du moteur, ce qui entraîne une augmentation du courant. Cela permet au moteur de générer un couple supplémentaire et d'améliorer ses performances énergétiques.
c. Décélération inverse
Une fois que le moteur à aimant permanent perd de la puissance, en raison de l'existence d'une force contre-électromotrice, il peut continuer à générer un flux magnétique et faire tourner le rotor en continu, ce qui forme l'effet de vitesse inverse de la force contre-électromotrice, ce qui est très utile dans certaines applications, telles que les machines-outils et autres équipements.

En résumé, la force contre-électromotrice (FCE) est un élément indispensable des moteurs à aimants permanents. Elle présente de nombreux avantages et joue un rôle crucial dans la conception et la fabrication de ces moteurs. L'intensité et la forme d'onde de la FCE dépendent de facteurs tels que la conception, le procédé de fabrication et les conditions d'utilisation du moteur. L'intensité et la forme d'onde de la FCE ont une influence importante sur les performances et la stabilité du moteur.

Anhui Mingteng Permanent Magnet Electromechanical Equipment Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/)est un fabricant professionnel de moteurs synchrones à aimants permanents. Notre centre technique compte plus de 40 collaborateurs en R&D, répartis en trois départements : conception, procédés et essais. Spécialisés dans la recherche et le développement, la conception et l'innovation de moteurs synchrones à aimants permanents, nous utilisons des logiciels de conception professionnels et des programmes de conception spécifiques développés en interne. Lors de la conception et de la fabrication, la taille et la forme d'onde de la force contre-électromotrice sont soigneusement étudiées en fonction des besoins réels et des conditions d'utilisation spécifiques de l'utilisateur afin de garantir les performances et la stabilité du moteur et d'améliorer son efficacité énergétique.

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