Почему двигатели переменного тока имеют различную форму обратной ЭДС?

Лишь бы заложить правильный фундамент. Это синхронные машины, и анализ машины одинаков для всех типов.

Синхронная машина - это тип машины, в которой поток переменного тока находится в статоре, а поток постоянного тока - в роторе (машины наизнанку). Они генерируют крутящий момент только на синхронной скорости. Частота ротора и частота статора совпадают, отсюда и название.

У них есть статоры с обмоткой, подключенные к источнику переменного тока с обмоткой ротора для создания поля постоянного тока, соединенные через токосъемные кольца (в некоторых используется ртутный или графитовый порошок). Обычно это большие машины типа национальной сети.

Затем есть вращающийся диодный выпрямитель типа основного возбудителя для облегчения «бесщеточного» возбуждения поля ротора.

Затем у вас есть тип ротора с постоянными магнитами, в котором поверхностные магниты на роторе создают поток постоянного тока, необходимый для работы синхронного двигателя. Это синхронные машины с постоянными магнитами.

Существует два типа

1. Переменный ток постоянного магнита: PMAC
2. Постоянный ток постоянного магнита: PMDC

Просто чтобы быть ясным, оба типа создают противоЭДС переменного тока, если они имеют обратное управление. Им обоим нужно, чтобы их статор возбуждался полем переменного тока (и, следовательно, им нужно что-то для генерации переменного тока/напряжения). Важен тип управления и форма потока.

PMDC, как следует из названия, является DC. Как я уже говорил, они управляются не постоянным током, а переменным током. Однако контроллер будет работать с величиной постоянного тока, и конечная ступень коммутации будет переключать такую ​​форму волны через точки проводимости под углом 60 градусов.

PMAC, как следует из названия, это AC. Ядро контроллера, скорее всего, будет какой-то формой контроллера пространственно-векторной модуляции, который использует Кларка и Парка (чтобы затем создать представление постоянного тока для управления).

Почему разница? Что ж, при тех же характеристиках вала (крутящий момент, скорость) и при том же объеме и весе BLDC будет создавать более высокий крутящий момент, и он имеет очень простое управление. Недостатком является более высокая противоЭДС и создаваемая пульсация крутящего момента.

Чтобы получить максимальную отдачу от управления BLDC, обратная ЭДС должна быть «сформирована», чтобы максимизировать потокосцепление. При подаче постоянного тока в электрические секции под углом 60 градусов обратная ЭДС должна быть очень похожа на эту, и поэтому она имеет трапециевидную форму, а не синусоидальную.

Как же это делается? Обычный метод заключается в использовании более толстого зуба статора, более толстого кончика зуба, а магниты ротора не имеют полного шага (т.е. 4-полюсный парный ротор с поверхностными магнитами не будет иметь их, покрывающих 90 градусов, но скажем ... 87 градусов). Это создает период ОЧЕНЬ низкой потокосцепления, который формирует трапециевидную форму обратной ЭДС.

Закон Фарадея говорит нам, что когда у вас есть изменяющийся магнитный поток через петлю провода, в этом проводе индуцируется напряжение, равное скорости изменения этого магнитного потока во времени. Другими словами$e=\frac{d\Phi}{dt}$, где e — индуцированное напряжение, а$\Phi$является потоком. Если у вас есть обмотка с несколькими витками, уравнение становится$e=N*\frac{d\Phi}{dt}=\frac{d\lambda}{dt}$, где$\lambda$является потокосцеплением. Обратите внимание, что это означает, что форма наведенного напряжения (которое в случае двигателей часто называют противо-ЭДС) зависит от формы потокосцепления.

Причина того, что потокосцепление имеет разную форму, зависит от магнитной конструкции двигателя - формы магнитов, формы пластинчатых зубьев, распределения катушек в двигателе, ширины пазов и т. д. Двигатели BLDC. имеют тенденцию иметь трапециевидную форму обратной ЭДС, а двигатели СДПМ имеют тенденцию иметь синусоидальную форму обратной ЭДС. Однако невозможно спроектировать и изготовить двигатели с истинными трапецеидальными или истинными синусоидальными противо-ЭДС. Так, например, на двигателе BLDC противо-ЭДС будет выглядеть трапециевидной, но с закругленными краями.

Каждый тип двигателя имеет форму обратной ЭДС. Например, форма обратной ЭДС двигателя постоянного тока с PMDC со щетками и коммутатором выглядит как выпрямленная форма волны постоянного тока. Если вы посмотрите на отдельные катушки в PMDC-двигателе, в них будет индуцироваться переменное напряжение, которое выпрямляется коммутатором. Трехфазные асинхронные двигатели генерируют трехфазную синусоидальную противоЭДС в обмотках статора.