Warum haben AC-Motoren verschiedene Gegen-EMK-Formen?

Nur um ein richtiges Fundament zu legen. Sie sind Synchronmaschinen und die Maschinenanalyse ist für alle Typen gleich.

Eine Synchronmaschine ist eine Art Maschine, die einen Wechselstromfluss im Stator und einen Gleichstromfluss auf dem Rotor hat (von innen nach außen gerichteten Maschinen). Sie erzeugen Drehmoment nur bei Synchrondrehzahl - Die Rotorfrequenz und die Statorfrequenz stimmen überein, daher der Name.

Sie haben gewickelte Statoren, die an eine Wechselstromquelle mit einem gewickelten Rotor angeschlossen sind, um ein Gleichstromfeld zu erzeugen, das über Schleifringe verbunden ist (einige verwenden Quecksilber- oder Graphitpulver). Dies sind normalerweise die großen nationalen Grid-Maschinen.

Es gibt dann den rotierenden Diodengleichrichter vom Typ Haupterreger, um eine "bürstenlose" Läuferfelderregung zu ermöglichen.

Sie haben dann den Permanentmagnet-Rotortyp, bei dem Oberflächenmagnete auf dem Rotor den Gleichstromfluss erzeugen, der für den Synchronmotor-Erzeugungsbetrieb erforderlich ist. Dies sind Permanentmagnet-Synchronmaschinen.

Es gibt zwei Arten, die existieren

1. Permanentmagnet-Wechselstrom: PMAC
2. Permanentmagnet-Gleichstrom: PMDC

Nur um klar zu sein, beide Typen erzeugen eine AC-Gegen-EMK, wenn sie zurückgetrieben werden. Beide müssen ihren Stator mit einem Wechselfeld erregen (und brauchen daher etwas, um einen Wechselstrom / eine Wechselspannung zu erzeugen). Wichtig ist die Art der Steuerung und die Form des Flusses.

PMDC ist, wie der Name schon sagt, DC. Wie ich bereits sagte, werden sie nicht mit Gleichstrom, sondern mit Wechselstrom betrieben. Die Steuerung arbeitet jedoch mit einer Gleichstromgröße, und eine letzte Kommutierungsstufe schaltet eine solche Wellenform durch 60-Grad-Leitungspunkte.

PMAC ist, wie der Name schon sagt, AC. Der Kern des Controllers wird höchstwahrscheinlich eine Art Raumvektormodulationscontroller sein, der Clark & ​​Park verwendet (um dann eine DC-Darstellung zu erzeugen, gegen die gesteuert werden kann).

Warum der Unterschied? Nun, für die gleichen Welleneigenschaften (Drehmoment, Geschwindigkeit) und für das gleiche Volumen und Gewicht erzeugt ein BLDC ein höheres Drehmoment und hat eine sehr einfache Steuerung. Der Nachteil ist die höhere erzeugte Gegen-EMK und die erzeugte Drehmomentwelligkeit.

Um das Beste aus einer BLDC-Steuerung herauszuholen, muss die Gegen-EMK „geformt“ werden, um die Flussverknüpfung zu maximieren. Wenn Gleichstrom in elektrischen Abschnitten von 60 Grad angelegt wird, muss die Gegen-EMK diesem sehr ähnlich sein, und daher ist sie trapezförmig und nicht sinusförmig geformt.

Wie wird das aber gemacht? Die übliche Methode ist über einen dickeren Statorzahn, eine stämmigere Zahnspitze und die Rotormagnete haben keine volle Teilung (dh ein 4-Polpaar-Rotor mit Oberflächenmagneten würde nicht 90 Grad abdecken, sondern sagen ... 87 Grad). Dies erzeugt eine Periode mit SEHR geringer Flussverknüpfung, die die Gegen-EMK trapezförmig formt.

Das Faradaysche Gesetz besagt, dass bei einem sich ändernden Magnetfluss durch eine Drahtschleife in diesem Draht eine Spannung induziert wird, die der zeitlichen Änderungsrate dieses Magnetflusses entspricht. Mit anderen Worten$e=\frac{d\Phi}{dt}$, wobei e die induzierte Spannung ist und$\Phi$ist Fluss. Wenn Sie eine Wicklung mit mehreren Windungen haben, wird die Gleichung$e=N*\frac{d\Phi}{dt}=\frac{d\lambda}{dt}$, Wo$\lambda$ist die Flussverbindung. Beachten Sie, dass die Form der induzierten Spannung (die bei Motoren oft als Gegen-EMK bezeichnet wird) von der Form der Flussverbindung abhängt.

Was dazu führt, dass die Flussverbindung unterschiedliche Formen hat, hängt von der magnetischen Konstruktion des Motors ab - der Form der Magnete, der Form der Blechzähne, der Verteilung der Spulen im Motor, der Breite der Schlitze usw. BLDC-Motoren neigen dazu, eine trapezförmige Gegen-EMK-Form zu haben, und PMSM-Motoren neigen dazu, eine sinusförmige Gegen-EMK-Form zu haben. Es ist jedoch unmöglich, Motoren mit echten Trapez- oder echten Sinus-Gegen-EMKs zu entwerfen und herzustellen. So sieht zum Beispiel bei einem BLDC-Motor die Gegen-EMK trapezförmig aus, hat aber abgerundete Kanten.

Jeder Motortyp hat eine Gegen-EMK-Form. Beispielsweise sieht die Gegen-EMK-Form eines PMDC-Motors mit Bürsten und einem Kommutator wie eine gleichgerichtete DC-Wellenform aus. Wenn Sie sich die einzelnen Spulen in einem PMDC-Motor ansehen, werden in ihnen Wechselspannungen induziert, die vom Kommutator gleichgerichtet werden. 3-Phasen-Induktionsmotoren erzeugen sinusförmige 3-Phasen-Gegen-EMKs in den Statorwicklungen.