1. كيف يتم توليد القوة الدافعة الكهربائية الخلفية؟

من السهل أن نفهم توليد القوة الدافعة الكهربائية الخلفية. المبدأ هو أن الموصل يقطع خطوط المجال المغناطيسي، طالما أن هناك حركة نسبية بين الاثنين. من الممكن أن المجال المغناطيسي لا يتحرك ويقطع الموصل؛ ومن الممكن أيضًا أن الموصل لا يتحرك ويتحرك المجال المغناطيسي. بالنسبة للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم، يتم تثبيت ملفاته على الجزء الثابت (الموصل)، ويتم تثبيت المغناطيس الدائم على الجزء الدوار (المجال المغناطيسي). عندما يدور الجزء المتحرك، فإن المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم الموجود على الجزء المتحرك سوف يدور وينجذب إلى الجزء الثابت. يتم قطع الملف الموجود على الملف وتتولد قوة دافعة كهربائية خلفية في الملف. لماذا سميت بالقوة الدافعة الكهربائية؟ كما يوحي الاسم، فإن اتجاه القوة الدافعة الكهربائية الخلفية E هو عكس اتجاه الجهد الطرفي U (كما هو موضح في الشكل 1).

الشكل 1

2. ما هي العلاقة بين القوة الدافعة الكهربائية الخلفية والجهد الطرفي؟

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

لاختبار القوة الدافعة الكهربائية الخلفية، يتم اختباره بشكل عام في ظل حالة عدم التحميل، وعدم وجود تيار، وسرعة الدوران هي 1000 دورة في الدقيقة. بشكل عام، يتم تحديد قيمة 1000 دورة في الدقيقة، ومعامل القوة الدافعة الكهربائية الخلفية = متوسط ​​قيمة القوة الدافعة الكهربائية الخلفية/السرعة. يعد معامل القوة الدافعة الكهربائية الخلفية معلمة مهمة للمحرك. وتجدر الإشارة هنا إلى أن القوة الدافعة الكهربائية الخلفية تحت الحمل تتغير باستمرار قبل أن تستقر السرعة. من المعادلة (1) نعلم أن القوة الدافعة الكهربائية الخلفية تحت الحمل أقل 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 المقدرة للجهد الطرفي.

3. المعنى الفيزيائي للقوة الدافعة الكهربائية الخلفية

تخيل ماذا سيحدث لو لم تكن القوة الدافعة الكهربائية الخلفية موجودة؟ يمكن أن نرى من المعادلة (1) أنه بدون القوة الدافعة الكهربائية الخلفية، فإن المحرك بأكمله يعادل مقاومة نقية ويصبح جهازًا يولد حرارة خطيرة بشكل خاص. وهذا يتعارض مع حقيقة أن المحرك يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

في سياق معادلات تحويل الطاقة الكهربائية،

يشير مصطلح UI إلى الطاقة الكهربائية المدخلة، مثل الطاقة المدخلة إلى بطارية أو محرك كهربائي أو محول. يمثل I2Rt طاقة فقدان الحرارة في الدوائر المختلفة. هذه الطاقة هي نوع من طاقة التبديد الحراري، ويجب أن تكون هذه القيمة صغيرة قدر الإمكان. الفرق بين الطاقة الكهربائية المدخلة والطاقة الكهربائية المفقودة للحرارة هو الطاقة المفيدة هـ المقابلة للقوة الدافعة الكهربائية الخلفية (EMF). بمعنى آخر، يتم استخدام المجال الكهرومغناطيسي الخلفي لتوليد طاقة مفيدة ويرتبط عكسيًا بفقد الحرارة. كلما زادت طاقة فقدان الحرارة، قلت الطاقة المفيدة التي يمكن تحقيقها.

من الناحية الموضوعية، تستهلك القوة الدافعة الكهربائية الخلفية (EMF) الطاقة الكهربائية في الدائرة، ولكنها ليست "خسارة". يتم تحويل الطاقة الكهربائية المقابلة للمجال الكهرومغناطيسي الخلفي إلى طاقة مفيدة للأجهزة الكهربائية. على سبيل المثال، في المحرك الكهربائي، يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية، بينما في البطارية، يتم تحويلها إلى طاقة كيميائية.

ولذلك، فإن حجم EMF الخلفي يشير إلى قدرة الجهاز الكهربائي على تحويل إجمالي الطاقة المدخلة إلى طاقة مفيدة. وهو يعكس كفاءة تحويل الطاقة في الجهاز الكهربائي.

4. على ماذا يعتمد حجم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية؟

صيغة حساب القوة الدافعة الكهربائية الخلفية:

بناءً على الصيغة المذكورة أعلاه، أعتقد أن الجميع ربما يمكنهم معرفة بعض العوامل التي تؤثر على حجم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية. فيما يلي ملخص لمقال:

(1) القوة الدافعة الكهربائية الخلفية تساوي معدل تغير الارتباط المغناطيسي. كلما زادت سرعة الدوران، زاد معدل التغير وزادت القوة الدافعة الكهربائية الخلفية؛

(2) الوصلة المغناطيسية نفسها تساوي عدد اللفات مضروبة في الوصلة المغناطيسية ذات الدورة الواحدة. ولذلك، كلما زاد عدد اللفات، كلما زاد حجم الوصلة المغناطيسية وزادت القوة الدافعة الكهربائية الخلفية؛

(3) يرتبط عدد اللفات بمخطط اللف، أو اتصال دلتا النجم، أو عدد اللفات لكل فتحة، أو عدد المراحل، أو عدد الأسنان، أو عدد الفروع المتوازية، أو مخطط النغمة الكاملة أو القصيرة؛

(4) الوصلة المغناطيسية ذات الدورة الواحدة تساوي القوة الدافعة المغناطيسية مقسومة على المقاومة المغناطيسية. ولذلك، كلما زادت القوة الدافعة المغناطيسية، قلت المقاومة المغناطيسية في اتجاه الارتباط المغناطيسي، وزادت القوة الدافعة الكهربائية الخلفية؛

(5) ترتبط المقاومة المغناطيسية بتعاون فجوة الهواء وفتحة القطب. كلما زادت فجوة الهواء، زادت المقاومة المغناطيسية وقلت القوة الدافعة الكهربائية الخلفية. يعد تنسيق القطب الأخدود معقدًا نسبيًا ويتطلب تحليلاً مفصلاً؛

(6) ترتبط القوة الدافعة المغناطيسية ببقاء المغناطيس والمساحة الفعالة للمغناطيس. كلما زاد الثبات، زادت القوة الدافعة الكهربائية الخلفية. ترتبط المنطقة الفعالة باتجاه المغنطة وحجمها وموضعها، وتتطلب تحليلًا محددًا؛

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

باختصار، تشمل العوامل المؤثرة في القوة الدافعة الكهربائية الخلفية سرعة الدوران، وعدد اللفات في كل فتحة، وعدد الأطوار، وعدد الفروع المتوازية، والمسافة الكلية القصيرة، والدائرة المغناطيسية الحركية، وطول فجوة الهواء، وتنسيق فتحة القطب، والمغناطيسية المتبقية للمغناطيس، وموضع وضع المغناطيس. وحجم المغناطيس واتجاه مغنطة المغناطيس ودرجة الحرارة.

5. كيف يتم اختيار حجم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية في تصميم المحرك؟

في تصميم المحرك، تعتبر القوة الدافعة الكهربائية الخلفية E مهمة جدًا. أعتقد أنه إذا تم تصميم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية بشكل جيد (اختيار الحجم المناسب ومعدل تشوه الموجي المنخفض)، فسيكون المحرك جيدًا. تأثير القوة الدافعة الكهربائية الخلفية على المحرك يكون بشكل رئيسي في عدة جوانب:

1. حجم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية يحدد نقطة ضعف المجال للمحرك، ونقطة ضعف المجال تحدد توزيع خريطة كفاءة المحرك.

2. يؤثر معدل تشويه شكل موجة القوة الدافعة الكهربائية الخلفية على عزم الدوران المموج للمحرك واستقرار خرج عزم الدوران عند تشغيل المحرك.

3. حجم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية يحدد بشكل مباشر معامل عزم الدوران للمحرك، ومعامل القوة الدافعة الكهربائية الخلفية يتناسب طرديا مع معامل عزم الدوران. ومن هذا يمكننا استخلاص التناقضات التالية التي نواجهها في تصميم المحركات:

أ. مع زيادة القوة الدافعة الكهربائية الخلفية، يمكن للمحرك الحفاظ على عزم الدوران العالي تحت الحد الحالي لوحدة التحكم في منطقة التشغيل منخفضة السرعة، ولكن لا يمكنه إخراج عزم الدوران بسرعات عالية، أو حتى الوصول إلى السرعة المتوقعة؛

ب. عندما تكون القوة الدافعة الكهربائية الخلفية صغيرة، يظل المحرك يتمتع بقدرة خرج في المنطقة عالية السرعة، ولكن لا يمكن الوصول إلى عزم الدوران تحت نفس تيار وحدة التحكم عند السرعة المنخفضة.

ولذلك فإن تصميم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية يعتمد على الاحتياجات الفعلية للمحرك. على سبيل المثال، في تصميم محرك صغير، إذا كان مطلوبًا استمرار إنتاج عزم دوران كافٍ بسرعة منخفضة، فيجب تصميم القوة الدافعة الكهربائية الخلفية لتكون أكبر.