1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลับเกิดขึ้นได้อย่างไร?

สำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ขดลวดจะยึดอยู่กับสเตเตอร์ (ตัวนำ) และแม่เหล็กถาวรจะยึดอยู่กับโรเตอร์ (สนามแม่เหล็ก) เมื่อโรเตอร์หมุน สนามแม่เหล็กที่สร้างโดยแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์จะหมุนและถูกตัดโดยขดลวดบนสเตเตอร์ ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับในขดลวด เหตุใดจึงเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ ตามชื่อ ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ E จะตรงข้ามกับทิศทางของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว U (ดังแสดงในรูปที่ 1)

รูป 1

2.ความสัมพันธ์ระหว่างค่า EMF ย้อนกลับและแรงดันไฟที่ขั้วคืออะไร

จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างค่า EMF ด้านหลังและแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อภายใต้โหลดมีดังนี้:

สำหรับการทดสอบค่า EMF ย้อนกลับ โดยทั่วไปจะทดสอบภายใต้สภาวะไม่มีโหลด ไม่มีกระแสไฟ และความเร็ว 1000 รอบต่อนาที โดยทั่วไปจะกำหนดค่า 1000 รอบต่อนาที และค่าสัมประสิทธิ์ EMF ย้อนกลับ = ค่า EMF ย้อนกลับเฉลี่ย/ความเร็ว ค่าสัมประสิทธิ์ EMF ย้อนกลับเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของมอเตอร์ ควรสังเกตว่าค่า EMF ย้อนกลับภายใต้โหลดจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ก่อนที่ความเร็วจะคงที่

จากสูตร (1) จะเห็นได้ว่าค่า EMF ด้านหลังภายใต้โหลดมีค่าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว หากค่า EMF ด้านหลังมีค่ามากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะกลายเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและส่งแรงดันไฟฟ้าออกสู่ภายนอก เนื่องจากความต้านทานและกระแสไฟฟ้าในการทำงานจริงมีค่าน้อย ค่าของค่า EMF ด้านหลังจึงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วโดยประมาณ และถูกจำกัดด้วยค่าพิกัดของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว

3. ความหมายทางกายภาพของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ

ลองนึกภาพว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ จากสมการ (1) เราจะเห็นได้ว่าหากไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ มอเตอร์ทั้งหมดจะเทียบเท่ากับตัวต้านทานล้วนๆ ซึ่งกลายเป็นอุปกรณ์ที่สร้างความร้อนรุนแรงเป็นพิเศษ ซึ่งขัดแย้งกับการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลของมอเตอร์

ในสมการการแปลงพลังงานไฟฟ้า UIt=E_反It+I ² Rt

UIt คือพลังงานไฟฟ้าขาเข้า เช่น พลังงานไฟฟ้าขาเข้าของแบตเตอรี่ มอเตอร์ หรือหม้อแปลงไฟฟ้า; I₂Rt ^คือพลังงานความร้อนที่สูญเสียไปในแต่ละวงจร ซึ่งเป็นพลังงานความร้อนชนิดหนึ่ง ยิ่งน้อยยิ่งดี; ผลต่างระหว่างพลังงานไฟฟ้าขาเข้าและพลังงานไฟฟ้าที่สูญเสียไปคือส่วนของพลังงานที่มีประโยชน์ E₀It _ซึ่งสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำย้อนกลับ (Back EMF) กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำย้อนกลับใช้ในการสร้างพลังงานที่มีประโยชน์และมีความสัมพันธ์ผกผันกับพลังงานความร้อนที่สูญเสียไป ยิ่งพลังงานความร้อนที่สูญเสียไปมากเท่าใด พลังงานที่มีประโยชน์ที่ได้ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

หากพูดตามวัตถุประสงค์แล้ว คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้านหลังจะกินพลังงานไฟฟ้าในวงจร แต่ไม่ใช่ “การสูญเสีย” พลังงานไฟฟ้าบางส่วนที่สอดคล้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้านหลังจะถูกแปลงเป็นพลังงานที่มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น พลังงานกลของมอเตอร์และพลังงานเคมีของแบตเตอรี่

จะเห็นได้ว่าขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับหมายถึงความสามารถของอุปกรณ์ไฟฟ้าในการแปลงพลังงานอินพุตทั้งหมดให้เป็นพลังงานที่มีประโยชน์ ซึ่งสะท้อนถึงระดับความสามารถในการแปลงของอุปกรณ์ไฟฟ้า

4. ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับขึ้นอยู่กับอะไร

ขั้นแรก ให้สูตรการคำนวณค่า EMF ย้อนกลับดังนี้:

E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าของขดลวด ψ คือฟลักซ์ f คือความถี่ N คือจำนวนรอบ และ Φ คือฟลักซ์แม่เหล็ก

จากสูตรข้างต้น เราสามารถทราบปัจจัยที่ส่งผลต่อขนาดของ EMF กลับได้:

(1) ค่า EMF ย้อนกลับเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ ยิ่งความเร็วสูงขึ้น อัตราการเปลี่ยนแปลงก็จะยิ่งมากขึ้น และค่า EMF ย้อนกลับก็จะยิ่งมากขึ้น

(2) ฟลักซ์นั้นจะเท่ากับจำนวนรอบคูณด้วยฟลักซ์รอบเดียว ดังนั้น ยิ่งจำนวนรอบมากขึ้น ฟลักซ์ก็จะยิ่งมากขึ้นและค่า EMF ย้อนกลับก็จะยิ่งมากขึ้น

(3) จำนวนรอบสัมพันธ์กับรูปแบบการพัน เช่น การเชื่อมต่อแบบสตาร์-เดลต้า จำนวนรอบต่อช่อง จำนวนเฟส จำนวนฟัน จำนวนสาขาขนาน และรูปแบบพิทช์เต็มหรือพิทช์สั้น

(4) ฟลักซ์แบบรอบเดียวจะเท่ากับแรงแม่เหล็กหารด้วยความต้านทานแม่เหล็ก ดังนั้น ยิ่งแรงแม่เหล็กมากขึ้น ความต้านทานแม่เหล็กในทิศทางของฟลักซ์ก็จะยิ่งน้อยลง และแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับก็จะยิ่งมากขึ้น

(5) ความต้านทานแม่เหล็กสัมพันธ์กับช่องว่างอากาศและการประสานงานระหว่างขั้วและช่อง ยิ่งช่องว่างอากาศมีขนาดใหญ่ ความต้านทานแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้น และค่า EMF ด้านหลังก็จะเล็กลง การประสานงานระหว่างขั้วและช่องมีความซับซ้อนมากขึ้นและต้องมีการวิเคราะห์อย่างละเอียด

(6) แรงเคลื่อนแม่เหล็กสัมพันธ์กับแม่เหล็กตกค้างของแม่เหล็กและพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของแม่เหล็ก ยิ่งแม่เหล็กตกค้างมากเท่าใด EMF ด้านหลังก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพสัมพันธ์กับทิศทางการสร้างแม่เหล็ก ขนาด และตำแหน่งของแม่เหล็ก และต้องมีการวิเคราะห์เฉพาะเจาะจง

(7) ความคงอยู่ยังเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิอีกด้วย ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น ค่า EMF ย้อนกลับก็จะยิ่งน้อยลง

โดยสรุป ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับ ได้แก่ ความเร็ว จำนวนรอบต่อช่อง จำนวนเฟส จำนวนสาขาขนาน ระยะห่างเต็มและระยะห่างสั้น วงจรแม่เหล็กของมอเตอร์ ความยาวช่องว่างอากาศ การจับคู่ขั้ว-ช่อง ความคงเหลือของแม่เหล็ก ตำแหน่งและขนาดของแม่เหล็ก ทิศทางการสร้างแม่เหล็ก และอุณหภูมิ

5. เลือกค่า EMF ด้านหลังในการออกแบบมอเตอร์อย่างไร?

ในการออกแบบมอเตอร์ ค่า EMF หลังมีความสำคัญมาก หากค่า EMF หลังได้รับการออกแบบมาอย่างดี (มีขนาดเหมาะสมและอัตราการบิดเบือนรูปคลื่นต่ำ) มอเตอร์ก็จะทำงานได้ดี

EMF ด้านหลังมีผลกระทบหลักหลายประการต่อมอเตอร์:

1. EMF ด้านหลังกำหนดจุดแม่เหล็กอ่อนของมอเตอร์ และจุดแม่เหล็กอ่อนกำหนดการกระจายของแผนที่ประสิทธิภาพของมอเตอร์

2. อัตราการบิดเบือนรูปคลื่น EMF ด้านหลังส่งผลกระทบต่อแรงบิดของมอเตอร์และความราบรื่นของแรงบิดขาออกเมื่อมอเตอร์ทำงาน

3. ขนาดของค่า EMF ด้านหลังจะกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงบิดของมอเตอร์โดยตรง และค่าสัมประสิทธิ์ EMF ด้านหลังจะแปรผันตามค่าสัมประสิทธิ์แรงบิด จากนี้ สามารถสรุปข้อขัดแย้งต่อไปนี้ในการออกแบบมอเตอร์ได้:

ก. หากค่า EMF ด้านหลังมีค่ามาก มอเตอร์จะสามารถรักษาแรงบิดสูงที่กระแสจำกัดของตัวควบคุมในพื้นที่การทำงานความเร็วต่ำได้ แต่จะไม่สามารถส่งแรงบิดที่ความเร็วสูงได้ และไม่สามารถไปถึงความเร็วที่คาดหวังได้ด้วยซ้ำ

ข. หากค่า EMF ด้านหลังมีขนาดเล็ก มอเตอร์ก็ยังคงมีความสามารถส่งออกในพื้นที่ความเร็วสูงได้ แต่ไม่สามารถบรรลุแรงบิดที่กระแสควบคุมเดียวกันที่ความเร็วต่ำได้

ดังนั้นการออกแบบขนาด EMF ด้านหลังจึงขึ้นอยู่กับความต้องการที่แท้จริงของมอเตอร์ ตัวอย่างเช่น ในการออกแบบมอเตอร์ขนาดเล็ก หากจำเป็นต้องส่งแรงบิดที่เพียงพอที่ความเร็วต่ำ จะต้องออกแบบ EMF ด้านหลังให้มีขนาดใหญ่ขึ้น