¿Por qué los motores de CA tienen varias formas de EMF posterior?

Solo para sentar una base correcta. Son máquinas síncronas y el análisis de la máquina es el mismo para todos los tipos.

Una máquina síncrona es un tipo de máquina que tiene flujo de CA en el estator y flujo de CC en el rotor (aparte de las máquinas de adentro hacia afuera). Generan par solo a velocidad síncrona: la frecuencia del rotor y la frecuencia del estator coinciden, de ahí el nombre.

Tienen estatores bobinados conectados a una fuente de CA con un rotor bobinado para producir un campo de CC, conectados a través de anillos deslizantes (algunos usan mercurio o polvo de grafito). Estas suelen ser las grandes máquinas del tipo de red nacional.

Luego están los rectificadores de diodos giratorios de tipo excitador principal para facilitar una excitación del campo del rotor "sin escobillas".

Luego tiene el tipo de rotor de imán permanente donde los imanes de superficie en el rotor producen el flujo de CC necesario para la operación de generación de motor síncrono. Se trata de máquinas síncronas de imanes permanentes.

Hay dos tipos que existen

1. Corriente alterna de imán permanente: PMAC
2. Imán permanente de corriente continua: PMDC

Para que quede claro, ambos tipos producen un EMF posterior de CA si son impulsados ​​​​hacia atrás. Ambos necesitan que su estator se excite con un campo de CA (y, por lo tanto, necesitan algo para generar una corriente/voltaje de CA). Lo importante es el tipo de control y la forma del flujo.

PMDC, como su nombre lo indica es DC. Como dije anteriormente, no son impulsados ​​​​por CC sino por CA. Sin embargo, el controlador operará con una cantidad de CC y una etapa de conmutación final cambiará dicha forma de onda a través de puntos de conducción de 60 grados.

PMAC, como su nombre lo indica es AC. Lo más probable es que el núcleo del controlador sea alguna forma de controlador de modulación de vector espacial que utilice Clark & ​​Park (para luego producir una representación de CC para controlar).

¿Por qué la diferencia? Bueno, para las mismas características del eje (par, velocidad) y para el mismo volumen y peso, un BLDC producirá un par más alto y tiene un control muy simple. La desventaja es la fuerza contraelectromotriz más alta que se produce y la ondulación del par que se genera.

Para aprovechar al máximo un control BLDC, el BackEMF debe tener "forma" para maximizar el enlace de flujo. Con la aplicación de corriente continua en secciones eléctricas de 60 grados, el BackEMF debe parecerse mucho a esto y, por lo tanto, tiene una forma trapezoidal en lugar de sinusoidal.

¿Cómo se hace esto? El método habitual es a través de un diente de estator más grueso, una punta de diente más abultada y los imanes del rotor no tienen un paso completo (es decir, un rotor de par de 4 polos con imanes de superficie no los cubriría 90 grados, pero digamos ... 87 grados). Esto produce un período de enlace de flujo MUY bajo que da forma a la BackEMF para que sea trapezoidal.

La ley de Faraday nos dice que cuando tienes un flujo magnético cambiante a través de un bucle de alambre, se induce un voltaje en ese alambre igual a la tasa de cambio de ese flujo magnético en el tiempo. En otras palabras$e=\frac{d\Phi}{dt}$, donde e es el voltaje inducido y$\Phi$es flujo. Si tiene un devanado con múltiples vueltas, entonces la ecuación se convierte en$e=N*\frac{d\Phi}{dt}=\frac{d\lambda}{dt}$, dónde$\lambda$es el enlace de flujo. Tenga en cuenta que esto significa que la forma del voltaje inducido (que, en el caso de los motores, a menudo se denomina back-emf) depende de la forma del enlace de flujo.

Lo que hace que el enlace de flujo tenga diferentes formas depende del diseño magnético del motor: la forma de los imanes, la forma de los dientes de laminación, cómo se distribuyen las bobinas en el motor, el ancho de las ranuras, etc. Motores BLDC tienden a tener una forma de fuerza contraelectromotriz trapezoidal y los motores PMSM tienden a tener una forma de fuerza contraelectromotriz sinusoidal. Sin embargo, es imposible diseñar y fabricar motores con verdadera fuerza contraelectromotriz trapezoidal o sinusoidal verdadera. Entonces, por ejemplo, en un motor BLDC, la fuerza contraelectromotriz parecerá trapezoidal pero tendrá bordes redondeados.

Cada tipo de motor tiene una forma de fuerza contraelectromotriz. Por ejemplo, la forma de fuerza contraelectromotriz de un motor PMDC con escobillas y un conmutador parece una forma de onda de CC rectificada. Si observa las bobinas individuales en un motor PMDC, tendrán voltajes de CA inducidos en ellos, son rectificados por el conmutador. Los motores de inducción trifásicos generan fem inversa sinusoidal trifásica en los devanados del estator.