Technologie / Technischer Leitfaden
PMSG: Magnetischer Fluss, Flussverkettung und induzierte EMK
Ein Permanentmagnet erzeugt ein Magnetfeld, doch die induzierte Spannung einer Wicklung hängt davon ab, wie sich der mit ihr verkettete Fluss mit der Zeit ändert. Diese Unterscheidung verbindet die Rotorbewegung mit der elektrischen Spannung, ohne aus einem Drehzahlzusammenhang ein vollständiges Modell eines belasteten Generators zu machen.
Die Spannung folgt der Änderung der Flussverkettung.
Fluss, Flussdichte und Flussverkettung beschreiben unterschiedliche Größen; die Änderungsrate der Flussverkettung erzeugt die induzierte elektromotorische Kraft.
01 / Magnetischer Fluss
Unterscheiden Sie eine Felddichte vom Fluss durch eine Fläche.
Die magnetische Flussdichte B wird in Tesla angegeben.
Die Flussdichte B wird in Tesla angegeben. Der magnetische Fluss Φ ist das Flächenintegral der Feldkomponente senkrecht zu einer gewählten Fläche und wird in Weber angegeben. Ein starkes lokales Feld und ein großer Gesamtfluss sind daher unterschiedliche Aussagen.
Für ein homogenes Feld über einer ebenen Fläche gilt Φ = BA cos θ, wobei θ der Winkel zwischen dem Feld und der Flächennormalen ist. Diese einfache Geometrie veranschaulicht, warum die Ausrichtung wichtig ist; eine reale Maschine weist ein räumlich veränderliches Feld auf und nicht nur einen einzelnen Bereich mit homogenem Feld.
02 / Flussverkettung
Berücksichtigen Sie sowohl die Wicklung als auch das Feld.
Die Flussverkettung λ berücksichtigt den mit den Wicklungswindungen verketteten Fluss.
Die Flussverkettung λ erfasst den mit den Wicklungswindungen verketteten magnetischen Fluss. Wenn jede Windung denselben Fluss verkettet, gilt λ = NΦ. Allgemeiner ist sie die Summe der einzelnen Flussverkettungen. Ihre Einheit wird üblicherweise als Wb-turn geschrieben, wobei turn eine Anzahl bezeichnet.
Die Flussverkettung kann sich ändern, wenn sich ein Permanentmagnetrotor relativ zu einer Statorwicklung bewegt, selbst wenn das Eigenfeld des Magneten in seinem mitrotierenden Bezugssystem konstant ist. Die relative Geometrie verändert, welcher Fluss mit der ruhenden Wicklung verkettet ist.
03 / Induzierte EMK
Wenden Sie das Faraday'sche Gesetz mit einer angegebenen Ausrichtung an.
Für eine gewählte Wicklungsorientierung gilt für die induzierte EMK e = −dλ/dt.
Für eine gewählte Wicklungsorientierung gilt für die induzierte EMK e = −dλ/dt. OpenStax erläutert die Flussregel und ihr richtungsabhängiges Vorzeichen. Das Minuszeichen drückt eine Orientierungskonvention und die Induktionsrichtung aus; es bedeutet nicht, dass der Betrag immer negativ ist.
Für die sinusförmige Idealisierung λ = λpk cos(ωe t) lautet die zugehörige EMK e = ωe λpk sin(ωe t). Eine höhere elektrische Winkelgeschwindigkeit ergibt eine größere Amplitude, wenn dieselbe sinusförmige Flussverkettungsamplitude beibehalten wird.
04 / Elektrische Drehzahl
Trennen Sie Polzyklen von der mechanischen Drehung.
Eine Synchronmaschine mit p Polpaaren hat die elektrische Winkelgeschwindigkeit ωe = pωm.
Eine Synchronmaschine mit p Polpaaren hat die elektrische Winkelgeschwindigkeit ωe = pωm. Eine mechanische Umdrehung kann mehrere elektrische Zyklen umfassen. Die Generatorreferenz von maxon beschreibt diesen Unterschied zwischen Drehzahl und Frequenz für die Maschinen des Herstellers.
In einem hypothetischen mathematischen Beispiel ergeben λpk = 0.02 Wb-turn und ωe = 100 rad/s eine sinusförmige EMK mit einem Spitzenwert von 2 V und einem Effektivwert von etwa 1.41 V RMS. Diese angenommenen Werte beschreiben weder eine Wicklung noch eine Drehzahl noch eine Spannungskonstante von MARSTON.
05 / Klemmen unter Last
Halten Sie die induzierte Quelle von den Spannungsabfällen in der Schaltung getrennt.
Die intern induzierte EMK ist bei Stromfluss nicht automatisch gleich der gemessenen Klemmenspannung.
Die intern induzierte EMK ist bei Stromfluss nicht automatisch mit der gemessenen Klemmenspannung identisch. Wicklungswiderstand, induktives Verhalten und der angeschlossene Stromkreis beeinflussen diese Klemmengröße. Eine Leerlaufbeziehung kann nicht jeden Betriebspunkt unter Last bestimmen.
Der Begriff Gegen-EMK ist üblich, wenn dieselbe Induktion einem angelegten Motorantrieb entgegenwirkt. Bei der Betrachtung von Generatoren verdeutlicht die Bezeichnung induzierte oder erzeugte EMK die Funktion. Keine dieser Bezeichnungen allein bestimmt Strom, elektrische Leistung oder Umwandlungswirkungsgrad.
06 / Geltungsbereich des Modells
Verwenden Sie das Prinzip, ohne Maschinenparameter zu erfinden.
Der Leitfaden zu Drehzahl und Spannung behandelt tatsächliche Aufzeichnungen; diese Seite erklärt den physikalischen Zusammenhang dahinter.
Der Beitrag Leitfaden zu Drehzahl und Spannung behandelt konkrete Aufzeichnungen; diese Seite erläutert den physikalischen Zusammenhang dahinter. Eine vom sinusförmigen Modell abweichende Wellenform erfordert eine eigene Darstellung der Flussverkettung und der Oberschwingungen.
FD14-50KW ist als bürstenloser, permanentmagneterregter Direktantriebsgenerator bestätigt. Seine Polzahl, die Amplitude der Flussverkettung und seine Spannungskonstante werden hier nicht angegeben; die Generatortypen der anderen vier aktuellen Modelle werden daraus nicht abgeleitet.
Setzen Sie die Prüfung fort mit Generatorinduktivität, Reaktanz und Impedanz.
Setzen Sie die Prüfung fort mit PMSG: d–q-Achsen und das rotierende Bezugssystem.
Setzen Sie die Prüfung fort mit Magnetische Sättigung und Flussdichte im Generator.
Ergänzen Sie die Betrachtung des Generatorfelds durch Ankerrückwirkung bei Laststrom, Raumharmonische der Wicklung, und Referenzen zu Flussverkettung und Streufluss.
Setzen Sie die elektrotechnische Prüfung des Generators fort mit Funktionsprinzipien von Synchron- und Asynchrongeneratoren und innere EMK und Klemmenspannung.
Allgemeiner Hintergrund: OpenStax: magnetischer Fluss und Faradays Induktionsgesetz für die induzierte EMK · maxon: elektrische Generatorfrequenz und mechanische Drehzahl. Diese Quellen erläutern Branchenkonzepte; sie sind von den geltenden MARSTON-Produkt- und Projektunterlagen zu unterscheiden.
Zentrale Begriffe und Bedingungen.
Lesen Sie jede Größe mit ihrem Bezug, ihren Einheiten und den genannten Bedingungen. Ein allgemeiner Zusammenhang legt keinen modellspezifischen Wert fest.
| Begriff / Größe | Bedeutung / Zusammenhang | Bedingungen / Grenzen |
|---|---|---|
| Flussdichte | B in T | Magnetischer Fluss pro senkrecht zur Feldrichtung stehender Fläche im Modell eines homogenen Feldes. |
| Fluss | Φ in Wb | Über eine definierte Fläche integriertes Feld. |
| Flussverkettung | λ, üblicherweise Wb-turn | Summe der mit den Windungen verketteten magnetischen Flüsse. |
| Induzierte EMK | e = −dλ/dt in V | Die Orientierung und die zeitliche Variation sind wichtig. |
| Elektrische Drehzahl | ωe = pωm in rad/s | p ist die Anzahl der Polpaare. |
Technische Fragen.
Bedeutet ein permanentes Feld, dass die Generatorspannung null ist?
Nicht, wenn sich der verkettete magnetische Fluss ändert, während sich der Rotor relativ zur Wicklung bewegt.
Sind B und Φ austauschbar?
Nein. Flussdichte und über eine Fläche integrierter Fluss haben unterschiedliche Bedeutungen und Einheiten.
Ist die Flussverkettung immer NΦ?
Nur wenn die angenommenen Windungen mit demselben magnetischen Fluss verkettet sind.
Ist die induzierte EMK mit der Klemmenspannung unter Last identisch?
Nicht generell; die Wicklung und der angeschlossene Stromkreis beeinflussen die Bedingungen an den Klemmen.
Sind die 2 V-Beispiele Produktdaten?
Nein. Dies sind ausdrücklich angenommene Werte für die ideale mathematische Beziehung.
Werden hier alle fünf Modelle als PMSGs erklärt?
Nein. Ein Permanentmagnet-Direktantrieb ist hier nur für FD14-50KW bestätigt.
Technische Anfrage
Die technische Frage besprechen.
Ein Permanentmagnet erzeugt ein Magnetfeld, doch die induzierte Spannung einer Wicklung hängt davon ab, wie sich der mit ihr verkettete magnetische Fluss mit der Zeit ändert. Stellen Sie für eine technische Besprechung das Modell und die einschlägigen Betriebs- oder Auslegungsinformationen bereit.