电机控制储备知识学习（一） 电机驱动的本质分析以及与磁相关的使用场景

电机控制储备知识学习（一）

一、电机驱动的本质分析以及与磁相关的使用场景

1）电机为什么能够旋转

图1 电机的分类

• 电机的核心部件有两个
  1. 永磁体：带有磁场
  2. 通电螺线管（用到一些磁特性比较好的材料做成，在这些材料上面缠绕有线圈）

图2 BLDC电机简单结构

• 电机旋转的原因:：磁场具有同性相斥异性相吸的特性，所以可以通过磁场的能量转换实现电机的旋转
• 通电螺线管的导线通上电后，右手螺旋定则找到通电螺线管的N极和S极，旁边的小磁针N极靠近螺线管的S极，小磁针的S极靠近通电螺线管的N极：同(极)性相互排斥、异(极)性相互吸引

图3 右手螺旋定则

• 如果我们将电源正负极对调，小磁针会不会进行旋转?怎么样才能让这个小磁针旋转?小磁针旋转的方向是顺时针还是逆时针?
• 永磁体或小磁针红色N，蓝色S
• 使用场景：电磁吸门锁，线圈通电产生磁场锁芯缩回，线圈断电没有磁场，锁芯落下

2）电磁原理的学习重要性

• 研究电机的驱动旋转本质上是研究电与磁的之间变化关系，从泛化的理解到量化的软件算法控制
• 以直流无刷电机(BLDC)举例：电机的转子能够旋转就是因为定子绕组(简单理解为通电螺线管)通电后产生磁场，使得定子绕组产生的磁场和转子永磁体同极性相互排斥、异极性相互吸引，然后使得转子发生旋转
• 先是泛化的理解工作原理，然后量化的控制
• 直流无刷电机的BLDC方波六步换相控制我们只需要搞懂电磁之间的变化关系和换相逻辑，实现电机的旋转控制。真正进行量化的控制是在FOC(磁场定向控制)控制算法中有大量的公式推导和算法实现
• 总结：研究电机的控制算法就是研究电磁学、电机本体、自动控制原理、高等数学、线性代数等高阶的理论

二、电磁学理论知识

1）磁场基础知识

• 磁场的发现和一些基本系=规律
• 描述磁场的方法：磁感线（描述磁场的分布和方向）
• 安培定则（右手螺旋定则）
• 磁感应强度B
• 磁通量Φ = B * S
• 楞次定律：感应电流产生的磁场总是阻碍原有磁场的变化
• 右手定则：发电机，判断电流方向
• 法拉第电磁感应定律
  1. 产生感应电动势，这部分相当于电流
  2. 有回路则产生感应电流

2）反电动势的公式推导

• 磁通量的变化率：dΦ / dt
• 电磁感应定律表示为：E = k * dΦ / dt，感应电动势单位是V
• 令k = 1，闭合线路n匝线圈E = n * dΦ / dt
• dΦ = B * dS
• dS = l * v * dt
• E = Blv

附学习参考网址

1. 三个定则总结

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