最近在自学电动机控制,记录一下学习过程。
电机概念
电机是依据电磁感应定律和电磁力定律,由威廉希尔官方网站
和磁路构成,能将机电能量转换或信号传递与转换的装置。
其实电机就是实现机械能和电能相互转换的装置,可以用电磁知识来认识。
其中要熟悉两个高中物理知识:电磁感应定律和电磁力定律。
电磁感应定律:
当线圈在磁场中磁链发生变化时,线圈会感应出电动势,该电动势会在线圈内产生电流,以阻止磁链的变化。其中感应电动势和磁通的方向符合右手螺线定则。e= - 磁链微分。
其中导体在磁场中因切割磁感线而产生的磁链变化,进而产生的感应电动势,可用e=Blv,这是右手定则。
电磁力定律:
通电导体在垂直磁场中会收到力的作用,大小为F=Bli。其中F和磁场B和导体l的关系可以由左手定则确定。
至此记住左右手定则即可,“左力右感”定则。
下面记录一下电动机的分类
电动机分类
电动机可分为控制电动机、功率电动机和信号电机,如下图,
其中伺服电机目前绝大部分为永磁同步电机(PMSM)或直流无刷电机(BLDCM)。先主要研究BLDCM和PMSM,我发现这两种电机本质并无不同。
PMSM和BLDCM的概念
PMSM:以无刷交流方式运行的永磁电动机称为PMSM。
BLDCM:以无刷直流方式运行的永磁电动机称为BLDCM。
下面对此进行详述:
永磁电机根据电势可以分为梯形波反电势和正弦波反电势两种,这也对应无刷直流(BLDC)和无刷交流(BLAC)两种控制方式。永磁电机反电势和电流波形见下图,
为了获得最优的运行性能,以BLDC控制方式运行的电机,其反电势常被设计为梯形波形状,而以BLAC控制方式运行时,电机的反电势被设计为正弦波形状。而在满足系统性能指标的要求的前提下,梯形波反电势的电机也可以运行在BLAC的控制方式下,同样,正弦波反电势的电机也可以在BLDC控制下运行。
因此这两种电机分类是根据控制方式来区分的。一般用矢量控制的永磁电动机为PMSM,用方波控制的永磁电机称为BLDCM。
重点研究一下PMSM
PMSM转子结构分类
PMSM按照永磁体在转子位置的不同,主要分为表贴式和嵌入式两种。其结构见下图,
其中注意,表贴式电动机由于永磁体贴在转子铁芯表面,而且永磁体的相对磁导率几乎为1,气隙均匀,定子绕组电感与转子位置无关,所以交直轴磁路磁阻是相同的(Lq=Ld) 即为隐级式,如图(a)。相反,如果永磁体在转子中磁体间气隙不均匀,导致磁阻存在,进而交直轴磁阻不同(Lq!=Ld),即为凸极式。
其中磁阻是因为磁路中漏磁。由永磁体,硅钢片和其之间的空隙三个部分组成构成磁路,但在空隙出磁感应强度较低,会有部分磁通流失,导致漏磁,导致了磁路中的磁阻。其实就看气隙均匀不均匀。
如有不对,后期在学习过程中进而完善。
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其实电机就是实现机械能和电能相互转换的装置,可以用电磁知识来认识。
其中要熟悉两个高中物理知识:电磁感应定律和电磁力定律。
电磁感应定律:
当线圈在磁场中磁链发生变化时,线圈会感应出电动势,该电动势会在线圈内产生电流,以阻止磁链的变化。其中感应电动势和磁通的方向符合右手螺线定则。e= - 磁链微分。
其中导体在磁场中因切割磁感线而产生的磁链变化,进而产生的感应电动势,可用e=Blv,这是右手定则。
电磁力定律:
通电导体在垂直磁场中会收到力的作用,大小为F=Bli。其中F和磁场B和导体l的关系可以由左手定则确定。
至此记住左右手定则即可,“左力右感”定则。
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电动机分类
电动机可分为控制电动机、功率电动机和信号电机,如下图,
其中伺服电机目前绝大部分为永磁同步电机(PMSM)或直流无刷电机(BLDCM)。先主要研究BLDCM和PMSM,我发现这两种电机本质并无不同。
PMSM和BLDCM的概念
PMSM:以无刷交流方式运行的永磁电动机称为PMSM。
BLDCM:以无刷直流方式运行的永磁电动机称为BLDCM。
下面对此进行详述:
永磁电机根据电势可以分为梯形波反电势和正弦波反电势两种,这也对应无刷直流(BLDC)和无刷交流(BLAC)两种控制方式。永磁电机反电势和电流波形见下图,
为了获得最优的运行性能,以BLDC控制方式运行的电机,其反电势常被设计为梯形波形状,而以BLAC控制方式运行时,电机的反电势被设计为正弦波形状。而在满足系统性能指标的要求的前提下,梯形波反电势的电机也可以运行在BLAC的控制方式下,同样,正弦波反电势的电机也可以在BLDC控制下运行。
因此这两种电机分类是根据控制方式来区分的。一般用矢量控制的永磁电动机为PMSM,用方波控制的永磁电机称为BLDCM。
重点研究一下PMSM
PMSM转子结构分类
PMSM按照永磁体在转子位置的不同,主要分为表贴式和嵌入式两种。其结构见下图,
其中注意,表贴式电动机由于永磁体贴在转子铁芯表面,而且永磁体的相对磁导率几乎为1,气隙均匀,定子绕组电感与转子位置无关,所以交直轴磁路磁阻是相同的(Lq=Ld) 即为隐级式,如图(a)。相反,如果永磁体在转子中磁体间气隙不均匀,导致磁阻存在,进而交直轴磁阻不同(Lq!=Ld),即为凸极式。
其中磁阻是因为磁路中漏磁。由永磁体,硅钢片和其之间的空隙三个部分组成构成磁路,但在空隙出磁感应强度较低,会有部分磁通流失,导致漏磁,导致了磁路中的磁阻。其实就看气隙均匀不均匀。
如有不对,后期在学习过程中进而完善。
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