電機控制儲備知識學習（一）

一、電機驅動的本質分析以及與磁相關的使用場景

1）電機為什么能夠旋轉

圖1 電機的分類

• 電機的核心部件有兩個
  1. 永磁體：帶有磁場
  2. 通電螺線管（用到一些磁特性比較好的材料做成，在這些材料上面纏繞有線圈）

圖2 BLDC電機簡單結構

• 電機旋轉的原因:：磁場具有同性相斥異性相吸的特性，所以可以通過磁場的能量轉換實現電機的旋轉
• 通電螺線管的導線通上電后，右手螺旋定則找到通電螺線管的N極和S極，旁邊的小磁針N極靠近螺線管的S極，小磁針的S極靠近通電螺線管的N極：同(極)性相互排斥、異(極)性相互吸引

圖3 右手螺旋定則

• 如果我們將電源正負極對調，小磁針會不會進行旋轉?怎么樣才能讓這個小磁針旋轉?小磁針旋轉的方向是順時針還是逆時針?
• 永磁體或小磁針紅色N，藍色S
• 使用場景：電磁吸門鎖，線圈通電產生磁場鎖芯縮回，線圈斷電沒有磁場，鎖芯落下

2）電磁原理的學習重要性

• 研究電機的驅動旋轉本質上是研究電與磁的之間變化關系，從泛化的理解到量化的軟件算法控制
• 以直流無刷電機(BLDC)舉例：電機的轉子能夠旋轉就是因為定子繞組(簡單理解為通電螺線管)通電后產生磁場，使得定子繞組產生的磁場和轉子永磁體同極性相互排斥、異極性相互吸引，然后使得轉子發生旋轉
• 先是泛化的理解工作原理，然后量化的控制
• 直流無刷電機的BLDC方波六步換相控制我們只需要搞懂電磁之間的變化關系和換相邏輯，實現電機的旋轉控制。真正進行量化的控制是在FOC(磁場定向控制)控制算法中有大量的公式推導和算法實現
• 總結：研究電機的控制算法就是研究電磁學、電機本體、自動控制原理、高等數學、線性代數等高階的理論

二、電磁學理論知識

1）磁場基礎知識

• 磁場的發現和一些基本系=規律
• 描述磁場的方法：磁感線（描述磁場的分布和方向）
• 安培定則（右手螺旋定則）
• 磁感應強度B
• 磁通量Φ = B * S
• 楞次定律：感應電流產生的磁場總是阻礙原有磁場的變化
• 右手定則：發電機，判斷電流方向
• 法拉第電磁感應定律
  1. 產生感應電動勢，這部分相當于電流
  2. 有回路則產生感應電流

2）反電動勢的公式推導

• 磁通量的變化率：dΦ / dt
• 電磁感應定律表示為：E = k * dΦ / dt，感應電動勢單位是V
• 令k = 1，閉合線路n匝線圈E = n * dΦ / dt
• dΦ = B * dS
• dS = l * v * dt
• E = Blv

附學習參考網址

1. 三個定則總結

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