关于电机的有趣介绍选读.docx

关于电机的有趣介绍希望可以给所有没学电机的童鞋一个简单的认识，给正在学电机的童鞋一个帮助，给学过电机的以另一个角度。本答案将不含任何公式，从本质上切入问题。 所有的电机原理都如下图（纯Visio手绘，轻拍）：两个灰色的轮子一个是定子，一个是转子。具体哪个做定子，哪个做转子。随意。 所有电机的原理都是这么简单！真的只有这么简单，那就是：转动其中一个轮子，另一个轮子就会跟着转。很熟悉啊有木有，就是初中物理的讲的“异性相吸”啊。可是为什么所有教材讲的都接近于玄幻呢？因为——我国教育擅长学而不擅长教……如果能上Youtube或者看看有几位IEEE电机祖师爷写的教材，你就会发现他们写的书真的就跟连环画似的，好亲民……而目前我还没有看到过任何一本能与之等价的中文读物…… 言归正传，参考上图，磁铁都紧紧的吸在了一起，凭直觉，如果错开任何一个角度，比如下图：不稳定啊有木有！有一种如果松手肯定会发生什么的感觉啊有木有。不错！这就是力！力就这么产生了！力乘以距离就是力矩，在这里我们就称之为转矩。如果我用手转动外面的壳，里面的轮子如果能动肯定也会跟着转，这样电机就动起来啦~ 重要的事情再重复一遍：所有电机的原理都是这样的！就是这么简单！ OK，所有交流电机都是有一个旋转的磁场带动另一个磁场使之旋转~那个旋转的磁场是三相对称电流产生的，这个我想大家都是懂得。如果不懂，那就去看书吧，这一段教材上写的还是蛮形象的。这个发明是意大利的一位物理学家最先提出的，后来被特斯拉发扬光大。接下来的所有例子中，都是外面那个磁铁在转，里面那个轮子跟着动。那么问题来了，从上面的两张图我们能得到一些什么结论呢？ 1. 磁铁完全对着的时候（如第一张图）电机转不起来，对的太正了好稳定的感觉 2. 磁铁错开一点的时候（如第二张图）电机可以转起来 3. 磁铁错开太多的时候……貌似力度不够，带不起来 4. 磁铁一开始就转的特别快，而另一个转速为零，貌似也转不起来（因为刚被前面的磁铁吸了一下，后面的磁铁就又上来了，又往后吸了一下，前功尽弃的感觉），所以电机就在那一直震啊震。于是，你就会想，如果我想控制里面的转子转的漂亮，我就需要有一套有效的控制外面的磁场的转动的方法，不能太快，不能太慢，要根据里面的情况，循序渐进的转动外面的环环~~这就是电机控制方法。不要看公式复杂成天书，本质上就是这么简单~~ 好的，感性认识建立起来了吧~现在，我们来看上面提到过的第3个问题，两个磁铁离得太远不行，离得太近不行，那要成什么位置才会有最大的转矩啊~~~这就是这个问题问的本质，就有了park变换和DQ轴啦~~park变换就是为了进一步探讨空间位置对于力的控制。 控制电机，说到底，控制的是神马？！其实就是力啊有木有，磁铁相对于转动轴的距离是固定的，所以转矩直接正比于磁铁之间的电磁力啊（转矩等于所有力乘以距离，距离都一样）。那么我们谈控制其实就是在控制两个磁铁之间的力。有人会说电机另一个输出量是转速，也许要控制。对，可是转速是表面现象，控制转速是通过控制力来间接实现的。转矩大了自然会转的更快，转矩小了转速不就降下来了嘛~所以归根到底电机控制其实控制的就是电磁力~就是图上显示的几对磁铁之间的力~ 那么，这个力跟什么有关呢？前面我们说了，和两个内外磁铁的空间位置有关：两个磁铁错开太少没有力，错开太多了力又不够，貌似角度错开成某个值的时候有一个最大值的感觉。不错，这个结论的得出是在磁铁磁力不变的前提下得到的，如果磁铁的强弱是可以调节的会发生什么？请看下图：什么！磁铁怎么这么小？再看原来的图片是不是有一种器大活好的怀旧感？凭直觉，上图所示的电机感觉上力量就比原来的电机弱，因为他磁铁小啊，力不从心啊有木有。现实中磁场的强弱就是可调节的，因为外部的旋转磁场是由三相电流产生的啦，所以通过控制正弦电流的幅值你就可以调节磁场的强弱啦~有的同学可能会有一个问题，那么对于永磁电机来说，里面的磁铁是不是应该保持不变呀？没错，这个问题我们放一放，一会再说。 综上，我们得到了一个强有力的结论：要想控制电机转的漂亮，有两个因素要把握好： 1. 磁铁磁力的强弱 2. 内外磁铁的空间相对位置 可是这两个问题耦合在一起好难分析啊有木有，因为如果磁铁变大但空间错的很开，那电磁力矩是变大了还是变小了啊？如果磁铁变小但是错开的又近了一些，那力矩到底是小了还是大了啊！？有两个因素都在变，很难单独分析哇。于是我们就想，能不能把这两个因素通过一种简单的方法解耦呢？这就是Park变换和DQ轴出现的大背景啦。来看下图：你看，内部磁铁在空间有一个磁场，外部磁铁会产生一个磁场，说到底，其实力的产生就是和这两个磁场的大小和方向有关系嘛~ 所以（敲黑板状），所有电机，注意是所有电机（包括直流电机和任何类型电机），他们的转矩都是正比于内外两个磁场的叉乘