利用FPGA控制永磁同步电机(一)—电磁关系 (2)

磁导率\(\mu\)描述的是电荷感应的磁场(输出\(\overrightarrow{B}\))与电流产生的磁场(输入\(\overrightarrow{H}\))的比值,描述前者随后者的响应。既然是响应就会有幅度响应和相位响应,所以磁导率在本质上是一个复数。不过电机工作在低频段,完全可以忽略由磁导率带来的相位滞后,只需要分析其幅度响应。

为什么介质中磁场的输入和输出并不一致呢?因为有介质的影响。假设通过磁动势电流\(i\)把磁场\(\overrightarrow{H}\)加到某种材料中,材料中的带电粒子会受到磁场的影响改变运动方向,进而产生附加磁场,那么在该点处的总电场就不再是\(\overrightarrow{H}\)了。受外界磁场影响使得材料里也有额外磁场的过程称为“磁化”。

根据安培定律可知磁场是由电流产生的,因此材料的“磁化”也是因为其内部某种微观电流的改变引起的,这种微观电流可以简单的称之为分子电流(若具体分析材料“磁化”的机制需要考虑***电流、分子电流及电子电流)。

Untitled

简而言之,\(\overrightarrow{H}\)是外部的激发场,\(\overrightarrow{B}\)是总的响应场,在电机里面这两个量都非常重要,因为电机控制就是控制电压、电流以及力矩之间的关系,而:

电流和\(\overrightarrow{H}\)相关

力矩和\(\overrightarrow{B}\)相关

因此理解\(\overrightarrow{H}\)\(\overrightarrow{B}\)的关系是学习电机的一个非常重要的知识点。

现假设用一个正弦的电流对介质进行磁化,电流的大小(代表\(\overrightarrow{H}\)的大小)如左,得到介质中的磁通密度\(\overrightarrow{B}\)为右。

可见\(\overrightarrow{H}\)\(\overrightarrow{B}\)的并不是简单的线性关系,而是呈现一个滞环,一般称之为磁滞曲线。不同材料的磁滞曲线一般也不同。

利用FPGA控制永磁同步电机(一)—电磁关系

有的材料滞环较宽,也就是当励磁电流减为0后,磁通密度\(\overrightarrow{B}\)仍保持在一个较大的值。这种材料被称为硬磁材料或永磁体

有的材料滞环较窄,也就是当励磁电流减为0后,磁通密度\(\overrightarrow{B}\)也基本上减小到0。这种材料被称为软磁材料或导磁体

补充知识

由给定的电荷和电流产生场,称为电和磁激发(electric and magnetic excitation),用\(\overrightarrow{D}\)\(\overrightarrow{H}\)来描述。

在电磁场中的某一点,作用在速度为\(\overrightarrow{v}\)的点电荷\(q\)的力\(\overrightarrow{F}\),定义了电场强度和磁通密度\(\overrightarrow{E}\)\(\overrightarrow{B}\)

\(\overrightarrow{E} = \frac{1}{\epsilon}\overrightarrow{D}\)

\(\overrightarrow{B}=\mu \overrightarrow{H}\)

\(\epsilon\)在分母而\(\mu\)在分子,这一事实源自于历史上理解电磁学本质所走的弯路。

内容版权声明:除非注明,否则皆为本站原创文章。

转载注明出处:https://www.heiqu.com/zgfdwd.html