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PMSM驱动基础篇:手撕转子磁链ψ和反电动势E的关系

-- The Start --

前言:

根据文章:中的内容,我们不仅知道了反电动势常数Ke的测量和计算方法,还知道了磁链ψ和反电动势常数Ke的关系。同时,文中也提到转子磁链ψ和相反电动势E之间的关系为:E=ψ*W,W为转子角速度。但是,文中并未做公式推导。本文就对此做重点补充。与此同时,再补充一种转子磁链ψ与反电动势常数Ke的关系的推导思路。
1. 转子磁链ψ与反电动势常数Ke公式推导根据文章:中的内容,我们知道如下信息:(1)Ke本质是电机转速在1000RPM时,定子线圈中产生的相反电动势。(2)转子磁链ψ和相反电动势E的关系为:E=ψ*W(下文推导)。(3)W=(n*P*2π)/60,n为转速。
思路:既然Ke本质是相反电动势;反电动势E又等于ψ*W。那么,如下公式1就可以成立。Ke=ψ*W,W为电机转速1000RPM时对应的角速度;--(公式1)
将W=(n*P*2π)/60带入公式1,可得如下公式2。Ke=ψ*(n*P*2π)/60,n=1000RPM;    --(公式2)
将n=1000带入公式2,得如下公式3。Ke=ψ*(1000*P*2π)/60;  --(公式3)
对公式3移位并化解,可得如下公式4。ψ=(Ke*3)/(100*P*π);  --(公式4)
公式4和文章:中转子磁链ψ与反电动势常数Ke的公式相同。这种导思路似乎更加直接。
2. 转子磁链ψ与反电动势E公式推导已知E=ψ*W,W为转子角速度,公式推导如下。文章:中,有提该公式和磁通、磁链、磁生电等相关。梳理如下:(1)磁通定义(找度娘):在磁感应强度为B匀强磁场中,有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面,磁感应强度B与面积S的乘积,叫做穿过这个平面的磁通量,简称磁通(Magnetic Flux)。标量,符号“Φ”,即:Φ=B*S当然如果B和S不垂直,那么还得带入三角函数。本文因仅是公式推导,所以暂只考虑垂直的特殊情况。
(2)磁链定义(找度娘):磁链等于导电线圈匝数N与穿过该线圈各匝的平均磁通量φ的乘积,故又称磁通匝。符号“ψ”,即:ψ=N*Φ=N*B*S。可见,当N=1时,磁链ψ=磁通Φ。

(3)磁生电请看下图1。
图1
图1中,在磁感应强度为B匀强磁场中,一个正方形导体ABCD围绕中心轴OO'以角速度W转动。当AB和CD平行磁场方向,AC和BD垂直磁场方向时(瞬间),AB和CD不切割磁感线,AC和BD垂直切割磁感线。根据公式E=B*L*V,可知导体做切割磁感线的运动,肯定在导通中产生反电动势。那么,此刻,在AC中产生反电动势Eac和在BD中产生的反电动势Ebd相等。即:Eac=Ebd=B*L*V;--(公式5)又因V=W*L/2(线速度等于角速度乘以半径),所以得公式6。Eac=Ebd=B*L*W*L/2;  --(公式6)
那么,在正方形导体ABCD中产生的反电动势E=Eac+Ebd=B*L²*W。即得到如下公式7。E=B*S*W,S为正方形导体ABCD的面积。   --(公式7)
又因Φ=B*S,所以得到如下公式8。E=Φ*W,Φ为磁通,W为转子角速度。  --(公式8)
图1正方形导体可看做1匝线圈,因此,磁链ψ=磁通Φ。所以得到如下公式9。E=ψ*W,ψ为磁链,W为转子角速度。  --(公式9)
又因ψ=N*Φ=N*B*S,所以公式9当然适用于N匝线圈。
ψ与E的关系完毕!
小结:(1)理清转子磁链ψ和反电动势E的关系,为后续磁链观测器奠定了基础。(2)电磁感应的相关理论,大概率很多同学都已经有些陌生了。我也不例外。但是做PMSM驱动,还是需要好好复习下,对加深相关驱动理论的理解很有帮助。-- The End --往期文章:


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