永磁同步電機轉動原理

2023-02-01 14:48:20

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為了讓轉子旋轉需要給轉子施加力矩，力矩=力X力臂。永磁同步電機的力矩有兩個來源，一是永磁鐵和通電導線之間的電流形成的力矩，另一種是繞組中的電流產生的磁場對鐵磁介質的磁化作用讓鐵磁介質具有了磁性，這個磁場與繞組中的電流產生的相互作用。外界磁場對繞組導線中的電流發生力的作用是安培發現的，所以這種力就叫做安培力。安培力的判定可以用左手定則來判定它的方向。讓磁場垂直于左手的手心，除了拇指以外，其他四個手指并攏與通電導線電流的方向一致，那么大拇指的方向就是安培力的方向。

下圖是一個通電線圈，電流從右邊流入導線，從左邊流出。根據安培左手定則，我們可以判定左邊的線圈所受的安培力是向上的，而右邊的線圈受到的安培力是向下的。安培力到中心軸線的距離是相等的，它們形成了力矩，在兩個力的作用下，線圈有可能按照順時針方向旋轉，這個就是永磁鐵和通電導線之間的作用。

我們再來說一下磁阻力矩，下面是一個通電線圈，中間是空氣，如果按照圖示方向通入電流，在線圈的鐵心和空氣之間會產生箭頭指向的磁場。如果在空氣中出入一塊鐵，那我們會發現磁力線走向會發生偏折，有很大部分的磁力線都被收到了鐵的內部。我們可以把磁力線想象成具有彈性的線，如果兩邊加上力的話，鐵就會按照拉力的方向來轉動，那這種拉力形成的力矩就叫做磁阻轉矩。最后鐵所轉的位置就和電流磁場的方向平行了，N極和S極互相吸引，達到平衡狀態，這種力就叫做磁阻力矩，這主要是插入了鐵的空氣中，磁力線在空氣的各個位置受到的阻力不一樣，鐵對它的阻力更小。對于永磁同步電機來說，它的力矩是由永磁力矩和磁阻力矩兩部分組成的。

可以看出，無論是永磁轉矩還是磁阻轉矩，如果線圈的磁場保持不動，一旦永磁的磁場與線圈的磁場平行或者鐵磁質感應的磁場與線圈磁場平行，那轉子就不能繼續轉動，為了讓轉子持續旋轉，就要產生旋轉磁場。在空間對稱的三個繞組里通入正弦波電流，三個繞組在空間里的相位差是120度，如果通入的電流的相位差也是120度，那就能在空間中產生旋轉磁場。

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