为什么反电势超前 d 轴 90°?

一、磁链方程

  • = d 轴磁链
  • = q 轴磁链
  • = 磁链常数
  • = dq 轴电感
  • = dq 轴电流

根据最基本的法拉第电磁感应定律,d 轴 (也就转子永磁铁 n 极) 上的磁链,切割定子绕组,会产生感应电动势。

二、d 轴磁链在 α 轴上的投影公式

磁链,也就是穿过某个线圈的磁场有多少,也就是有多少磁场线穿过这个线圈的面积。

当转子转动时:

  • 转子 N 磁极正对线圈 → 穿过线圈的磁通最大
  • 转子 N 磁极磁极侧着 → 穿过线圈的磁通变小
  • 转子 N 磁极磁极背对 → 磁通为负最大

d 轴磁链在 α 轴上的投影也就等于,转子永磁磁链向量在定子 α 轴方向上的分量。

|---------|---------|-------------|
| 名词 | 是否转 | 对应物理 |
| α 轴 | 不转 | 定子 α 相合成轴 |
| d 轴 | 转 | 转子永磁铁 n 极方向 |

  • = 电机磁链常数
  • = d 轴磁链 在 α 轴上的投影分量
  • ω = 电角速度
  • t = 描述转子磁场随着时间转到什么位置

其变化形态如下:

  1. 完全对齐:cos(0°) =1 → 磁链最大
  2. 垂直:cos(90°) = 0 → 磁链为 0
  3. 反向:cos (180°)= −1 → 磁链反向

三、法拉第电磁感应定律

  • = 描述反电动势随着时间转到什么位置
  • = 磁通量

对其求导可得:

  • = α 轴绕组中的反电动势
  • = 该绕组所受到的的磁链
  • = 永磁体 d 轴磁链幅值 (常数)
  • = d 轴与 α 轴之间的电角度关系
  • = 电角速度
  • = 时间

在上面我们得到了d 轴在 α 轴磁链公式:

  • = 电机磁链常数
  • = d 轴磁链 在 α 轴上的投影
  • ω = 电角速度
  • t = 描述转子磁场随着时间转到什么位置

和反电动势公式:

  • = 电机磁链常数
  • = α 轴绕组中的反电动势
  • t = 描述转子磁场随着时间转到什么位置

其 正好超前于 90°。

四、dq 轴电压公式

  • = dq 轴电压
  • = dq 轴电流
  • = 定子电阻
  • = dq 轴电感
  • = 点角速度
  • = 永磁体磁链(转子磁链)

其中:

  • = 点角速度
  • = 永磁体磁链 (转子磁链)
  • e = 反电动势

从 dq 轴电压公式也把这一特性体现出来了,反电动势处于超前于 d 轴 90° 的 q 轴上。

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