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  • 那么今天我们就来谈谈这两点的产生和区别交流电:(英文:AlternatingCurrent,简写AC)交流电是指大小和方向都发生周期性变化的电流交流电波形图直流电:"直流电"(Direct Current,简称DC),直流电是指方向不发生...

    在我们的生活中分别有着两种电,一种是交流电一种是直流电,这两种电分别是怎么产生的呢?交流电和直流电有什么区别呢?那么今天我们就来谈谈这两种点的产生和区别

    交流电:(英文:AlternatingCurrent,简写AC)交流电是指大小和方向都发生周期性变化的电流

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    交流电波形图

    直流电:"直流电"(Direct Current,简称DC),直流电是指方向不发生变化的电流;直流电有两种,一种是电流很稳定的直流电;一种是电流不稳定的直流电

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    脉动直流电波形图

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    稳定直流电波形图

    交流电变直流电:交流电要想变成直流电就要用到以下电子元件:变压器,整流桥,整流二极管,电解电容,稳压二极管;首先220V的交流电经过变压器降压交流电在经过整流二极管或者整流桥整流成脉动直流电然后用电解电容将脉动直流电滤波得到比较平滑的直流电,要想使输出的电压更稳定就需要用稳压二极管稳压

    1.变压器降压

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    低频变压器

    2.交流整直流

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    整流桥

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    整流二极管

    3.电容滤波

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    电解电容

    4.稳压二极管稳压

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    稳压二极管

    好了这就是什么是交流电和直流电,有喜欢电子和电工知识的可以关注我@DIY电子电路大家互相学习,谢谢!!

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  • 本文介绍的点内容 电机的分类及日常生活中的电机类型 无刷直流/永磁同步电机的运行原理 无刷直流与永磁同步的异同 永磁同步电机的控制技术 1.电机的分类及日常生活中的电机类型   如图中所示,电动...

    1.0电机的分类及永磁同步电机的控制技术介绍

    • 基础的电磁感应产生力的作用,这类似的初中物理知识不再讨论;
    • 与直流无刷及永磁同步电机知识太发散的就不再讨论;

    本文介绍的几点内容

    1. 电机的分类及日常生活中的电机类型
    2. 无刷直流/永磁同步电机的运行原理
    3. 无刷直流与永磁同步的异同
    4. 永磁同步电机的控制技术

    1.电机的分类及日常生活中的电机类型

    电机种类
      如图中所示,电动机的种类,可以首先按照交直流类型来区别。
      直流电动机在日常生活中遇到的非常多,用电池或5V电源作为能量的几乎都是,电动玩具、剃须刀、小风扇。这类电机的分类在换向式的细分类别中。控制手段也非常简单,两极上通电就能转,电压给的越大转的越快,两根电极线对调就能反转。如果曾经拆开过玩具四驱车里面的直流有刷电机就会记得,里面有个II型的两极电刷,转子的电流换向就是靠电刷来完成。这类电机,也会发现里面有磁铁存在,磁极是固定不动的,作为定子。其他细分支的单极式电机、换向电励磁式电机,生活中不太常见,不作介绍了。
      交流电动机分为两类,同步电动机和异步电动机。
      异步电动机在普通日常生活中见的相对较少,都相对较为大型。单相的异步电动机,在农村家里的各类加工机器、普通的小型工厂里的加工机器上会见的比较多;使用的电源就是普通的市电220V就行,一零一火线就可以工作运行。单相异步电机的更细分类型,差别就不是那么大了,这类电机上常常会有两个非常大的电容:启动电容、工作电容。如果这两个电容坏了,启动或工作的时候就会异常。
      多相异步电动机,在起重机械、大型加工机械上会见的非常多;多相异步电机的体积在这所有电机分类中都相对较大,功率也都不低。使用这类电机大都配有相应的变频器。其供电时会接入三相电。三相电在工业中常用,但日常生活不常见。
      最后介绍交流电动机的同步电动机。这类电机的细分种类在日常生活中会多少有些影子。同步电动机主要分为四类,无刷直流、永磁同步、步进电机、磁滞电机、磁阻电机。无刷直流电机,一提到,都见过;日常使用的电动自行车、电摩的后轮,就是一种直流无刷同步电动机。这种电机还有一种称呼叫轮毂电机,就是指长在车轮的轮毂上的电机。步进电机的应用非常广泛,主要是因为其控制的步进精度,使得可以用在高精度的场合。激光切割,3D打印中都用的蛮多的。
      还有一种分支的电机类型,永磁同步电机。这种电机,当前,有一个非常火的应用,昂贵的那款吹风机就是永磁同步电机的。永磁同步电机结合优良的控制方法,可使得电机的转速精确可控,噪声非常低,给人静音静躁并且高效的感觉。
      同步电机大多是永磁式的。其他励磁类型的也有,但不常见了。

    2.无刷直流/永磁同步电机的运行原理

      这里一起阐述无刷直流和永磁同步运行原理的原因是因为这两类的区别着实不大,后文会详细对比异同的。
      直流有刷电机,定子是永磁体,转子是绕线线圈;磁性有两极,同斥异吸。所以,在转子线圈中通上直流电,则能让转子转动,直到与定子力矩最小的位置;这时由于电刷换向,本来力矩最小的位置又成了力矩最大;最后,周而复始,转子不断旋转。
      无刷直流,那就确实没有电刷;同时,直流有刷电机中定子为永磁体,转子为绕线的结构,在直流无刷中变成了定子为绕组,转子为永磁体。如果绕组依然在转子上面,那还得靠物理接触给绕组通电,没有解决掉电刷老化的问题。直流无刷电机中,绕组在定子中存在,有三根相线;工作的时候,相继的给三根相线输入输出电流,变达到了换向的目的。直流无刷中,转子定子由于电磁生力的作用与直流有刷是相同的。
      无刷直流电机,具体是定子在内部还是在外部,不一定。转子在外,定子在内的,一般称为外转子电机。轮毂电机就是很特殊的外转子电机。
      直流无刷电机,为什么在大分类下却又是交流电机?
      是因为,我们在给无刷直流、永磁同步电动机的控制器供电的时候,供给的是直流电源,所以称呼为了无刷直流;但是,直流电源经由电机控制器,逆变之后,在与电机相连的三根相线上,电源类型变成了交流,交流变化的相电压才能使电机三根相线上的电流不停换向,所以电机的分类是交流电动机。

    3. 无刷直流与永磁同步的异同


    • 无刷直流电机,英文BLDC,英文全称Brushless Direct Current Motor
    • 永磁同步电机,英文PMSM, 英文全称 Permanent Magnet Synchronous Motor

    这两种电机类型要作以区别,最根本的原因是因为气隙磁场的设计就不同。所以产生了以下的不同

    1. 反电势波形不同:
      BLDC :近似梯形波(理想状态);
      PMSM :正弦波(理想状态);
    2. 三相电流波形不同:
      BLDC :近似方波或梯形波(理想状态);
      PMSM :正弦波(理想状态);
    3. 控制系统的区别:
      BLDC:通常包括位置控制器、速度控制器和电流(转矩)控制器;
      PMSM:不同控制策略的会有不同的控制系统;
    4. 控制不同:
      BLDC:120度方波电流,采用PWM控制;
      PMSM:正玄波电流,采用SPWM SVPWM控制。

      但是,在实际的控制中,直流无刷也会用FOC控制,永磁同步电机也能用方波进行控制。
      就像电动车的控制器,我拆来研究过三四个,接口都是一样的,控制芯片不一样,当然控制算法也不一样。用正弦波控制的电动车,启动、运行声音都很低,运行过程中没有抖动;但是方波控制的电动车,声音会非常明显,运行时的抖动也能感知得到。抖动是因为明确的转矩脉动。
      方波控制的电机,电源使用效率较高,因为正弦波控制的电机,在有效电压上就会被打折一点。

    4. 永磁同步电机的控制技术

    永磁同步电机,直流无刷电机可以用同样的控制手段来使之运行。

    • 根据有无位置传感器来区别,首先分为有感无感。也就是有无使用霍尔等类似的位置传感器来感知定子转子的位置角度。在风泵类的应用中,很多使用无感方式控制,通孔优良的算法是电机运转起来后,检测感知相电流的变化来切换相电流。一些重载或精确控制的应用中,都会使用有感方式。
    • 根据逆变的三相电源,可以分为方波控制和正弦波控制。方波控制策略简单,控制过程直接有效,采用六步换向策略,CPU调制 出PWM来驱动功率开关管就可是生成能使电机运转的三相电源。正弦波的控制策略相对复杂得多,但是在控制效果上又优良的多。
    • 正弦波控制时,主要有两种控制策略。
      一种是,直接转矩控制DTC百度百科。其作法是依量测到的马达电压及电流,去计算马达磁通和转矩的估测值,而在控制转矩后,也可以控制马达的速度,直接转矩控制是欧洲ABB公司的专利。
      第二种是,空间矢量控制FOC百度百科。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制;通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。
    • 正弦波控制时,会有很多衍生的更精细的控制策略,比如前馈控制、最大转矩控制、弱磁控制等。
    • 在对电机的控制过程中,会有多个反馈控制环。在控制电机的出力情况时,有电流环;再此基础上,控制转速的控制环;伺服电机应用时,便有位置环的控制。

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  • 我们知道晶体三极管具有电压、电流放大功能,饱和、放大、截止三个工作区,共射、共基、共集三基本接法,其输入、输出信号随接法不同而相位不同,下面就共射接法各点电压、电流变化情况做一探讨。通过分析我们...

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    • 我们知道晶体三极管具有电压、电流放大功能,有饱和、放大、截止三个工作区,有共射、共基、共集三种基本接法,其输入、输出信号随接法不同而相位不同,下面就共射接法各点电压、电流变化情况做一探讨。通过分析我们可以进一步认识三极管的放大原理,为电路分析打下良好的基础。

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    共发射极放大电路

    • 上图中C1、C2分别是输入、输出耦合电容,Rb为基极偏置电阻,Rc为集电极负载电阻,VT为npn三极管,输入电压为u1、发射结输入电压为u2、集电极负载电阻Rc两端电压为u3、集电极发射极之间的电压为u4、最后的输出电压为u5,基极电流为ib,集电极电流为ic,电源为Ec,该电路属于典型的、基本的共射放大电路,也即输入和输出的公共端为发射极

    • 我们通过选择合适的电路元件参数,使其发射结正偏、集电结反偏(Uc>Ub>0),那么该电路就工作在放大状态,输入、输出电流满足ic=βib关系,也即集电极电流是基极电流的β倍。

    • 设输入为一正弦交流小信号u1(注意是小信号,也即在±0.7v内,如果超过了这个范围会出现饱和失真、截止失真问题),其大小和方向均做周期性变化,平均值为零;经过电容C1的耦合后其与原直流偏置电压Ube叠加后变成了脉动直流信号u2,也即u2的波形和u1一样,但u2均为正值即u2>0,u2的平均电压不在为零,这样做的目的是因为发射结导通有一个死区电压,必须抬升电压后才能保证完整的信号输入,否则信号会被削去大部分,造成了严重的失真。见下图输入电压u1、u2波形图。

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    输入电压u1、u2波形图

    • 输入电压u1、u2是激励,基极电流ib是响应,基极电流ib、集电极ic的波形如下,ib与u1波形一致,也为脉动直流,三极管工作在放大区,符合ic=βib的关系,信号电流被放大,集电极电流ic波形与输入电流ib波形一致;也就是ib和ic是同相关系,要增加都增加,要减小都减小;见下图输入电流与输出电流波形图。

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    输入输出电流波形图

    • 因为Rc是纯电阻,因此集电极负载电阻两端电压u3与集电极电流ic是同相关系,它们之间的关系符合欧姆定律,即u3=icRc,因此u3也是脉动直流;而u4=Ec-u3,它们之间符合克希荷夫电压定律,u3增大那么u4减小,它们的和是定值Ec,也就是它们存在反相关系,那么u4与ic、ib也是反相关系,与u1也是反相关系,这就是共射接法的反相作用,根本原因是Rc的作用,试想如果我们从Rc上获取电压那么输入与输出就是同相关系了。u3u4的波形图如下图所示。它们均比输入电压u1幅度增大了许多。

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    u3u4变化波形

    • 由于u4在随着u1的变化而变化着,导致电容C4电压也指跟随变化,也即进行着充放电,而充放电的时候电流方向是不一样的,这样就将脉动直流电变成了交流电,也就输出电压u5是一个波形和u4一样,但有了负值,幅值远大于输入电压u1.且u5和输入电压u1是反相关系。

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    输出电压u5

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  • 表示正弦交流电的方法一般:数学分析法、正弦曲线法和旋转相量法。 (一)解析法 用数学解析式可以表达交流电瞬时值的变化规律,即e=Emsin(ωt+φ)中,Em表示的是最大值;ω是角频率;φ是初相位。 (二)...

    表示正弦交流电的方法一般有三种:数学分析法、正弦曲线法和旋转相量法。

    (一)解析法

    用数学解析式可以表达交流电瞬时值的变化规律,即e=Emsin(ωt+φ)中,Em表示的是最大值;ω是角频率;φ是初相位。

    (二)正弦曲线法

    按解析式把正弦量随时间的变化规律在直角坐标系中描绘出的正弦曲线叫正弦曲线法,纵坐标表示正弦量的瞬时值,横坐标表示电度角ωt。在正弦曲线波形图中,也能获得正弦交流电的三要素,即瞬时值得最大值就是最大值;曲线循环一周的时间为一个周期T,就可得出角频率ω=2π/T;正半波的起点与原点O的夹角就是初相位。

    电压、电流波形图

    (三)旋转相量法

    用旋转相量法表示一个正弦量的三要素,必须作如下规定:

    正弦量的最大值 即为旋转相量的长度;

    正弦量的初相位 即为旋转相量与横轴正向的夹角;

    正弦量的角频率 即为旋转相量随时间t逆时针旋转的角速度。

    则在任一瞬间,旋转相量在纵轴上的投影就等于该正弦量的瞬时值,如下图所示:

    旋转相量表示法

    在相量图中一般只画它的起始位置,但应理解它是以角频率ω逆时针连续旋转的,它的位置与时间有关,在经过时间,才转到虚线位置,所以,说它是时间相量。

    在同一电路中,各个正弦量都是同频率旋转,它们之间的相对位置(即相位差)保持不变。因此,只要用旋转相量的初始位置来表示正弦量就可以了,我们把这种表示正弦量的方法称相量法。正弦量用相量表示所作的图称相量图。如果相量线段的长度等于正弦量的有效值,就称为正弦量的有效值相量,但该相量在纵轴上的投影就不是瞬时值。

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空空如也

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交流电的波形有几种