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如何用弗来明左手定则(Fleming's Left Hand Rule)来进行电机驱动
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如何用弗来明左手定则(Fleming's Left Hand Rule)来进行电机驱动

如何用弗来明左手定则(Fleming's Left Hand Rule)来进行电机驱动 今日电机
2020-09-07
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导读：在了解弗来明左手定则前，更应该佩服一下罗伦兹力的发现，罗伦兹力定义了电能与磁能中力量产生的规则及原因。在电力

在了解弗来明左手定则前，更应该佩服一下罗伦兹力的发现，罗伦兹力定义了电能与磁能中力量产生的规则及原因。在电力学，罗伦兹力（Lorentz force）是运动于电磁场的带电粒子所感受到的作用力，罗伦兹力是因荷兰物理学者亨德里克·罗伦兹而命名



而弗来明左手定则只是用来说明电能、磁能及力量间的作用方向，它们之间呈现90度的正交角；补足了罗伦兹力所欠缺的一环。由向量的基本概念来看，完整地描述一个力量的作用，需要有力量大小的信息，同时亦需具备有方向信息，才是一个明确的作用力，因此罗伦兹力及弗来明左手定则帮助我们理解了电机中力量的表示。


将电机中的力量表示为数学式如下：


可发觉到其中有个Sin(δ)的式子，它就是用来定义电能与磁能是否90度正交的数学式。弗来明左手定则告诉我们，电机中的电能、磁能及力量间都是呈现90度正交角的交互作用，而一但电能与磁场不是90度时，则它们之间的关系就是正弦波Sin(δ)。


这正弦波关系也告诉我们另一件是，非90度的正交电机也会受力作用，但力度不是最大。
我们要先深究一下为什么90度正交角在电机中是个怎样的位置，要知道电机中的角度表示，其实是采用电气角，而非我们熟知的机械角，它们之间的换算公式如下：


其中Θe为电气角度，Nm为磁场极数，Θm为机械角度。它们之间主要差了一个极性的倍数关系的，也就是1组NS极就是360度。其基本规格就可以用地球做完参考，我们知道地球有南北两极且具有磁性，分別为N极与S极，而且地球是一个圆，因此有360度的角度。但在电机中，可能不仅仅有一组NS极，因此每一组的NS极，都要代表360度才符合我们印象中的地球状态；电机中特別把这360度取名为电气角度，而非我们日常看到的一个圆的360度机械角。


由此可知，其实一个磁极包括了180度的电气角，而弗来明左手定则告知我们最大的作用力是在90度角的正交处，其实也就是磁极的正中心，本来就是磁力最强最集中之处，为了得到最大的力作用，选在磁场最强之处作用，当然得到最大力量，这点是十分合情合理的。而且这还進一步的定义了电机控制中常用的dq軸表示方式，即为磁力最强与最弱之处。


结论
电机的驱动若想达到最大转矩输出，则要抓准Sin(δ)最大之处，也就是90度的正交角来驱动电机。实际上这点还是很难抓得准，所以Sin(δ)的正弦波关系，其实误差到20度以內都还不会偏差太大，Sin(70)也有0.93%的效果，但要注意，电机极数越多时，电气角对应的机械角的范围越小，则在机械角上差的1~2度，电气角度可能就超过20度，那影响就越来越大了。

感测器的解析度不足，或是安裝的公差太大时，对电机驱动来说，就变成了一场灾难了。若是了解此一情況，还可以用软件来修正，若是不知道，恐怕做出来的电机就永远输人一截。

来源：老赵说制造
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