电磁学原理

1.安培力（电动机）

力方向判定：左手定则

2.安培定则：通电导体产生磁场—右手定则

电磁铁原理

内部带有铁芯的通电螺线管叫电磁铁。当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。另外，电磁铁的铁芯用软铁制做，而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去电磁铁应有的优点。

电磁铁是将电能转变为磁能的东东，根据通电线圈产生声磁场的原理制成的，其实奥斯特在此之前就发现通电导体能够产生磁场，由于产生的磁场较弱，后来发现通电线圈能够产生磁场。为了增加他的磁性在线圈中间加上了铁心。由此制作成的装置叫做电磁铁。主要用于电器控制和发现铁磁性物质，如老式的探雷器

脉宽调制（PWM）基本原理

脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于∏/n ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交－直－交变频器中，PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。

根据上述原理，在给出了正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。

下图为变频器输出的PWM波的实时波形。

PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。

对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

pwm的频率控制和占空比调控？

频率不控制什么，但是频率的高低会产生其他一些副作用。比如在电机控制中，频率太低会导致运动不稳定，如果频率刚好在人耳听觉范围，有时还会听到呼啸声。对于需要进行直流滤波的场合，频率越高，滤波的效果就越好。但是也不是说频率高一定好，太高的频率电机可能反应不过来。而且，如果PWM是由单片机产生的，那么他的频率和位数是成反比的（一些低端的单片机频率基本是确定的，位数也是确定的，不存在这个问题），比如说，单片机频率10M，如果PWM频率是5M，那么一个PWM周期内就只有两个机器周期，那么占空比的值就只有 0、50%、100%这三种。如果PWM频率是5k，那么一个PWM周期有2000个机器周期，占空比最小就可以去到1 / 2000 = 0.05%。所以实际运用中，要根据硬件因素设定频率，一旦设定了，也就不需要更改了，因为硬件是不会改变的。

占空比才是真正PWM应用的，其实就是开关的打开和关断的时间比值，这个比值在宏观上可以欺骗人眼，于是形成和电位器一样的作用。比如对一个电灯来说，你在1秒内，打开开关0.5秒，再关闭0.5秒，如此反复，那么电灯就会闪烁，但是如果是1毫秒内，0.5毫秒打开，0.5毫秒关闭，由于视觉暂留作用，也可能由于灯光的亮灭速度赶不上开关速度（还没全亮就又没电了），于是人眼不感觉电灯在闪烁，而是感觉灯的亮度少了一半。同理，如果是0.1毫秒开，0.9毫秒灭，感觉灯的亮度就只有1/10了。对于电机的原理也差不多，开关开

时电机加速，关闭时电机减速，根据是加速时间多还是减速时间多，我们感觉总体的转速就是快了或慢了。当然，具体分析时还需考虑电机的电感作用，电感有滤波效果，但是用这个方式去理解也是成立的。

回到前面的频率问题，就如刚才说的，1秒内，0.5秒开，0.5秒灭，占空比是50%对吧？那么，1毫秒内，0.5毫秒开，0.5毫秒灭，占空比也是50%，对吧？如果是1秒呢，频率就是1HZ，如果是1毫秒，频率就是

1KHZ，显然，同样是50%占空比，如果频率是1HZ，那电机肯定是跳着走的，灯光肯定闪得可以跳舞，不具有调速和调光的意义。

电磁感应：穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路会产生感应电流。

发电机的结构和工作原理

1交流发电机的组成：

一般由转子总成、定子总成、整流器总成、端盖、皮带轮、风扇等组成。

1－后端盖2、3、4－碳刷及碳刷架5－整流板6－二极管

7－转子8－定子总成9－前端盖10－风扇11－皮带轮

（1）转子总成：转子的功用是产生旋转磁场。、

转子由爪极、磁轭、磁场绕组、导电滑环、转子轴组成：

1－导电滑环2－转子轴3－爪极4－磁轭5－磁场绕组

转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组 (转子线圈)和磁轭。

导电滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，导电滑环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个导电滑环分别与磁场绕组的两端相连。

当两导电滑环通过碳刷通入直流电时，磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁场，当发电机转子轴在发动机的驱动下旋转时，即磁场同步旋转。

（2）定子：定子的功用是产生三相交流电。

定子由定子铁心和定子绕组成：

定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。

定子绕组有三个线圈，又称为三相绕组。三个线圈的连接方式有星形接法（Y接）或三角形接法，都能产生三相交流电。

三相绕组的星形接法：

星形接法

星形接法应用于汽车大部分的发电机，三个线圈的公共端称为中性点，用N表示，中性点N常用于控制充电指示系统。

三相绕组的三角形接法：

三角形接法

三角形接法用利于提高发电机的输出功率。

三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。

（3）整流器：发电机的三相绕组输出的是三相交流电，而汽车用电系统采用的直流电，在发电机内部设有整流器，用于将交流电转变为直流输出。关于整流器原理和结构将在下面的章节中详细介绍。

2交流发电机产生三相交流电的原理：

发电机的定子和转子图

（1）转子线圈必须通电产生磁场：通过F和E接柱为转子线圈供电，转子线圈通电产生磁场；

（2）发动机工作驱动转子旋转：即是磁场旋转，定子线圈切割磁力线，在定子线圈中产生交流电。因三个定子线圈的布置决定了三个线圈产生的交流电相位互错120度，的以称为三相交流电。

（3）定子线圈输出的交流电压的的幅值与发电机转速成比例增大。调节器调控转子线圈的通电电流的大小从而控制发电机的输出电压。

三相交流电图