电机电磁技术学习

        因为一些工作的变动，需要开始学习电机电磁相关方面的内容，收集一些相关资料的链接，以便以后查阅资料使用。

目录

一、电子基础知识

1.1 电机

1.2 电磁

1.3 转矩

1.4 电机转矩

1.5 力矩电机

1.6 转矩密度

1.7 高转矩密度电机和高功率密度电机的区别

1.8 电磁接触器

1.9 伺服

1.10 伺服电机

1.11 编码器

1.12同步电动机

1.13 异步电动机

1.14 零伺服

1.15 FCT

1.16 继电器

1.17 倍频、外频

1.18 步进电机

1.19 电感 

1.20 电容

1.21 电阻 

1.22 时钟

1.23 负载

二、变频器基础知识

2.1 变频

2.2 变频器

2.3 变频器原理

2.4 变频技术

2.5 微电子技术

2.6 滤波

2.7 滤波器

2.8 经典滤波

2.9 现代滤波

2.10 整流

2.11 逆变

2.12 制动单元

2.13 制动电阻

2.14 驱动单元

2.15 微处理单元

2.16 IGBT

2.17 变相器

三、技术名词

3.1 调谐

3.2 谐振

3.3 解耦

3.4 开关频率

3.5 励磁电流

3.6 光电编码器

3.7 开环控制和闭环控制

3.8 差分传输

3.9 控制回路

3.10 ePWM和PWM

3.11 三态输出电路

3.12 母线

四、变频器的应用

4.1 变频器在中央空调中的应用

4.2 变频器在电梯中的应用

五、延伸拓展

5.1 PLC编程

5.2 工业自动化

5.3 电机拓展

5.4 三相交流电的知识

5.5 SPWM变频器

5.6 电力相关基础知识

5.7 模拟电子技术

5.8 同步调制和异步调制的区别

5.9 变频器基础扩展

5.10 电流采样电路

5.11 ADC

5.12 过流保护

5.13 电流毛刺问题

5.14  矢量控制

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一、电子基础知识

1.1 电机

        电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机在电路中是用字母M（旧标准用D）表示，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母G表示，它的主要作用是利用机械能转化为电能。

1.2 电磁

        电磁(Electromagnetism)，物理概念之一，是物质所表现的电性和磁性的统称。如电磁感应、电磁波等等。电磁现象产生的原因在于电荷运动产生波动，形成磁场，因此所有的电磁现象都离不开电场。

1.3 转矩

        机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩 （Torsional moment）。转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系，转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动系统工作零件的强度设计以及原动机容量的选择等都具有重要的意义。

1.4 电机转矩

        电机转矩，简单的说，就是指转动的力量的大小。但电动机的转矩与旋转磁场的强弱和转子笼条中的电流成正比，和电源电压的平方成正比所以转矩是由电流和电压的因素所决定的。

1.5 力矩电机

        力矩= 力 ×力臂，力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力。力矩电机包括：直流力矩电机、交流力矩电机、和无刷直流力矩电机。

1.6 转矩密度

        转矩密度是指单位体积上电机轴上输出的额定转矩。

1.7 高转矩密度电机和高功率密度电机的区别

        高转矩密度电机和高功率密度电机有很大程度的重叠，但是也有很多例外。例如，有些高转矩密度电机设计的工作转速比较低，结果功率密度不高，典型代表就是各类轮毂电机。或者还有一些高功率密度的电机是依靠高转速实现的，转矩密度也不高，典型代表就是高速吸尘器或者航模的电机。

1.8 电磁接触器

        电磁接触器，magnetic contactor，接触器(Contactor)是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（衔铁、静铁心、电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。

1.9 伺服

        人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名——伺服系统。

        伺服与变频的一个重要区别是： 变频可以无编码器，伺服则必须有编码器，作电子换向用。更多差异可见链接：伺服_百度百科 (baidu.com)。伺服与变频器的异同，详细解释！-maxsine-技术文章-中国工控网 (gongkong.com)

1.10 伺服电机

        伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

        伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降

1.11 编码器

        编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。 

编码器的算法：旋转编码器控制的另一种算法_armcsdn的博客-CSDN博客_编码器算法

1.12同步电动机

        同步电动机（synchronous motor）是由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩，以同步转速旋转的交流电动机。

1.13 异步电动机

        异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。

        三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。 结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性。

 同步和异步电动机的区别_百度知道 (baidu.com)

同步电机和异步电机最大的区别在于它们的转子速度与定子旋转磁场是否一致，电机的转子速度与定子旋转磁场相同，叫同步电机，反之，则叫异步电机。另外，同步电机与异步电机的定子绕组是相同的，区别在于电机的转子结构。异步电机的转子是短路的绕组，靠电磁感应产生电流。而同步电机的转子结构相对复杂，有直流励磁绕组，因此需要外加励磁电源，通过滑环引入电流；因此同步电机的结构相对比较复杂，造价、维修费用也相对较高。

同步电机与异步电机的区别-与非网 (eefocus.com)

1.14 零伺服

        变频器的零伺服是变频器自动回到初始位置的一种功能。
        1、当零伺服指令有效时，并且在变频器频率指令低于零速度电平以下时，位置控制回路便形成了，电机被锁住并保持在停止状态；
        2、伺服锁定的力矩0~100%可调，锁定电流下降50%，如需增大锁定力矩，要增大变频器的功率容量。从零伺服起作用到电机完全停止的位置容许误差可以设定，是以编码器的4倍频脉冲数来设定的。
知识点延伸：
        在机械动作停止时需要保持位置的场合，也可以利用变频器零伺服功能来完成机械的回零功能。

1.15 FCT

        FCT（功能测试）它指的是对测试目标板(UUT：Unit Under Test)提供模拟的运行环境（激励和负载），使其工作于各种设计状态，从而获取到各个状态的参数来验证UUT的功能好坏的测试方法。简单地说，就是对UUT加载合适的激励，测量输出端响应是否合乎要求。一般专指PCBA的功能测试。

1.16 继电器

        继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

1.17 倍频、外频

        在电脑CPU中，主频=外频x倍频。

        在电子电路中，产生的输出信号频率是输入信号频率的整数倍称为倍频。假设输入信号频率为n，则第一个倍频2n，相应地3n, 4n……等均称为倍频。

        CPU的外频，通常为系统总线的工作频率（系统时钟频率），CPU与周边设备传输数据的频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。外频是CPU与主板之间同步运行的速度，在早期的绝大部分电脑系统中外频，也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。

        主频即CPU的时钟频率，计算机的操作在时钟信号的控制下分步执行，每个时钟信号周期完成一步操作，时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。 

        主频和实际的运算速度存在一定的关系，但并不是一个简单的线性关系。主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等各方面的性能指标。也就是说，主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。

1.18 步进电机

        步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。

1.19 电感 

电感工艺结构大致分为三种：绕线电感、多层片状电感、薄膜电感。电感的功能就是以磁场能的形式储存电能量。电感会阻碍流过的电流产生变化，就是电感对交变电流呈高阻抗。同样的电感，电流变化率越高，产生的感应电流越大，那么电感呈现的阻抗就越高；如果同样的电流变化率，不同的电感，如果产生的感应电流越大，那么电感呈现的阻抗就越高。

在电路设计中，电感主要有三大类应用：

• 功率电感：主要用于电压转换，常用的DCDC电路都要使用功率电感；
• 去耦电感：主要用于滤除电源线或信号线上的噪声，EMC工程师应该熟悉；
• 高频电感：主要用于射频电路，实现偏置、匹配、滤波等电路。

谈谈电感 - 知乎 (zhihu.com)

1.20 电容

电容的功能就是以电场能的形式储存电能量。分为薄膜电容、电解电容、陶瓷电容等。

电路板上很多的多层陶瓷电容都是为了去耦。电源去耦应该是电容最广泛的应用，各种CPU、SOC、ASIC的周围、背面放置了大量的电容，目的就是保持供电电压的稳定。

ESL（等效串联电感）、ESR（等效串联电阻） 

谈谈电容 - 知乎 (zhihu.com)

1.21 电阻 

从能量的角度，电阻是一个耗能元件，将电能转化为热能。 

薄膜电阻的极间电容只有0.03pF，引线电感只有0.002nH，其中75Ω的电阻可以到30GHz。我们通常使用的贴片电阻大都是厚膜电阻，性能远达不到如此，其引线电感有几个nH，极间电容也有几个pF，大多只能用到几百MHz或几个GHz。

PTC就是正温度系数电阻，通常有两种：一种是陶瓷材料，叫CPTC，适用于高电压大电流场合；另一种是高分子聚合物材料，叫PPTC，适用于低电压小电流场合。NTC则为负温度系数电阻。

谈谈电阻 - 知乎 (zhihu.com)

1.22 时钟

一、数字通信系统架构

分为了共同时钟系统、同步时间系统、源同步时钟系统、前向时钟系统、嵌入时钟系统

二、时钟源

分为了LC震荡电路、晶体与晶振、压控振荡器

把振荡电路和晶体集成在一起，直接提供一个差分的或单端的时钟输出，就是晶振。由于振荡电路需要电源供电，所以晶振需要外部电源供电。

三、时钟同步

分为了频率同步和时间同步

四、锁相环

PLL是一个闭环负反馈结构，PLL稳定的条件就是PFD(Phase Frequency Detector)的两个输入的频率相等，也就是固定不变的相位差

五、CDR

时钟数据恢复模块，可以从串行数据中恢复出时钟。

六、时钟的抖动分析

时钟抖动分为相位抖动、周期抖动和相邻周期抖动。

串行数据系统的抖动分为数据相关抖动、误码率与TIE抖动的关系

谈谈时钟 - 知乎 (zhihu.com)

1.23 负载

负载大体上可分为三种性质即：阻性负载、感性负载和容性负载。

电阻负载实际上是一种性质最接近纯电阻特性的电器。阻性负载一般都是利用电流通过金属絲时  发热或发光的现象来为我们服务的（在电子电路中常用于分压和分流等）电器。我们在日常生活中经常见到 的白炽灯泡、电暖器、电烙铁等都属于这种电器。

感性电器如果简单说，就是指用线圈做负载的电器。我们平时見到的电机、变压器、交流接触器、老式收音机、老式电视机等都属于感性电器。和阻性负载不同，感性负载存在两个阻值，一个是直流电阻、用普通万用表的;档就可直接测。另一个是感抗，它是指电感在交流电路中的阻值 ，这个阻值用普通万用表无法测量。可用公式XL＝2;fL来计萛。

感性负载是指一般把带有电感参数的负载。确切讲，应该是负载电流滞后负载电压一个相位差特性的为感性负载，如变压器，电动机等负载，称为感性负载。是指有些设备在消耗有功功率时还会消耗无功功率。有线圈负载的电路，叫感性负载。

阻性负载和感性负载的主要区别就是，电阻负载上电压和电流相位相同，电感负载电压电流相位不同。

容性负载一般是指带电容参数的负载，即符合电流超前电压特性的负载。容性负载充放电时，电压不能突变，其对应的功率因数为负值，对应的感性负载的功率因数为正值。

感性负载和容性负载的区别：电机类的设备都算是感性负载，开关电源类的，如IT设备都算是容性负载。感性负载就是工作时电压相位超前于电流相位，纯感性的话电压相位超前电流相位90度，纯容性负载就是工作时电压相位滞后于电流相位，纯容性负载的话电压相位滞后于电流相位90度。（感性和容性则为一个电压超前一个电压滞后）

二、变频器基础知识

2.1 变频

        变频就是改变供电频率，从而调节负载，起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等作用。

        变频技术的核心是变频器，通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130 Hz的变化频率。同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。 通过改变交流电频的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。

2.2 变频器

        变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。  

        变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 

(3条消息) 变频器基础：变频器工作原理与常用功能_田凫。的博客-CSDN博客_变频器的作用与原理

2.3 变频器原理

        变频器原理（英文Variable-frequency Drive，简称VFD）是应用变频技术与微电子技术的原理，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。

变频器工作原理和接线图秘诀 (baidu.com)

2.4 变频技术

        变频技术是一种把直流电逆变成不同频率的交流电的转换技术。它可把交流电变成直流电后再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电后再把交流电变成直流电。总之这一切都只有频率的变化，而没有电能的变化。

2.5 微电子技术

        微电子技术主要研究半导体材料、器件、工艺、集成电路设计等方面基本知识和技能，进行集成电路版图设计以及集成电路封装、测试等。例如：运用在电视机上的高清视频芯片的加工与制造，印刷电路板上的封装，汽车防盗系统中集成电路运用与检测，集成电路研发等。

2.6 滤波

        滤波（Wave filtering）是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施，是根据观察某一随机过程的结果，对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法，滤波分为经典滤波和现代滤波。

2.7 滤波器

1、滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

2、凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。

3.只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。实际上，任何一个电子系统都具有自己的频带宽度（对信号最高频率的限制），频率特性反映出了电子系统的这个基本特点。而滤波器，则是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路。

什么是滤波器？ (baidu.com)什么是滤波器？ (baidu.com)

2.8 经典滤波

        经典滤波的概念，是根据傅立叶分析和变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。

2.9 现代滤波

        用模拟电子电路对模拟信号进行滤波，其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。根据频率滤波时，是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号，通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。

2.10 整流

        将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这种变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。

        整流电路是利用二极管的单向导电性将正负变化的交流电压变为单向脉动电压的电路。在交流电源的作用下，整流二极管周期性地导通和截止，使负载得到脉动直流电。在电源的正半周，二极管导通，使负载上的电流与电压波形形状完全相同；在电源电压的负半周，二极管处于反向截止状态，承受电源负半周电压，负载电压几乎为零。

2.11 逆变

        直流电变成交流电。若交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。直流侧是电压源：电压型逆变电路——又称为电压源型逆变电路Voltage Source Type Inverter-VSTI；直流侧是电流源：电流型逆变电路——又称为电流源型逆变电路Current Source Type Inverter-CSTI。

逆变器详解「分类、工作原理、结构」 (baidu.com)

2.12 制动单元

        制动单元，全称为“变频器专用型能耗制动单元”，或者是“变频器专用型能量回馈单元”，主要用于控制机械负载比较重的、制动速度要求非常快的场合，将电机所产生的再生电能通过制动电阻消耗掉，或者是将再生电能反馈回电源。

        制动单元原理：制动单元由大功率晶体管GTR及其驱动电路构成。其功能是为放电电流环节电容器在规定的电压范围内储存不了或者内接的制动电阻来不及消耗掉而使直流部分“过压”时，需要加外接制动组件，以加快消耗再生电能的速度。

        在变频调速系统中，降速的基本方法就是通过逐步降低给定频率来实现。当拖动系统的惯性较大，电机的转速的下降将跟不上电机同步转速的下降，即电机的实际速度比其同步速度高，此时电机转子绕组切割旋转磁场磁力线的方向和电机恒速运行时正好相反，转子绕组的感应电动势和电流的方向也都相反，所产生的电磁转矩也就和电机旋转方向相反，电动机将出现负转矩，此时的电动机实际为发电机，系统处于再生制动状态，将拖动系统的动能回馈到变频器直流母线上，使直流母线电压不断上升，甚至达到危险的地步（变频器损坏等）。

即消耗因降速产生的能量。

2.13 制动电阻

        制动电阻，是波纹电阻的一种，主要用于变频器控制电机快速停车的机械系统中，帮助电机将其因快速停车所产生的再生电能转化为热能。
        制动电阻原理：电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压UD不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使UD保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。

        制动时，电机的再生能量几乎全部消耗在制动电阻上。可根据公式计算制动电阻的阻值： U×U/R=Pb

2.14 驱动单元

        驱动单元包括驱动装置和电机两部分。

2.15 微处理单元

        微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。

拓展延伸：微处理器功能单元介绍 - 知乎 (zhihu.com)

2.16 IGBT

        IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由（Bipolar Junction Transistor，BJT）双极型三极管和绝缘栅型场效应管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管（Giant Transistor，GTR）的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

        IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。 

        IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。

        IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见。

一文读懂IGBT「用途、结构、优缺点、工作原理」 (baidu.com)

IGBT基本工作原理及IGBT的作用是什么? - 知乎 (zhihu.com)

igbt的作用和功能 - 电子发烧友网 (elecfans.com)

2.17 变相器

        反相器是可以将输入信号的相位反转180度，这种电路应用在模拟电路，比如说音频放大，时钟振荡器等。在电子线路设计中，经常要用到反相器。CMOS反相器电路由两个增强型MOS场效应管组成。典型TTL与非门电路电路由输入级、中间级、输出级组成。

三、技术名词

3.1 调谐

        调节一个振荡电路的频率使它与另一个正在发生振荡的振荡电路(或电磁波)发生谐振。由于振荡电路的频率  ，所以调谐有两种方法。一种是改变线圈的电感L，另一种是改变电容器的电容C。

3.2 谐振

        谐振又称“共振”。振荡系统在周期性外力作用下，当外力作用频率与系统固有振荡频率相同或很接近时，振幅急剧增大的现象。产生谐振时的频率称“谐振频率”。电工技术中，振荡电路的共振现象。电感与电容串联电路发生谐振称“串联谐振”，或“电压谐振”；两者并联电路发生谐振称“并联谐振”，或“电流谐振”。

3.3 解耦

        耦合是指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。 解耦就是用数学方法将两种运动分离开来处理问题，常用解耦方法就是忽略或简化对所研究问题影响较小的一种运动，只分析主要的运动。

解耦_百度百科 (baidu.com)

3.4 开关频率

        开关频率也就是说变频器输出的电压其实是一系列的脉冲，脉冲的宽度和间隔均不相等。

        其值大小就取决于调制波和载波的交点 。开关频率越高，一个周期内脉冲的个数就越多，电流波形的平滑性就越好，但是对其它设备的干扰也越大。在开关电源设计中，比较追求高的开关频率，开关频率在数百kHz至数MHz的开关电源已有使用。

3.5 励磁电流

        励磁电流广义地说，为发电机等“利用电磁感应原理工作的电气设备”提供工作磁场叫励磁；在提供工作磁场时产生的电流叫励磁电流（Exciting Current）。 

        狭义地讲，励磁电流就是同步电机转子中流过的电流（有了这个电流，使转子相当于一个电磁铁，有N极和S极），在正常运行时，这个电流是由外部加在转子上的直流电压产生的。这个直流电压是由直流电动机供给，发展到大多由可控硅整流后供给，通常把可控硅整流系统称为励磁装置。

        当发电机单机运行时，励磁调节器通过调整发电机的励磁电流来调整发电机的端电压，当电力系统中有多台发电机并联运行时，励磁调节器通过调整励磁电流来合理分配并联运行发电机组间的无功功率，从而提高电力系统的静态和动态稳定性。

3.6 光电编码器

        光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是应用最多的传感器，光电编码器是由光源、光码盘和光敏元件组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号。

3.7 开环控制和闭环控制

        开环控制是指无反馈信息的系统控制方式。当操作者启动系统，使之进入运行状态后，系统将操作者的指令一次性输向受控对象。此后，操作者对受控对象的变化便不能作进一步的控制。采用开环控制设计的人机系统，操作指令的设计十分重要，一旦出错，将产生无法挽回的损失。

        闭环控制是指控制论的一个基本概念。指作为被控的输出量以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。带有反馈信息的系统控制方式。当操作者启动系统后，通过系统运行将控制信息输向受控对象，并将受控对象的状态信息反馈到输入中，以修正操作过程，使系统的输出符合预期要求。闭环控制是一种比较灵活、工作绩效较高的控制方式，工业生产中的多数控制方式采用闭环控制的设计。

3.8 差分传输

• 差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。

• 差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。差分信号又称差模信号，是相对共模信号而言的。

• 从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，"系统地"被用作电压基准点。

• 相较于单端输出方式等其他方式优点：

• 1、抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即，噪声对信号的逻辑意义不产生影响。

• 2、能有效抑制电磁干扰（EMI）。由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。

• 3、时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。

• 相较于单端输出方式等其他方式缺点：

• 若电路板的面积非常紧张，单端信号可以只有一根信号线，地线走地平面，而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小，以至于只能穿过一根走线的情况下。

• 差分传输一种信号传输的技术。差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。

  信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。

  信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的是逻辑0还是逻辑1。在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。

• 差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等，在两线电缆传输回路，每一线对地电压用符号V1和V2来表示。差模信号分量是VDIFF。纯差模信号是：V1=－V2；其大小相等，相位差180°；VDIFF=V1－V2，因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过。

  所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。差模干扰侵入往返两条信号线，方向与信号电流方向一致，其一种是由信号源产生，另一种是传输过程中由电磁感应产生，它和信号串在一起且同相位，这种干扰一般比较难以抑制。

  共模信号又称为对地感应信号或不对称信号，共模信号分量是VCOM，纯共模信号是：VCOM=V1=V2；大小相等，相位差为0°；V3=0。

  干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路；原则上讲，这种干扰是比较容易消除的。在实际电路中由于线路阻抗不平衡，使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。

3.9 控制回路

控制回路DI，DO，AI，AO信号的含义及其用途！别混淆了 (baidu.com)

3.10 ePWM和PWM

        ePWM，即增强型脉宽调制模块，作用是产生频率、相位和占空比可调的方波脉冲。
        PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制的相关参数有频率、占空比、幅值等。频率f = 1/T（周期），占空比D(Duty) = H/T（高电平时间与周期的比值）。

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3.11 三态输出电路

        在实际的数字系统中往往包含大量的存储单元，而且经常要求他们在同一时刻同步动作，为达到这个目的，在每个存储单元电路上引入一个时钟脉冲（CLK）作为控制信号，只有当CLK到来时电路才被“触发”而动作，并根据输入信号改变输出状态。把这种在时钟信号触发时才能动作的存储单元电路称为触发器，以区别没有时钟信号控制的锁存器。

        计算机中的记忆元件由触发器组成，而触发器只有两个状态。即“0”态和“1”态，所以每条信号线上只能传送一个触发器的信息。如果要在一条信号线上连接多个触发器，而每个触发器可以根据需要与信号线连通或断开，当连通时可以传送“0”或“1”,断开时对信号线上的信息不产生影响，就需要一个特殊的电路加以控制，此电路即为三态输出电路，又称为三态门。输出值：逻辑“0”，逻辑“1”和高阻态。

3.12 母线

母线是电力系统的重要组成元件之一，作用是电能集中、分配和传输能量。

干货丨一文讲透母线保护原理和配置 (qq.com) 

四、变频器的应用

4.1 变频器在中央空调中的应用

     顾名思义变频系统的核心部件就是变频器，所谓的变频器是将将电网所提供的工频交流电转变为交流电机变频调速用的电压可变、频率可变的交流电的交流装置，在变频调速系统中经常使用的“交-直-交”变频器。

        “交-直-交”变频器结构原理图主要包括以下四个部分：1）整流器：这个器件的组要作用就是将直流电转换为交流电。通常整流器主要分为两类，一类为采用硅整流元件组成的不可控整流器，另外一类就是使用晶闸管元件构成的可以控制的整流器。2）中间直流环节：这个部分的主要目的就是为了保证逆变电路和控制电路能够获得更好的交流电源。3）逆变器：逆变器的主要作用就是把直流电转换为频率以及电压可以调节的交流装置。逆变器是变频调速器的核心部件，目前使用的功率元件主要有普通的晶闸管、大功率晶体管以及功率场效应管。4）控制电路：根据空调的变频调速的不同控制方式产生相应的控制指令，控制功率逆变器中各种功率元件的工作状态，目的是为了使逆变器能够输出预定的功率和电压。

变频调速技术及其在空调系统中的应用 (aimike.net)

4.2 变频器在电梯中的应用

        电梯交流电机的调速就是通过改变频率,电梯其实说到根本就是控制电机的运转。变频器的根本作用就是调频调压。通过改变频率来改变电机的转速,从而满足电梯的各种运行指令要求。电梯什么时候停,什么时候快,什么时候慢。电梯的这些功能都是由变频器通过外部通讯获得指令以后来改变频率来达到控制的目的。

变频器在电梯中的应用 (aimike.net)

五、延伸拓展

5.1 PLC编程

        PLC编程是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

        随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，PLC编程正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

5.2 工业自动化

        工业自动化是在工业生产中广泛采用自动控制、自动调整装置，用以代替人工操纵机器和机器体系进行加工生产的趋势。在工业生产自动化条件下，人只是间接地照管和监督机器进行生产。工业自动化，按其发展阶段可分为：(1) 半自动化。即部分采用自动控制和自动装置，而另一部分则由人工操作机器进行生产。(2) 全自动化。指生产过程中全部工序，包括上料、下料、装卸等，都不需要人直接进行生产操作 (人只是间接地看管和监督机器运转)，而由机器连续地、重复地自动生产出一个或一批产品。

5.3 电机拓展

交流电机绕组－发电机系列课件－鹏芃科艺 (pengky.cn)

车用电机高转矩密度解决方案-盘式电机_转子 (sohu.com)

三相交流电机绕组－发电机系列课件－鹏芃科艺 (pengky.cn)

5.4 三相交流电的知识

三相和单相的区别_百度知道 (baidu.com)

三相交流电产生的旋转磁场－电动机系列课件－鹏芃科艺 (pengky.cn)

线电流和相电流的关系与区别、线电压与相电压的区别与关系、相电压和线电压公式与口诀 - 电气技术 - 电子发烧友网 (elecfans.com)

5.5 SPWM变频器

SPWM变压变频器 (qq.com)

5.6 电力相关基础知识

电力、电气、电工知识汇总_liht_1634的博客-CSDN博客

线电流和相电流的关系与区别、线电压与相电压的区别与关系、相电压和线电压公式与口诀 - 电气技术 - 电子发烧友网 (elecfans.com)

硬件基础——模拟电路_咸鱼箘的博客-CSDN博客

同步和异步电动机的区别_百度知道 (baidu.com)

5.7 模拟电子技术

总结几点学习模电难的原因-电子发烧友网 (elecfans.com)

场效应管大全（工作原理,作用,特性,驱动电路,使用方法）-电子发烧友网 (elecfans.com)

5.8 同步调制和异步调制的区别

第一：实现方式不同。

异步调制只需要给定定频率的载波，调制波的频率也不需要特定控制，而同步调制则需要复杂的算法使得载波和调制波同频同相；举个例子，在双闭环的矢量控制系统中其实是默认为异步调制的，因为我们所用的大部分SVPWM模块的思路都是先通过计算空间矢量法得到调制波，然后再与三角载波比较得到所需要的PWM脉冲。但是想要在双闭环实现同步调制，就必须使得载波和调制波同步，在电机的速度上升过程中，调制波的频率是时刻改变，这个时候要随时都能实现载波和调制波的同频同相就需要复杂的控制算法，实现起来相对困难。

第二：谐波含量不同。

异步调制的谐波含量要远高于同步调制。但是由于我们默认认知的电机控制系统似乎很少涉及到谐波的处理，其实根本原因是这些不考虑谐波的电机系统都是基于很高载波比的情况。因为变频器输出的PWM波的谐波主要集中在开关频率整数倍附近。 也就是说，载波比越大，开关频率越高，谐波的频率越高。 而变频器的负载是电机，电机是感性负载，高频信号通过电感，电流谐波将被衰减，谐波频率越高，衰减幅度越大。正是由于高次谐波被电机的感性特性所抑制，所以这些谐波被近似忽略了。而同步调制，通过使得载波比为3的整数倍，消除了3及其3的倍数次的谐波；并且通过适合PWM波正负半周期对称（N载波比取奇数）消除偶次谐波，总体同步调制所含谐波只为6k±1次谐波（常见的5 7 11 13次谐波）等。

第三：应用场合的不同。

其实在小功率的电机控制系统中，所以就算使用的开关器件开关频率较高，开关损耗仍然较小，并不太需要取刻意的消除谐波。但是在大功率的场合，如果开关频率太高，就会导致开关损耗升高，使用异步调制的话会导致大量的高幅值的低次谐波，所以需要应用同步调制的策略来消除低频的谐波。

(1条消息) 同步调制和异步调制区别_cppstdy的博客-CSDN博客_同步调制和异步调制的区别

5.9 变频器基础扩展

(2条消息) 变频器的50个基础知识_奕一科技的博客-CSDN博客_变频器入门知识

5.10 电流采样电路

关于电流采样电路? - 知乎 (zhihu.com)(3条消息) 运放电流检测采样电路电压采样电路_位文杰TOP的博客-CSDN博客_电流采样电路原理图

5.11 ADC

(3条消息) ADC的基本工作原理_xtmtm的博客-CSDN博客_adc原理

ADC的内部结构与主要参数_CodeForCoffee的博客-CSDN博客_adc内部结构

5.12 过流保护

        过电流保护（Over Current Protection）就是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护方式。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号。

简单了解过流保护原理分析-电子发烧友网 (elecfans.com)

5.13 电流毛刺问题

        电机电感的大小决定了电流变化率，也就是决定了单位时间电压矢量作用下电流变化的大小，因此当电感越小时，即使上升时间不变，这个尖刺的幅值也会较大。相对小功率电机，大功率电机的电感更小，开关频率更低，因此这种尖峰多在大功率的电机电流波形中更为明显。小功率电机也有，但是由于开关频率高，电感大，这种尖峰的就比较小，影响也较小。电感的功能就是以磁场能的形式储存电能量。电感会阻碍流过的电流产生变化，就是电感对交变电流呈高阻抗。同样的电感，电流变化率越高，产生的感应电流越大，那么电感呈现的阻抗就越高；如果同样的电流变化率，不同的电感，如果产生的感应电流越大，那么电感呈现的阻抗就越高。

基础补充——为什么电流的波峰波谷很多毛刺？_沉沙丶的博客-CSDN博客

5.14  矢量控制

1、矢量控制的核心即为对异步电机的电磁转矩和励磁磁场的完全解耦控制，它在异步电机空间矢量模型的基础上，也就是前面讲的坐标变换的基础上，将电机定子电流的瞬时值分解为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两者相互垂直，彼此独立，然后进行分别控制。

2、对于异步电机，通过对电流的空间矢量进行坐标变换实现解耦控制的方法就称为矢量控制。

交流异步电机矢量控制（二）——矢量控制原理_沉沙丶的博客-CSDN博客_异步电机矢量控制