電機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，能夠?qū)⑵渌问降哪芰哭D(zhuǎn)換為電能，也能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能，在工業(yè)制造和民用電器領(lǐng)域，電機(jī)都是不可缺少的重要設(shè)備。

自從400年前，法拉第發(fā)明了第一臺(tái)使用電流驅(qū)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備開(kāi)始，電機(jī)就成為工業(yè)發(fā)明創(chuàng)造的寵兒，安迪生和特斯拉分別在直流和交流領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn)，推動(dòng)了電能的采集和應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)幾代工程師的辛勤努力，電機(jī)已經(jīng)發(fā)展出三大系列，即直流電機(jī)、交流異步電機(jī)和交流同步電機(jī)。從這三大類(lèi)出發(fā)，又衍生出伺服電機(jī)、測(cè)速電機(jī)等專(zhuān)門(mén)用于精細(xì)控制的設(shè)備，為工業(yè)控制發(fā)展提供了可行性保障。

直流電機(jī)作為電機(jī)的雛形，利用通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生力的作用原理進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，當(dāng)通電導(dǎo)體置于磁場(chǎng)當(dāng)中，導(dǎo)體就會(huì)受到力的作用而產(chǎn)生力矩發(fā)生位移，其運(yùn)動(dòng)方向可以通過(guò)左手定則進(jìn)行判斷。

如果將導(dǎo)體制成閉合回路置于磁場(chǎng)中，并且適時(shí)改變導(dǎo)體內(nèi)電流方向，那么這個(gè)導(dǎo)體環(huán)就會(huì)在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)起來(lái)。直流電機(jī)的整流子就是實(shí)現(xiàn)電流變向的部件。

直流電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換具有可逆性，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中垂直于磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可以由右手定則進(jìn)行判斷。

當(dāng)導(dǎo)體形成閉合回路時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這就是直流發(fā)電機(jī)的基本原理。

一臺(tái)直流電機(jī)在擁有勵(lì)磁的情況下，可以從發(fā)電機(jī)向電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。吸收電能便會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩成為電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，而被動(dòng)旋轉(zhuǎn)便會(huì)產(chǎn)生電流成為發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。直流電機(jī)的這一特性也讓它在很長(zhǎng)一段歷史內(nèi)主導(dǎo)了能源和應(yīng)用領(lǐng)域。

我們把電機(jī)分為直流電機(jī)與交流電機(jī)兩類(lèi)，即直流電機(jī)通過(guò)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng);交流電機(jī)通過(guò)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，下面天孚微電機(jī)對(duì)這兩種類(lèi)型電機(jī)的結(jié)構(gòu)、調(diào)速方式及特點(diǎn)來(lái)詳細(xì)講解。

1. 直流電機(jī)

1)有刷直流電機(jī)

①直流電機(jī)結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子上有銅線繞組;

定子：使用永磁或電磁，勵(lì)磁方式有串勵(lì)、并勵(lì)、他勵(lì)、復(fù)勵(lì)。

②啟動(dòng)

直流電機(jī)只要通入直流電就能轉(zhuǎn)動(dòng)。

③換向方式

永磁直流電機(jī)通過(guò)換向器與電刷的摩擦接觸，改變定子或轉(zhuǎn)子電流的方向。

④調(diào)速方式

直流電機(jī)的調(diào)速方法是所有電機(jī)中，非常簡(jiǎn)單的，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的電壓就可以調(diào)速，如需要精準(zhǔn)調(diào)速增加編碼器即可。

⑤優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

有刷直流電機(jī)在于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速方便，成本低的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)由于在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝有換向器，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)和電刷不斷的摩擦，所以使用壽命較磁短，像一些高壽命的應(yīng)用，有刷直流電機(jī)是無(wú)法滿足的，大點(diǎn)的有刷直流電機(jī)還需要定期的維護(hù)/更換碳刷，維護(hù)工作量太大。

2)無(wú)刷直流電機(jī)

①直流電機(jī)結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子：永磁結(jié)構(gòu)

定子：繞組、霍爾傳感器

②啟動(dòng)

驅(qū)動(dòng)器EN接地打開(kāi)

③換向方式

電子換向，無(wú)刷直流電機(jī)沒(méi)有電刷和換向器，通過(guò)霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)電子換向，這也是無(wú)刷直流電機(jī)名稱的由來(lái)。

④調(diào)速控制方式

常見(jiàn)的是以6個(gè)MOSFET搭配成全橋電路，并以控制電路、驅(qū)動(dòng)電路組合。硬件方面概況起來(lái)，主要包含以下幾個(gè)版塊：全橋驅(qū)動(dòng)電路、霍爾反饋電路、電流采樣電路等。軟件實(shí)現(xiàn)上，可以使用方波、或者正弦波(PMSM)方式控制。

⑤優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速高、使用壽命也極長(zhǎng)，幾乎有刷直流電機(jī)的缺點(diǎn)無(wú)刷直流電機(jī)都補(bǔ)全了，但是無(wú)刷直流電機(jī)的成本高、控制調(diào)速比較復(fù)雜，所以除非是有刷直流電機(jī)參數(shù)無(wú)法滿足，一般用是的還是有刷電機(jī)。

從兒時(shí)的四驅(qū)車(chē)到四旋翼無(wú)人機(jī)，從兩輪電動(dòng)自行車(chē)到高速列車(chē)，從客廳的空調(diào)到廚房的抽煙機(jī)，從媽媽的吹風(fēng)機(jī)到爸爸的剃須刀，似乎我們的平日所見(jiàn)能動(dòng)的東西大多都聯(lián)系一個(gè)共同的東西——電機(jī)。

直流電機(jī)加電后可以自行啟動(dòng)，并不需要專(zhuān)門(mén)的啟動(dòng)策略和裝置。對(duì)于永磁同步、直流無(wú)刷、單相異步等電機(jī)來(lái)說(shuō)啟動(dòng)就不是那么容易的一件事情了。

當(dāng)然啟動(dòng)電流大的情況仍然存在，因?yàn)閱?dòng)階段電機(jī)速度較低電樞繞組的反電動(dòng)勢(shì)較小因此直流電機(jī)盡管可以自啟動(dòng)但是仍然存在啟動(dòng)電流沖擊的問(wèn)題(啟動(dòng)沖擊電流最大可能超過(guò)額定電流的10倍)，進(jìn)而造成電刷換向火花增大及對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。對(duì)于小功率電機(jī)(通常認(rèn)為3千瓦時(shí)一個(gè)門(mén)檻)、啟動(dòng)并非特別頻繁的情況來(lái)說(shuō)這些問(wèn)題并不需要特別在意。

對(duì)于功率通常情況下采用限流電阻或者降壓?jiǎn)?dòng)的方式實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，但是如果是帶載啟動(dòng)的話為了保證啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩電阻值需要隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速提高而減小，或者電源電壓隨著轉(zhuǎn)速提高而增加，當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后限流電阻需要及時(shí)退出電源電壓升至額定電壓，這樣才能夠保證整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程的電磁轉(zhuǎn)矩。

針對(duì)直流電機(jī)調(diào)速內(nèi)容較多后面會(huì)單獨(dú)篇幅進(jìn)行講解，這里只需要知道:

(1)降低電源電壓會(huì)使直流電機(jī)速度變慢，這就是為什么小時(shí)候四驅(qū)車(chē)新電池的情況下跑的快的原因，也就是我們常說(shuō)的新電池勁大。家理電風(fēng)扇調(diào)速大多也是這種方式.

(2)串電阻調(diào)速同樣會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，方式最為簡(jiǎn)單但是會(huì)使系統(tǒng)效率降低，幾乎不用。

(3)對(duì)于電勵(lì)磁的直流電機(jī)減小電樞繞組的磁通也可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)(弱磁調(diào)速)，通常來(lái)講弱磁控制會(huì)使直流電機(jī)的電機(jī)速度變快，這也就是弱磁升速說(shuō)法的由來(lái)。