無(wú)刷開(kāi)州電機(jī)和有刷電機(jī)有什么區(qū)別？同步電機(jī)和異步電機(jī)有什么區(qū)別？伺服電機(jī)是否都是交流電機(jī)？伺服電機(jī)是否都是同步電機(jī)？步進(jìn)電機(jī)屬于直流電機(jī)還是交流電機(jī)？舵機(jī)是否屬于伺服電機(jī)等等……

這些問(wèn)題，很多老司機(jī)也不一定能完全解釋的清楚。針對(duì)這些問(wèn)題，大家可以參考下面這篇文章學(xué)習(xí)，會(huì)對(duì)電機(jī)的分類(lèi)、用法、優(yōu)缺點(diǎn)有更加清晰的理解。

讀過(guò)中學(xué)物理的學(xué)霸學(xué)渣都知道，為了研究通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)受力的那點(diǎn)事，我們把左手都練成了斷掌，這也正是直流電機(jī)的原理。

所有電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子組成，在直流電機(jī)中，為了讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)，需要不斷改變電流方向，否則轉(zhuǎn)子只能轉(zhuǎn)半圈，這點(diǎn)就像自行車(chē)腳踏板。所以直流電機(jī)需要換向器。

廣義的直流電機(jī)包括有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)。

有刷電機(jī)又稱(chēng)直流電機(jī)或碳刷電機(jī)，常說(shuō)的直流電機(jī)就是指有刷直流電機(jī)，它采用機(jī)械換向，外部磁極不動(dòng)內(nèi)部線圈(電樞)動(dòng)，換向器和轉(zhuǎn)子線圈一起旋轉(zhuǎn)，電刷和磁鐵都不動(dòng)，于是換向器和電刷摩擦摩擦，完成電流方向的切換。

有刷電機(jī)缺點(diǎn)：

1、機(jī)械換向產(chǎn)生的火花引起換向器和電刷摩擦、電磁干擾、噪聲大、壽命短。

2、可靠性差、故障多，需要經(jīng)常維護(hù)。

3、由于換向器存在，限制了轉(zhuǎn)子慣量，限制了更高轉(zhuǎn)速，影響了動(dòng)態(tài)性能。

既然它這么多缺點(diǎn)為什么還被普遍應(yīng)用，因?yàn)樗ちΩ摺⒔Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易維護(hù)（即換碳刷）、便宜。

無(wú)刷電機(jī)在某些領(lǐng)域也稱(chēng)直流變頻電機(jī)（BLDC），它采用電子換向（霍爾傳感器），線圈(電樞)不動(dòng)磁極動(dòng)，此時(shí)永磁鐵可以在線圈外部也可以在線圈內(nèi)部，于是有了外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)和內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)之分。

無(wú)刷電機(jī)構(gòu)造與永磁同步電機(jī)相同。

不過(guò)，單個(gè)的無(wú)刷電機(jī)不是一套完整的動(dòng)力系統(tǒng)，無(wú)刷基本必須通過(guò)無(wú)刷控制器也就是電調(diào)的控制才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)。

真正決定其使用性能的還是無(wú)刷電子調(diào)速器（也就是電調(diào)）。

一般地，無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流有兩種，一種是方波，另一種是正弦波。

有時(shí)候把前一種叫直流無(wú)刷電機(jī)，后一種叫交流伺服電機(jī)，確切地講是交流伺服電動(dòng)機(jī)的一種。（視頻傳送門(mén)）

無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式不同，有可以分為內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)和外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)。

內(nèi)轉(zhuǎn)子都是三相的 ，價(jià)格較貴。

外轉(zhuǎn)子通常使用的是單相的，價(jià)格親民，大批量生產(chǎn)已經(jīng)接近碳刷電機(jī)，因此近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。

外轉(zhuǎn)子三相的價(jià)格已經(jīng)接近內(nèi)轉(zhuǎn)子的價(jià)格。 

嗯，猜都能猜到，有刷電機(jī)的缺點(diǎn)就是無(wú)刷電機(jī)的有點(diǎn)。

它具有高效率、低能耗、低噪音、超長(zhǎng)壽命、高可靠性、可伺服控制、無(wú)級(jí)變頻調(diào)速（可達(dá)很高轉(zhuǎn)速）等優(yōu)點(diǎn)，它相對(duì)比有刷直流電機(jī)體積小的多，控制比異步交流電機(jī)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大過(guò)載能力強(qiáng)，至于缺點(diǎn)嘛……就是比有刷的貴、不好維護(hù)。

直流電機(jī)的調(diào)速：所謂調(diào)速，即通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速獲得所需扭矩。

直流（有刷）電機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)電壓、串接電阻、改變勵(lì)磁都可以調(diào)速，但是實(shí)際以調(diào)節(jié)電壓最為方便也最為常用，目前主要使用PWM調(diào)速，PWM其實(shí)就是通過(guò)高速的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)直流的調(diào)壓，一個(gè)周期內(nèi)，開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)，平均電壓就高，關(guān)的時(shí)間長(zhǎng)，平均電壓就低，調(diào)起來(lái)很方便，只要開(kāi)關(guān)速度夠快，電網(wǎng)的諧波就少，且電流更為連續(xù)。

但是電刷和換向器長(zhǎng)期磨損，同時(shí)在換向的時(shí)候有巨大的電流變化，非常容易產(chǎn)生火花，換向器和電刷限制了直流電動(dòng)機(jī)的容量和速度，使得直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速遇到了瓶頸。

對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)，調(diào)速的時(shí)候表面上只控制了輸入電壓，但電機(jī)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)（無(wú)刷直流電機(jī)本身自帶轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器等轉(zhuǎn)子位置信號(hào)獲取裝置，使用此裝置的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來(lái)控制變壓變頻調(diào)速裝置的換相時(shí)刻）自動(dòng)根據(jù)變壓控制了頻率，用起來(lái)和直流（有刷）電機(jī)幾乎一樣，非常方便。

由于轉(zhuǎn)子采用永磁體，不需要專(zhuān)門(mén)的勵(lì)磁繞組，在同等容量的情況下，電機(jī)體積更小，重量更輕，效率更高，結(jié)構(gòu)更緊湊，運(yùn)行更可靠，動(dòng)態(tài)性能更好，在電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。

交流電機(jī)分為同步電機(jī)和異步電機(jī)，同步電機(jī)多用于發(fā)電機(jī)，異步電機(jī)多用于電動(dòng)機(jī)。

電機(jī)的外殼是定子，定子上有三相對(duì)稱(chēng)交流繞組，由于三相電順序變化，形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的合成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度就是同步轉(zhuǎn)速。

同步轉(zhuǎn)速n=60f/p，f是頻率，p是極對(duì)數(shù)，比如對(duì)于接入電網(wǎng)50Hz的2極電動(dòng)機(jī)（即極對(duì)數(shù)為1對(duì)），那么轉(zhuǎn)速n=60*50/1=3000r/min。

同理，4極，6極，8極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1500，1000,750  。

異步電機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子為閉合線圈，比如鼠籠式。

轉(zhuǎn)子線圈將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，最后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣轉(zhuǎn)子就變成了一個(gè)電磁鐵，將跟隨定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必然＜定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣才能切割磁感線。

即轉(zhuǎn)子的異步轉(zhuǎn)速＜同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)存在轉(zhuǎn)速差，所以稱(chēng)之為異步電機(jī)。

不同廠家生產(chǎn)的異步電機(jī)額定轉(zhuǎn)速略有差異，2極電機(jī)約2800+r/min，4極，6極，8極異步約為1400+,950+,700+。

異步電機(jī)空載時(shí)轉(zhuǎn)速高，有負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速下降。

異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠?jī)r(jià)格便宜，得到廣泛應(yīng)用。

同步電機(jī)：

如果讓轉(zhuǎn)子速度=定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度，就成為了同步電機(jī)，此時(shí)就需要把定子變成一個(gè)電磁鐵或永磁鐵，即給定子通電，此時(shí)不需要再切割磁感線就能旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度相同，即形成同步電機(jī)。      

同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)比異步電機(jī)復(fù)雜，價(jià)格高，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用不如異步電機(jī)廣泛，主要用作發(fā)電機(jī)上，現(xiàn)在火電站，水電站、汽輪機(jī)、水輪機(jī)基本都是同步電機(jī)。

異步電機(jī)的調(diào)速：理論上異步電動(dòng)機(jī)控制交流電頻率、電壓、或者轉(zhuǎn)子的電阻、電機(jī)的磁極分布都可以調(diào)速，但是實(shí)際上實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速用調(diào)節(jié)頻率和電壓的方法實(shí)現(xiàn)。

由于調(diào)壓調(diào)速范圍不大，一般只能用在調(diào)速要求不高的場(chǎng)合，應(yīng)用并不廣泛。      

 變頻調(diào)速：說(shuō)到變頻，大家可能都聽(tīng)說(shuō)過(guò)。

變頻調(diào)速的全稱(chēng)是變壓變頻調(diào)速（VVVF），也就是在改變頻率的時(shí)候改變電壓，這樣異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍就足夠大了。

變頻器可以分為兩個(gè)大類(lèi)：交交變頻和交直交變頻。

交-交變頻：將交流電直接通過(guò)電力電子器件變換為另一個(gè)頻率的交流電，更高輸出頻率不能超過(guò)輸入頻率的一半，所以一般只用在低轉(zhuǎn)速、大容量的系統(tǒng)中，可以省去龐大的齒輪減速箱。

交-直-交變頻器將交流電先整流變成直流，再通過(guò)逆變器變成可控頻率和電壓的交流，配合PWM技術(shù)，這種變頻器可以實(shí)現(xiàn)大范圍的變壓變頻。

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)講，異步電動(dòng)機(jī)皮實(shí)耐用，過(guò)載能力強(qiáng)，控制算法又如此成熟，完全可以拿來(lái)用。

同步電機(jī)的調(diào)速：同步機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)差率，在結(jié)構(gòu)確定的情況下，控制電壓不能改變轉(zhuǎn)速，所以在變頻器出現(xiàn)之前，同步電動(dòng)機(jī)是完全不能調(diào)速的。

變頻器的出現(xiàn)讓交流同步電動(dòng)機(jī)也有了巨大的調(diào)速范圍，因其轉(zhuǎn)子也有獨(dú)立勵(lì)磁（永磁體或者電勵(lì)磁），其調(diào)速范圍要比異步電動(dòng)機(jī)更寬，同步電動(dòng)機(jī)煥發(fā)了新的生機(jī)。       

同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速。

對(duì)于他控變頻調(diào)速，和異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速類(lèi)似，也可以根據(jù)其數(shù)學(xué)模型采用SVPWM等控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，其性能還要優(yōu)于普通交流異步電動(dòng)機(jī)。

自控變頻同步電動(dòng)機(jī)在發(fā)展過(guò)程中曾經(jīng)有多種名字，比如無(wú)換向器電機(jī)；當(dāng)采用永磁體且輸入三相正弦波時(shí)，可以稱(chēng)為正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)；而如果輸入方波，那么就可以稱(chēng)為梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)，沒(méi)錯(cuò)，這就是類(lèi)似于之前說(shuō)的的無(wú)刷直流機(jī)（BLDM），大家是不是感覺(jué)饒了個(gè)大圈有轉(zhuǎn)回去了，但是你現(xiàn)在對(duì)于變頻變速的理解一定更深一步了，所以無(wú)刷直流電機(jī)時(shí)采用直流輸入，但是使用了同步電機(jī)的變頻技術(shù)（結(jié)構(gòu)與永磁同步電機(jī)相同），在Model3上就采用了直流無(wú)刷電機(jī)。

單相交流異步電機(jī)——單相交流串勵(lì)電機(jī)（有刷）

單相交流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，俗稱(chēng)串勵(lì)電機(jī)或通用電機(jī)(UniversalMotor國(guó)外叫法，因交直流通用而得名)，電樞繞組和勵(lì)磁繞組串聯(lián)在一起工作。

單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)又叫做交直流兩用串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，它既可以使用交流電源工作，也可以使用直流電源工作。

單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是由于它轉(zhuǎn)速高、起動(dòng)力矩大、體積小、重量輕、不容易堵轉(zhuǎn)、適用電壓范圍很廣，可以用調(diào)壓的方法來(lái)調(diào)速，簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)。

因而在電動(dòng)工具中得到廣泛的應(yīng)用，如角磨機(jī)、手電鉆等。

單相串勵(lì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)同直流串勵(lì)電機(jī)十分相似，主要的區(qū)別在于單相串勵(lì)電機(jī)的定子鐵心必須由硅鋼片疊壓而成，而直流的磁極既可以由疊壓而成，又可以做成整體結(jié)構(gòu)。

單相串勵(lì)電機(jī)的調(diào)速，大多數(shù)采用調(diào)節(jié)電壓的方法，就是改變電動(dòng)勢(shì)。

單相串勵(lì)電機(jī)的電壓調(diào)速方法采用的可控移相調(diào)壓，利用可控硅的觸發(fā)電壓滯后于輸入電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的移相觸發(fā)。

在實(shí)現(xiàn)方法上有硬件和軟件方式。

采用調(diào)節(jié)電壓方法，采用可控硅調(diào)速技術(shù)，具有線路簡(jiǎn)單，元件體積小等特點(diǎn)，是一種可控硅簡(jiǎn)單有效的方法。

(a)交流電流變化曲線;

(b)電流為正半波時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向  

(c)電流為負(fù)半波時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向

單相交流異步電機(jī)——單相交流鼠籠式電機(jī)（無(wú)刷）

單相電流通過(guò)電樞繞組時(shí)產(chǎn)生的是脈振磁場(chǎng)而不是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以單相異步電動(dòng)機(jī)不能自起動(dòng)。

為了解決起動(dòng)問(wèn)題，單相交流供電的異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上往往做成兩相的。

主繞組由單相電源直接供電；副繞組在空間上與主繞組差90°(電角度，等于機(jī)械角度被電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)除)。

副繞組串聯(lián)電容或電阻后再接到單相交流電源，使其中通過(guò)的電流和主繞組中的電流有一定的相位差。

使合成磁場(chǎng)成橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，甚至可能接近于圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

電動(dòng)機(jī)因此獲得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

利用電阻分相方法的電動(dòng)機(jī)價(jià)格低廉，例如副繞組用較細(xì)的導(dǎo)線繞制即可，但分相效果較差，且電阻上要消耗能量。

這種電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)并達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，通常由裝在電動(dòng)機(jī)軸上的離心式開(kāi)關(guān)將副繞組自動(dòng)切除，以減少電阻上的損耗、提高運(yùn)行效率。

一般用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合，如小型車(chē)床、小型電冰箱等，缺點(diǎn)是不能調(diào)速速。

利用電容分相，效果較好，有可能在電動(dòng)機(jī)某一工作點(diǎn)時(shí)，使電機(jī)合成磁場(chǎng)接近于圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而獲得較好的工作特性。