直流電機(jī)——有刷電機(jī)

讀過中學(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，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)和無刷電機(jī)。

有刷電機(jī)又稱直流電機(jī)或碳刷電機(jī)，常說的直流電機(jī)就是指有刷直流電機(jī)，它采用機(jī)械換向，外部磁極不動內(nèi)部線圈（電樞）動，換向器和轉(zhuǎn)子線圈一起旋轉(zhuǎn)，電刷和磁鐵都不動，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，限制了最高轉(zhuǎn)速，影響了動態(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?、結(jié)構(gòu)簡單容易維護(hù)（即換碳刷）、便宜。

直流電機(jī)——調(diào)速原理

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

直流（有刷）電機(jī)通過調(diào)節(jié)電壓、串接電阻、改變勵磁都可以調(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)就是通過高速的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)直流的調(diào)壓，一個(gè)周期內(nèi)，開的時(shí)間長，平均電壓就高，關(guān)的時(shí)間長，平均電壓就低，調(diào)起來很方便，只要開關(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機(jī)的容量和速度，使得直流電動機(jī)的調(diào)速遇到了瓶頸。

對于無刷直流電機(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)（無刷直流電機(jī)本身自帶轉(zhuǎn)子位置檢測器等轉(zhuǎn)子位置信號獲取裝置，使用此裝置的轉(zhuǎn)子位置信號來控制變壓變頻調(diào)速裝置的換相時(shí)刻）自動根據(jù)變壓控制了頻率，用起來和直流（有刷）電機(jī)幾乎一樣，非常方便。由于轉(zhuǎn)子采用永磁體，不需要專門的勵磁繞組，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，動態(tài)性能更好，在電動汽車的驅(qū)動等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。

三相交流電機(jī)——異步電機(jī)

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)多用于電動機(jī)。

電機(jī)的外殼是定子，定子上有三相對稱交流繞組，由于三相電順序變化，形成一個(gè)旋 轉(zhuǎn)的合成磁場，磁場的旋轉(zhuǎn)速度就是同步轉(zhuǎn)速。同步轉(zhuǎn)速n＝60f／p，f是頻率，p是極對數(shù)， 比如對于接入國家電網(wǎng)50Hz的2極電動機(jī)（即極對數(shù)為1對），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，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，最后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，這樣轉(zhuǎn)子就變成了一個(gè)電磁鐵，將跟隨定子磁場旋轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必然＜定子的旋轉(zhuǎn)磁場，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)子與定子磁場存在轉(zhuǎn)速差，所以稱之為異步電機(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。異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠價(jià)格便宜，得到廣泛應(yīng)用。

三相交流電機(jī)——同步電機(jī)

同步電機(jī)：

如果讓轉(zhuǎn)子速度＝定子磁場旋轉(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)。

三相交流電機(jī)——異步電機(jī)的調(diào)速

異步電機(jī)的調(diào)速：理論上異步電動機(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)速要求不高的場合，應(yīng)用并不廣泛。

變頻調(diào)速：說到變頻，大家可能都聽說過。變頻調(diào)速的全稱是變壓變頻調(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：交交變頻和交直交變頻。

交－交變頻：將交流電直接通過電力電子器件變換為另一個(gè)頻率的交流電，最高輸出頻率不能超過輸入頻率的一半，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。

對于電動汽車來講，異步電動機(jī)皮實(shí)耐用，過載能力強(qiáng)，控制算法又如此成熟，完全可以拿來用。

自控變頻同步電動機(jī)在發(fā)展過程中曾經(jīng)有多種名字，比如無換向器電機(jī)；當(dāng)采用永磁體且輸入三相正弦波時(shí)，可以稱為正弦波永磁同步電動機(jī)；而如果輸入方波，那么就可以稱為梯形波永磁同步電動機(jī)，沒錯(cuò)，這就是類似于之前說的的無刷直流機(jī)（BLDM），大家是不是感覺饒了個(gè)大圈有轉(zhuǎn)回去了， 但是你現(xiàn)在對于變頻變速的理解一定更深一步了，所以無刷直流電機(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上就采用了直流無刷電機(jī)。