直流電機(jī)是電機(jī)中的一種類(lèi)型，與此同時(shí)直流電機(jī)也是大家常談?wù)摰囊环N機(jī)械裝備。那么，直流電機(jī)到底是什么呢?為增進(jìn)大家對(duì)直流電機(jī)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)直流電機(jī)、直流電機(jī)的控制原理予以介紹。如果你對(duì)直流電機(jī)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、什么是直流電機(jī)

直流電機(jī)是一種將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)的工作原理是通過(guò)電樞和永磁體或電磁體之間的相互作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在直流電機(jī)中，電樞被放置在永磁體或電磁體的磁場(chǎng)中，當(dāng)電樞中通電時(shí)，它就會(huì)受到磁場(chǎng)的作用而旋轉(zhuǎn)。

直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速范圍廣、轉(zhuǎn)矩大、控制方便。直流電機(jī)可以通過(guò)改變電樞電流、永磁體或電磁體的磁通量、改變電樞和磁極之間的位置等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速或精確控制轉(zhuǎn)矩。因此直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于需要調(diào)速或精確控制轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，如機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線、電動(dòng)車(chē)等。

直流電機(jī)主要分為分為永磁直流電機(jī)和電磁直流電機(jī)兩種類(lèi)型。其中，永磁直流電機(jī)使用永磁體作為勵(lì)磁源，電磁直流電機(jī)則使用電磁體作為勵(lì)磁源。由于永磁直流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在一些應(yīng)用場(chǎng)合中得到了廣泛的應(yīng)用。而電磁直流電機(jī)則具有轉(zhuǎn)矩大、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于一些需要大轉(zhuǎn)矩輸出的場(chǎng)合。

直流電機(jī)的勵(lì)磁方式主要包括以下幾種：

1、永磁勵(lì)磁：永磁勵(lì)磁是利用永磁體作為電機(jī)的勵(lì)磁源。這種勵(lì)磁方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需外部電源、效率高等優(yōu)點(diǎn)。永磁勵(lì)磁適用于小功率的直流電機(jī)。

2、電樞勵(lì)磁：電樞勵(lì)磁是利用電樞中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作為勵(lì)磁源。這種勵(lì)磁方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)控制等優(yōu)點(diǎn)。電樞勵(lì)磁適用于小功率的直流電機(jī)，但是效率較低。

3、串勵(lì)勵(lì)磁：串勵(lì)勵(lì)磁是利用串聯(lián)在電機(jī)電樞回路中的電磁體作為勵(lì)磁源。這種勵(lì)磁方式具有轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。串勵(lì)勵(lì)磁適用于大功率、要求轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的直流電機(jī)。

4、并勵(lì)勵(lì)磁：并勵(lì)勵(lì)磁是同時(shí)利用串聯(lián)在電機(jī)電樞回路中的電磁體和外部電源作為勵(lì)磁源。這種勵(lì)磁方式具有輸出轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。并勵(lì)勵(lì)磁適用于要求大功率、廣泛調(diào)速的直流電機(jī)。

5、復(fù)合勵(lì)磁：復(fù)合勵(lì)磁是同時(shí)采用串勵(lì)和并勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的組合。這種勵(lì)磁方式可以兼具串勵(lì)和并勵(lì)的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬等特點(diǎn)，適用于一些要求特殊的直流電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合。

二、直流電機(jī)控制原理

直流無(wú)刷電機(jī)的控制原理，要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子所在位置，然后依照定子繞線決定開(kāi)啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，inverter中之AH、BH、CH(這些稱(chēng)為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱(chēng)為下臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開(kāi)啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開(kāi)下臂功率晶體管);要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開(kāi)啟順序相反。

基本上功率晶體管的開(kāi)法可舉例如下：AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，但絕不能開(kāi)成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，所以功率晶體管在關(guān)與開(kāi)的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開(kāi)啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，控制部會(huì)再根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號(hào)變化的速度加以比對(duì)(或由軟件運(yùn)算)再來(lái)決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短。速度不夠則開(kāi)長(zhǎng)，速度過(guò)頭則減短，此部份工作就由PWM來(lái)完成。PWM是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。

高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時(shí)間，另外對(duì)于hall-sensor信號(hào)變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實(shí)時(shí)性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動(dòng)則因?yàn)榛貍鞯膆all-sensor信號(hào)變化變得更慢，怎樣擷取信號(hào)方式、處理時(shí)機(jī)以及根據(jù)電機(jī)特性適當(dāng)配置控制參數(shù)值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號(hào)分辨率增加以期得到更佳的控制。電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好，P.I.D.控制的恰當(dāng)與否也無(wú)法忽視。之前提到直流無(wú)刷電機(jī)是閉回路控制，因此回授信號(hào)就等于是告訴控制部電機(jī)轉(zhuǎn)速距離目標(biāo)速度還差多少，這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補(bǔ)償，方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實(shí)是復(fù)雜多變的，若要控制的堅(jiān)固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、專(zhuān)家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。

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