直流電機是電機中的一種類型，與此同時直流電機也是大家常談論的一種機械裝備。那么，直流電機到底是什么呢?為增進大家對直流電機的認識，本文將對直流電機、直流電機的控制原理予以介紹。如果你對直流電機具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、什么是直流電機

直流電機是一種將直流電能轉換為機械能的電動機。直流電機的工作原理是通過電樞和永磁體或電磁體之間的相互作用實現轉動。在直流電機中，電樞被放置在永磁體或電磁體的磁場中，當電樞中通電時，它就會受到磁場的作用而旋轉。

直流電機的優(yōu)點是轉速范圍廣、轉矩大、控制方便。直流電機可以通過改變電樞電流、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實現調速或精確控制轉矩。因此直流電機被廣泛應用于需要調速或精確控制轉矩的場合，如機床、自動化生產線、電動車等。

直流電機主要分為分為永磁直流電機和電磁直流電機兩種類型。其中，永磁直流電機使用永磁體作為勵磁源，電磁直流電機則使用電磁體作為勵磁源。由于永磁直流電機具有結構簡單、效率高等優(yōu)點，在一些應用場合中得到了廣泛的應用。而電磁直流電機則具有轉矩大、可靠性好等優(yōu)點，適用于一些需要大轉矩輸出的場合。

直流電機的勵磁方式主要包括以下幾種：

1、永磁勵磁：永磁勵磁是利用永磁體作為電機的勵磁源。這種勵磁方式具有結構簡單、無需外部電源、效率高等優(yōu)點。永磁勵磁適用于小功率的直流電機。

2、電樞勵磁：電樞勵磁是利用電樞中的電流產生的磁場作為勵磁源。這種勵磁方式具有結構簡單、容易實現控制等優(yōu)點。電樞勵磁適用于小功率的直流電機，但是效率較低。

3、串勵勵磁：串勵勵磁是利用串聯在電機電樞回路中的電磁體作為勵磁源。這種勵磁方式具有轉速隨負載變化小、啟動轉矩大等優(yōu)點。串勵勵磁適用于大功率、要求轉速穩(wěn)定的直流電機。

4、并勵勵磁：并勵勵磁是同時利用串聯在電機電樞回路中的電磁體和外部電源作為勵磁源。這種勵磁方式具有輸出轉矩大、調速范圍寬等優(yōu)點。并勵勵磁適用于要求大功率、廣泛調速的直流電機。

5、復合勵磁：復合勵磁是同時采用串勵和并勵兩種勵磁方式的組合。這種勵磁方式可以兼具串勵和并勵的優(yōu)點，可以實現輸出轉矩大、調速范圍寬等特點，適用于一些要求特殊的直流電機應用場合。

二、直流電機控制原理

直流無刷電機的控制原理，要讓電機轉動起來，首先控制部就必須根據hall-sensor感應到的電機轉子所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管)，使電流依序流經電機線圈產生順向(或逆向)旋轉磁場，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管);要電機轉子反向則功率晶體管開啟順序相反。

基本上功率晶體管的開法可舉例如下：AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關的響應時間，所以功率晶體管在關與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去，否則當上臂(或下臂)尚未完全關閉，下臂(或上臂)就已開啟，結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。

當電機轉動起來，控制部會再根據驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關導通，以及導通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。

高轉速的速度控制必須考慮到系統的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實時性。至于低轉速的速度控制尤其是低速起動則因為回傳的hall-sensor信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據電機特性適當配置控制參數值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉順暢而且響應良好，P.I.D.控制的恰當與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部電機轉速距離目標速度還差多少，這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補償，方式有傳統的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實是復雜多變的，若要控制的堅固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、專家系統及神經網絡也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。

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