电机原理概要：从有刷到无刷的技术演进

电机原理概要：从有刷到无刷的技术演进

电机是现代工业中不可或缺的动力设备，其工作原理涉及电磁学、材料学等多个学科领域。本文将从基本的电磁定律出发，深入探讨有刷电机和无刷电机的工作原理及其优缺点，帮助读者建立对电机技术的全面理解。

第一章 电机原理概要

1.1 左手定则

判断通电导体在磁场中的受力。导体受力 $ F(N) $为
[F=B\times I \times L ]
式中， $ B $ 为磁通密度（ $ Wb/m^2 $ ）； $ I $ 为电流（ $ A $ ）； $ L $ 为处于磁场中导体的长度（ $ m $ ）。

1.2 右手螺旋定则

右手螺旋定则又称安培定则，主要用原图判断电流所产生的磁场的方向。

1.3 有刷电机原理

有刷直流电机主要是由定子、换向器、电刷以及转子组成。定子固定不动，一般由永磁体制作（也有直流电机的定子为通电线圈）。通电线圈控制磁场的强度和方向。换向器负责在特定的位置改变电流的方向，使产生的磁场始终和定子磁场保持一定的角度，这样在磁场的相互作用下，转子会做旋转运动。

优点：

• 结构简单，励磁方向方向始终和定子磁场方向保持一定的角度，因此转矩大，控制方法简单有效。
• 具有很好的调速性能：改变直流供电电压，流过线圈的电流发生变化，所产生的磁场强度也会发生变化，进而磁场之间的力也随之改变，从而达到调速的目的。

缺点：

• 容易磨损，寿命短
• 接触点易产生灰尘
• 噪音大

1.4 无刷电机原理

无刷直流电机控制技术用电力电子器件替代电刷，用霍尔传感器实时检测转子位置，根据霍尔传感器的状态控制电力电子器件的通断，进行有效的换向。（没有传感器的话，则依赖电机运动关系和磁链方程，通过观测器估算转子位置进行有效控制）

一般无刷直流电机为三相电机。图中，(U)、(V)、(W)为无刷电机的三相线圈，转子为永磁体。无刷直流电机逆变器驱动电路（(DC\rightarrow AC)直流转交流），通过控制功率管的通断，控制电机的电流和方向。

优点：

• 寿命长
• 噪音小
• 无粉尘
• 过载能力强
• 调速范围广泛，线性度好

缺点：

• 控制成本高

本文原文来自博客园