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直流電機——調速原理

直流電機的調速：所謂調速，即通過調節電機轉速獲得所需扭矩。

直流（有刷）電機通過調節電壓、串接電阻、改變勵磁都可以調速，但是實際以調節電壓Zui為方便也Zui為常用，目前主要使用PWM調速，PWM其實就是通過高速的開關來實現直流的調壓，一個周期內，開的時間長，平均電壓就高，關的時間長，平均電壓就低，調起來很方便，只要開關速度夠快，電網的諧波就少，且電流更為連續。

但是電刷和換向器長期磨損，同時在換向的時候有巨大的電流變化，非常容易產生火花，換向器和電刷限制了直流電動機的容量和速度，使得直流電動機的調速遇到了瓶頸。

對于無刷直流電機，調速的時候表面上只控制了輸入電壓，但電機的自控變頻調速系統（無刷直流電機本身自帶轉子位置檢測器等轉子位置信號獲取裝置，使用此裝置的轉子位置信號來控制變壓變頻調速裝置的換相時刻）自動根據變壓控制了頻率，用起來和直流（有刷）電機幾乎一樣，非常方便。

由于轉子采用永磁體，不需要專門的勵磁繞組，在同等容量的情況下，電機體積更小，重量更輕，效率更高，結構更緊湊，運行更可靠，動態性能更好，在電動汽車的驅動等方面都獲得了廣泛的應用。

三相交流電機——異步電機

電機的外殼是定子，定子上有三相對稱交流繞組，由于三相電順序變化，形成一個旋轉的合成磁場，磁場的旋轉速度就是同步轉速。

同步轉速n=60f/p，f是頻率，p是極對數，比如對于接入國家電網50Hz的2極電動機（即極對數為1對），那么轉速n=60*50/1=3000r/min。

同理，4極，6極，8極電機同步轉速為1500，1000,750  。

異步電機機構簡單，轉子為閉合線圈，比如鼠籠式。

轉子線圈將切割旋轉磁場，產生感應電動勢，進而產生感應電流，Zui后產生旋轉磁場，這樣轉子就變成了一個電磁鐵，將跟隨定子磁場旋轉，所以轉子的轉速必然＜定子的旋轉磁場，這樣才能切割磁感線。

即轉子的異步轉速＜同步轉速，轉子與定子磁場存在轉速差，所以稱之為異步電機。

不同廠家生產的異步電機額定轉速略有差異，2極電機約2800+r/min，4極，6極，8極異步約為1400+,950+,700+。

異步電機空載時轉速高，有負載時轉速下降。

異步電動機結構簡單，維護方便，運行可靠價格便宜，得到廣泛應用。

三相交流電機——同步電機

同步電機：

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

同步電機轉子結構比異步電機復雜，價格高，在生產生活中應用不如異步電機廣泛，主要用作發電機上，現在火電站，水電站、汽輪機、水輪機基本都是同步電機。

三相交流電機——異步電機的調速

異步電機的調速：理論上異步電動機控制交流電頻率、電壓、或者轉子的電阻、電機的磁極分布都可以調速，但是實際上實現無極調速用調節頻率和電壓的方法實現。

由于調壓調速范圍不大，一般只能用在調速要求不高的場合，應用并不廣泛。      

 變頻調速：說到變頻，大家可能都聽說過。

變頻調速的全稱是變壓變頻調速（VVVF），也就是在改變頻率的時候改變電壓，這樣異步電動機的調速范圍就足夠大了。

變頻器可以分為兩個大類：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頻率的交流電，Zui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速、大容量的系統中，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，這種變頻器可以實現大范圍的變壓變頻。

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

三相交流電機——同步電機的調速

同步電機的調速：同步機沒有轉差率，在結構確定的情況下，控制電壓不能改變轉速，所以在變頻器出現之前，同步電動機是完全不能調速的。

變頻器的出現讓交流同步電動機也有了巨大的調速范圍，因其轉子也有獨立勵磁（永磁體或者電勵磁），其調速范圍要比異步電動機更寬，同步電動機煥發了新的生機。       

同步電動機變壓變頻調速系統可以分為他控變頻調速和自控變頻調速。

對于他控變頻調速，和異步電動機的變頻調速類似，也可以根據其數學模型采用SVPWM等控制方式來實現控制，其性能還要優于普通交流異步電動機。

自控變頻同步電動機在發展過程中曾經有多種名字，比如無換向器電機；當采用永磁體且輸入三相正弦波時，可以稱為正弦波永磁同步電動機；而如果輸入方波，那么就可以稱為梯形波永磁同步電動機，沒錯，這就是類似于之前說的的無刷直流機（BLDM），大家是不是感覺饒了個大圈有轉回去了，但是你現在對于變頻變速的理解一定更深一步了，所以無刷直流電機時采用直流輸入，但是使用了同步電機的變頻技術（結構與永磁同步電機相同），在Model3上就采用了直流無刷電機。

單相交流異步電機——單相交流串勵電機（有刷）

單相交流串勵電動機，俗稱串勵電機或通用電機(UniversalMotor國外叫法，因交直流通用而得名)，電樞繞組和勵磁繞組串聯在一起工作。

單相串勵電動機又叫做交直流兩用串勵電動機，它既可以使用交流電源工作，也可以使用直流電源工作。

單相串勵電動機的優點是由于它轉速高、起動力矩大、體積小、重量輕、不容易堵轉、適用電壓范圍很廣，可以用調壓的方法來調速，簡單且易于實現。

因而在電動工具中得到廣泛的應用，如角磨機、手電鉆等。

單相串勵電機的結構同直流串勵電機十分相似，主要的區別在于單相串勵電機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，又可以做成整體結構。

單相串勵電機的調速，大多數采用調節電壓的方法，就是改變電動勢。

單相串勵電機的電壓調速方法采用的可控移相調壓，利用可控硅的觸發電壓滯后于輸入電壓實現對輸入電壓的移相觸發。

在實現方法上有硬件和軟件方式。

采用調節電壓方法，采用可控硅調速技術，具有線路簡單，元件體積小等特點，是一種可控硅簡單有效的方法。

(a)交流電流變化曲線;

(b)電流為正半波時，轉子的旋轉方向  

(c)電流為負半波時，轉子的旋轉方向

單相交流異步電機——單相交流鼠籠式電機（無刷）

單相電流通過電樞繞組時產生的是脈振磁場而不是旋轉磁場，所以單相異步電動機不能自起動。

為了解決起動問題，單相交流供電的異步電動機實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，等于機械角度被電動機磁極對數除)。

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

使合成磁場成橢圓形旋轉磁場，甚至可能接近于圓形旋轉磁場。

電動機因此獲得起動轉矩。

利用電阻分相方法的電動機價格低廉，例如副繞組用較細的導線繞制即可，但分相效果較差，且電阻上要消耗能量。

這種電動機在起動并達到一定轉速后，通常由裝在電動機軸上的離心式開關將副繞組自動切除，以減少電阻上的損耗、提高運行效率。

一般用于起動轉矩要求不高的場合，如小型車床、小型電冰箱等，缺點是不能調速速。

利用電容分相，效果較好，有可能在電動機某一工作點時，使電機合成磁場接近于圓形旋轉磁場，從而獲得較好的工作特性。

為使分相異步電動機獲得較好的起動性能或較好的運行特性或兩者兼有，其所需的電容（量值）是不同的，可分為三種