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作者：Andrey Solovev

    直流電機(jī)控制器是用于管理直流電機(jī)運(yùn)行的特殊電子設(shè)備。所有直流電機(jī)都需要控制器嗎？一點(diǎn)也不。讓我們弄清楚哪些直流電機(jī)使用它以及用于什么目的。

    在本文中，我們將研究兩種類型的直流電機(jī)：有刷直流 （BDC） 和無刷直流 （BLDC） 電機(jī)。兩種類型都使用控制器，可以啟動和停止電機(jī)，調(diào)節(jié)其速度和扭矩，以及執(zhí)行其他功能。然而，控制器對于 BLDC 電機(jī)更為重要，因?yàn)樗菗Q向過程的一部分，對于所有由直流電供電的電機(jī)都至關(guān)重要。在這里，您將了解有關(guān)有刷和無刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)之間的差異的更多信息。

    要創(chuàng)建直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，您需要切換或換向施加到電機(jī)的電流，并改變電機(jī)繞線組件周圍產(chǎn)生的磁場的極性。

    在BDC電機(jī)中，電流流過轉(zhuǎn)子的繞組，而其定子可以有繞組（串聯(lián)，并聯(lián)，復(fù)合BDC電機(jī)）或永磁體（永磁BDC電機(jī)）。電機(jī)的運(yùn)動取決于圍繞這兩個組件產(chǎn)生的磁場的相互作用。因此，它們的帶相反電荷的場吸引并且類似的帶電場相互排斥。

    BDC電機(jī)的另一個關(guān)鍵元件是換向器，它切換電流的極性，并通過稱為電刷的電觸點(diǎn)將其施加到轉(zhuǎn)子的繞組上。

    BLDC 電機(jī)還有一個轉(zhuǎn)子和一個定子，但與有刷電機(jī)不同，電流流過定子的繞組。由永磁體制成的轉(zhuǎn)子可以位于電機(jī)內(nèi)部（內(nèi)轉(zhuǎn)子BLDC 電機(jī)）或外部（外轉(zhuǎn)子BLDC 電機(jī)）。

    BLDC 電機(jī)沒有換向器或電刷等機(jī)械部件，因?yàn)檫@里的換向是由控制器驅(qū)動的電子過程。通過估計轉(zhuǎn)子的位置，控制器決定何時切換電流以及為哪個定子繞組通電。因此，控制器對于無刷電機(jī)的運(yùn)行至關(guān)重要。

    除此之外，BDC 和 BLDC 電機(jī)控制器具有相同的功能;它們可以啟動和制動電機(jī)，反轉(zhuǎn)其旋轉(zhuǎn)并控制其速度和扭矩。

    有刷和無刷直流電機(jī)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，定義了它們的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，BLDC 電機(jī)具有更小、更輕的結(jié)構(gòu)，對其效率沒有影響。這就是為什么它廣泛用于不同尺寸的便攜式電子產(chǎn)品和無線設(shè)備的原因。

    與機(jī)械換向器相比，BLDC 電機(jī)控制器以更高的頻率切換電流。這使電機(jī)能夠保持高扭矩并在低速和高速下平穩(wěn)運(yùn)行。可靠性和低維護(hù)也是 BLDC 電機(jī)的強(qiáng)項(xiàng)之一。因此，其適用范圍可能包括其在以下方面的使用：

    電動車;

    無人駕駛飛行器;

    家用電子產(chǎn)品;

    工業(yè)機(jī)器人。

    在某些應(yīng)用中，BDC 電機(jī)已經(jīng)讓位于無刷電機(jī)。事實(shí)上，機(jī)械換向效率較低，通常會導(dǎo)致功率損耗。電流切換期間產(chǎn)生的火花會導(dǎo)致高水平的電子噪聲。此外，刷子需要定期維護(hù)和/或更換。

    盡管存在所有這些缺點(diǎn)，BDC電機(jī)在注重簡單性和成本效益的低功耗系統(tǒng)和應(yīng)用中仍然很受歡迎。它們可以在遙控玩具、簡單的家用、工業(yè)和汽車電器中找到。

    BDC 電機(jī)控制器的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)比 BLDC 控制器更簡單，因?yàn)闆]有復(fù)雜的電子元件和算法，在某些情況下使其成為更具吸引力的選擇。因此，讓我們看看構(gòu)建這些設(shè)備中的每一個需要什么。

    在構(gòu)建直流電機(jī)控制器之前，應(yīng)指定技術(shù)要求并選擇特定類型的設(shè)備?？刂破鞯奶匦园ǖ幌抻冢?br style="padding:0px;margin:0px;" />

    為了調(diào)節(jié)速度或扭矩，BDC 控制器會增加或減少提供給電機(jī)的功率。線性穩(wěn)壓器允許控制器在電機(jī)的整個工作周期內(nèi)施加恒定電壓。

    這種類型的調(diào)節(jié)通常不再用于現(xiàn)代控制器，因?yàn)樗鼈冎饕蕾囉诰哂忻}寬調(diào)制（PWM）的開關(guān)穩(wěn)壓器。這種方法允許控制器通過脈沖供電來改變電壓和電流水平。

    簡單的系統(tǒng)使用直流電機(jī)控制器來調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行，而無需獲得任何反饋。因此，開環(huán)控制器無法校正電機(jī)的參數(shù)。

    相反，閉環(huán)直流電機(jī)控制器可以接收來自電機(jī)的反饋并根據(jù)需要調(diào)節(jié)其速度、旋轉(zhuǎn)方向和其他參數(shù)。

直流電機(jī)控制器的其他特性包括電機(jī)的功率和工作電壓。為確保電機(jī)及其控制器的可靠性，您應(yīng)該了解電機(jī)正常運(yùn)行所需的電源和電壓水平。因此，您可以在低壓和高壓以及功率的電機(jī)控制器之間進(jìn)行選擇。

    如上所述，大多數(shù)有刷電機(jī)使用PWM控制器。此類器件具有一個帶有兩個高邊和兩個低邊開關(guān)的H橋電路。例如，當(dāng)電機(jī)需要加速時，控制器會增加占空比（脈沖與脈沖周期的比值）。修改后的PWM信號到達(dá)柵極驅(qū)動器，這些驅(qū)動器打開晶體管的時間更長，并允許更多的電流進(jìn)入。