电机的分类图（电机分类及区别）

很多工程师很久没有搞清楚无刷电机和有刷电机的区别？同步电机和异步电机有什么区别？伺服电机都是交流电机吗？伺服电机都是同步电机吗？步进电机是直流电机还是交流电机？舵机是否是伺服电机等.

对此你是否也有很多疑问呢？本文将尝试用通俗的语言解释系统的知识。希望您看完之后对电机的分类有一个清晰的认识。

DC Motor —— 有刷电机学过高中物理的人都知道，为了研究磁场对通电导体施加的力，我们把左手训练成断掌。这也是直流电机的原理。所有电机均由定子和转子组成。在直流电机中，为了使转子旋转，需要不断改变电流的方向，否则转子只能旋转半圈，就像自行车踏板一样。所以直流电机需要换向器。广义的直流电机包括有刷电机和无刷电机。有刷电机也称为直流电机或碳刷电机。直流电机通常指的是有刷直流电机。他们使用机械换向。外部磁极不移动，内部线圈（电枢）移动。换向器和转子线圈一起旋转。电刷和磁铁都不运动，所以换向器和电刷相互摩擦，完成电流方向的切换。

有刷电机的缺点： 1、机械换向产生火花，导致换向器与电刷摩擦，电磁干扰大，噪音大，寿命短。 2、可靠性差，故障多，需要经常维护。 3、由于换向器的存在，转子惯量受到限制，最高转速受到限制，动态性能受到影响。既然它有如此多的缺点，为什么它仍然被广泛使用呢？因为它扭矩大、结构简单、维护方便（即更换碳刷）、价格便宜。

直流电机—— 无刷电机无刷电机在某些领域也称为直流变频电机（BLDC）。它采用电子换向（霍尔传感器）。线圈（电枢）不移动，磁极移动。此时，永磁体即可在线圈中移动。线圈也可以在外面，也可以在里面，所以有外转子无刷电机和内转子无刷电机。

无刷电机的结构与永磁同步电机相同。然而，单个无刷电机并不是一个完整的动力系统。无刷电机必须通过无刷控制器，即电调来控制才能实现连续运行。真正决定其性能的是无刷电子调速器（即电动调节器）。一般无刷电机的驱动电流有两种，一种是方波，一种是正弦波。有时前者称为直流无刷电机，后者称为交流伺服电机。准确地说，它是交流伺服电机的一种。无刷电机按工作方式不同，可分为内转子无刷电机和外转子无刷电机。内转子都是三相的，价格较贵。外转子通常为单相，价格实惠，批量生产接近碳刷电机，因此近年来得到广泛应用。三相外转子的价格与内转子的价格接近。嗯，你可以猜到有刷电机的缺点就是无刷电机的优点。具有高效率、低能耗、低噪音、超长寿命、高可靠性、伺服控制、无级变频调速（最高转速）等优点，相对有刷直流电机体积较小。控制比异步交流电机简单，起动转矩大，过载能力强。至于缺点……比拉丝的贵，而且维护困难。直流电机——调速原理直流电机调速：所谓调速就是通过调节电机转速来获得所需的扭矩。直流（有刷）电机的转速可以通过调节电压、串联电阻、改变励磁来调节。但其实调节电压是最方便、最常用的。目前主要采用PWM调速。 PWM实际上是通过高速开关来实现直流的。电压调节，一个周期内，导通时间长，平均电压高；如果关闭时间较长，则平均电压会较低。调节非常方便。只要开关速度足够快，电网中的谐波就会较少，电流也会更加连续。但电刷和换向器长期磨损，同时换向时电流变化巨大，极易产生火花。换向器和电刷限制了直流电机的容量和转速，使得直流电机的调速遇到问题。瓶颈。

对于无刷直流电机来说，调速时表面上只控制输入电压，但电机的自动变频调速系统（无刷直流电机本身有转子位置检测器等转子位置信号采集装置，利用该装置的转子位置信号来控制变压变频调速装置的换向时间），并根据变压自动控制频率。它与直流（有刷）电机几乎相同，非常方便。由于转子采用永磁体，因此不需要特殊的励磁绕组。同等容量下，电机体积更小、重量更轻、效率更高、结构更紧凑、运行更可靠、动态性能更好。在电动汽车、驱动器等方面得到了广泛的应用。三相交流电机—— 异步电机交流电机分为同步电机和异步电机。同步电机多用于发电机，异步电机多用于电动机。电机的外壳就是定子。定子上有三相对称交流绕组。由于三相电序的变化，形成旋转合成磁场。磁场的旋转速度就是同步速度。同步转速n=60f/p，f为频率，p为极对数。例如，连接国家电网50Hz的2极电机（即极对数为1对），则转速n=60*50/1=3000r/min。同理，4极、6极、8极电机的同步转速分别为1500、1000、750。异步电机机构简单，转子为封闭线圈，如鼠笼。转子线圈会切割旋转磁场，产生感应电动势，进而产生感应电流，最终产生旋转磁场。这样，转子就变成了电磁铁，跟随定子磁场旋转。因此，转子的转速必须<定子的旋转磁场。这样，就切断了磁力线。即转子的异步转速<同步转速，转子与定子磁场之间存在转速差，因此称为异步电机。不同厂家生产的异步电动机的额定转速略有不同。 2极电机约2800+r/min，4极、6极、8极异步电机约1400+、950+、700+。异步电动机空载时转速较高，有负载时转速降低。异步电动机结构简单、维护方便、运行可靠、价格低廉，得到广泛应用。

三相交流电机—— 同步电机同步电机：如果转子转速=定子磁场旋转速度，则成为同步电机。这时需要将定子变成电磁铁或者永磁体，即给定子通电。这不是必须的。然后可以切割磁力线，使其以与磁场相同的速度旋转，形成同步电机。同步电机的转子结构比异步电机复杂，价格也较高。它在生产和生活中的应用不如异步电机那么广泛。它主要用作发电机。现在火电站、水电站、汽轮机、水轮机基本都是同步电机。

三相交流电机的调速——异步电机异步电机的调速：理论上，异步电机的转速可以通过控制交流频率、电压或转子的电阻来调节，电机的磁极分布，但实际上是通过调节频率来实现无级调速的。和电压方法。由于调压、调速范围较小，一般只能用于调速要求不高的场合，应用并不广泛。变频调速：说到变频，大家可能都听说过。变频调速的全称是变压变频调速（VVVF），就是在改变频率的同时改变电压，使异步电动机的调速范围足够大。变频器可分为两大类：AC-AC变频器和AC-AC变频器。交-交变频：通过电力电子装置将交流电直接变换成另一种频率的交流电。最大输出频率不能超过输入频率的一半，因此一般只用于低速、大容量的系统，这样可以省去巨大的齿轮。变速箱。 AC-DC-AC逆变器首先将交流电整流为直流电，然后通过逆变器将其变成频率和电压可控的交流电。该逆变器采用PWM技术，可以实现大范围的电压和频率转换。对于电动汽车来说，异步电机耐用、过载能力强、控制算法成熟，可以使用。

三相交流电机的调速——同步电机同步电机的调速：同步电机没有转差率。当结构确定后，控制电压就不能改变速度。因此，在变频器出现之前，同步电机根本无法调速。的。变频器的出现，使得交流同步电机拥有了巨大的调速范围。由于其转子也具有独立励磁（永磁或电励磁），因此其调速范围比异步电动机更宽。同步电机获得了新的活力。同步电机变压变频调速系统可分为单独控制变频调速和自动控制变频调速。对于单独控制的变频调速，与异步电动机的变频调速类似。还可以根据其数学模型采用SVPWM等控制方法进行控制，其性能甚至优于普通交流异步电机。自控变频同步电机在发展过程中有很多名称，如无换向器电机；当采用永磁体并输入三相正弦波时，可称为正弦波永磁同步电机。如果输入方波，则可以称为梯形波永磁同步电机。是的，这类似于之前提到的无刷直流电机（BLDM）。是不是感觉转了一个大圈，但是现在你对变频、变速的理解一定更深了，所以无刷直流电机采用的是直流输入，但是采用了同步电机的变频技术（结构与永磁同步电机相同）。 Model 3 使用直流无刷电机。

单相交流异步电动机——单相交流串激电动机（有刷）单相交流串激电动机，俗称串激电动机或通用电动机（国外称为UniversalMotor，因交直流通用而得名），电枢绕组和励磁绕组串联在一起工作。单相串激电动机又称交直流两用串激电动机。它们可以使用交流电源或直流电源运行。单相串励电动机的优点是转速高、启动转矩大、体积小、重量轻、不易堵转、适用电压范围宽。通过调压即可调节速度，简单易实现。因此，广泛应用于电动工具，如角磨机、手电钻等。单相串激电机的结构与直流串激电机非常相似。主要区别在于单相串激电机的定子铁心必须采用叠片硅钢片制成，而直流磁极可以采用叠片或叠片硅钢片制成。创建整体结构。单相串激电动机的调速大多采用调节电压的方法，即改变电动势。单相串激电机的电压调速方法采用可控移相调压，利用可控硅的触发电压滞后于输入电压来实现对输入电压的移相触发。实现方法有硬件和软件两种。采用电压调节方式，采用晶闸管调速技术。它具有电路简单、元件尺寸小的特点。这是一种简单有效的晶闸管控制方法。

(a)交流电流变化曲线； (b) 电流为正半波时，转子的旋转方向(c) 电流为负半波时，转子的旋转方向单相交流异步电动机—— 单相交流松鼠笼式电机（无刷）单相电流通过电枢绕组时，产生的是脉动磁场而不是旋转磁场，因此单相异步电机无法自动启动。为了解决启动问题，单相交流供电的异步电动机常制成两相。主绕组由单相电源直接供电；辅助绕组与主绕组在空间上相差90（电角等于机械角除以电机极对数）。次级绕组串接电容器或电阻，然后连接到单相交流电源，使通过它的电流与主绕组中的电流有一定的相位差。所得的磁场被制成椭圆形旋转磁场，甚至可以接近圆形旋转磁场。电动机由此获得启动扭矩。使用电阻分相的电机价格便宜。例如，次级绕组可以绕较细的导线，但分相效果较差，能量消耗在电阻上。此类电机启动并达到一定转速后，通常通过安装在电机轴上的离心开关自动切断次级绕组，以减少电阻器上的损耗，提高运行效率。一般用于启动扭矩要求不高的场合，如小型车床、小型冰箱等，缺点是无法调节转速。采用电容分相效果更好。可以使电机在某一工作点的合成磁场接近于圆形旋转磁场，从而获得更好的运行特性。为了使分相异步电动机获得更好的启动性能或更好的运行特性或两者兼而有之，所需的电容（值）不同，可分为三种：

步进电机——开环步进电机（开环）步进电机是一种开环控制电机，将电脉冲信号转换成角位移。它被广泛使用。在非过载条件下，电机的转速和停止位置仅取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到脉冲信号时，驱动步进电机旋转。固定的角度称为“步距角”，它的旋转以固定的角度一步步进行。通过控制脉冲数可以控制角位移，实现精确定位；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机旋转的速度和加速度，实现调速。步进电机是感应电机。其工作原理是利用电子电路，即驱动器，将直流电转换成分时供电的多相顺序控制电流。步进电机虽然是由直流电流供电，但不能理解为直流电机。直流电机是将直流电能转换为机械能的动力电机，而步进电机是将电脉冲信号转换为角位移的开环控制电机。

步进电机——步进伺服对比注意，步进电机用于低速场合——每分钟转速不超过1000r/min，最佳工作范围为150~500r/min（闭环步进可达1500） 。两相步进电机在60~70r/min时容易产生低速共振，引起振动和噪声。这需要通过改变减速比、增加细分数、增加磁力阻尼器来避免。注意细分精度。当细分级别大于4时，步距角的精度无法保证，精度要求较高。最好使用步进电机或相数较多（即步距角较小）的闭环步进器。伺服电机。 （开环）步进电机和伺服电机有7个区别： 1 控制精度——伺服电机的控制精度可以根据编码器设定，精度更高； B低频特性——步进电机低频时容易振动，伺服电机则不会； C转矩频率特性——步进电机转矩随着转速的增加而变小，因此其最大运行速度一般为

伺服电机—— 普通伺服电机伺服电机（伺服电机）也称为执行电机。它可以非常精确地控制速度和位置精度。它可以将电压信号转换成扭矩和转速来驱动控制对象。与步进电机的原理结构不同，伺服电机将控制电路置于电机外部，内部的电机部分是标准的直流电机或交流感应电机。伺服电机依靠脉冲来定位。当伺服电机接收到一个脉冲时，会旋转一个脉冲对应的角度。电机每旋转一个角度，编码器就会发出相应数量的反馈脉冲。反馈脉冲与伺服驱动器接收到的脉冲形成闭环控制，使伺服驱动器能够精确控制电机的转动，实现精确定位。

伺服电机控制：工业伺服电机一般由电流环、速度环、位置环三环控制，分别可以反馈电机的角加速度、角速度、旋转位置。芯片通过三者的反馈来控制电机各相的驱动电流，使电机的速度和位置能够准确地按预定运行。交流伺服具有额定转速下恒扭矩的特点。常见的200W和400W中低惯量交流伺服额定转速为3000rpm，最高转速为5000rpm，转速较高。扭矩与电流成正比，可以工作在扭矩模式，如锁螺丝、压端子等需要恒扭矩的场合。交流伺服系统运行时噪音和振动极小，且发热量低。相同体积下电机惯量和转子惯量较小。 400W伺服惯量仅相当于57底座2NM步进电机的转子惯量。伺服具有短期过载能力。选择时必须考虑电机加减速时的过载倍数。伺服采用闭环控制，与闭环步进一样存在位置跟踪误差。伺服需要调试后才能使用。当步进、伺服电机原有扭矩不够时，往往需要搭配减速机。可以使用减速齿轮组或行星减速器。

伺服电机—— 舵机舵机（舵机）是中国人的俗称。它是直流伺服电机的一种。它最初用于小型飞机模型，现在用于小型机器人关节。从结构上分析，舵机包括一个小型直流电机，加上传感器、控制芯片和减速齿轮组，安装在一个集成外壳内。可以通过输入信号（通常是PWM信号，也有一些是数字信号）来控制旋转角度。因为是简化版，将原来伺服电机的三环控制简化为一环，即只检测位置环。廉价的解决方案是电位计，由电阻器检测，而先进的解决方案使用霍尔传感器或光栅编码器。一般来说，舵机价格便宜，结构紧凑，但精度很低，稳定位置的能力较差。它们可以满足许多低端需求。随着近两年消费级小型机器人的热潮，小型轻量的舵机突然成为最合适的关节部件。但机器人关节的性能要求远高于舵机，而舵机作为商业产品，其品质要求也远高于DIY玩家。

审稿人：李茜