電機控制- 刷式直流電機概述

　　刷式直流電機是現有歷史最久的電機拓撲之一。它們將固定刷子安裝在定子機座上，摩擦轉子上的換向片，而后者又連接至旋轉的線圈段。隨著電機旋轉，不同轉子線圈不斷連接和斷開，這樣轉子產生的凈磁場相對于定子機座就是固定的，且通過定子磁場正確定向，從而產生扭矩。當換向片旋轉過刷子時，這些特定轉子線圈段的電觸頭將會斷開。由于轉子線圈是電感的，而電感器生成高回掃電壓來抵抗電流變化，因此刷子和斷開的換向片之間會產生火花。這些火花會導致很多負面結果，如電噪聲、效率降低，以及某些情況下的危險操作。此外，刷子必須安裝彈簧來抵抗換向片，以確保電接觸良好。這進一步降低了效率，需要定期維護更換刷子。

　　盡管有諸多劣勢，但刷式直流電機有一顯著優勢：成本。由于控制刷式直流電機相對簡單，因此還廣泛用于系統成本是主要驅動因素的應用中。在使用永久磁性生成定子磁通的拓撲中，產生的速度/扭矩曲線非常有線性特征。因此，刷式直流電機歷來常用于工業伺服應用，速度和扭矩分別與所應用的電壓和電流成正比。但是，半導體器件的跌價使得電源轉換和控制的成本降低。因此，許多直流電機被交流電機所取代，后者帶來了效率和可靠性提高等優勢。

　　刷式直流電機的主題多種多樣，如直流并聯電機和通用電機，兩者都使用定子線圈代替永久磁性。在直流并聯電機中，定子線圈與轉子電路并聯；而在通用電機中，定子線圈與轉子串聯。通用電機在家電應用中尤其常用，因為它具有高啟動扭矩，可以高速運行。只需添加串聯晶閘管并進行交流相位控制，便可輕松對通用電機進行速度控制。但是，刷子/換向器結構常見于這些電機類型，因此它們具有標準PM 刷式直流電機相同的劣勢。