现代电机控制技术的发展现状与展

望

  　[摘 要]本文介绍了现代电机控制技术的发展现状，包括各种现代电机控制系统的基本模
式、组成模块和关键技术进行了系统介绍，最后对未来电机控制技术的发展方向进行了展望。
 
　　

[关键词]电机 新材料 矢量控制 直接转矩控制 发展与展望 

　　引言

 

　　电机是把电能转换成机械能的设备，它在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业
以及其他各种工业领域中都有着广泛的应用。随着现代电力电子技术的飞速发展，现代电机
控制技术正朝着小型化和智能化的方向发展。

 

　　

1 电机的基本结构及分类 

　　普通电机主要由定子、转子、端盖、风扇、罩壳、机座和接线盒等组成。以最常见的三相鼠
笼式电机为例，其主要由定子和转子构成，定子是静止不动的部分，转子是旋转部分，在
定子与转子之间有一定的气隙。定子由铁心、绕组与机座三部分组成。转子由铁心与绕组组成，
转子绕组有鼠笼式和线绕式。值得一提的是鼠笼式与绕线式两种电机虽然具有不同的结构，
但是工作原理却是相同的。电机按其工作电源种类的不同可划分为直流电机和交流电机两种，
常见直流电机按结构及工作原理可进一步划分无刷直流电机和有刷直流电机，常见交流电
机按结构及工作原理的不同也可以进一步划分为单相电机和三相电机。这些电机也因为其结
构和工作原理的不同而具有不同的特性。

 

　　

2 无刷直流电机控制技术的发展现状与展望 

　　自

1978 年，MAC 经典无刷直流电机及其驱动器推出之后，国际上对无刷直流电机进

行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。三十多年以来，随着永
磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无
刷电机得到了长足的发展。

 

　　

2.1.各组成部分发展状况 

　　

2.1.1.电机本体 

　　无刷直流电机在电磁结构上和有刷直流电机基本一样，但它的电枢绕组放在定子上，
转子简化了结构、提高了性能，使其可靠性得以提高。无刷电机的发展与永磁材料的发展是
分不开的，基本上经历了铝镍钴，铁氧体磁性材料和钕铁硼三个发展阶段。

 

　　

2.1.2.电子换相电路 

　　（

1）控制电路。无刷直流电机通过控制驱动电路中的功率开关器件，来控制电机的转

速、转向、转矩以及保护电机，包括过流、过压、过热等保护。控制电路最初采用模拟电路，控
制比较简单。目前，控制电路一般有专用集成电路、微处理器和数字信号处理器等三种组成
形式。

 

　　（

2）驱动电路。驱动电路输出电功率，驱动电机的电枢绕组，并受控于控制电路，它

一般由大功率开关器件组成。随着电力电子技术的飞速发展，出现了全控型功率开关器件。
目前，全控型开关器件正在逐渐取代普通晶闸管，驱动电路已从线性放大状态转换为脉宽
调制的开关状态，同时电路组成也由功率管分立电路转成模块化集成电路。

 

　　

2.1.3.转子位置检测电路 

　　永磁无刷电机是一闭环的机电一体化系统，它是通过转子磁极位置信号作为电子开关
线路的换相信号。目前，磁敏式的霍尔位置传感器广泛应用于无刷直流电机中，另外还有光
电式的位置传感器。为了适应无刷电机的进一步发展，无位置传感器应运而生；近年来，一