为实现更高效的运行，直流电机驱动技术有哪些要求？

简介：直流电机广泛应用于我们的日常生活中，从小型家用电器到大型工业及汽车设备均有涉及。直流电机可大致分为两大类：电励磁直流电机和永磁直流电机。

直流电机广泛应用于我们的日常生活中，从小型家用电器到大型工业及汽车设备，无所不在。直流电机可大致分为两大类：电励磁直流电机和永磁直流电机。其中，永磁直流电机又包括我们熟悉的有刷直流电机和无刷直流电机。

有刷直流电机与无刷直流电机

两者都是广为人知的电机类型，但它们之间最大的区别在于电刷的设计。有刷直流电机采用永磁体作为定子，转子上则绕有线圈。能量通过碳刷与换向器之间的机械作用传递，这也是其被称为“有刷直流电机”的原因。而无刷直流电机则不同，其转子与定子之间不存在类似换向器的机械部件。

在有刷电机中，由于电刷与换向器之间的连接、由此产生的电流和磁场，以及固定磁铁与外层线圈之间的极性关系，线圈会持续朝同一方向运动，从而带动转子旋转。而在无刷直流电机中，不同线圈中电流的流入与流出形成了一个不断变化的磁场，进而驱动转子上的外层永磁体旋转。面对当前高效率电机的发展趋势，有刷电机和无刷电机已朝着截然不同的方向显著发展。

无刷直流电机的兴起，首先得益于高性能功率器件作为电机开关的应用，这种技术提供了更为实用、经济且可靠的控制方式，从而取代了有刷电机的优势。其次，由于无刷直流电机无需电刷磨损，因此在电气噪声与机械噪声控制、能源效率、运行可靠性以及使用寿命等方面均具有显著优势。

然而，有刷电机仍然是低成本应用中的可靠之选。通过选用合适的控制器和开关，可实现卓越的性能表现。此外，由于通常无需配备电子控制装置，整个电机控制系统能够显著降低成本。同时，它们还具有节省空间、减少布线及连接器费用的优势，因此在能源效率并非首要考量的应用场景中，具备极高的成本效益。

直流电机与驱动装置

电机与驱动装置密不可分，尤其近年来市场变化对电机驱动提出了更高要求。首先，高可靠性是核心要素。为此，多种保护功能必不可少，同时内置的电流限制功能也至关重要，可在电机启动、强制停机或堵转时有效控制电机电流，从而全面提升系统的可靠性。

高效驱动控制算法，如通过速度与相位控制实现的数字电机旋转控制技术，以及执行器所需的高精度定位控制技术，对于高性能电机应用系统的开发至关重要。为此，亟需易于设计人员使用的高效驱动控制算法。

此外，目前许多制造商已直接在硬件中实现了算法，并将其集成到驱动芯片中，从而使设计人员使用起来更加便捷。如今，便捷的驱动设计方案正日益受到青睐。

稳定性同样需要驱动技术的支持。优化驱动波形可显著降低电机的噪声与振动。针对特定电机磁路量身定制的励磁驱动技术，能够大幅提高电机运行时的稳定性。此外，驱动技术仍在不断追求更低的功耗和更高的效率。

典型的直流电机驱动方法——半桥驱动，通过功率晶体管生成交流触发信号，从而产生大电流以驱动电机。与全桥驱动电路相比，半桥驱动电路成本更低、设计更为简便。然而，在振荡转换过程中，半桥电路容易出现波形失真和干扰问题。相比之下，全桥电路虽然成本较高、设计更为复杂，但其抗漏电性能更优，可靠性也更高。

PWM驱动器作为直流电机的一种流行驱动方案，目前已得到广泛应用。其日益普及的一个重要原因是能够有效降低驱动电源的功耗。目前，许多电机PWM解决方案在宽占空比、更广的频率覆盖范围以及更低的功耗方面均取得了显著成效。

在使用PWM驱动有刷电机时，开关损耗会随着PWM频率的升高而增加。当为降低电流纹波而提高频率时，需在频率与效率之间做出权衡。此外，针对无刷电机采用正弦波PWM驱动方式，虽然能带来更高的效率，但同时也增加了系统的复杂性。

摘要

随着终端市场的功能需求不断演进，直流电机的性能与能效要求正日益提升。无论采用有刷直流电机还是无刷直流电机，都需根据具体应用场景的需求，选择合适的驱动技术，以实现更加可靠、平稳且高效的电机运行。