从零开始学电机（一）认识电机

一、相关概念

1. 定子、转子、绕组

        定子：电机的静止部分，通常由铁芯和绕组组成。作用：产生磁场（永磁体或通电绕组）或提供磁路。

2. 扭矩

        扭矩（Torque） 是描述物体转动趋势的物理量，通俗来说就是 “使物体绕轴转动的力”。它不仅与力的大小有关，还与力的作用点到转动轴的距离（力臂）有关。在机械领域（如电机、发动机）中，扭矩是衡量动力输出的关键参数之一。

                公式：扭矩的计算公式为：τ = F ×r ，F为作用力（N），r为力臂长度（m）。

        举例：用扳手拧螺丝时，手施加在扳手末端的力越大、扳手越长（力臂越大），螺丝受到的扭矩就越大，越容易被拧紧。

        在电机或发动机中，扭矩（\(\tau\)）、功率（P）和转速（n）之间的关系为：

• 当功率固定时，转速越低，扭矩越大；转速越高，扭矩越小。
  （例如：卡车发动机需要低转速、高扭矩来牵引重物；电动车电机需要高转速、低扭矩来提升速度。）
• 当转速固定时，功率越大，扭矩越大。

2. 有刷和无刷

二、电机的分类

1. 直流电机

        直流电机是一种使用直流电作为电源的电机，直流电机的显著特点是调速方便，通过调节输入电压或励磁电流就能灵活改变转速，且启动时能产生较大转矩，适合需要频繁启停或负载变化较大的场景。

（1）普通直流电机

        主要用于一般动力驱动，如风机、水泵、传送带等，

（2）

    

2. 交流电机

        交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。与直流电机相比，没有换向器，结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机，功率覆盖范围从几瓦到几十万千瓦甚至上百万千瓦。

        按所需交流电源相数的不同分类：可分为单相和三相两大类，其中三相异步电动机因具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便等优点，应用较为广泛。在没有三相电源的场合及一些功率较小的电动机则广泛使用单相异步电动机。三相异步电机和单向异步电机都是下面这种大电机。

3. 步进电机

        步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的微特电机，属于数字控制电机。它的运动方式是步进式（一步一步转动），每输入一个脉冲信号，电机就按设定的方向转动一个固定的角度（称为 “步距角”），因此具有高精度、易控制、无累积误差等特点。

（1）脉冲控制

        电机的转动角度、速度和方向由输入的脉冲信号频率、数量和极性决定，控制简单且精准。例：若步距角为 1.8°，输入 200 个脉冲，电机就转动一圈（1.8°×200=360°）。
（2）无累积误差

        每一步的误差不会长期累积，适合需要重复定位的场景。断电后转子会自动锁定在当前位置，无需额外制动装置。
（3）低速高扭矩        

        在低速运行时能保持较大扭矩，适合需要平稳启动或负载变化的场景。

        虽然步进电机是开环控制，但是在一些高精度的场合通常会在步进电机上加入编码器来提高控制精度。

4. 伺服电机

        伺服电机（Servo Motor） 是一种 高精度、可控性强的自动化执行元件，属于电机的一种特殊类型。它不仅能像普通电机一样转动，还能通过 闭环控制系统 精确控制 位置、速度和扭矩，广泛应用于工业自动化、机器人、航空航天、数控机床等领域。

        伺服电机的最大特点是配备 反馈装置（如编码器、旋转变压器），形成 “控制 - 执行 - 反馈 - 修正” 的闭环回路。

        对比开环控制的步进电机：步进电机按脉冲转动，无反馈修正，可能因负载或脉冲频率过高出现 “失步”；伺服电机通过闭环修正，定位误差可低至微米级。

5. 几种电机的区别

类型	控制方式	精度	响应速度	成本	典型场景
伺服电机	闭环控制	极高（微米级）	快（ms 级）	高	精密加工、机器人
步进电机	开环控制	中等（步距角误差 ±5%）	中等（启动频率有限）	低	3D 打印、小型自动化设备
普通电机	无反馈	低	慢	最低	风扇、水泵、传送带