第3章 电机基础知识
本章，我们主要介绍电机的一些基础知识，让大家对电机有一个初步的了解，为后面电机控制的学习做铺垫，方便后面的学习。本章内容大家第一次看的时候了解一个大概即可，后面需要用到这方面知识的时候可以再回过头来针对性地学习。
本章分为如下几个小节：
3.1 电机的概念
3.2 电机的分类
3.3 各类电机的特点
3.4 电机常用名词
3.1 电机的概念
电机是一种可以实现电能与机械能之间相互转换的设备，其可分为电动机和发电机两种，前者能够把电能转换成机械能，而后者则能把机械能转换成电能。大家需要注意，在电机专题教程中，如果没有特殊说明，我们所说的电机都是电动机。
3.2 电机的分类
电机的种类繁多，其可按工作电源、用途、转子结构、运转速度等进行分类。这里我们以用途为例，对常见的电机进行分类，具体的框图如图3.2.1所示：
图3.2.1 电机按用途分类
我们下面对几种常用的电机进行简单的介绍，大家只需要有一个大概的了解即可，而更详细的内容将会在对应的电机专题中展开。
3.2.1 直流有刷电机
直流有刷电机（BDC）是一种内含电刷装置，可以将直流电能转换成机械能的电动机。在允许的范围之内，只需要调整电压，即可调整它的转速，因此这类电机拥有良好的调速性能。直流有刷电机实物图如图3.2.1.1所示：
图3.2.1.1 直流有刷电机
3.2.2 直流无刷电机
无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机，它由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。早在十九纪，就已经出现了无刷形式的电机，即交流鼠笼式异步电动机，但是，其有着许多无法克服的缺陷，以至于人们不断地探索更好的电机技术。直到上世纪中叶，晶体管诞生了，晶体管换向电路代替了传统的电刷与换向器结构，这种新型无刷电机克服了第一代无刷电机的缺陷。直流无刷电机实物图如图3.2.2.1所示：
图3.2.2.1 直流无刷电机
3.2.3 舵机
舵机是一种“特殊”的直流电机，其构造不仅只有电机部分，而且还自带一个控制器，所以舵机本身就是一个闭环的控制系统（伺服系统）。当我们给舵机发送指令信号时，它可以将指令信号变换为输出轴的角度并保持住，即便是负载发生了变化，它也能够进行自动调节。舵机的实物图如图3.2.3.1所示：
图3.2.3.1 SG90舵机
3.2.4 步进电机
步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，不受负载变化的影响。步进电机的实物图如图3.2.4.1所示：
图3.2.4.1 步进电机
3.2.5 伺服电机
伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的电动机，它搭配上驱动器，形成一个完整的伺服系统，就能够精准地控制速度、位置等。伺服电机具有线性度高、起动转矩大、运行范围较广、无自转现象等显著特点，遗憾的是，就目前来说，一整套伺服系统的成本是相对较高的。伺服电机和控制器的实物图如图3.2.5.1所示：
图3.2.5.1 伺服电机及驱动器
3.3 各类电机的特点
下面我们总结一下几种常见电机的特点，具体见表3.3.1：
表3.3.1 常见电机的特点
3.4 电机常用名词
为了让大家可以更好地学习电机控制，搭建更健全的电机知识架构，下面我们先学习一些电机常用名词：
① 转速：电机输出轴的速度，一般单位是r/min（转每分钟），也常用RPM表示。
② 输出扭矩：表示了电机输出轴可以输出力的大小，单位一般为N·m或者kg·cm。
③ 工作电压：电机正常工作的电压。
④ 额定电流：电机正常工作时的电流。
⑤ 堵转电流：电机负载过大，驱动力不足，发生堵转时的电流。