直流电动机以其调速性能好、启动转矩大等优点，在相当长的一段时间内，在电机调速领域占据着很重要的位置。随着电力电子技术的发展，特别是在大功率电力电子器件问世以后，直流电机拖动有逐步被交流电机拖动所取代的趋势。但在中小功率场合，常采用永磁直流电动机，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单。
一、有刷直流电机
1.调速原理与调速特性
n=(Ua-RaIa)/Ce      式1
Ce=keΦ           式2


有两种调速方式：
1） 改变电枢端电压Ua
2） 改变每极磁通Φ
两种调速方式特点：
1） 改变电枢电压调速，由式1可知如果保持磁通不变，改变电动机的电枢电压Ua，则理想空载转速n0 随电枢电压而变化，而机械特性斜率保持不变，因而可得一簇平行线。由于提高电枢电压受到绕组绝缘耐压的限制，因此改变Ua应用在降压的方向，也就是从电机的额定转速向下调速。这种调速方式是目前直流调速系统采用的主要调速方案，对于永磁式直流电动机，这是****的调速方式。此种调速方式下输出转矩保持不变，一般应用于恒转矩负载的调速。
2） 改变磁通调速，由式1、2可知，如果保持电枢电压不变，减弱磁通Φ ，则理想空载转速n0随着磁通的减弱而增加，同时机械特性的斜率也增加。一般用在额定转速以上调速，应用于恒功率负载。
  

      2.直流电动机的PWM调速原理
   为了获得可调的直流电压，利用电力电子器件的完全可控性，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成可变大小和极性的直流电压作为电动机的电枢端电压，实现系统的平滑调速，这种调速系统就称为直流脉宽调速系统。
    脉宽调制的基本原理
     脉宽调制（Pulse Width Modulation），是利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。所采用的电力电子器件都为全控型器件，如电力晶体管（GTR）、功率MOSFET、IGBT等。
图4为简单的PWM变换器的原理图和输出波形。
  
                  图3  单极式PWM变换器原理图、输出电压电流波形
 
                  图4 双极式可逆PWM变换器原理图

      通常PWM变换器是用定频调宽来达到调压的目的。
     PWM 变换器调压与晶闸管相控调压相比有许多优点，如需要的滤波装置很小甚至只利用电枢电感已经足够，不需要外加滤波装置；电动机的损耗和发热较小、动态响应快、开关频率高、控制线路简单等
     为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。
     

二、无刷直流电动机（三相永磁无刷直流电动机、直流无刷变频电机）
     无刷直流电动机和一般的永磁有刷直流电动机相比，在结构上有很多相似之处，用装有永磁体的转子取代有刷直流电机的定子磁极，用具有三相绕组的定子取代电枢，用逆变器和转子位置检测器组成的电子换向器取代有刷电机的机械换向器和电刷，就得到了三相永磁无刷直流电动机。和有刷电机相比，无刷电机由于革除了滑动接触机构，因而消除了故障的主要根源。主要特点是转速精度高，运行噪音小，电磁噪音低，电压利用率高，故障率低。
     目前无刷直流电动机转子材料一般为钕铁硼永磁体。应用较多的是小功率电机，较大功率无刷电机因为造价高和制造工艺要求高，应用范围还不是很广。
    无刷电动机控制原理说明
    1.位置传感器 
永磁无刷直流电动机（方波电动机）中，一般采用简易型的位置检测器，该器件不用检测转子的精确位置，其检测精度要求60度（电角度）。其主要作用是为了满足电动机换相的要求。
    位置传感器的种类很多，有电磁式、光电式、磁敏式等。他们各具特点，然而由于磁敏式霍尔位置传感器具有结构简单、体积小、安装灵活方便、易于机电一体化等优点，目前得到越来越广泛的应用。近年来也出现了无位置传感器的无刷电动机控制系统。
2.换相原理


 
                   图5 永磁无刷直流电动机的电子换向器主回路
无刷直流电机共有六个换相状态，每个状态有两个管子导通。下表为直流电动机换相状态总结。
 
     表1  无刷直流电动机换相状态
扇区 1号 6号 5号 4号 3号 2号
通电
相序 A C B
C B A C
ON开关管 1、2 1、6 5、6 5、4 3、4 3、2


因为无刷直流电动机需要根据电动机转子的位置控制换相，转速可以通过换相的速度计算获得，从而构成速度负反馈控制系统。无刷直流电机的速度控制精度可在1％以上。



3.无刷直流电动机应用（可能用到功率管的地方，及功率管的规格）
在家用电器中的空调器、电冰箱、风扇、洗衣机、跑步机等应用无刷电动机已经十分普遍。（驱动器、电源部分。10A600V较多）
在航空、军事设施应用领域里的雷达驱动、机载武器瞄准驱动、自行火炮火力控制驱动等等，基本上都采用无刷电动机控制。
在工业控制领域，机器人关节驱动和自动生产线、电子产品加工装备上的各种中小功率的驱动等，也广泛采用无刷电动机控制。
近几年来，无刷电动机在电动自行车上的应用已经达到********的广泛程度。目前这类无刷电动机主要是外转子电动机。（驱动器，电池充电器。驱动器用小功率MOS管六个5A100V，充电器中开关电源用MOS管一个10A600V）
另外，在新的重要的建筑物内广泛采用的自动感应门，这类门的驱动机基本上都是无刷直流电动机。

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