📖 第 3 章：电机基础知识（Motor Fundamentals）
⚙️ 正点原子《DMF407 电机控制专题教程》V1.0 · Chapter 3
🗨️ 本章金句：「分不清电机的种类，就像拿着地图不知道南北：先把分类搞清楚。」
这一章在干嘛？ 电机的「认亲大会」：什么是电机、按用途怎么分类、五大类电机各自长什么样有什么脾气，以及转速、扭矩、堵转电流这些必背名词。本章看个大概即可，细节会在各专题章展开。
3.1 电机是什么？
电机是电能与机械能相互转换的设备：电动机把电变motion（转），发电机把转变成电。本书没有特殊说明时，「电机」都指电动机。
3.2 电机分类图谱
电机可按工作电源、用途、转子结构、转速等维度分类。按用途分类的图谱如下：
五大主角逐一亮相：
- 直流有刷电机（BDC）：内含电刷与换向器，调电压即调转速，调速性能好、驱动简单。
- 直流无刷电机（BLDC）：用电子换向电路（晶体管）取代电刷与换向器，机电一体化产品，寿命长、转速高。
- 舵机：自带控制器与反馈的「特殊」直流电机，本质是个闭环伺服系统——给指令信号就转到指定角度并保持。
- 步进电机：把电脉冲变成角位移的开环电机，转速与位置只取决于脉冲的频率与个数，不受负载影响（非超载时）。
- 伺服电机：电机 + 驱动器组成完整伺服系统，精准控制速度与位置，性能最强、价格也最高。
3.3 五类电机特点对比
| 电机类别 | 优点 | 缺点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 直流有刷 | 驱动简单、成本低 | 噪音大、电刷易磨损寿命短 | 玩具、小车、风扇 |
| 直流无刷 | 噪音低、高速流畅、寿命长 | 控制复杂（要换相） | 无人机、硬盘、电动车 |
| 舵机 | 自带闭环、角度控制好、便宜 | 负载能力弱 | 机械臂、云台、遥控模型 |
| 步进 | 开环即定位、无积累误差、驱动方便 | 可能丢步，精度要求高时需闭环 | 3D 打印机、雕刻机 |
| 伺服 | 速度位置双精准、效率高、最可靠 | 整套系统价格高 | 工业机器人、数控机床 |
怎么选？ 预算敏感选有刷；要安静长寿选无刷；只转角度选舵机；开环走位选步进；工业级精准选伺服。本书 27 章恰好把这五类全部讲透。
3.4 必背名词：转速、扭矩与堵转
| 名词 | 含义 | 单位 |
|---|---|---|
| 转速 | 输出轴的速度 | r/min（RPM） |
| 输出扭矩 | 输出轴能出的力 | N·m 或 kg·cm |
| 工作电压 | 正常工作的电压 | V |
| 额定电流 | 正常工作时的电流 | A |
| 堵转电流 | 负载过大转不动时的电流 | A（远大于额定，易烧） |
堵转要警惕： 电机被卡住时反电动势消失，电流飙升到堵转值（可达额定的数倍），驱动管发热急剧增加——长时间堵转是电机和驱动器损坏的头号元凶。
🧠 小测验
1. 舵机为什么说「自带闭环」？
舵机内部集成了电机、减速齿轮、位置反馈电位器和控制电路，输入目标角度信号后内部自动调节到位并保持，本身就是一个小型伺服系统。
2. 步进电机在非超载情况下，转速和位置由什么决定？
只取决于脉冲信号的频率（决定转速）和脉冲个数（决定位置），不受负载变化影响——这是它能开环精确定位的根本原因。
3. 什么是堵转电流？为什么危险？
电机转轴被卡住无法转动时流过的电流。此时无反电动势抵消，电流可达额定值数倍，长时间堵转会烧毁绕组或驱动器。