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虽然也算做电机控制很多年了，但是实际上真正控制过的也只有异步电机、永磁同步电机与直流电机。每次聊到其他电机类型的时候有陌生感，总结一下备查。 准备分两部分介绍：
一、常用的缩写 BLDC：Brushless DC Machine 无刷直流电机 DTC：Direct Torque Control 直接转矩控制 EMF：Electromotive Force 反电动势 FOC：Field Oriented Control 场定向控制 IM：Induction Machine 感应电机 IPMSM ：Interior Permanent Magnet Synchronous Machine 内嵌式永磁同步电机 PMSM ：Permanent Magnet Synchronous Machine 永磁同步电机 SMPMSM：Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Machine 表贴式永磁同步电机 SRM：Switched Reluctance Machine 开关磁阻电机 SynRM：Synchronous Reluctance Machine 同步磁阻电机 二、感应电机 三相感应电机是最常见的电机，主要由定子、转子构成，如下图
根据转子绕组不同，又分鼠笼式与绕线式两种
鼠笼式转子线圈的两端被端环短路，如上图。绕线式通过滑环引出，可以外接电阻或者变频器等控制，如下图
异步电机基本原理是，通过电网或者变频器在定子上施加正弦变化的电流，从而产生旋转磁场；转子在旋转磁场中感应出电流，而磁场中带电导体受到洛伦兹力，因此转子产生力矩，从而随定子磁场旋转。由原理可知，转子的旋转速度与定子磁场旋转速度不同的时候才能感应出电流，异步电机才能正常工作，这也是'异步’的含义。当转子速度低于磁场速度，运行在电动模式；反之则运行在电动模式。 异步电机的关键概念是转差率s，定义为定子磁场转速与转子转速之差与定子磁场转速的比。转差率通常确定了异步电机的工作点。
早期的异步电机都是电网直接带动的。记得小时候的磨坊，一合闸电机就工作了。后来入行时，很多应用都用变频器V/F模式控制。对于高性能应用，则采用FOC控制。
异步电机FOC控制时，需要给定+id来产生磁链。最简单的是在转折点之前给定恒定的id，力矩与交轴电流iq成比例；在弱磁区域减小id；这种方式需要持续给定电流，一方面可以快速响应转矩，另一方面在小力矩甚至为零力矩还需要维持大的励磁电流，降低了系统的效率与功率因素。一种优化方式是在小力矩的时候降低励磁电流。这种方式可以提高功率因素和效率，但是由于转子时间常数在毫秒级别，动态调整励磁电流降低了电机的动态响应性能。
如下图是异步电机的外特性图。在恒力矩达到拐点后，电压用尽，通过弱磁升速，这时进入恒功率阶段，力矩降低。图中第二个拐点是电机最大能力限制，一般在应用中不会使用。
概要特点：
三、永磁同步电机 永磁同步电机是目前国内新能源车主要使用的电机类型。
永磁同步电机转子磁链由永磁铁激励，即使在静止时也能产生恒定的力矩。一般分为凸极式和隐极式两种。凸极式定子电感依赖于转子位置，隐极式则与转子位置无关。电机的直轴（主磁通路径）通常与永磁体方向一致，交轴与直轴正交。
由于磁铁与空气的相对磁导率为1，电工钢相对磁导率为4000~10000，因此凸极式电机Lq远大于Ld，一方面会产生磁阻力矩，另一方面也具有很好的弱磁能力。 定子绕线一般分集中式与分布式。由于分布式绕组激励的磁场谐波小，更接近正弦波，因此性能更好，更常用。
定子磁场与转子磁场夹角叫做负载角。如果两个磁场夹角达到90度时，力矩最大。如果负载超出最大转矩时，对于电动，将停机，对于发电，将超速。
控制考虑 永磁同步电机一般采用每安培最大力矩的方式控制。这种控制方式能产生最大的力矩，充分发挥电机的能力。在基速以下，使用最小的相电流产生最大的力矩；在达到基速后，相电压用尽，需要通过弱磁升速。由于永磁铁励磁不能改变，所以需要产生负直轴电流，从而使合成的励磁场减小，从而降低EMF。这种控制在高速时会降低功率因素。 永磁同步电机由于永磁铁的存在，只要有转速就会产生反电动势。可以利用这种特性用于紧急停车。目前新能源主驱要求的三相短路，正是基于该特性。三相短路时电流一般较大，如果有要求控制器需要针对性考虑。短路时的力矩特性见下图
永磁电机弱磁控制时，一旦逆变器停止工作，大的反电动势可能会破坏主电路上的器件，如二极管、电容等。 永磁同步电机一般采用FOC控制，转矩波动小，效率高，能够提供高的动态负载特性。六步控制由于转矩脉动大，振动噪声等性能差，很少采用。 概要特点
四、同步磁阻电机 synRM 同步磁阻电机与IPMSM结构相同，只是不需要内嵌永磁铁。因此只有磁阻力矩，没有洛伦兹力。同步磁阻电机依赖于转子设计，磁隔的放置。高的凸极率（Ld/Lq）反映弱磁的能力，Ld-Lq反映力矩输出能力。
同步磁阻电机控制与凸极式PMSM控制方式相同。与PMSM相比，功率密度更低。由于转子损耗低，冷却要求低，可以设计的更小。 概要特点
五、直流电机
直流电机定子采样永磁铁或者线圈建立励磁场，转子采用线圈绕组，通过换向器和电刷由直流电压供电。
直流电机的励磁场与电枢场正交，如果两个都可调节的话，如上图，则可以独立的控制转矩与磁链。直流电机需要给转子供电，通过电刷实现。电刷是由弹簧压在转子换向器上的小炭块，换向器在旋转过程中改变电枢电流方向。换向过程中可能会产生火花，在高速与大电流时会存在问题。电机转速在2500~4000rpm，正常电刷寿命7500小时。一般转速提高一倍，寿命降低一半。 直流电机控制主要分三种方式
主要的控制方式如下
概要特点
六、BLDC 无刷直流电机转子由永磁铁构成，定子由绕组构成。
无刷直流电机本质上是集中绕组的永磁同步电机。一般为表贴式永磁铁，集中式绕组。由于与直流电机相比，无机械换向，需要控制器电子换向。工业中更习惯叫做BLDC。 BLDC六步控制，方波电压，梯形电流。三相BLDC通常有三个霍尔作为位置传感器。通过霍尔传感器切换控制器相电压。该控制方法不能保证定子与转子磁场总是垂直，导致力矩较低。而且会引起电子转动频率6倍的转矩脉动。不适合用于低速（小于10%的额定转速）。
FOC控制能提供正弦电流，但是需要更精确的位置信息。BLDC可以使用无位置传感器方法控制。 概要特点
七、开关磁阻电机 开关磁阻电机是一种低成本的电机。
开关磁阻电机结构非常简单，定子和转子都有凸极，没有永磁铁。定子使用集中式绕组。典型的开关磁阻配置如下：
与其他电机不同，开关磁阻电机力矩基于磁阻产生，磁阻转矩产生与磁通方向无关，与电流方向无关。
开关磁阻电机可以作为步进电机运行。电机外特性与其他电机类似，额定转速以下力矩由电流限制，大于额定转速，电压成为限制因素。
开关磁阻电机的等效电路电感，定子电阻和与速度成比例的电压源构成。
通常由不对称的半桥变换器控制，通常由三种基本模式。
在对齐位置，磁阻最小，电感最大；在未对齐位置磁阻最大。A相一个电周期（360°）定义为，转子从未对齐到对齐到下一个未对齐，如下图
在低转速时，使用电流滞环控制，必须精确测量位置。为了最大效率，优化的𝜃𝑜𝑛， 𝜃𝑜𝑓𝑓，iref通过仿真获得，在台架上标定，滞环是控制精度与开关损耗的平衡。
高速的时候，采样单脉冲控制
由于力矩只能在0~180°之间产生，因此只要大于2相时才能产生连续力矩。高相数能减小转矩脉动。
概要特点
八、步进电机 步进电机是将电脉冲转换为离散机械运行的机电装置。主要分三类：
变磁阻步进电机最简单，便宜。一个脉冲的旋转角也即步进角最大。步进角计算如下：
永磁步进电机没有齿，由交替的南北极组成，比变磁阻型能产生更大力矩。
如果两相中 任意一相被驱动称为波驱动；
如果两相同时驱动，称为全步驱动；
组合两种方式，可以产生8个位置。波驱动力矩较小。组合驱动只能应用于小于波驱动的情况。
混合步进电机结合变磁阻与永磁步进电机，步进角每转可达几百步。
电磁绕组有两种形式，双向与单相绕组。双向绕组更复杂，需要H桥控制。
步进电机施加脉冲顺序与旋转方向有关；脉冲频率与转速相关；旋转角度与脉冲数量相关。最高可达几千rpm。步进电机外特性如下：
概要特点
九、总结
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