[科普中国]-电机控制器

电机控制器是通过主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路。

在电动车辆中，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中。它是电动车辆的关键零部件之一

CNC可编程步进电机控制器可与步进电机驱动器、步进电机组成一个完善的步进电机控制系统，能控制三台步进电机分时运行本控制器采用计算机式的编程语言，拥有输入、输出、计数等多种指令。具有编程灵活、适应范围广等特点，可广泛应用于各种控制的自动化领域。

控制器原理在许多应用都会用到功率低于300 W的小型电机，例如汽车、打印机、复印机、纸张处理机、工厂自动化、太空和军事载具、测试设备和机械人。整体而言，电机的产量约和其功率大小成反比，这表示小型电机的产量远超过大型电机。1

类型电动机控制器可以由人工操作，也可以是遥控或是自动操作，可以只包括启动及停止电动机的功能，也可以包括其他较复杂的功能。

电动机控制器可以用配合电动机的型式来分类，例如驱动永磁同步电动机、伺服电动机、串激或分激直流电动机，或是交流电动机。

电动机控制器会连接到电源，可能是电池或是市电，也会有一些可以输入或输出（数位或类比）讯号的电路。

电机起动器小电动机可以用开关或断路器接到电源来启动，大电动机需要配合特殊的切换单元，称为电动机启动器或电动机接触器。当启动时，在线直接起动（direct on line，简称DOL）的启动器会直接将电动机接到电源。降压启动器、Y-Δ切换启动器或软启动器会借由降电压的电路将电源接到电动机，之后电压会逐渐上升或分段上升。较小功率的电动机启动器是一个人工操作的开关，较大的电动机或是需要遥控或是自动控制的应用，一般会使用磁性接触器。中压电源（约数千伏特）会用断路器作为开关元件。

在线直接起动（direct on line，简称DOL）的电动机启动器会将线电压全部加到电动机端，这是最简单的电动机启动器。在线直接起动的启动器也可以包括保护元件。小功率的在线直接起动启动器是用人工操作的，大功率的启动器会用机电的接触器（继电器）来切换电动机电路，也有使用固态电子的在线直接起动启动器。

若电动机启动的高突入电流不会造成电源的过多电压下降，此时就会使用在线直接起动的启动器。启动器可以配合的最大电动机功率也会受限于电源的能力。例如一些农村的电力设备可能会要求大于10kw的电动机使用减压的电动机启动器。

有时会用在线直接起动来启动小型的水泵、压缩机、风扇及输送带。像是鼠笼式电动机，电动机若用在线直接起动，加速在全速之前会有高启动电流，约为满载额定电流的6至7倍。为了减小突入电流，大电动机会用减速式电动机启动器或是调速驱动器来减小启动时电源的电压下降。

可反向的电动机启动器可以让电动机正转或是反转。这类启动器会包括二组在线直接起动的电路，分别针对正转及反转，并有机械或电气上的互锁，避免二个电路同时动作。三相电动机可以对调二相来达到反转，单相的交流电动机或直流电动机需要其他的设备来达到反转。

降压起动器可以用二个或是多个接触器，在电动机启动时提供较低的电压。使用自耦变压器或串联电感，可以在电动机启动时在端子输入较低的电压，减小启动转矩及突入电流，在电动机的速度到达额定转速的一定比例时，起动器自动将电动机端子切换到正常电压输入。因为自耦变压器及串联电感只在启动时有重压的启动电流流过，时间可能只有几秒，因此其额定会比相同电流，连续使用下的额定要小。较低的电压到正常电压的切换可以用时间计时来切换，或是配合电流感测器，当电流开始下降时进行切换。Korndörfer自耦变压器启动器曾在1908年申请专利。

调速驱动器调速驱动器（adjustable-speed drive，简称ASD）或是变速驱动器 (variable-speed drive，简称VSD) 是一个可以调整机械负载工作速度的设备组。调速驱动器包括一个电动机、速度控制器或功率转换器，再加上辅助的设备或是仪器。不过一般而言，驱动器（drive）只会用来指控制器。许多新型的调速驱动器也可以进行电动机缓起动。

智能控制器智能控制器利用微处理器来控制电动机控制中用到的功率元件，也可以监控电动机的负载，将电动机的转矩和负载相配合，其作法是降低给电动机的交流电电压，同时降低电流及无效功率，因此若电动机长时间运作在轻载条件下，上述方式可以量测对能源效率的改善程度，此时产生的热、噪音及振动也随之降低。2

范围应用最广泛的小型电机包括直流电机、无刷直流电机和步进电机。 步进电机、直流电机和无刷直流电机的主要区别在于它们的驱动方式。1

应用每个电动机都会有对应的控制器，控制器的特性及复杂度会随依电动机需要呈现的性能而不同。

最简单的控制器是连接电动机及电源的开关，例如小的家电或动力工具等。开关可以以人工方式操作，或是用连接到一些感测器的继电器或接触器来自动启动或停止电动机。开关可以有不同的选择位置，让电动机以不同的方式连接到电源，可能包括减低电动机启动时的电压，反转运转，或是选择不同的速度。小型的控制器可能会省略过载及过流等保护装置，此时就靠外在的过流保护线路来避免电流过大，小电动机有些有内建的过载保护，在过载时自动开路避免过载。较大的电动机会有在控制器中加入过载继电器或温度感测的继电器，以及保险丝或断路器避免过电流。自动的电动机控制器也可能包括极限开关或其他设备以保护机械。

更复杂的电动机控制器可以精确的控制电动机的速度及转矩，也可能是机械控制位置的闭回路控制系统中的一部分。例如数控车床需要依事先设定的曲线精确的控制刀具的位置，而且要依负载及外界力量来加以补偿，以维持刀具在既定的位置上。1

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学