電機種類劃分及相關(guān)應(yīng)用現(xiàn)狀介紹

電機在包裝，食品和飲料，制造業(yè)，醫(yī)療和機器人等眾多行業(yè)的許多運動控制功能中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。我們可以根據(jù)功能，尺寸，扭矩，精度和速度要求從幾種電機類型中進行選擇。

眾所周知，電機是傳動以及控制系統(tǒng)中的重要組成部分，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機在實際應(yīng)用中的重點已經(jīng)開始從過去簡單的傳動向復(fù)雜的控制轉(zhuǎn)移;尤其是對電機的速度、位置、轉(zhuǎn)矩的精確控制。但電機根據(jù)不同的應(yīng)用會有不同的設(shè)計和驅(qū)動方式，咋看下好像選型非常復(fù)雜，因此為了人們根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機的用途，進行了基本的分類。下面我們將逐步介紹電機中最有代表性、最常用、最基本的電機——控制電機和功率電機以及信號電機。

控制電機

主要是應(yīng)用在精確的轉(zhuǎn)速、位置控制上，在控制系統(tǒng)中作為“執(zhí)行機構(gòu)”。可分成伺服電機、步進電機、力矩電機、開關(guān)磁阻電機、直流無刷電機等幾類。

伺服電機

廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為電機軸上的機械輸出量，拖動被控制元件，從而達到控制目的。一般地，伺服電機要求電機的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號的控制;轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續(xù)變化;轉(zhuǎn)矩能通過控制器輸出的電流進行控制;電機的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電機主要應(yīng)用在各種運動控制系統(tǒng)中，尤其是隨動系統(tǒng)。

伺服電機有直流和交流之分，最早的伺服電機是一般的直流電機，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機做伺服電機。當(dāng)前隨著永磁同步電機技術(shù)的飛速發(fā)展，絕大部分的伺服電機是指交流永磁同步伺服電機或者直流無刷電機。

所謂步進電機就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu);更通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制電機的角位移量，從而達到精確定位的目的;同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。目前，比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。

步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點，步進電機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。但步進電機在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)閉環(huán)控制的直流伺服電機;所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場合。由于步進電機具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點，所以步進電機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域;尤其是在數(shù)控機床制造領(lǐng)域，由于步進電機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認為是最理想的數(shù)控機床執(zhí)行元件。

除了在數(shù)控機床上的應(yīng)用，步進電機也可以用在其他的機械上，比如作為自動送料機中的馬達，作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達，也可以應(yīng)用在打印機和繪圖儀中。

此外，步進電機也存在許多缺陷;由于步進電機存在空載啟動頻率，所以步進電機可以低速正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度時就無法啟動，并伴有尖銳的嘯叫聲;不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大，細分數(shù)越大精度越難控制;并且，步進電機低速轉(zhuǎn)動時有較大的振動和噪聲。

所謂的力矩電機是一種扁平型多極永磁直流電機。其電樞有較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，以降低轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速脈動。力矩電機有直流力矩電機和交流力矩電機兩種。

其中，直流力矩電機的自感電抗很小，所以響應(yīng)性很好;其輸出力矩與輸入電流成正比，與轉(zhuǎn)子的速度和位置無關(guān);它可以在接近堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下直接和負載連接低速運行而不用齒輪減速，所以在負載的軸上能產(chǎn)生很高的力矩對慣性比，并能消除由于使用減速齒輪而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

交流力矩電機

又可以分為同步和異步兩種，目前常用的是鼠籠型異步力矩電機，它具有低轉(zhuǎn)速和大力矩的特點。一般地，在紡織工業(yè)中經(jīng)常使用交流力矩電機，其工作原理和結(jié)構(gòu)和單相異步電機的相同，但是由于鼠籠型轉(zhuǎn)子的電阻較大，所以其機械特性較軟。

開關(guān)磁阻電機是一種新型調(diào)速電機，結(jié)構(gòu)極其簡單且堅固，成本低，調(diào)速性能優(yōu)異，是傳統(tǒng)控制電機強有力競爭者，具有強大的市場潛力。但目前也存在轉(zhuǎn)矩脈動、運行噪聲和振動大等問題，需要一定時間去優(yōu)化改良以適應(yīng)實際的市場應(yīng)用。

無刷直流電機（BLDCM）是在有刷直流電機的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但它的驅(qū)動電流是不折不扣的交流;無刷直流電機又可以分為無刷速率電機和無刷力矩電機。一般地，無刷電機的驅(qū)動電流有兩種，一種是梯形波（一般是“方波”），另一種是正弦波。有時候把前一種叫直流無刷電機，后一種叫交流伺服電機，確切地講也是交流伺服電機的一種。

無刷直流電機為了減少轉(zhuǎn)動慣量，通常采用“細長”的結(jié)構(gòu)。無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量可以減少40%—50%左右。由于永磁材料的加工問題，致使無刷直流電機一般的容量都在100kW以下。

這種電機的機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長，維護方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電機在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。

直流電動機是出現(xiàn)最早的電動機，大約在19世紀(jì)末，其大致可分為有換向器和無換向器兩大類。直流電動機有較好的控制特性直流電動機在結(jié)構(gòu)、價格、維護方面都不如交流電動機，但是由于交流電動機的調(diào)速控制問題一直未得到很好的解決方案，而直流電動機具有調(diào)速性能好、起動容易、能夠載重起動等優(yōu)點，所以目前直流電動機的應(yīng)用仍然很廣泛，尤其在可控硅直流電源出現(xiàn)以后。

應(yīng)用現(xiàn)狀：在生活方面，電動產(chǎn)品的應(yīng)用數(shù)不勝數(shù)。風(fēng)扇，刮胡刀等。賓館中的自動門、自動門鎖、自動窗簾都用到直流電機，直流電機廣泛應(yīng)用于飛機、坦克、雷達等武器裝備中。直流電機還廣泛應(yīng)用于機車牽引，如鐵路機車直流牽引電機、地鐵機車直流牽引電機、機車直流輔助電機、礦用機車直流牽引電機、船用直流電機等。

異步電動機是基于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的一種交流電機。異步電動機一般為系列產(chǎn)品，品種規(guī)格繁多，其在所有的電動機中應(yīng)用最為廣泛，需量最大；目前，在電力傳動中大約有90%的機械使用交流異步電動機，所以，其用電量約占總電力負荷的一半以上。

異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點。并且，異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電動機主要廣泛應(yīng)用于驅(qū)動機床、水泵、鼓風(fēng)機、壓縮機、起重卷揚設(shè)備、礦山機械、輕工機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械等大多數(shù)工農(nóng)生產(chǎn)機械以及家用電器和醫(yī)療器械等。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

在異步電動機中較為常見的是單相異步電動機和三相異步電動機，其中三相異步電動機是異步電動機的主體，三相異步電動機可用于驅(qū)動各種通用機械如壓縮機、水泵、破碎機、切削機床、運輸機械及其他機械設(shè)備，在礦山。機械。冶金、石油、化工、電站等各種工礦企業(yè)中作原動機用。用于傳動鼓風(fēng)機、磨煤機、軋鋼機、卷揚機的電動機應(yīng)在訂貨時提供有關(guān)技術(shù)資料，并要簽訂技術(shù)協(xié)議，作為電機特殊設(shè)計的依據(jù)，以確保電動機的可靠運行。。而單相異步電動機一般用于三相電源不方便的地方，大部分是微型和小容量的電機，在家用電器中應(yīng)用比較多，例如電扇、電冰箱、空調(diào)、吸塵器等。

所謂同步電動機就是在交流電的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)子與定子的旋轉(zhuǎn)磁場同步運行的電動機。同步電動機的定子和異步電動機的完全一樣；但其轉(zhuǎn)子有“凸極式”和“隱極式”兩種。凸極式轉(zhuǎn)子的同步電動機結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，但是機械強度較低，適用于低速運行場合；隱極式同步電動機制造工藝復(fù)雜，但機械強度高，適用于高速運行場合。同步電動機的工作特性與所有的電動機一樣，同步電動機也具有“可逆行”，即它能按發(fā)電機方式運行，也可以按電動機方式運行。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

同步電動機主要用于大型機械，如鼓風(fēng)機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機以及小型、微型儀器設(shè)備或者充當(dāng)控制元件；其中三相同步電動機是其主體。此外，還可以當(dāng)調(diào)相機使用，向電網(wǎng)輸送電感性或者電容性無功功率。

異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點。并且，異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電動機主要廣泛應(yīng)用于驅(qū)動機床、水泵、鼓風(fēng)機、壓縮機、起重卷揚設(shè)備、礦山機械、輕工機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械等大多數(shù)工農(nóng)生產(chǎn)機械以及家用電器和醫(yī)療器械等。

應(yīng)用：

在異步電動機中較為常見的是單相異步電動機和三相異步電動機，其中三相異步電動機是異步電動機的主體。而單相異步電動機一般用于三相電源不方便的地方，大部分是微型和小容量的電機，在家用電器中應(yīng)用比較多，例如電扇、電冰箱、空調(diào)、吸塵器等。

目前，最有代表性的位置信號電機：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和自整角機。簡介：旋轉(zhuǎn)變壓器（resolver/transformer）是一種電磁式傳感器，又稱同步分解器。它是一種測量角度用的小型交流電動機，用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，由定子和轉(zhuǎn)子組成。其中定子繞組作為變壓器的原邊，接受勵磁電壓，勵磁頻率通常用400、3000及5000HZ等。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種精密角度、位置、速度檢測裝置，適用于所有使用旋轉(zhuǎn)編碼器的旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器場合，特別是高溫、嚴寒、潮濕、高速、高震動等旋轉(zhuǎn)編碼器無法正常工作的場合。由于旋轉(zhuǎn)變壓器以上特點，可完全替代光電編碼器，被廣泛應(yīng)用在伺服控制系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、機械工具、汽車、電力、冶金、紡織、印刷、航空航天、船舶、兵器、電子、冶金、礦山、油田、水利、化工、輕工、建筑等領(lǐng)域的角度、位置檢測系統(tǒng)中。也可用于坐標(biāo)變換、三角運算和角度數(shù)據(jù)傳輸、作為兩相移相器用在角度--數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置中。

將角度或直線位移信號變換為交流電壓的位移傳感器，又稱平面式旋轉(zhuǎn)變壓器。它有圓盤式和直線式兩種。在高精度數(shù)字顯示系統(tǒng)或數(shù)控閉環(huán)系統(tǒng)中圓盤式感應(yīng)同步器用以檢測角位移信號，直線式用以檢測線位移。感應(yīng)同步器廣泛應(yīng)用于高精度伺服轉(zhuǎn)臺、雷達天線、火炮和無線電望遠鏡的定位跟蹤、精密數(shù)控機床以及高精度位置檢測系統(tǒng)中。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

感應(yīng)同步器已被廣泛應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動態(tài)測量中，例如用于三坐標(biāo)測量機、程控數(shù)控機床及高精度重型機床及加工中心測量裝置等。感應(yīng)同步器利用電磁耦合原理實現(xiàn)位移檢測具有明顯的優(yōu)勢：可靠性高，抗干擾能力強，對工作環(huán)境要求低，在沒有恒溫控制和環(huán)境不好的條件下能正常工作，適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境；光柵傳感器是依靠光電學(xué)機理實現(xiàn)位移量檢測，其分辨率高，測量精確，安裝使用方便。封閉式的光柵傳感器對工作環(huán)境適應(yīng)性強、光柵傳感器性能價格比的提高和技術(shù)復(fù)雜性的降低使其在測長方面有比感應(yīng)同步器更普遍的應(yīng)用。

自整角機是利用自整步特性將轉(zhuǎn)角變?yōu)榻涣麟妷夯蛴山涣麟妷鹤優(yōu)檗D(zhuǎn)角的感應(yīng)式微型電機，在伺服系統(tǒng)中被用作測量角度的位移傳感器。自整角機還可用以實現(xiàn)角度信號的遠距離傳輸、變換、接收和指示。兩臺或多臺電機通過電路的聯(lián)系，使機械上互不相連的兩根或多根轉(zhuǎn)軸自動地保持相同的轉(zhuǎn)角變化，或同步旋轉(zhuǎn)。電機的這種性能稱為自整步特性。在伺服系統(tǒng)中，產(chǎn)生信號一方所用的自整角機稱為發(fā)送機，接收信號一方所用自整角機稱為接收機。自整角機廣泛應(yīng)用于冶金、航海等位置和方位同步指示系統(tǒng)和火炮、雷達等伺服系統(tǒng)中。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

自整角機還可用以實現(xiàn)角度信號的遠距離傳輸、變換、接收和指示。兩臺或多臺電機通過電路的聯(lián)系，使機械上互不相連的兩根或多根轉(zhuǎn)軸自動地保持相同的轉(zhuǎn)角變化，或同步旋轉(zhuǎn)。電機的這種性能稱為自整步特性。在伺服系統(tǒng)中，產(chǎn)生信號一方所用的自整角機稱為發(fā)送機，接收信號一方所用自整角機稱為接收機。自整角機廣泛應(yīng)用于冶金、航海等位置和方位同步指示系統(tǒng)和火炮、雷達等伺服系統(tǒng)中。

最有代表性的速度信號電機是測速發(fā)電機，其實質(zhì)上是一種將轉(zhuǎn)速變換為電信號的機電磁元件，其輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。從工作原理上講，它屬于“發(fā)電機”的范疇。測速發(fā)電機在控制系統(tǒng)中主要作為阻尼元件、微分元件、積分元件和測速元件來使用。所以這里不做過多闡述。

1．按工作電源種類劃分：可分為直流電機和交流電機

2．按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分：可分為直流電動機、異步電動機、同步電動機。

3．按起動與運行方式劃分：電容起動式單相異步電動機、電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。

4．按用途劃分：驅(qū)動用電動機和控制用電動機。

5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)劃分：籠型感應(yīng)電動機（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機）。

6．按運轉(zhuǎn)速度劃分：高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調(diào)速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。

伺服電機屬于用途劃分的的控制用電機，伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。與選型有關(guān)的條件

1、電機參數(shù)：要先了解電機的規(guī)格型號、功能特性、防護型式、額定電壓、額定電流、額定功率、電源頻率、絕緣等級等。這些內(nèi)容基本能給用戶正確選擇保護器提供了參考依據(jù)。

2、環(huán)境條件：主要指常溫、高溫、高寒、腐蝕度、震動度、風(fēng)沙、海拔、電磁污染等。

3、電機用途：主要指拖動機械設(shè)備要求特點，如風(fēng)機、水泵、空壓機、車床、油田抽油機等不同負載機械特性。

4、控制方式：控制模式有手動、自動、就地控制、遠程控制、單機獨立運行、生產(chǎn)線集中控制等情況。啟動方式有直接、降壓、星角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等。

5、其他方面：用戶對現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)護管理情況，非正常性的停機對生產(chǎn)影響的嚴重程度等。

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