電機種類劃分及相關應用現狀介紹

時間：2021-04-07 點擊：2826

電機在包裝，食品和飲料，制造業，醫療和機器人等眾多行業的許多運動控制功能中發揮著關鍵作用。我們可以根據功能，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中的重要組成部分，隨著現代科學技術的發展，電機在實際應用中的重點已經開始從過去簡單的傳動向復雜的控制轉移；尤其是對電機的速度、位置、轉矩的精確控制。但電機根據不同的應用會有不同的設計和驅動方式，咋看下好像選型非常復雜，因此為了人們根據旋轉電機的用途，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。

電機種類劃分及相關應用現狀介紹

控制電機主要是應用在精確的轉速、位置控制上，在控制系統中作為“執行機構”。可分成伺服電機、步進電機、力矩電機、開關磁阻電機、直流無刷電機等幾類。

伺服電機屬于用途劃分的的控制用電機，伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉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，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

步進電機就是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構；更通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個數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動的速度和加速度，從而達到調速的目的。目前，比較常用的步進電機包括反應式步進電機（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。

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、換向片數和串聯導體數，以降低轉矩脈動和轉速脈動。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，所以響應性很好；其輸出力矩與輸入電流成正比，與轉子的速度和位置無關；它可以在接近堵轉狀態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生很高的力矩對慣性比，并能消除由于使用減速齒輪而產生的系統誤差。

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，它具有低轉速和大力矩的特點。一般地，在紡織工業中經常使用交流力矩電機，其工作原理和結構和單相異步電機的相同，但是由于鼠籠型轉子的電阻較大，所以其機械特性較軟。

開關磁阻電機是一種新型調速電機，結構極其簡單且堅固，成本低，調速性能優異，是傳統控制電機強有力競爭者，具有強大的市場潛力。但目前也存在轉矩脈動、運行噪聲和振動大等問題，需要一定時間去優化改良以適應實際的市場應用。

無刷直流電機（BLDCM）是在有刷直流電機的基礎上發展來的，但它的驅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動慣量，通常采用“細長”的結構。無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小得多，相應的轉動慣量可以減少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節特性的線性度好，調速范圍廣，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中有很大的應用潛力。

直流電動機是出現最早的電動機，大約在19世紀末，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構、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速性能好、起動容易、能夠載重起動等優點，所以目前直流電動機的應用仍然很廣泛，尤其在可控硅直流電源出現以后。

異步電動機是基于氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩而實現能量轉換的一種交流電機。異步電動機一般為系列產品，品種規格繁多，其在所有的電動機中應用最為廣泛，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。

異步電動機具有結構簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質量較小，成本較低等優點。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接近恒速運行，能滿足大多數工農業生產機械的傳動要求。異步電動機主要廣泛應用于驅動機床、水泵、鼓風機、壓縮機、起重卷揚設備、礦山機械、輕工機械、農副產品加工機械等大多數工農生產機械以及家用電器和醫療器械等。

同步電動機就是在交流電的驅動下，轉子與定子的旋轉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；但其轉子有“凸極式”和“隱極式”兩種。凸極式轉子的同步電動機結構簡單、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”，即它能按發電機方式運行，也可以按電動機方式運行。

目前，最有代表性的位置信號電機：旋轉變壓器、感應同步器和自整角機。

旋轉變壓器（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，用來測量旋轉物體的轉軸角位移和角速度，由定子和轉子組成。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。轉子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁耦合得到感應電壓。

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

感應同步器利用電磁耦合原理實現位移檢測具有明顯的優勢：可靠性高，抗干擾能力強，對工作環境要求低，在沒有恒溫控制和環境不好的條件下能正常工作，適應于工業現場的惡劣環境；光柵傳感器是依靠光電學機理實現位移量檢測，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境適應性強、光柵傳感器性能價格比的提高和技術復雜性的降低使其在測長方面有比感應同步器更普遍的應用。

自整角機是利用自整步特性將轉角變為交流電壓或由交流電壓變為轉角的感應式微型電機，在伺服系統中被用作測量角度的位移傳感器。自整角機還可用以實現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系，使機械上互不相連的兩根或多根轉軸自動地保持相同的轉角變化，或同步旋轉。電機的這種性能稱為自整步特性。在伺服系統中，產生信號一方所用的自整角機稱為發送機，接收信號一方所用自整角機稱為接收機。自整角機廣泛應用于冶金、航海等位置和方位同步指示系統和火炮、雷達等伺服系統中。

最有代表性的速度信號電機是測速發電機，其實質上是一種將轉速變換為電信號的機電磁元件，其輸出電壓與轉速成正比。從工作原理上講，它屬于“發電機”的范疇。測速發電機在控制系統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．按結構和工作原理劃分：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、電容運轉式單相異步電動機、電容起動運轉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：驅動用電動機和控制用電動機。

5．按轉子的結構劃分：籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。

6．按運轉速度劃分：高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。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。

電機的生產工藝中，傳統的焊接工藝碰焊、氣焊(氧乙炔焊)等焊接工藝的現狀：需去漆皮；焊接工時長，焊接成本高;有黑煙;焊接速度慢，效率低;多股焊接不牢靠。高壓氣瓶不安全，有爆炸和中毒的危險;燃燒時產生硫化物、碳化物，對人體有害;乙炔價格貴，焊接成本高。

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