电机的分类及应用

　　前文再续，书接上一回。上次我们对旋转电机的一大分类——控制电机，进行了详细的分类和介绍，接下来将继续对电机行业余下的两个大类“功率电机“和”信号电机“做”人口普查。

　　功率电机

　　和控制电机不同，功率电机的用途很单纯，就是作为系统中机械能的“动力源”，为后续的机械执行机构提供机械功率。根据驱动方式不同，主要分为直流电机、异步电机和同步电机。

　　直流电机

　　直流电机是出现最早的电机，大约在19世纪末，其大致可分为有换向器和无换向器两大类。直流电机有较好的控制特性直流电机在结构、价格、维护方面都不如交流电机，但是由于交流电机的调速控制问题一直未得到很好的解决方案，而直流电机具有调速性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电机的应用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。

　　异步电机

　　异步电机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩而实现能量转换的一种交流电机。异步电机一般为系列产品，品种规格繁多，其在所有的电机中应用最为广泛，需量最大；目前，在电力传动中大约有90%的机械使用交流异步电机，所以，其用电量约占总电力负荷的一半以上。

　　异步电机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。并且，异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电机主要广泛应用于驱动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。

　　在异步电机中较为常见的是单相异步电机和三相异步电机，其中三相异步电机是异步电机的主体。而单相异步电机一般用于三相电源不方便的地方，大部分是微型和小容量的电机，在家用电器中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。

　　同步电机

　　所谓同步电机就是在交流电的驱动下，转子与定子的旋转磁场同步运行的电机。同步电机的定子和异步电机的完全一样；但其转子有“凸极式”和“隐极式”两种。凸极式转子的同步电机结构简单、制造方便，但是机械强度较低，适用于低速运行场合；隐极式同步电机制造工艺复杂，但机械强度高，适用于高速运行场合。

　　同步电机的工作特性与所有的电机一样， 同步电机也具有“可逆行”，即它能按发电机方式运行，也可以按电机方式运行。

　　同步电机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件；其中三相同步电机是其主体。此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性无功功率。

　　信号电机

　　信号电机是一类特殊的电机，它既不是作为控制执行器，也不是作为功率输出源，而是作为一类传感器来应用的。根据关注信号对象的不同，分为位置信号电机和速度信号电机。

　　位置信号电机

　　目前，最有代表性的位置信号电机：旋转变压器和感应同步器。

　　旋转变压器本质上是可以随意改变一次绕组和二次绕组耦合程度的变压器。其结构和绕线式异步电机相同，定子和转子各有两组相互垂直的分布绕组，转子绕组利用滑环和电刷与外电路联接。当一次绕组励磁以后，二次绕组的输出电压和转子的转角成正弦、余弦、线性或者其他函数关系，可以用于计算装置中的坐标变换和三角运算，还可以在控制系统中作为角度数据传输和移相器使用。

　　感应同步器是一种高精度的位置或角度检测元件，有圆盘式和直线式两种。圆盘式感应同步器用来测量转角位置；而直线式感应同步器用来测量线位移。

　　速度信号电机

　　最有代表性的速度信号电机是测速发电机，其实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件，其输出电压与转速成正比。从工作原理上讲，它属于“发电机”的范畴。测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。

　　测速发电机有直流和交流之分；而直流测速发电机又有他励和永磁之分，其结构和工作原理与小功率直流发电机相同，通常输出功率较小，作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于一个上限。而交流测速发电机又有同步和异步之分；同步测速发电机包括：永磁式、感应式和脉冲式；异步测速发电机应用最广泛的是杯型转子异步测速发电机。

　　为了提高测速发电机的精确度和可靠性，目前，直流测速发电机出现了无刷结构的霍尔效应直流测速发电机。因为这种霍尔效应无刷直流测速发电机是一种无齿槽、无绕组的电机，所以它不会产生由于齿槽而存在的“齿槽谐波电势”，这种电机结构简单，便于小型化。

　　总结

　　一般地，在一个完整的自动控制系统中，信号电机、功率电机和控制电机都会有自己的用武之地。通常控制电机是很“精确”的电机，在控制系统中充当“核心执行装置”；而功率电机是比较“强壮”的大功率电机，常用来拖动现场的机器设备；信号电机则在控制系统中担任“通讯员”的角色，本质上就是“电机传感器”。

　　当然，并不是所有的自动控制系统中都具备这三种电机，在一般的自动化领域，例如运动控制和过程控制，尤其是在运动控制中，控制电机是必不可少的“核心器件”，所以控制电机在自动化领域中的地位是举足轻重的，这也是人们对控制电机研究最多的原因之一。

　　实际上，随着电机制造技术的不断发展和相互融合，各种旋转电机的性能都逐渐“交叉化”和“特殊化”。对各种旋转电机进行极其详细地分类是不可能的，因为许多新型旋转电机都是许多电机工作原理和许多电机制造技术高度统一的有机体。因此，对于电机种类划分的了解，只要能根据行业实际应用挑选合适的驱动方式和输出性能特性的电机即可。