電機的分類及應(yīng)用（二）

摘要：電機的種類劃分非常多，往往讓人難以具體區(qū)分。像交流電機就有異步電機和同步電機之分……讓我們繼續(xù)來給電機家族做人口普查吧!

前文再續(xù)，書接上一回。上次我們對旋轉(zhuǎn)電機的一大分類——控制電機，進行了詳細的分類和介紹，接下來將繼續(xù)對電機行業(yè)余下的兩個大類“功率電機“和”信號電機“做”人口普查。

功率電機

和控制電機不同，功率電機的用途很單純，就是作為系統(tǒng)中機械能的“動力源”，為后續(xù)的機械執(zhí)行機構(gòu)提供機械功率。根據(jù)驅(qū)動方式不同，主要分為直流電機、異步電機和同步電機。

直流電機

直流電機是出現(xiàn)最早的電機，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。直流電機有較好的控制特性直流電機在結(jié)構(gòu)、價格、維護方面都不如交流電機，但是由于交流電機的調(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。

異步電機

異步電機是基于氣隙旋轉(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。異步電機一般為系列產(chǎn)品，品種規(guī)格繁多，其在所有的電機中應(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機，所以，其用電量約占總電力負荷的一半以上。

異步電機具有結(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。異步電機主要廣泛應(yīng)用于驅(qū)動機床、水泵、鼓風機、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。

在異步電機中較為常見的是單相異步電機和三相異步電機，其中三相異步電機是異步電機的主體。而單相異步電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。

同步電機

所謂同步電機就是在交流電的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)子與定子的旋轉(zhuǎn)磁場同步運行的電機。同步電機的定子和異步電機的完全一樣;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。

同步電機的工作特性與所有的電機一樣， 同步電機也具有“可逆行”，即它能按發(fā)電機方式運行，也可以按電機方式運行。

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

信號電機

信號電機是一類特殊的電機，它既不是作為控制執(zhí)行器，也不是作為功率輸出源，而是作為一類傳感器來應(yīng)用的。根據(jù)關(guān)注信號對象的不同，分為位置信號電機和速度信號電機。

位置信號電機

目前，最有代表性的位置信號電機：旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器。

旋轉(zhuǎn)變壓器本質(zhì)上是可以隨意改變一次繞組和二次繞組耦合程度的變壓器。其結(jié)構(gòu)和繞線式異步電機相同，定子和轉(zhuǎn)子各有兩組相互垂直的分布繞組，轉(zhuǎn)子繞組利用滑環(huán)和電刷與外電路聯(lián)接。當一次繞組勵磁以后，二次繞組的輸出電壓和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角成正弦、余弦、線性或者其他函數(shù)關(guān)系，可以用于計算裝置中的坐標變換和三角運算，還可以在控制系統(tǒng)中作為角度數(shù)據(jù)傳輸和移相器使用。

感應(yīng)同步器是一種高精度的位置或角度檢測元件，有圓盤式和直線式兩種。圓盤式感應(yīng)同步器用來測量轉(zhuǎn)角位置;而直線式感應(yīng)同步器用來測量線位移。

速度信號電機

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。

測速發(fā)電機有直流和交流之分;而直流測速發(fā)電機又有他勵和永磁之分，其結(jié)構(gòu)和工作原理與小功率直流發(fā)電機相同，通常輸出功率較小，作為計算元件時要求其輸出電壓的線性誤差和溫度誤差低于一個上限。而交流測速發(fā)電機又有同步和異步之分;同步測速發(fā)電機包括：永磁式、感應(yīng)式和脈沖式;異步測速發(fā)電機應(yīng)用最廣泛的是杯型轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機。

為了提高測速發(fā)電機的精確度和可靠性，目前，直流測速發(fā)電機出現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)的霍爾效應(yīng)直流測速發(fā)電機。因為這種霍爾效應(yīng)無刷直流測速發(fā)電機是一種無齒槽、無繞組的電機，所以它不會產(chǎn)生由于齒槽而存在的“齒槽諧波電勢”，這種電機結(jié)構(gòu)簡單，便于小型化。

總結(jié)

一般地，在一個完整的自動控制系統(tǒng)中，信號電機、功率電機和控制電機都會有自己的用武之地。通?？刂齐姍C是很“精確”的電機，在控制系統(tǒng)中充當“核心執(zhí)行裝置”;而功率電機是比較“強壯”的大功率電機，常用來拖動現(xiàn)場的機器設(shè)備;信號電機則在控制系統(tǒng)中擔任“通訊員”的角色，本質(zhì)上就是“電機傳感器”。

當然，并不是所有的自動控制系統(tǒng)中都具備這三種電機，在一般的自動化領(lǐng)域，例如運動控制和過程控制，尤其是在運動控制中，控制電機是必不可少的“核心器件”，所以控制電機在自動化領(lǐng)域中的地位是舉足輕重的，這也是人們對控制電機研究最多的原因之一。

實際上，隨著電機制造技術(shù)的不斷發(fā)展和相互融合，各種旋轉(zhuǎn)電機的性能都逐漸“交叉化”和“特殊化”。對各種旋轉(zhuǎn)電機進行極其詳細地分類是不可能的，因為許多新型旋轉(zhuǎn)電機都是許多電機工作原理和許多電機制造技術(shù)高度統(tǒng)一的有機體。因此，對于電機種類劃分的了解，只要能根據(jù)行業(yè)實際應(yīng)用挑選合適的驅(qū)動方式和輸出性能特性的電機即可。