電機(jī)的分類及應(yīng)用（二）

摘要：電機(jī)的種類劃分非常多，往往讓人難以具體區(qū)分。像交流電機(jī)就有異步電機(jī)和同步電機(jī)之分……讓我們繼續(xù)來給電機(jī)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(jī)的一大分類——控制電機(jī)，進(jìn)行了詳細(xì)的分類和介紹，接下來將繼續(xù)對電機(jī)行業(yè)余下的兩個大類“功率電機(jī)“和”信號電機(jī)“做”人口普查。

功率電機(jī)

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

直流電機(jī)

直流電機(jī)是出現(xiàn)最早的電機(jī)，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。直流電機(jī)有較好的控制特性直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)、價格、維護(hù)方面都不如交流電機(jī)，但是由于交流電機(jī)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(jī)具有調(diào)速性能好、起動容易、能夠載重起動等優(yōu)點(diǎn)，所以目前直流電機(jī)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(jī)

異步電機(jī)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(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的一種交流電機(jī)。異步電機(jī)一般為系列產(chǎn)品，品種規(guī)格繁多，其在所有的電機(jī)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(jī)械使用交流異步電機(jī)，所以，其用電量約占總電力負(fù)荷的一半以上。

異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。并且，異步電機(jī)有較高的運(yùn)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(yùn)行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的傳動要求。異步電機(jī)主要廣泛應(yīng)用于驅(qū)動機(jī)床、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、起重卷揚(yáng)設(shè)備、礦山機(jī)械、輕工機(jī)械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械等大多數(shù)工農(nóng)生產(chǎn)機(jī)械以及家用電器和醫(yī)療器械等。

在異步電機(jī)中較為常見的是單相異步電機(jī)和三相異步電機(jī)，其中三相異步電機(jī)是異步電機(jī)的主體。而單相異步電機(jī)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(jī)，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(jī)

所謂同步電機(jī)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(yùn)行的電機(jī)。同步電機(jī)的定子和異步電機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，但是機(jī)械強(qiáng)度較低，適用于低速運(yùn)行場合;隱極式同步電機(jī)制造工藝復(fù)雜，但機(jī)械強(qiáng)度高，適用于高速運(yùn)行場合。

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

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

信號電機(jī)

信號電機(jī)是一類特殊的電機(jī)，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(jī)和速度信號電機(jī)。

位置信號電機(jī)

目前，最有代表性的位置信號電機(jī)：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(jī)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(dāng)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(jì)算裝置中的坐標(biāo)變換和三角運(yùn)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(jī)

最有代表性的速度信號電機(jī)是測速發(fā)電機(jī)，其實(shí)質(zhì)上是一種將轉(zhuǎn)速變換為電信號的機(jī)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(jī)”的范疇。測速發(fā)電機(jī)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(jī)有直流和交流之分;而直流測速發(fā)電機(jī)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(jī)相同，通常輸出功率較小，作為計(jì)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(jī)又有同步和異步之分;同步測速發(fā)電機(jī)包括：永磁式、感應(yīng)式和脈沖式;異步測速發(fā)電機(jī)應(yīng)用最廣泛的是杯型轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)。

為了提高測速發(fā)電機(jī)的精確度和可靠性，目前，直流測速發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)的霍爾效應(yīng)直流測速發(fā)電機(jī)。因?yàn)檫@種霍爾效應(yīng)無刷直流測速發(fā)電機(jī)是一種無齒槽、無繞組的電機(jī)，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(jī)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(jī)、功率電機(jī)和控制電機(jī)都會有自己的用武之地。通常控制電機(jī)是很“精確”的電機(jī)，在控制系統(tǒng)中充當(dāng)“核心執(zhí)行裝置”;而功率電機(jī)是比較“強(qiáng)壯”的大功率電機(jī)，常用來拖動現(xiàn)場的機(jī)器設(shè)備;信號電機(jī)則在控制系統(tǒng)中擔(dān)任“通訊員”的角色，本質(zhì)上就是“電機(jī)傳感器”。

當(dāng)然，并不是所有的自動控制系統(tǒng)中都具備這三種電機(jī)，在一般的自動化領(lǐng)域，例如運(yùn)動控制和過程控制，尤其是在運(yùn)動控制中，控制電機(jī)是必不可少的“核心器件”，所以控制電機(jī)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(jī)研究最多的原因之一。

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