2.1 電動(dòng)機(jī)的分類與應(yīng)用

2.1.1 電動(dòng)機(jī)的分類

電動(dòng)機(jī)（Electric Machinery，Motor）是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。可從電動(dòng)機(jī)的用途、電源種類、運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)等多個(gè)角度對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分類。

1.按照電動(dòng)機(jī)的用途分類

按照電動(dòng)機(jī)的用途不同，可將電動(dòng)機(jī)分成驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)兩大類（圖2-1），每一類又都可以進(jìn)行細(xì)分。

圖2-1 按照電動(dòng)機(jī)的用途分類

驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械、完成生產(chǎn)任務(wù)。對(duì)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械、機(jī)電設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，多采用三相異步電動(dòng)機(jī)（圖2-2），直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較少。直流電動(dòng)機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)對(duì)調(diào)速性能要求較高的設(shè)備（如可逆式軋鋼機(jī)、高檔電梯等）。對(duì)于洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器、電風(fēng)扇等家用電器，則多采用單相電動(dòng)機(jī)（圖2-3）作為動(dòng)力裝置。

控制用電動(dòng)機(jī)主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)控制，可粗略地分為伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩大類。伺服電動(dòng)機(jī)（Servo Motor，圖2-4）廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械輸出量，驅(qū)動(dòng)被控制元件，從而達(dá)到控制目的。一般來說，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號(hào)的控制，且能夠隨著所加電壓信號(hào)的變化而連續(xù)變化；同時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能通過控制器輸出的電流進(jìn)行控制。伺服電動(dòng)機(jī)響應(yīng)性好，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可控，位置精度非常準(zhǔn)確，主要應(yīng)用在各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（尤其是隨動(dòng)系統(tǒng)）中。

圖2-2 三相異步電動(dòng)機(jī)（皖南YE4系列電動(dòng)機(jī)）

圖2-3 驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)的單相電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（Stepping Motor，圖2-5）是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的電動(dòng)機(jī)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（這個(gè)固定的角度稱為一步）。基于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的這種特性，可以通過控制脈沖的個(gè)數(shù)來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的。同時(shí)，還可以通過控制脈沖頻率來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

目前，伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在高精度加工機(jī)床（如數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心等）上應(yīng)用極為廣泛。

圖2-4 伺服電動(dòng)機(jī)

圖2-5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

2.從其他角度分類

按照使用的電源種類不同，電動(dòng)機(jī)可分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類；按照運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)不同，電動(dòng)機(jī)可分為同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)兩大類。

同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速是否一致。如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同，則稱為同步電動(dòng)機(jī)（Synchronous Motor）；如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速不同，則稱為異步電動(dòng)機(jī)（Asynchronous Motor）。

同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在大功率、低轉(zhuǎn)速的應(yīng)用場(chǎng)合（如水泥回轉(zhuǎn)窯），應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來，永磁同步電動(dòng)機(jī)（圖2-6）在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用日漸增多。

異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)均方便，運(yùn)行可靠且成本較低，因此，在機(jī)電傳動(dòng)控制領(lǐng)域，異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用極為普遍。

圖2-6 永磁同步電動(dòng)機(jī)（用于新能源汽車）

應(yīng)該指出，上述分類方法，是在宏觀上，從不同角度對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行的粗略的類別劃分。對(duì)于一臺(tái)具體的電動(dòng)機(jī)，可能同時(shí)隸屬于多個(gè)類別。例如，在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的、用于驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作的電動(dòng)機(jī)（圖2-2），就屬于驅(qū)動(dòng)用三相交流籠型異步電動(dòng)機(jī)。

2.1.2 電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用非常廣泛。在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械和執(zhí)行控制任務(wù)。

1.驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械

異步電動(dòng)機(jī)是各類電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種。在我國(guó)，異步電動(dòng)機(jī)的用電量約占總負(fù)荷的60%。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，三相異步電動(dòng)機(jī)作為生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)（原動(dòng)機(jī)），應(yīng)用極為普遍。因此，本章主要介紹三相異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)僅做簡(jiǎn)要介紹。

2.執(zhí)行控制任務(wù)

在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)高效和精益生產(chǎn)，大量采用電動(dòng)機(jī)執(zhí)行控制任務(wù)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為測(cè)量和比較元件、放大元件、執(zhí)行和計(jì)算元件的電動(dòng)機(jī)統(tǒng)稱為控制用電動(dòng)機(jī)。

在性能的要求上，對(duì)于驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)，著重于起動(dòng)過程中和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的性能指標(biāo)；而對(duì)于控制用電動(dòng)機(jī)，則著重于輸出量的大小、輸出特性的精確度和靈敏度、工作的穩(wěn)定性及輸出特性的線性度等方面。

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