● 控制電動機

1無刷直流電動機

無刷直流電機（BLDCM）是在有刷直流電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展來的,，但它的驅(qū)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(qū)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，確切地講是交流伺服電動機的一種,。

無刷直流電機為了減少轉(zhuǎn)動慣量,，通常采用“細長”的結(jié)構(gòu)。無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多,，相應(yīng)的轉(zhuǎn)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,。

這種電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好,，調(diào)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,，所以這種電動機在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。

2 步進電動機

所謂步進電動機就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu),；更通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。我們可以通過控制脈沖的個數(shù)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動機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的,。目前,，比較常用的步進電動機包括反應(yīng)式步進電動機（VR）、永磁式步進電動機（PM）,、混合式步進電動機（HB）和單相式步進電動機等,。

步進電動機和普通電動機的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點,，步進電動機可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合,。但步進電動機在控制精度、速度變化范圍,、低速性能方面都不如傳統(tǒng)閉環(huán)控制的直流伺服電動機,；所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場合。由于步進電動機具有結(jié)構(gòu)簡單,、可靠性高和成本低的特點,，所以步進電動機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域；尤其是在數(shù)控機床制造領(lǐng)域,，由于步進電動機不需要A/D轉(zhuǎn)換,，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認為是最理想的數(shù)控機床執(zhí)行元件,。

除了在數(shù)控機床上的應(yīng)用,，步進電機也可以用在其他的機械上，比如作為自動送料機中的馬達,，作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達,，也可以應(yīng)用在打印機和繪圖儀中。

此外,，步進電動機也存在許多缺陷,；由于步進電機存在空載啟動頻率，所以步進電機可以低速正常運轉(zhuǎn),，但若高于一定速度時就無法啟動,，并伴有尖銳的嘯叫聲；不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大，細分數(shù)越大精度越難控制,；并且,，步進電機低速轉(zhuǎn)動時有較大的振動和噪聲。

3伺服電動機

伺服電動機廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中,，能將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換為電機軸上的機械輸出量,，拖動被控制元件，從而達到控制目的,。

伺服電動機有直流和交流之分,；最早的伺服電動機是一般的直流電動機，在控制精度不高的情況下,，才采用一般的直流電機做伺服電動機,。目前的直流伺服電動機從結(jié)構(gòu)上講,就是小功率的直流電動機,其勵磁多采用電樞控制和磁場控制,但通常采用電樞控制。

旋轉(zhuǎn)電機的分類,，直流伺服電動機在機械特性上能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求,，但是由于換向器的存在，存在許多的不足：換向器與電刷之間易產(chǎn)生火花,，干擾驅(qū)動器工作,，不能應(yīng)用在有可燃氣體的場合；電刷和換向器存在摩擦,，會產(chǎn)生較大的死區(qū),；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護比較困難,。

交流伺服電動機本質(zhì)上是一種兩相異步電動機,，其控制方法主要有三種：幅值控制、相位控制和幅相控制,。

一般地,，伺服電動機要求電動機的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號的控制；轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續(xù)變化,；電動機的反映要快、體積要小,、控制功率要小,。伺服電動機主要應(yīng)用在各種運動控制系統(tǒng)中，尤其是隨動系統(tǒng),。

4力矩電動機

所謂的力矩電動機是一種扁平型多極永磁直流電動機,。其電樞有較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù),，以降低轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速脈動,。力矩電動機有直流力矩電動機和交流力矩電動機兩種。

其中，直流力矩電動機的自感電抗很小,，所以響應(yīng)性很好,；其輸出力矩與輸入電流成正比，與轉(zhuǎn)子的速度和位置無關(guān),；它可以在接近堵轉(zhuǎn)狀態(tài)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(chǎn)生很高的力矩對慣性比，并能消除由于使用減速齒輪而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差,。

交流力矩電動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動機，它具有低轉(zhuǎn)速和大力矩的特點,。一般地,，在紡織工業(yè)中經(jīng)常使用交流力矩電動機，其工作原理和結(jié)構(gòu)和單相異步電動機的相同,，但是由于鼠籠型轉(zhuǎn)子的電阻較大,，所以其機械特性較軟。

5開關(guān)磁阻電動機

開關(guān)磁阻電動機是一種新型調(diào)速電動機,，結(jié)構(gòu)極其簡單且堅固,，成本低，調(diào)速性能優(yōu)異,，是傳統(tǒng)控制電動機強有力競爭者,，具有強大的市場潛力。

● 功率電動機

1 直流電動機

直流電動機是出現(xiàn)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(jié)構(gòu),、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(diào)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(diào)速性能好,、起動容易、能夠載重起動等優(yōu)點,，所以目前直流電動機的應(yīng)用仍然很廣泛,，尤其在可控硅直流電源出現(xiàn)以后。

2 異步電動機

異步電動機是基于氣隙旋轉(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,。異步電動機一般為系列產(chǎn)品,，品種規(guī)格繁多，其在所有的電動機中應(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(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,。異步電動機主要廣泛應(yīng)用于驅(qū)動機床、水泵,、鼓風(fēng)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,。

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

3 同步電動機

所謂同步電動機就是在交流電的驅(qū)動下,，轉(zhuǎn)子與定子的旋轉(zhuǎn)磁場同步運行的電動機。同步電動機的定子和異步電動機的完全一樣,；但其轉(zhuǎn)子有“凸極式”和“隱極式”兩種,。凸極式轉(zhuǎn)子的同步電動機結(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,；隱極式同步電動機制造工藝復(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(fā)電機方式運行，也可以按電動機方式運行,。

同步電動機主要用于大型機械,，如鼓風(fēng)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(dāng)控制元件,；其中三相同步電動機是其主體。此外,，還可以當(dāng)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

1 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,、感應(yīng)同步器和自整角機。

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)和繞線式異步電動機相同,，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(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,。

自整角機是一種感應(yīng)式機電元件，被廣泛地應(yīng)用于隨動系統(tǒng)中,，作為角度傳輸,、變換和指示的裝置。在控制系統(tǒng)中經(jīng)常兩臺或者多臺聯(lián)合使用,，使機械上互不相連的兩根或多根軸能夠自動地保持相同的轉(zhuǎn)角變化,，或者同步旋轉(zhuǎn),。

2 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,。