電機的分類(lèi)及應用（二）

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

　　前文再續，書(shū)接上一回。上次我們對旋轉電機的一大分類(lèi)——控制電機，進(jìn)行了詳細的分類(lèi)和介紹，接下來(lái)將繼續對電機行業(yè)余下的兩個(gè)大類(lèi)“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，就是作為系統中機械能的“動(dòng)力源”，為后續的機械執行機構提供機械功率。根據驅動(dòng)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

　　直流電機是出現最早的電機，大約在19世紀末，其大致可分為有換向器和無(wú)換向器兩大類(lèi)。直流電機有較好的控制特性直流電機在結構、價(jià)格、維護方面都不如交流電機，但是由于交流電機的調速控制問(wèn)題一直未得到很好的解決方案，而直流電機具有調速性能好、起動(dòng)容易、能夠載重起動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，所以目前直流電機的應用仍然很廣泛，尤其在可控硅直流電源出現以后。

　　異步電機

　　異步電機是基于氣隙旋轉磁場(chǎng)與轉子繞組感應電流相互作用產(chǎn)生電磁轉矩而實(shí)現能量轉換的一種交流電機。異步電機一般為系列產(chǎn)品，品種規格繁多，其在所有的電機中應用最為廣泛，需量最大;目前，在電力傳動(dòng)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。

　　異步電機具有結構簡(jiǎn)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(diǎn)。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(mǎn)載范圍內接近恒速運行，能滿(mǎn)足大多數工農業(yè)生產(chǎn)機械的傳動(dòng)要求。異步電機主要廣泛應用于驅動(dòng)機床、水泵、鼓風(fēng)機、壓縮機、起重卷?yè)P設備、礦山機械、輕工機械、農副產(chǎn)品加工機械等大多數工農生產(chǎn)機械以及家用電器和醫療器械等。

　　在異步電機中較為常見(jiàn)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，在家用電器中應用比較多，例如電扇、電冰箱、空調、吸塵器等。

　　同步電機

　　所謂同步電機就是在交流電的驅動(dòng)下，轉子與定子的旋轉磁場(chǎng)同步運行的電機。同步電機的定子和異步電機的完全一樣;但其轉子有“凸極式”和“隱極式”兩種。凸極式轉子的同步電機結構簡(jiǎn)單、制造方便，但是機械強度較低，適用于低速運行場(chǎng)合;隱極式同步電機制造工藝復雜，但機械強度高，適用于高速運行場(chǎng)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(fēng)機、水泵、球磨機、壓縮機、軋鋼機以及小型、微型儀器設備或者充當控制元件;其中三相同步電機是其主體。此外，還可以當調相機使用，向電網(wǎng)輸送電感性或者電容性無(wú)功功率。

　　信號電機

　　信號電機是一類(lèi)特殊的電機，它既不是作為控制執行器，也不是作為功率輸出源，而是作為一類(lèi)傳感器來(lái)應用的。根據關(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：旋轉變壓器和感應同步器。

　　旋轉變壓器本質(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。其結構和繞線(xiàn)式異步電機相同，定子和轉子各有兩組相互垂直的分布繞組，轉子繞組利用滑環(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子的轉角成正弦、余弦、線(xiàn)性或者其他函數關(guān)系，可以用于計算裝置中的坐標變換和三角運算，還可以在控制系統中作為角度數據傳輸和移相器使用。

　　感應同步器是一種高精度的位置或角度檢測元件，有圓盤(pán)式和直線(xiàn)式兩種。圓盤(pán)式感應同步器用來(lái)測量轉角位置;而直線(xiàn)式感應同步器用來(lái)測量線(xiàn)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(shí)質(zhì)上是一種將轉速變換為電信號的機電磁元件，其輸出電壓與轉速成正比。從工作原理上講，它屬于“發(fā)電機”的范疇。測速發(fā)電機在控制系統中主要作為阻尼元件、微分元件、積分元件和測速元件來(lái)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，其結構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(shí)要求其輸出電壓的線(xiàn)性誤差和溫度誤差低于一個(gè)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、感應式和脈沖式;異步測速發(fā)電機應用最廣泛的是杯型轉子異步測速發(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)電機出現了無(wú)刷結構的霍爾效應直流測速發(fā)電機。因為這種霍爾效應無(wú)刷直流測速發(fā)電機是一種無(wú)齒槽、無(wú)繞組的電機，所以它不會(huì )產(chǎn)生由于齒槽而存在的“齒槽諧波電勢”，這種電機結構簡(jiǎn)單，便于小型化。

　　總結

　　一般地，在一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統中，信號電機、功率電機和控制電機都會(huì )有自己的用武之地。通?？刂齐姍C是很“精確”的電機，在控制系統中充當“核心執行裝置”;而功率電機是比較“強壯”的大功率電機，常用來(lái)拖動(dòng)現場(chǎng)的機器設備;信號電機則在控制系統中擔任“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(dòng)控制系統中都具備這三種電機，在一般的自動(dòng)化領(lǐng)域，例如運動(dòng)控制和過(guò)程控制，尤其是在運動(dòng)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(dòng)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(shí)際上，隨著(zhù)電機制造技術(shù)的不斷發(fā)展和相互融合，各種旋轉電機的性能都逐漸“交叉化”和“特殊化”。對各種旋轉電機進(jìn)行極其詳細地分類(lèi)是不可能的，因為許多新型旋轉電機都是許多電機工作原理和許多電機制造技術(shù)高度統一的有機體。因此，對于電機種類(lèi)劃分的了解，只要能根據行業(yè)實(shí)際應用挑選合適的驅動(dòng)方式和輸出性能特性的電機即可。