2.1 电动机的分类与应用

2.1.1 电动机的分类

电动机（Electric Machinery，Motor）是将电能转换成机械能的设备。可从电动机的用途、电源种类、运转特点等多个角度对电动机进行分类。

1.按照电动机的用途分类

按照电动机的用途不同，可将电动机分成驱动用电动机和控制用电动机两大类（图2-1），每一类又都可以进行细分。

图2-1 按照电动机的用途分类

驱动用电动机主要用于驱动各种生产机械、完成生产任务。对于工农业生产机械、机电设备的驱动，多采用三相异步电动机（图2-2），直流电动机应用较少。直流电动机主要用于驱动对调速性能要求较高的设备（如可逆式轧钢机、高档电梯等）。对于洗衣机、电冰箱、空调器、电风扇等家用电器，则多采用单相电动机（图2-3）作为动力装置。

控制用电动机主要用于实现对生产机械的运动控制，可粗略地分为伺服电动机和步进电动机两大类。伺服电动机（Servo Motor，图2-4）广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电动机轴上的机械输出量，驱动被控制元件，从而达到控制目的。一般来说，伺服电动机的转速要受所加电压信号的控制，且能够随着所加电压信号的变化而连续变化；同时，伺服电动机的输出转矩能通过控制器输出的电流进行控制。伺服电动机响应性好，运转速度可控，位置精度非常准确，主要应用在各种运动控制系统（尤其是随动系统）中。

图2-2 三相异步电动机（皖南YE4系列电动机）

图2-3 驱动洗衣机的单相电动机

步进电动机（Stepping Motor，图2-5）是一种将电脉冲转化为角位移的电动机。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度（这个固定的角度称为一步）。基于步进电动机的这种特性，可以通过控制脉冲的个数来控制步进电动机的角位移量，从而达到精确定位的目的。同时，还可以通过控制脉冲频率来控制步进电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

目前，伺服电动机和步进电动机在高精度加工机床（如数控机床、数控加工中心等）上应用极为广泛。

图2-4 伺服电动机

图2-5 步进电动机

2.从其他角度分类

按照使用的电源种类不同，电动机可分为交流电动机和直流电动机两大类；按照运转特点不同，电动机可分为同步电动机和异步电动机两大类。

同步电动机和异步电动机的区别在于其转子转速与定子旋转磁场的转速是否一致。如果电动机的转子转速与定子旋转磁场的转速相同，则称为同步电动机（Synchronous Motor）；如果电动机的转子转速与定子旋转磁场的转速不同，则称为异步电动机（Asynchronous Motor）。

同步电动机的功率因数可以调节，在大功率、低转速的应用场合（如水泥回转窑），应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，永磁同步电动机（图2-6）在新能源汽车领域的应用日渐增多。

异步电动机结构简单，制造、使用和维护均方便，运行可靠且成本较低，因此，在机电传动控制领域，异步电动机的应用极为普遍。

图2-6 永磁同步电动机（用于新能源汽车）

应该指出，上述分类方法，是在宏观上，从不同角度对电动机进行的粗略的类别划分。对于一台具体的电动机，可能同时隶属于多个类别。例如，在机电传动系统中广泛应用的、用于驱动生产机械工作的电动机（图2-2），就属于驱动用三相交流笼型异步电动机。

2.1.2 电动机的应用

电动机在工农业生产和日常生活中的应用非常广泛。在机电传动系统中，电动机主要用于驱动生产机械和执行控制任务。

1.驱动生产机械

异步电动机是各类电动机中应用最为广泛的一种。在我国，异步电动机的用电量约占总负荷的60%。在工业生产领域，三相异步电动机作为生产机械的驱动用电动机（原动机），应用极为普遍。因此，本章主要介绍三相异步电动机，对直流电动机仅做简要介绍。

2.执行控制任务

在机电传动系统中，为了实现高效和精益生产，大量采用电动机执行控制任务。在自动控制系统中作为测量和比较元件、放大元件、执行和计算元件的电动机统称为控制用电动机。

在性能的要求上，对于驱动用电动机，着重于起动过程中和运转状态下的性能指标；而对于控制用电动机，则着重于输出量的大小、输出特性的精确度和灵敏度、工作的稳定性及输出特性的线性度等方面。

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