电机种类和用途详解

无刷电机和有刷电机有什么区别？同步电机和异步电机有什么区别？伺服电机是否都是交流电机？伺服电机是否都是同步电机？步进电机属于直流电机还是交流电机？舵机是否属于伺服电机等等……

这些问题，很多老司机也不一定能完全解释的清楚。针对这些问题，大家可以参考下面这篇文章学习，会对电机的分类、用法、优缺点有更加清晰的理解。

电机主要分为动力电机和控制电机

电机中，最常见的也就是作为动力使用的异步交流电动机，直流电动机这两种，他们主要是把电能转化为动能使用，常被叫做动力电动机。

还有的动力作用为辅，转化控制信号为主，这样就可以满足生产中需要的各种精确控制，如果直接用普通电动机，控制精度没法保证，达不到生产所需要精度标准，纺织行业因为面料织造流程需要一些精确的控制，需要一些控制类电动机，在此我略总结一下所遇到过的各种控制电机。

*动力电机分为旋转电机和直线电机

**旋转电机

旋转电机是电机中最常见的一种类型，是通过转子的旋转来转换电能为机械能。根据转子的类型和电流的通路，

旋转电机又可以分为直流电动机和交流电动机：

***. 直流电动机

直流电动机是将直流电变成机械能的装置，应用十分广泛。它的优点是转速可以方便地控制，并且起动转矩大，但缺陷是容易发热和寿命短。直流电动机分为有刷电机，无刷电机

****有刷电机

读过中学物理的学霸学渣都知道，为了研究通电导体在磁场受力的那点事，我们把左手都练成了断掌，这也正是直流电机的原理。

有刷电机缺点：

1、机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁干扰、噪声大、寿命短。

2、可靠性差、故障多，需要经常维护。

3、由于换向器存在，限制了转子惯量，限制了最高转速，影响了动态性能。

既然它这么多缺点为什么还被普遍应用，因为它扭力高、结构简单容易维护（即换碳刷）、便宜。

有刷电机又称直流电机或碳刷电机，常说的直流电机就是指有刷直流电机，它采用机械换向，外部磁极不动内部线圈(电枢)动，换向器和转子线圈一起旋转，电刷和磁铁都不动，于是换向器和电刷摩擦摩擦，完成电流方向的切换。

****无刷电机

无刷电机在某些领域也称直流变频电机（BLDC），它采用电子换向（霍尔传感器），线圈(电枢)不动磁极动，此时永磁铁可以在线圈外部也可以在线圈内部，于是有了外转子无刷电机和内转子无刷电机之分。

无刷电机构造与永磁同步电机相同。

不过，单个的无刷电机不是一套完整的动力系统，无刷基本必须通过无刷控制器也就是电调的控制才能实现连续不断的运转。

真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器（也就是电调）。

一般地，无刷电机的驱动电流有两种，一种是方波，另一种是正弦波。

有时候把前一种叫直流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的一种。（视频传送门）

无刷电机的运转方式不同，有可以分为内转子无刷电机和外转子无刷电机。

内转子都是三相的 ，价格较贵。

外转子通常使用的是单相的，价格亲民，大批量生产已经接近碳刷电机，因此近年来得到广泛应用。

外转子三相的价格已经接近内转子的价格。

嗯，猜都能猜到，有刷电机的缺点就是无刷电机的有点。

它具有高效率、低能耗、低噪音、超长寿命、高可靠性、可伺服控制、无级变频调速（可达很高转速）等优点，它相对比有刷直流电机体积小的多，控制比异步交流电机简单，启动转矩大过载能力强，至于缺点嘛……就是比有刷的贵、不好维护。

***交流电动机

****三相交流电机——异步电机

交流电机分为同步电机和异步电机，同步电机多用于发电机，异步电机多用于电动机。

电机的外壳是定子，定子上有三相对称交流绕组，由于三相电顺序变化，形成一个旋转的合成磁场，磁场的旋转速度就是同步转速。

同步转速n=60f/p，f是频率，p是极对数，比如对于接入国家电网50Hz的2极电动机（即极对数为1对），那么转速n=60*50/1=3000r/min。

同理，4极，6极，8极电机同步转速为1500，1000,750 。

异步电机机构简单，转子为闭合线圈，比如鼠笼式。

转子线圈将切割旋转磁场，产生感应电动势，进而产生感应电流，最后产生旋转磁场，这样转子就变成了一个电磁铁，将跟随定子磁场旋转，所以转子的转速必然＜定子的旋转磁场，这样才能切割磁感线。

即转子的异步转速＜同步转速，转子与定子磁场存在转速差，所以称之为异步电机。

不同厂家生产的异步电机额定转速略有差异，2极电机约2800+r/min，4极，6极，8极异步约为1400+,950+,700+。

异步电机空载时转速高，有负载时转速下降。

异步电动机结构简单，维护方便，运行可靠价格便宜，得到广泛应用。

交流异步电动机通常被称为异步电动机，它是一类按照特定的电磁规律而工作的旋转电机，主要由转子、定子和端盖等部分组成。它的优点是使用方便，运行平稳，价格低廉，但缺点是转速难以控制。

****. 交流同步电动机

交流同步电动机是通过与交流电源同步工作而运转的电机。它的优点是转速高，转矩稳定，但缺点是不能启动，需要外部设备帮助。

三相交流电机——同步电机

同步电机：

如果让转子速度=定子磁场旋转速度，就成为了同步电机，此时就需要把定子变成一个电磁铁或永磁铁，即给定子通电，此时不需要再切割磁感线就能旋转，旋转速度与磁场旋转速度相同，即形成同步电机。

同步电机转子结构比异步电机复杂，价格高，在生产生活中应用不如异步电机广泛，主要用作发电机上，现在火电站，水电站、汽轮机、水轮机基本都是同步电机。

****单相交流异步电机——单相交流串励电机（有刷）

单相交流串励电动机，俗称串励电机或通用电机(UniversalMotor国外叫法，因交直流通用而得名)，电枢绕组和励磁绕组串联在一起工作。

单相串励电动机又叫做交直流两用串励电动机，它既可以使用交流电源工作，也可以使用直流电源工作。

单相串励电动机的优点是由于它转速高、起动力矩大、体积小、重量轻、不容易堵转、适用电压范围很广，可以用调压的方法来调速，简单且易于实现。

因而在电动工具中得到广泛的应用，如角磨机、手电钻等。

单相串励电机的结构同直流串励电机十分相似，主要的区别在于单相串励电机的定子铁心必须由硅钢片叠压而成，而直流的磁极既可以由叠压而成，又可以做成整体结构。

单相串励电机的调速，大多数采用调节电压的方法，就是改变电动势。

单相串励电机的电压调速方法采用的可控移相调压，利用可控硅的触发电压滞后于输入电压实现对输入电压的移相触发。

在实现方法上有硬件和软件方式。

采用调节电压方法，采用可控硅调速技术，具有线路简单，元件体积小等特点，是一种可控硅简单有效的方法。

****单向交流同步发电机

单向交流同步发电机主要由转子、定子、轴承、端盖等部分组成。转子通常由转轴和电磁铁组成，定子则包含定子铁芯和定子绕组。产品工作原理：单向交流同步发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。当转子在定子内旋转时，磁场在转子磁极和定子绕组间交互作用，产生交流电。交流电经由滑环和电刷输出，可以直接供给负载或者通过变压器升压后输入电网。产品优势：1. 高效、环保：单向交流同步发电机具有较高的效率和较低的排放，能够在满足能源需求的同时减轻对环境的影响。2. 稳定输出：同步发电机能够提供稳定的输出，对负载变化的适应性较强。3. 维护成本低：由于采用了先进的的设计和材料，同步发电机的维护成本较低，使用寿命较长。使用场景：单向交流同步发电机适用于各种需要提供稳定交流电力的场合，如风力发电、水力发电、太阳能发电等可再生能源领域，以及应急电源、船舶电源等特殊环境。

**、直线电机

直线电机是将直线运动转化为机械运动的一种电动装置。与旋转电机不同，它的转子和定子平行，并且沿着同一条轴线运动。根据不同的工作原理，直线电机又分为以下两类：

***. 拉力式直线电机

拉力式直线电机也称为推力式直线电机，是将电能转换为机械能的重要装置。它具有结构简单、动态性能好、寿命长等优点，广泛应用于数控机床、印刷设备、电子设备等制造行业。

***. 感应式直线电机

感应式直线电机是一种利用变磁通量感应出电动势，在定子中产生电流而产生电磁力推动运动的线性电机。其主要特点是能够进行无接触传动，具备高速度、高功率和良好的动态响应特性，被广泛应用于高速列车、电梯和卷扬机等领域。

*控制电动机的种类

**，伺服电动机，这比较常见，平时我们也叫执行电动机，这样称呼还是比较形象的，它配合伺服包一起使用，才能发挥它的强大功能，有交流伺服电机，也有直流伺服电机，它能将输入的电压信号精准的转化为需要的转动多少，驱动控制对象。

**，测速电机，不光是纺织行业需要根据生产原料和实际情况来改变设备转速，其他行业也类同，一方面提高生产效益，另一方面保证产品质量，这有时就用到测速电机，它常被用在自动控制系统中，用来测量设备的运转速度，为控制系统提供与设备转速大小成正比的信号电压，这类电动机很有迷惑性，它有着电机的外表，却不是作动力设备使用。

**，步进电动机，比如有时候设备需要移动一个纤维的距离，跟头发丝粗细不相上下，需要很高的精度，步进电机就很有优势，它可以将一个脉冲信号精准的转化为线位移和角位移。它的特点就是：一个电脉冲，就可以控制电动机转动一定的角度，带动机械移动一小段距离，控制脉冲的频率，可控制电动机的转速，改变脉冲的顺序，可以改变转动的方向。