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控制电机的分类及其应用

众所周知，电机是传动以及控制系统中的重要组成部分，随

着现代科学技术的发展，电机在实际应用中的重点已经开始

从过去简单的传动向复杂的控制转移；尤其是对电机的速度、

位置、转矩的准确控制。但电机根据不同的应用会有不同的

设计和驱动方式，咋看下好似选型非常复杂，因此为了人们

根据旋转电机的用途，开展了基本的分类。下面我们将逐步

介绍电机中最有代表性、最常用、最基本的电机——控制电

机和功率电机以及信号电机。

控制电机主要是应用在准确的转速、位置控制上，在控

制系统中作为“执行机构”。可分成伺服电机、步进电机、

力矩电机、开关磁阻电机、直流无刷电机等几类。

1.伺服电机

伺服电机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压

信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而

到达控制目的。一般地，伺服电机要求电机的转速要受所加

电压信号的控制；转速能够随着所加电压信号的变化而连续

变化；转矩能通过控制器输出的电流开展控制；电机的反映

要快、体积要小、控制功率要小。伺服电机主要应用在各种

运动控制系统中，尤其是随动系统。

伺服电机有直流和交流之分，最早的伺服电机是一般的

直流电机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电

机做伺服电机。当前随着永磁同步电机技术的飞速发展，绝

大部分的伺服电机是指交流永磁同步伺服电机或者直流无

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刷电机。

2.步进电机

所谓步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行

机构；更通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，

它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们

可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而到达

准确定位的目的；同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机

转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。目前，比较常

用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机

（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的

形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术

相结合。但步进电机在控制精度、速度变化范围、低速性能

方面都不如传统闭环控制的直流伺服电机；所以主要应用在

精度要求不是特别高的场合。由于步进电机具有构造简单、

可靠性高和成本低的特点，所以步进电机广泛应用在生产实

践的各个领域；尤其是在数控机床制造领域，由于步进电机

不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，

所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。

除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的

机械上，比方作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱

动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。

此外，步进电机也存在许多缺陷；由于步进电机存在空

载启动频率，所以步进电机可以低速正常运转，但若高于一

定速度时就无法启动，并伴有锋利的啸叫声；不同厂家的细

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分驱动器精度可能差异很大，细分数越大精度越难控制；并

且，步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。

3.力矩电机

所谓的力矩电机是一种扁平型多极永磁直流电机。其电

枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数，以降低转矩脉动

和转速脉动。力矩电机有直流力矩电机和交流力矩电机两种。

其中，直流力矩电机的自感电抗很小，所以响应性很好；

其输出力矩与输入电流成正比，与转子的速度和位置无关；

它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用

齿轮减速，所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比，

并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。

交流力矩电机又可以分为同步和异步两种，目前常用的

是鼠笼型异步力矩电机，它具有低转速和大力矩的特点。一

般地，在纺织工业中经常使用交流力矩电机，其工作原理和

构造和单相