這里我們主要討論旋轉電機，旋轉電機的種類(lèi)很多，在現代工業(yè)領(lǐng)域中應用極其廣泛，可以說(shuō)，有電能應用的場(chǎng)合都會(huì )有旋轉電機的身影。與內燃機和蒸汽機相比，旋轉電機的運行效率要高的多；并且電能比其它能源傳輸更方便、費用更廉價(jià)，此外電能還具有清潔無(wú)污、容易控制等特點(diǎn)，所以在實(shí)際生活中和工程實(shí)踐中，旋轉電機的應用日益廣泛。
不同的電機有不同的應用場(chǎng)合，隨著(zhù)電機制造技術(shù)的不斷發(fā)展和對電機工作原理研究的不斷深入，目前還出現了許多新型的電機，例如，美國EAD公司研制的無(wú)槽無(wú)刷直流電動(dòng)機，日本SERVO公司研制的小功率混合式步進(jìn)電機，我國自行研制適用于工業(yè)機床和電動(dòng)自行車(chē)上的大力矩低轉速電機等。
1 旋轉電機分類(lèi)
在旋轉電機中，由于發(fā)電機是電能的生產(chǎn)機器，所以和電動(dòng)機相比，它的種類(lèi)要少的多；而電動(dòng)機是工業(yè)中的應用機器，所以和發(fā)電機相比，人們對電動(dòng)機的研究要多的多，對其分類(lèi)也要詳細的多。實(shí)際上，我們通常所說(shuō)的旋轉電機都是狹義的，也就是電動(dòng)機——俗稱(chēng)“馬達”。眾所周知，電動(dòng)機是傳動(dòng)以及控制系統中的重要組成部分，隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)機在實(shí)際應用中的重點(diǎn)已經(jīng)開(kāi)始從過(guò)去簡(jiǎn)單的傳動(dòng)向復雜的控制轉移；尤其是對電動(dòng)機的速度、位置、轉矩的精確控制。
由此可見(jiàn)，對于一個(gè)電氣工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，熟悉各種電機的類(lèi)型及其性能是很重要的一件事情。通常人們根據旋轉電機的用途進(jìn)行基本分類(lèi)。下面我們就從控制電動(dòng)機開(kāi)始，逐步介紹電機中最有代表性、最常用、最基本的電動(dòng)機——控制電動(dòng)機和功率電動(dòng)機以及信號電機。
2 控制電動(dòng)機
2.1 伺服電動(dòng)機
伺服電動(dòng)機廣泛應用于各種控制系統中，能將輸入的電壓信號轉換為電機軸上的機械輸出量，拖動(dòng)被控制元件，從而達到控制目的。
伺服電動(dòng)機有直流和交流之分；最早的伺服電動(dòng)機是一般的直流電動(dòng)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(dòng)機。目前的直流伺服電動(dòng)機從結構上講,就是小功率的直流電動(dòng)機,其勵磁多采用電樞控制和磁場(chǎng)控制,但通常采用電樞控制。
旋轉電機的分類(lèi)，直流伺服電動(dòng)機在機械特性上能夠很好的滿(mǎn)足控制系統的要求，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，干擾驅動(dòng)器工作，不能應用在有可燃氣體的場(chǎng)合；電刷和換向器存在摩擦，會(huì )產(chǎn)生較大的死區；結構復雜，維護比較困難。
交流伺服電動(dòng)機本質(zhì)上是一種兩相異步電動(dòng)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(dòng)機要求電動(dòng)機的轉速要受所加電壓信號的控制；轉速能夠隨著(zhù)所加電壓信號的變化而連續變化；電動(dòng)機的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電動(dòng)機主要應用在各種運動(dòng)控制系統中，尤其是隨動(dòng)系統。
2.2 步進(jìn)電動(dòng)機
所謂步進(jìn)電動(dòng)機就是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構；更通俗一點(diǎn)講：當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度。我們可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數來(lái)控制電機的角位移量，從而達到精確定位的目的；同時(shí)還可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電動(dòng)機轉動(dòng)的速度和加速度，從而達到調速的目的。目前，比較常用的步進(jìn)電動(dòng)機包括反應式步進(jìn)電動(dòng)機（VR）、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機（PM）、混合式步進(jìn)電動(dòng)機（HB）和單相式步進(jìn)電動(dòng)機等。
步進(jìn)電動(dòng)機和普通電動(dòng)機的區別主要就在于其脈沖驅動(dòng)的形式，正是這個(gè)特點(diǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機可以和現代的數字控制技術(shù)相結合。但步進(jìn)電動(dòng)機在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統閉環(huán)控制的直流伺服電動(dòng)機；所以主要應用在精度要求不是特別高的場(chǎng)合。由于步進(jìn)電動(dòng)機具有結構簡(jiǎn)單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)，所以步進(jìn)電動(dòng)機廣泛應用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域；尤其是在數控機床制造領(lǐng)域，由于步進(jìn)電動(dòng)機不需要A/D轉換，能夠直接將數字脈沖信號轉化成為角位移，所以一直被認為是最理想的數控機床執行元件。
除了在數控機床上的應用，步進(jìn)電機也可以用在其他的機械上，比如作為自動(dòng)送料機中的馬達，作為通用的軟盤(pán)驅動(dòng)器的馬達，也可以應用在打印機和繪圖儀中。
此外，步進(jìn)電動(dòng)機也存在許多缺陷；由于步進(jìn)電機存在空載啟動(dòng)頻率，所以步進(jìn)電機可以低速正常運轉，但若高于一定速度時(shí)就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有尖銳的嘯叫聲；不同廠(chǎng)家的細分驅動(dòng)器精度可能差別很大，細分數越大精度越難控制；并且，步進(jìn)電機低速轉動(dòng)時(shí)有較大的振動(dòng)和噪聲。
2.3 力矩電動(dòng)機
所謂的力矩電動(dòng)機是一種扁平型多極永磁直流電動(dòng)機。其電樞有較多的槽數、換向片數和串聯(lián)導體數，以降低轉矩脈動(dòng)和轉速脈動(dòng)。力矩電動(dòng)機有直流力矩電動(dòng)機和交流力矩電動(dòng)機兩種。
其中，直流力矩電動(dòng)機的自感電抗很小，所以響應性很好；其輸出力矩與輸入電流成正比，與轉子的速度和位置無(wú)關(guān)；它可以在接近堵轉狀態(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)生的系統誤差。
交流力矩電動(dòng)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(dòng)機，它具有低轉速和大力矩的特點(diǎn)。一般地，在紡織工業(yè)中經(jīng)常使用交流力矩電動(dòng)機，其工作原理和結構和單相異步電動(dòng)機的相同，但是由于鼠籠型轉子的電阻較大，所以其機械特性較軟。
2.4 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機是一種新型調速電動(dòng)機，結構極其簡(jiǎn)單且堅固，成本低，調速性能優(yōu)異，是傳統控制電動(dòng)機強有力競爭者，具有強大的市場(chǎng)潛力。
2.5 無(wú)刷直流電動(dòng)機
無(wú)刷直流電機（BLDCM）是在有刷直流電動(dòng)機的基礎上發(fā)展來(lái)的，但它的驅動(dòng)電流是不折不扣的交流；無(wú)刷直流電機又可以分為無(wú)刷速率電機和無(wú)刷力矩電機。一般地，無(wú)刷電機的驅動(dòng)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(shí)候把前一種叫直流無(wú)刷電機，后一種叫交流伺服電機，確切地講是交流伺服電動(dòng)機的一種。
無(wú)刷直流電機為了減少轉動(dòng)慣量，通常采用“細長(cháng)”的結構。無(wú)刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多，相應的轉動(dòng)慣量可以減少4成—5成左右。由于永磁材料的加工問(wèn)題，致使無(wú)刷直流電機一般的容量都在100kW以下。
這種電動(dòng)機的機械特性和調節特性的線(xiàn)性度好，調速范圍廣，壽命長(cháng)，維護方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問(wèn)題，所以這種電動(dòng)機在控制系統中有很大的應用潛力。
3 功率電動(dòng)機
3.1 直流電動(dòng)機
直流電動(dòng)機是出現最早的電動(dòng)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)。直流電動(dòng)機有較好的控制特性直流電動(dòng)機在結構、價(jià)格、維護方面都不如交流電動(dòng)機，但是由于交流電動(dòng)機的調速控制問(wèn)題一直未得到很好的解決方案，而直流電動(dòng)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)，所以目前直流電動(dòng)機的應用仍然很廣泛，尤其在可控硅直流電源出現以后。
3.2 異步電動(dòng)機
異步電動(dòng)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。異步電動(dòng)機一般為系列產(chǎn)品，品種規格繁多，其在所有的電動(dòng)機中應用最為廣泛，需量最大；目前，在電力傳動(dòng)中大約有9成的機械使用交流異步電動(dòng)機，所以，其用電量約占總電力負荷的一半以上。
異步電動(dòng)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。異步電動(dòng)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。
在異步電動(dòng)機中較為常見(jiàn)的是單相異步電動(dòng)機和三相異步電動(dòng)機，其中三相異步電動(dòng)機是異步電動(dòng)機的主體。而單相異步電動(dòng)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。
3.3 同步電動(dòng)機
所謂同步電動(dòng)機就是在交流電的驅動(dòng)下，轉子與定子的旋轉磁場(chǎng)同步運行的電動(dòng)機。同步電動(dòng)機的定子和異步電動(dòng)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動(dòng)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；隱極式同步電動(dòng)機制造工藝復雜，但機械強度高，適用于高速運行場(chǎng)合。
同步電動(dòng)機的工作特性與所有的電動(dòng)機一樣， 同步電動(dòng)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(dòng)機方式運行。
同步電動(dòng)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；其中三相同步電動(dòng)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。
4 信號電機
4.1 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、感應同步器和自整角機。
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)式異步電動(dòng)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。
自整角機是一種感應式機電元件，被廣泛地應用于隨動(dòng)系統中，作為角度傳輸、變換和指示的裝置。在控制系統中經(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(dòng)地保持相同的轉角變化，或者同步旋轉。
4.2 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(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。
5 結論
一般地，在一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統中，信號電機、功率電動(dòng)機和控制電動(dòng)機都會(huì )有自己的用武之地。通?？刂齐妱?dòng)機是很“精確”的電動(dòng)機，在控制系統中充當“核心執行裝置”；而功率電動(dòng)機是比較“強壯”的大功率電動(dòng)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，控制電動(dòng)機是必不可少的“核心器件”，所以控制電動(dòng)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動(dòng)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，對于非電機專(zhuān)業(yè)的一般電氣工程技術(shù)人員來(lái)講，能夠從整體結構上把握各種旋轉電機的特性和用途就可以了。
