電動機，轉子置于旋轉磁場中，在旋轉磁場的作用下，獲得一個轉動力矩，因而轉子轉動。異步電動機的功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，可為多種機械設備和家用電器提供動力。

電機（俗稱“馬達”）是指依據電磁感應定律實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置。它的主要作用是產生驅動轉矩，作為用電器或各種機械的動力源。

發電機的主要作用是利用電能轉化為機械能。

電動機主要包括一個用以產生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子和其它附件組成。在定子繞組旋轉磁場的作用下，其在電樞鼠籠式鋁框中有電流通過并受磁場的作用而使其轉動。

定子(靜止部分) 定子鐵心：電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組； 定子繞組：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產生旋轉磁場； 機座：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉子，并起防護、散熱等作用；

轉子(旋轉部分) 轉子鐵心：作為電機

磁路的一部分以及在鐵心槽內放置轉子繞組； 轉子繞組：切割定子旋轉磁場產生感應電動勢及電流，并形成電磁轉矩而使電動機旋轉；

【電動機原理動態圖】 永磁電機 ▼

直流電動機 ▼

量子磁電機 ▼

單相感應電動機 ▼

步進電機的工作原理 ▼

平衡電機 ▼

產生電流的原理 ▼

三相定子 ▼

電動小馬達 ▼

電機剖視 ▼

電動機 ▼

直流電動機▼

維修變頻電機與普通電機的區別

變頻電機的維修方法與普通電機基本是一樣的，但是由于變頻電源的特殊性，變頻電機的繞組絕緣比普通電機要求嚴格，應該采取以下改善絕緣狀況的措施：

一、選用耐電暈性能好的電磁線，以滿足電機耐高頻脈沖和局部放電的要求。

一般使用聚酯亞胺/聚酰胺酰亞胺復合層漆包線，耐電暈、抗電暈電磁線。

二、繞線、嵌線施工工藝。

變頻電機在繞線、嵌線、綁扎等加工工藝必須嚴加管理，特別是在繞線、嵌線過程中防止損傷導線，嵌線過程應保證槽絕緣、相絕緣、層間絕緣放置到位。相絕緣應采用容易被絕緣漆浸透的材料，線圈端部應加強綁扎、固定，確保端部成為一個整體。

在電機槽底、相間、層間及線圈首末匝等處加強絕緣，可提高電機耐電強度。

三、主絕緣須采用無氣隙絕緣。

變頻電機絕緣結構中的氣隙，是產生電暈的主要因素。為保證電機整體絕緣結構中不含空氣隙，根據國家標準GB/TZ1707一2008《變頻調速專用三相異步電動機絕緣規范》的規定，變頻調速專用三相異步電動機用的浸漬漆必須是不低于F級無溶劑漆，且揮發份小于10%，并采用VPI工藝。該工藝還以提高絕緣結構整體機械強度。

四、做好變頻器、電纜和電機之間的匹配工作，限制電機與電源之間電纜的長度。

由于電源線阻抗的不匹配，隨著變頻器到電機之間電纜長度增加，電機端的過電壓幅值隨之增加，這易于引起局部放電。為此，應根據具體的變頻電源特性和實際需要，盡可能縮短其聯結電纜的長度，以減小電機端的過電壓幅值和局部放電量，延長電機壽命。 變頻電機電源線一般使用專業電纜，也叫對稱導體變頻電纜，是3P+3N/E系列，即本來的3+1中的1分成3根。

步進電機

圖1.1為兩相步進電機的工作原理，它有兩個繞組。當一個繞組通電后，其定子磁極產生磁場，將轉子吸合到此磁極處。若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向順序按照A`A→B`B→`AA→`BB 四個狀態周而復始進行變化，電機可順時針轉動；通電時序為A`A→`BB→`AA→B`B時，電機就逆時針轉動。控制脈沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機轉動一步，即90度。4個脈沖，電機轉動一圈。脈沖頻率越搞，電機轉動越快。

步進電機的輸出力矩與電機的有效體積、線圈匝數，磁通量、電流成正比，因此，電機有效體積越大，線圈匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。

Fig.1兩相步進電機原理圖

Fig.2 步進電機機構結構圖

步進電機構造由轉子（轉子鐵芯、永磁體、轉軸、滾珠軸承），定子（繞組、定子鐵芯），前后端蓋等組成。最典型兩相混合式步進電機的定子有8個大齒，40個小齒，轉子有50個小齒；三相電機的定子有9個大齒，45個小齒，轉子有50個小齒。

步進電機的相數是指電機內部的線圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°等、五相的為0.36°/0.72°。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則‘相數’將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數，就可以改變步距角。

不管是兩相四相，四相五線，四相六線步進電機。內部構造都是如此。至于究竟是四線，五線，還是六線。就要看A和~A之間，B和B~之間有沒有公共端com抽線。如果a組和b組各自有一個com端，則該步進電機六線，如果a和b組的公共端連在一起，則是5線的。

所以，要弄清步進電機如何接線，只需把a組和b組分開。用萬用表打。

四線：由于四線沒有com公共抽線，所以，a和b組是絕對絕緣的，不連通的。所以，用萬用表測，不連通的是一組。

五線：由于五線中，a和b組的公共端是連接在一起的。用萬用表測，當發現有一根線和其他幾根線的電阻是相當的，那么，這根線就是公共com端。對于驅動五線步進電機，公共com端不連接也是可以驅動步進電機的。

六線：a和b組的公共抽線com端是不連通的。同樣，用萬用表測電阻，發現其中一根線和其他兩根線阻止是一樣的，那么這根線是com端，另2根線就屬于一組。對于驅動四相六線步進電機，兩根公共com端不接先也可以驅動該步進電機的。

步進電機相關概念:

相數：產生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數。常用m表示。

拍數：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀態用n表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.

步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用θ表示。θ=360度（轉子齒數J*運行拍數），以常規二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。

定位轉矩：電機在不通電狀態下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）

靜轉矩：電機在額定靜態電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。

步進電機驅動:驅動步進電機，無非是給電機a和b組先輪流給連續的脈沖，步進電機就可以驅動了。

失步：電機運轉時運轉的步數，不等于理論上的步數。

例如：二相步進電機跟五相步進電機的區別

步進電機主要是依相數來做分類，其中又以二相、五相步進電機為目前市場上所廣泛采用。大部分二相步進電機基本上每轉最大可細分為400等分，五相則可細分為1000等分，所以表現出來的特性以五相步進電機較佳、加減速時間較短、動態慣性較低。

二相和五相步進電機的差異比較：

	二相步進電機	五相步進電機
分辨率	1.8度/0.9度(200、400細分)	0.72度/0.36度(500、1000細分)，較二相步進電機高出2.5倍
振動性	100-200PPS之間為低速共振領域，振動較大	無顯著共振點 低振動
速度&轉矩特性	速度較低	高速、高轉矩

一、控制精度不同

兩相混合式步進電機步距角一般為3.6度、1.8度，而五相混合式步進電機步距角一般為0.72度、0.36度，也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09度；德國百格拉公司(BERGER LAHR)生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8度、0.9度、0.72度、0.36度、0.18度、0.09度、0.072度、0.036度，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。

交流伺服電機的控制精度由旋轉編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360度/10000 = 0.036度，對于帶17bit的編碼器的電機而言，驅動器每轉接收217= 131072 Pulse/Rev，其脈沖當量為360度/131072脈沖 =0.002746度/脈沖。

二、低頻特性不同

步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一半應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器或驅動器上采用細分技術等。

交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能(FFT)，可檢測出機械的共振點，便于系統調整。

三、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300~600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。

四、過載能力不同

步進電機一般不具過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。

五、運行性能不同

步進電機的控制為開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或者堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統則為閉環控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環和速度環，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。

六、速度響應性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200~400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需要幾毫秒，可應用于要求快速啟停的控制場合。

綜上所述，交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行機構。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。

閉回路步進伺服馬達特點

1.閉環系統

Ezi-SERVO是一項創新式的閉回路步進伺服馬達采用高分辨率的光學式編碼器作為回授，每25微秒的高速取樣時間追蹤位置，若有位置上的偏差可實時的修正補償位置偏差量，比如說突然負載的變動而產生瞬間的失步或位置誤差，這是傳統的步進馬達時常會發生的。本產品可克服以上缺失。

2. 不需補償

為了補償控制的效能在伺服系統里面需要不斷的調整PID GAIN以對應負載的變動，這個程序對工程師而言是非常的繁瑣同時也需要許多的使用經驗，Ezi-SERVO在閉回路步進伺服控制系統可完全的控制這個特性，可以讓工程師很簡單的就可以達到他們所需要的效能，尤其 Ezi-SERVO非常適合在低剛性的負載 ，如皮帶及PULLEY系統，在使用伺服系統時，它們有一個共通的問題，就是要一直做補償的動作。

3.不振動

跟傳統的伺服馬達做比較，它沒有一般伺服馬達一直要做追隨補償的動作， Ezi-SERVO是利用步進馬達的特性，當到達目標位置時，Ezi-SERVO 不會再做任何補償的動作，此特點特點多是應用在影像系統，因為影像系統停止時不能有抖動現像。

4.順暢且精確

Ezi-SERVO是一個高精密式的驅動系統，它使用一個高分辨率的編碼器，10000 pulse/revolution ，它不像一般的微步進驅動方式，它是使用高效能的 DSP做向量控制還有濾波控制產生一個非常平滑的運轉，可以控制到最微小的連波。

5.快速回應

如同一般常見的步進馬達，Ezi-SERVO有非常好的同步性，接受命令PULSE，非常快速的反應達到定位的動作，Ezi-SERVO的特性是使用在短距離快速定位的應用，尤其如果是用傳統的伺服馬達，它接受命令之后會有一個補償的延遲時間，所以它必須等待定位完了之后，才能執行下面一個動作，這個動作我們稱為"整定時間"。

6.高解析

位置指令可以被精密的切割。（最大10000 pulses/R）

7.高轉矩

跟一般的步進作比較，Ezi-SERVO在大部份的時間可保持較大的扭矩，可以確保在百分之百的負載之下沒有失步現象，然后也不需要去關注負載的偏差量。

8.高轉速

Ezi-SERVO在高速時也不會有失步現象，即使在百分之百的負載之下，它是時時去確認現在最佳的觸發角度，以達到最高扭力。

9.負載電流控制

由于驅動器的使用電流是依據它的負載做變動，所以它可以減少熱量的產生，改善效能。

伺服電機

伺服電機的三種控制模式：

?速度控制方式

?轉矩控制方式

?位置控制方式

就伺服驅動器的響應速度來看，轉矩模式運算量最小，驅動器對控制信號的響應最快；位置模式運算量最大，驅動器對控制信號的響應最慢。

對運動中的動態性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調整。那么如果控制器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動控制器），就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環從驅動器移到控制器上，減少驅動器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運動控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉矩方式控制，把速度環也從驅動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。

l轉矩控制方式

轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，具體表現為例如10V對應5Nm的話，當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉，外部負載等于2.5Nm時電機不轉，大于2.5Nm時電機反轉（通常在有重力負載情況下產生）。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。
應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

l位置控制方式

位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數來確定轉動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用于定位裝置。
應用領域如數控機床、印刷機械等等。

l速度控制方式

通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統的定位精度。

直線電機工作原理

直線電機是一種通過將封閉式磁場展開為開放式磁場，將電能直接轉化為直線運動的機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。

結構

直線電機的結構可以看作是將一臺旋轉電機沿徑向剖開[見Fig.3所示]，并將電機的圓周展開成直線而形成的。其中定子相當于直線電機的初級，轉子相當于直線電機的次級，當初級通入電流后，在初次級之間的氣隙中產生行波磁場，在行波磁場與次級永磁體的作用下產生驅動力，從而實現運動部件的直線運動。近幾年來，世界上一些發達國家開始將直線電機技術應用于數控機床直線運動驅動系統中，代替傳統的伺服電機+滾珠絲桿副驅動系統，取得了巨大的成功。

Fig.3 旋轉電機沿徑向剖開圖示

直線電機和傳統的旋轉電機+滾珠絲桿運動系統的比較

在機床進給系統中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環節，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為“零傳動”。正是由于這種“零傳動”方式，帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。

1.高速響應

由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件（如絲桿等），使整個閉環控制系統動態響應性能大打提高，反應異常靈敏快捷。

2.精度

直線驅動系統取消了由于絲桿等機械機構產生的傳動間隙和誤差，減小了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。

3.動剛度高

由于“直接驅動”，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象，同時也提高了其傳動剛度。

4.速度快、加減速過程短

由于直線電機最早用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅動中，要滿足其超高速切削的最大進給速度（要求達到60~100m/min或更高）當然是沒有問題的。也由于上述“零傳動”的高速響應性，使其加減速過程大大縮短。以實現啟動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準確停止下來。可獲得較高的加減速度，一般可達2～10g（g=9.8m/s2），而滾柱絲桿傳動的最大加速度一般只有0.1~0.5g。

5.行程長度不受限制

在導軌上通過串聯直線電機，就可以無限延長其行程長度。

6.運動安靜、噪音低

由于取消了傳動絲桿等部件的機械摩擦，且導軌又可以采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。

7.效率高

由于無中間傳動環節，消除了機械摩擦時的能量損耗，其傳動效率大大提高。

直線電機和傳統旋轉電機的比較見表1-1所示：

表1-1直線電機和傳統旋轉電機的比較

序號	比較內容	直線電機	旋轉電機+絲桿
1	最大推力	<14500牛頓(N)	<240000牛頓(N)
2	最大加速度	>100m/s2	<1g(g=9.8m/s2)
3	最大速度	5m/s	<1.5m/s
4	最大行程	<50m	<6m
5	剛度	高	低
6	運行	平穩	高速有噪音
7	反向間隙	無(直接驅動)	3～50um(中間有機械傳動部件)
8	壽命	長	短
9	精度	高	低
10	效率	高	低
11	成本	高	低
12	主要應用	響應快，速度和精度要求高的場合	普遍應用

審核編輯：湯梓紅