電動機（英文：Electricmachinery，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，在電路中用字母M（舊標準用D）表示。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。

1  電動機的使用

工業、農業、交通等領域的控制電動機主要有伺服電動機、步進電動機、力矩電動機、開關磁阻電動機和無刷直流電動機等。

各種電動機中應用最廣的是交流異步電動機（又稱感應電動機）。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結構牢固，但功率因數較低，調速也較困難。大容量低轉速的動力機常用同步電動機，因為同步電動機不但功率因數高，而且其轉速與負載大小無關，只決定于電網頻率，工作較穩定。在要求寬范圍調速的場合多用直流電動機，但它有換向器，結構復雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環境。

20世紀70年代以后，隨著電力電子技術的發展，交流電動機的調速技術漸趨成熟，設備價格日益降低，已開始得到應用。電動機在規定工作制式（連續式、短時運行制、斷續周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規定。

電動機運行時需注意使其負載的特性與電機的特性相匹配，避免出現飛車或停轉。電動機的調速方法很多，能適應不同生產機械速度變化的要求。一般電動機調速時其輸出功率會隨轉速而變化。從能量消耗的角度看，調速大致可分兩種：一是保持輸入功率不變，通過改變調速裝置的能量消耗，調節輸出功率以調節電動機的轉速；二是控制電動機輸入功率以調節電動機的轉速。

2  電動機的發展

就目前電動機的發展情況來看，節能是發展目的，控制智能化是發展趨勢，無刷直流電機是發展熱點。

節能是發展之重

伴隨全球能源危機的日益凸顯，各國政府和企業都在努力尋求能源可持續發展的途徑，開源節流是目前通用的方法。在當前我國也面臨能源制約方面的諸多問題，平衡好能源與經濟發展的關系顯得尤為迫切。

從節約能源、保護環境出發，高效率電動機是目前國際發展趨勢，歐洲根據電動機的運行時間，制定的CEMEP標準將效率分為eff1（最高）、eff2、eff3（最低）三個等級，于2003-2006年間分步實施。IEC60034-30標準將電機效率分為IE1（對應eff2）、IE2（對應eff1）、IE3、IE4（最高）四個等級。我國承諾從2011年7月1日起執行IE2及以上標準。國際要求和國內能源短缺形勢都需要將電機的節能發展作為首要任務。

控制智能化是趨勢

隨著通信技術的發展，智能控制也成為電機領域的熱門話題，我們生活中使用的全自動洗衣機、自動窗簾等這些都傳遞了智能的信號，電機控制也趨向簡單化和智能化，PLC、FPGA、DSP這些技術也越來越多的融合到了電機產業鏈中。

智能化電機控制的功能要比傳統電機控制功能多得多，智能化電機實現了低碳運行，并且故障概率和停機時間也大大降低了，它成為電機控制發展的必然趨勢。例如，可以采用智能功率模塊，利用微控制器或DSP與電機之間形成功率接口，能夠減小電機體積并簡化設計。

這種模塊較之于以前的分立式解決方案的優勢在于寄生電感更小、可靠性更高，因為模塊內的所有功率器件都采用了同批次芯片，具有一致的測試性能。這種智能功率模塊可與微控制器低電壓TTL或CMOS輸出直接接口，并帶有保護電路。

模塊內置有監視結溫的熱敏電阻器、防止上下橋臂直通的邏輯保護電路、死區時間控制，以及用于最大限度減少EMI等的驅動波形整形電路。在模塊中，每個驅動IC均可進行優化，使其以最小的EMI和驅動損耗來完成功率器件的開關動作。對節能來說是一個很大的促進作用。

無刷直流電機是熱點

電機經過多年的發展應用，目前業內將目光聚焦到無刷直流電機身上，尤其成為當前微特電機的發展熱點。無刷直流電動機采用半導體開關器件來實現電子換向，用電子開關器件代替傳統的接觸式換向器和電刷，從而具有高可靠性、無換向火花、機械噪聲低等突出優點。

對電機系統進行節能改造，采用新工藝和新材料改善能耗，通過降低電磁能、熱能和機械能的損耗來提高電機的效率。目前在家用電器行業廣泛宣傳的直流變頻就是一個節能設計的典范。有專家稱，如果只把每年新增的電機及其拖動系統更換成高效節能電機，每年就可節電超過1000億千瓦時，這將超過三峽電站全年的發電總量，同時還可減少二氧化碳排放近億噸?！皞€體節約一小步，集體節約一大步”，推廣高效節能電機總體節能效果還是非常樂觀的。

雖然國家在積極推動，但是目前電機系統節能依然存在五大難題：技術標準等基礎性工作有待加強；高效通用和專用設備有待開發；電機系統合理匹配及運行效率有待提高；第三方節能服務隊伍建設有待加強；激勵政策及體制機制也有待完善。

3  各種電機詳解伺服電動機

伺服電動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，拖動被控制元件，從而達到控制目的.

伺服電動機有直流和交流之分；最早的伺服電動機是一般的直流電動機，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機。目前的直流伺服電動機從結構上講，就是小功率的直流電動機，其勵磁多采用電樞控制和磁場控制，但通常采用電樞控制。

旋轉電機的分類，直流伺服電動機在機械特性上能夠很好的滿足控制系統的要求，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生火花，干擾驅動器工作，不能應用在有可燃氣體的場合；電刷和換向器存在摩擦，會產生較大的死區；結構復雜，維護比較困難。

交流伺服電動機本質上是一種兩相異步電動機，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，伺服電動機要求電動機的轉速要受所加電壓信號的控制；轉速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續變化；電動機的反映要快、體積要小、控制功率要小。

步進電動機

所謂步進電動機就是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。更通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度。

我們可以通過控制脈沖的個數來控制電機的角位移量，從而達到精確定位的目的；同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電動機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

目前，比較常用的步進電動機包括反應式步進電動機（VR）、永磁式步進電動機（PM）、混合式步進電動機（HB）和單相式步進電動機等。

步進電動機和普通電動機的區別主要就在于其脈沖驅動的形式，正是這個特點，步進電動機可以和現代的數字控制技術相結合。但步進電動機在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統閉環控制的直流伺服電動機；所以主要應用在精度要求不是特別高的場合。

由于步進電動機具有結構簡單、可靠性高和成本低的特點，所以步進電動機廣泛應用在生產實踐的各個領域；尤其是在數控機床制造領域，由于步進電動機不需要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，步進電機也可以用在其他的機械上，比如作為自動送料機中的馬達，作為通用的軟盤驅動器的馬達，也可以應用在打印機和繪圖儀中。

此外，步進電動機也存在許多缺陷；由于步進電機存在空載啟動頻率，所以步進電機可以低速正常運轉，但若高于一定速度時就無法啟動，并伴有尖銳的嘯叫聲；不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大，細分數越大精度越難控制；并且，步進電機低速轉動時有較大的振動和噪聲。

力矩電動機

所謂的力矩電動機是一種扁平型多極永磁直流電動機。其電樞有較多的槽數、換向片數和串聯導體數，以降低轉矩脈動和轉速脈動。力矩電動機有直流力矩電動機和交流力矩電動機兩種。

其中，直流力矩電動機的自感電抗很小，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關；它可以在接近堵轉狀態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生很高的力矩對慣性比，并能消除由于使用減速齒輪而產生的系統誤差。

交流力矩電動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機，它具有低轉速和大力矩的特點。一般地，在紡織工業中經常使用交流力矩電動機，其工作原理和結構和單相異步電動機的相同，但是由于鼠籠型轉子的電阻較大，所以其機械特性較軟。

開關磁阻電動機

開關磁阻電動機是一種新型調速電動機，結構極其簡單且堅固，成本低，調速性能優異。

無刷直流電動機

無刷直流電機（BLDCM）是在有刷直流電動機的基礎上發展來的，但它的驅動電流是不折不扣的交流；無刷直流電機又可以分為無刷速率電機和無刷力矩電機。一般地，無刷電機的驅動電流有兩種，一種是梯形波（一般是“方波”），另一種是正弦波。

有時候把前一種叫直流無刷電機，后一種叫交流伺服電機，確切地講是交流伺服電動機的一種。無刷直流電機為了減少轉動慣量，通常采用“細長”的結構。無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多，相應的轉動慣量可以減少40%—50%左右。由于永磁材料的加工問題，致使無刷直流電機一般的容量都在100kW以下。

這種電動機的機械特性和調節特性的線性度好，調速范圍廣，壽命長，維護方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電動機在控制系統中有很大的應用潛力。

變頻電機變頻電機的構造原理

電動機的調速與控制，是工農業各類機械及辦公、民生電器設備的基礎技術之一。隨著電力電子技術、微電子技術的驚人發展，采用“專用變頻感應電動機+變頻器”的交流調速方式，正在以其卓越的性能和經濟性，在調速領域，引導了一場取代傳統調速方式的更新換代的變革。

它給各行各業帶來的福音在于：使機械自動化程度和生產效率大為提高、節約能源、提高產品合格率及產品質量、電源系統容量相應提高、設備小型化、增加舒適性，目前正以很快的速度取代傳統的機械調速和直流調速方案。

由于變頻電源的特殊性，以及系統對高速或低速運轉、轉速動態響應等需求，對作為動力主體的電動機，提出了苛刻的要求，給電動機帶來了在電磁、結構、絕緣各方面新的課題。

變頻電機的應用

變頻調速目前已經成為主流的調速方案，可廣泛應用于各行各業無級變速傳動。特別是隨著變頻器在工業控制領域內日益廣泛的應用，變頻電機的使用也日益廣泛起來，可以這樣說由于變頻電機在變頻控制方面較普通電機的優越性，凡是用到變頻器的地方我們都不難看到變頻電機的身影。

直線電機

用在各種運動控制系統中，尤其是隨動系統由于交流同步電機（簡稱同步電機）在可靠性與維護量、功率因數、電機尺寸與轉動慣量、控制精度、弱磁比等方面有其自身的優勢，對于大容量電機，世界各國已基本趨向于使用同步電機。比如工業應用上大功率空氣壓縮機、水泵、煤炭與有色金屬行業中的大功率提升機和鋼廠大容量軋鋼機等均采用同步電機驅動。

近幾年來，直線電機在機床進給伺服系統中的應用，已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。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，