物聯網系統中為什么要使用電機

物聯網系統中使用電機可以提高設備的智能化水平，實現遠程控制、自動化控制、故障診斷、預測維護等功能，從而提高生產效率、降低維護成本、提高生活質量。

物聯網系統中的電機應用方案通常涉及到電機控制、監測和維護等方面。以下是一些常見的物聯網電機應用方案：

1、智能家居：在智能家居中，物聯網電機可以用于控制窗簾、窗戶、門鎖等設備的開關。通過物聯網技術，可以實現遠程控制、定時控制、場景控制等功能，提高家居的智能化水平。

2、工業自動化：在工業自動化中，物聯網電機可以用于控制生產線、物流輸送線等設備的運行。通過物聯網技術，可以實現設備的遠程監控、故障診斷、預測維護等功能，提高生產效率和降低維護成本。

3、智能交通：在智能交通中，物聯網電機可以用于控制信號燈、路燈、廣告牌等設備的開關。通過物聯網技術，可以實現設備的遠程控制、自適應控制等功能，提高交通的安全性和效率。

4、智能農業：在智能農業中，物聯網電機可以用于控制灌溉系統、通風系統、遮陽系統等設備的運行。通過物聯網技術，可以實現設備的遠程監控、自動化控制等功能，提高農業的生產效率和降低勞動成本。

電機的定義

電機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。

電機的分類

1.按工作電源種類劃分：

可分為直流電機和交流電機。兩者之間的區別如下：

結構

直流電機的基本結構包括電樞、永磁體、換向器、電刷等部件。其中，電樞和永磁體是直流電機的核心部件，電樞由導電材料繞成的線圈組成，永磁體則產生一個恒定的磁場。換向器和電刷則用于改變電樞的電流方向，使電機能夠正常工作。

交流電機的基本結構包括轉子、定子、電容器等部件。轉子是電機的旋轉部分，由鐵芯和線圈組成；定子則是電機的靜止部分，由鐵芯和線圈組成；電容器則用于改善電機的功率因數和啟動性能。

工作原理

直流電機的工作原理是基于洛倫茲力的作用，當電樞通電時，電流會在電樞和永磁體之間產生一個力矩，使電機開始旋轉。換向器和電刷則用于改變電樞的電流方向，使電機能夠連續地旋轉。

交流電機的工作原理是基于電磁感應的作用，當定子上的線圈受到交流電源的供電時，會產生一個旋轉磁場，使轉子開始旋轉。電容器則用于改善電機的功率因數和啟動性能。

應用場景

直流電機適用于需要控制轉速和轉向的場合，如電動車、機床、風扇等。由于直流電機的輸出功率較大，因此在一些需要大功率輸出的場合也會使用直流電機。

交流電機適用于需要大扭矩啟動和運行的場合，如電動工具、空調、洗衣機等。由于交流電機的輸出功率較小，因此在一些需要小功率輸出的場合也會使用交流電機。

優缺點

無刷電機：優點是高效、壽命長、噪音小、電磁干擾小、響應速度快；缺點是成本高、需要復雜的控制電路。

有刷電機：優點是制造成本低、控制電路簡單、產生大的電磁力；缺點是壽命短、噪音大、無法高效、平穩地運行。

2.按結構和工作原理可劃分：

可分為異步電動機、同步電動機。二者差別如下：

工作原理

同步電動機是一種在電網頻率下同步運轉的電機，其特點是轉速與電網頻率成正比例關系，且轉速恒定不變，與電源頻率和極數有關，同步電動機通過勵磁系統產生磁場與電源頻率同步旋轉的；異步電動機是一種在電網頻率下異步運轉的電機，其轉速不恒定，隨負載的變化而變化，受負載影響，一般略低于同步轉速。工作原理是通過定子產生旋轉磁場感應出轉子中的渦流。

功率因數

同步電動機的功率因數一般為1，而異步電動機的功率因數一般小于1，需要通過添加電容器等方式來提高功率因數。

應用場景

同步電動機適用于高精度、高穩定性、高效率的場合，如發電、輸電、水泵、風機等；而異步電動機適用于大功率、低速、大扭矩的場合，如壓縮機、起重機、機床等。

3.按起動與運行方式可劃分：

電容起動單相異步電動機、電容運轉單相異步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。

在這里重點介紹一下單相電容啟動異步電機和電容運轉異步電機。

單相電容啟動異步電機也稱為單相感應電動機，是一種簡單、常用的電機類型。相比于三相電機，單相電機的啟動和運轉過程更為復雜，并且輸出功率較小。因此，單相電機應用場景相對有限，一般用于家用電器、小型機械和小型空調等。單相電機啟動時，需要借助電容器來幫助產生相位差，從而使電機產生旋轉和運動。這時，電容啟動器起到了關鍵作用。電容啟動器的原理是采用兩個電容器，一個串聯于電源，另一個則是與電機并聯，來使電機產生相位差，從而達到啟動的目的。但是，單相電機的啟動過程比較不穩定，容易引起噪聲和振動。

電容運轉異步電機，也叫電容運轉電動機，是一種采用電容器來改變電動機起始電流和轉子轉速的電機。和單相電機相比，電容運轉異步電機在輸出功率上有所提升，可應用于較大功率的機械、水泵和風扇、通風設備等領域。電容運轉異步電機與單相電機相比，其啟動和運行都相對穩定。同時，由于電容運轉異步電機的啟動過程比較簡單，只需要反轉電容器的極性即可實現啟動，所以啟動器相對簡單，成本相對低廉。

單相電容啟動異步電機和電容運轉異步電機的區別：

3.1、工作原理不同：單相電容啟動異步電機需要電容啟動器來幫助啟動，而電容運轉異步電機不需要啟動器，只需要反轉電容器的極性即可。

3.2、應用場景不同：單相電機應用場景相對有限，一般用于家用電器、小型機械和小型空調等領域；而電容運轉異步電機能夠輸出較大功率，可應用于較大功率的機械、水泵、通風設備等領域。

3.3、啟動和運行穩定性不同：電容運轉異步電機的啟動和運行都相對穩定，而單相電機的啟動過程比較不穩定，容易引起噪聲和振動。

3.4、啟動器不同：單相電機需要電容啟動器幫助啟動，而電容運轉異步電機則不需要啟動器或者只需要簡單的反轉電容器極性的啟動器即可實現啟動。

4.按用途可劃分：

驅動用電動機和控制用電動機。

1）驅動用電動機可劃分：電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其他通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫療器械、電子儀器等）用電動機。

2）控制用電動機又劃分：步進電動機和伺服電動機等。二者差別如下：

工作原理

步進電機是一種定角度運轉的電動機，它的轉動是根據外部提供的脈沖信號來實現的。通過在定子中依次激勵各相繞組來實現轉子的位置、速度和加速度等進行精確控制來實現高精度運動；伺服電機是一種基于反饋控制的電動機，通過傳感器對轉子位置、速度、力矩等參數進行實時監測和反饋，根據控制器的指令進行電機轉動的控制。

控制方式

步進電機的控制方式相對簡單只需要控制定子繞組的激勵信號，可以通過單片機、PLC等控制器實現。而伺服電機需要通過更復雜的控制系統來實現高精度位置、速度和加速度控制，通常需要使用專門的伺服控制器和編碼器等配套設備。

應用場景

步進電機具有精度高、控制簡單、適合低速運動等特點，適用于需要高精度定位控制的場合，如印刷機、繪圖儀、數碼相機等；伺服電機適用于需要高速、高精度運動控制的場合，如機床、自動化生產線、機器人等。

5.按轉子的結構可劃分：

籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。

籠型電動機是指轉子的導電部分（除矽鋼片和軸以外）就象一個逮老鼠的籠子，可以是鑄鋁的，也可以是用銅條焊接的，轉子部分和電源沒有連接，靠電磁感應產生感應電流，從而形成轉矩；

繞線型電動機，轉子繞組是用絕緣導線繞制而成，用電刷和電源連接，一般通直流電（叫勵磁電壓），改變勵磁電壓的大小，即可改變電機的力矩。直流電機都為繞線型電動機，改變勵磁電壓的大小，可以改變電機的轉數和力矩。

它們的區別如下：

結構：籠型電動機是指轉子的導電部分（除矽鋼片和軸以外）就象一個逮老鼠的籠子，可以是鑄鋁的，也可以是用銅條焊接的，轉子部分和電源沒有連接，靠電磁感應產生感應電流，從而形成轉矩；而繞線型電動機，轉子繞組是用絕緣導線繞制而成，用電刷和電源連接，一般通直流電（叫勵磁電壓），改變勵磁電壓的大小，即可改變電機的力矩。 直流電機都為繞線型電動機，改變勵磁電壓的大小，可以改變電機的轉數和力矩。

性能：籠型電動機具有結構簡單、成本低、可靠性高、維護方便等優點，但其啟動轉矩較小，適用于輕載啟動和恒速運行的場合；繞線轉子感應電動機具有啟動轉矩大、過載能力強、轉速調節范圍廣等優點，但其結構復雜、成本高、維護困難，適用于重載啟動和需要調速的場合。

應用：籠型電動機廣泛應用于家用電器、工業生產、農業機械等領域；繞線轉子感應電動機主要應用于起重機械、冶金機械、礦山機械等領域。

6.按運轉速度劃分

高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。

低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。

調速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無級變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。異步電動機的轉子轉速總是略低于旋轉磁場的同步轉速。同步電動機的轉子轉速與負載大小無關而始終保持為同步轉速。

應用：

高速電動機：由于是一種運轉速度較高的電動機，通常用于需要高速旋轉的設備，如高速機床、高速印刷機等。

低速電動機：由于是一種運轉速度較低的電動機，通常用于需要低速旋轉的設備，如起重機、升降機等。

恒速電動機：由于是一種運轉速度恒定的電動機，通常用于需要穩定轉速的設備，如風扇、水泵等。

調速電動機：由于是一種可以調節運轉速度的電動機，通常用于需要調節轉速的設備，如機床、空調等。

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審核編輯 黃宇