多極電機

電機（英文：Electric machinery，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。它的主要作用是利用機械能轉化為電能，最常用的是，利用熱能、水能等推動發電機轉子來發電。

級指的是級對數，幾級就是幾對，故2極即2個磁極，也就是一對磁極，所以多極電機指有多個磁極的電機。

基本介紹

• 中文名：多極電機
• 外文名：multipolar-electrical machinery
• 分類：直流和交流電機
• 特點：多極電機可獲的精確的轉矩和功率
• 材料：鐵氧體或其他特殊的鐵磁材料
• 套用：電工設施

簡介

對於由靜態功率變換器供電的感應電機，可以根據需要來調整供電頻率和同步速度。大多數的靜態功率變換器使用脈衝寬度調製（PWM），來產生對稱的、電壓頻率和幅度可變的三相系統。由於定子供電頻率可調，極對數不同的電機可以獲得相同的同步轉速Ω_e =ω_e/p。因此，我們可以選擇電機的極對數以提高銅和鐵的利用率，二極電機比等效的四極和六極電機具有更低的轉矩和功率。在樣品電機中，電機轉子速度為Ω_m，則定子電壓產生的旋轉磁場轉速應為Ω_e≈Ω_m。一種解決方法是選擇一個二極電機，設定電源頻率ω_e =Ω_e或者選擇一個多極電機（p>1），電源頻率設定為ω_e =Ω_e·p。在這兩種情況下，電機具有相同的同步速度，產生相同的電磁轉矩，輸出相同的功率一採用多極電機（P=2，3或4）時，由於鐵和銅得到充分利用，電機功率更高。因此，多極電機更小更輕。但應注意的是，多極電機的這些優點在當極數很高時就不存在了。在這種情況下，定子頻率ω_e =Ω_e·p非常高，這就導致了鐵損顯著增加。高頻率工作的感應電機的磁路不能由鐵片製作，應使用鐵氧體或其他特殊的鐵磁材料。

特性

多極電機（p>1）相比於二極電機更加充分地利用了銅和鐵。在感應電機的一些套用場合，使用多極電機可以獲得更加精確的轉矩和功率，原因如下。

我們已知二極電機沿直徑方向放置的相繞組相差Δθ≈π。當這些導體的一端處於磁場的北極之下時，另一端就處於南極之下。這兩部分導體在電機的前後端通過端部連線，二極電機的端部較長，其長度為電機圓周的一半。導線越長，耗銅量就越大，繞組電阻就越大，銅損越大。在多極電機中，每圈導線之間互差Δθ≈π/p，對應於兩個磁極之間的距離。多極電機端部較短，這樣就降低了耗銅量，繞組電阻和功率損耗也會有所下降。

另外，多極電機更加有效地利用了鐵磁材料。磁力線通過定子的北磁極的區域，穿越氣隙，進入轉子磁路，再次穿越氣隙達到定子的南磁極。隨後，該磁力線穿過定子軛返回北極。沿定子圓周切線方向，磁力線跨越的角度為Δθ≈π。沿切線方向的磁力線不通過定子槽的區域二相反，它們穿過被稱為磁軛的定子磁路的外側部分。該磁軛用來降低磁路的磁阻。另一方面，磁場穿過磁軛對電機的機電轉換沒有影響，它會增加鐵的重量和機器的總質量。在多極電機中，兩個磁極之間的磁力線路徑更短，等於Δθ≈π/p。因此，通過磁軛的磁通路徑更短，從而鐵的利用率提高。

分類

1．按工作電源分類根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。

2．按結構及工作原理分類電動機按結構及工作原理可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。

同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。

異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。

直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、並勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。

3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉式單相異步電動機、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。

4．按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。

驅動用電動機又分為電動工具（包括鑽孔、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、電冰櫃、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃鬚刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型工具機、小型機械、醫療器械、電子儀器等）用電動機。

控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。

5．按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（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）。

6．按運轉速度分類電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恆速電動機、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恆速電動機、無級恆速電動機、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於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。

缺點

給定轉子速度時，定子電流和電壓的角頻率取決於電機的極對數，ω_e=pΩ_e。想要得到Ω_m=Ω_e，定子頻率應近似等於pΩ_m。因此，對於由逆變器供電的電機而言，同樣的轉子速度可以通過較低的極對數和電源頻率來實現，也可以通過較多的極對數和更高的供電頻率來實現。眾所周知，磁路中的渦流損耗正比於頻率的二次方，磁滯損耗隨著頻率的增加線性增長。因此，多極電機的銅損要大於二極電機。在電機設計‘過程中．我們有必要對電機進行適當的冷卻或降低磁感應強度的峰值B_m，以確保損耗在允許的範圍內。

多極電機要獲得定子繞組的準正弦分布更加困難。在一個磁極下放置參考方向為進去方向的導線，在另一磁極下放置參考方向為出來方向的的導線構成定子繞組。二極電機的磁極寬度接近於Δθ≈π，多極電機為Δθ≈π/p，因此，相同參考方向的導線之間互差Δθ≈π/p，寬度為二極電機的1/p。定子導線放置在定子槽中。電機槽數為N_z時，導線可以放置在確定的離散的位置上。因此，導線只是近似正弦放置，並非按照理想的正弦態分布。由於多汲電機的Δθ≈π/p是二極電機Δθ≈π的1/p，當p>1時，要獲得導線的正弦分布就更加困難二其結果就是多極電機的電動勢中高次諧波增加，齒槽轉矩增加，由高次諧波引起的損耗增加。

注意事項

由於精度是這類電機的關鍵指標，使用維修中務必注意與精度有關的諸因素。

1）電機銘牌上標示的額定電壓和頻率是設計和試驗的依據，當所接電源與其一致時為額定工況，這時要求電源的電壓和頻率允許誤差在±1%之間，電源波形失真度小於等於1%。

有時系統需要改變頻率和改變電壓工作，原則上允許在有限範圍內升高頻率使用，如400Hz的電機用到1000Hz，其精度變化不會太大，而且還可以降低動態誤差。但此時電機的剩壓和輸出電壓是有變化的。特別應注意感應移相器在變頻的同時，必須重調移相迴路的參數。

2）機械安裝要準確、牢固，安裝止口對軸線的跳動一般應控制在0.01～0.02mm。對分裝式結構必須通過精確的調試，以保證氣隙均勻和鐵心軸向錯位很小。

3）接線要正確。當要求同步聯結的傳送機反向安裝時，將傳送機同步繞組接線端按序對調後，再與變壓器一一對接即可。

4）在雙通道控制系統中，必須接人通道切換開關，以保證粗、精機協調而準確無誤地工作。即當系統處於輸出信號較大的大失調角區段，粗機工作，而精機被短接；隨著信號減小，系統進入小失調角位置時，粗機隨即斷開，使精機投入運行。

5）用電氣變速雙通道感測元件組成的隨動系統，當極對數為偶數時，在系統失調角為180°機械角的位置上，粗機的假零點卻與精機的真零點重合，因而會導致系統錯誤定位或產生振盪。為避免出現這種現象，必須在粗測輸出端加一恆定交流偏壓U，其大小應等於精機基準、零位的粗機輸出電壓，相位相反。

6）多極電機有不同安裝方式，當要求與整機同軸安裝使用時，可選用分裝式（環形）或空心軸式結構。其他選用組裝式結構，使用較方便。

7）當使用條件惡劣，要求可靠性高、壽命長、抗干擾時，選用無接觸式結構較適宜。

8）多極移相器不具備以頻率為特性的測距功能，此類系統不得選用。