多极电机（转换或传递电能的电磁装置）

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更新时间：2023-05-16
多极电机
转换或传递电能的电磁装置
电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电。
级指的是级对数，几级就是几对，故2极即2个磁极，也就是一对磁极，所以多极电机指有多个磁极的电机。
基本信息
中文名
多极电机
外文名
multipolar-electrical machinery
分类
直流和
交流电机
材料
铁氧体
或其他特殊的铁磁材料
特点
多极电机可获的精确的
转矩
和功率
应用
电工设施
收起
设备简介
对于由静态功率变换器供电的感应电机，可以根据需要来调整供电频率和同步速度。大多数的静态功率变换器使用脉冲宽度调制（PWM），来产生对称的、电压频率和幅度可变的三相系统。由于定子供电频率可调，极对数不同的电机可以获得相同的同步转速Ω =ω/p。因此，我们可以选择电机的极对数以提高铜和铁的利用率，二极电机比等效的四极和六极电机具有更低的转矩和功率。在样品电机中，电机转子速度为Ω，则定子电压产生的旋转磁场转速应为Ω≈Ω。一种解决方法是选择一个二极电机，设定电源频率ω =Ω或者选择一个多极电机（p>1），电源频率设定为ω =Ω·p。在这两种情况下，电机具有相同的同步速度，产生相同的电磁转矩，输出相同的功率一采用多极电机（P=2，3或4）时，由于铁和铜得到充分利用，电机功率更高。因此，多极电机更小更轻。但应注意的是，多极电机的这些优点在当极数很高时就不存在了。在这种情况下，定子频率ω =Ω·p非常高，这就导致了铁损显著增加。高频率工作的感应电机的磁路不能由铁片制作，应使用铁氧体或其他特殊的铁磁材料。
设备特性
多极电机（p>1）相比于二极电机更加充分地利用了铜和铁。在感应电机的一些应用场合，使用多极电机可以获得更加精确的转矩和功率，原因如下。
我们已知二极电机沿直径方向放置的相绕组相差Δθ≈π。当这些导体的一端处于磁场的北极之下时，另一端就处于南极之下。这两部分导体在电机的前后端通过端部连接，二极电机的端部较长，其长度为电机圆周的一半。导线越长，耗铜量就越大，绕组电阻就越大，铜损越大。在多极电机中，每圈导线之间互差Δθ≈π/p，对应于两个磁极之间的距离。多极电机端部较短，这样就降低了耗铜量，绕组电阻和功率损耗也会有所下降。
另外，多极电机更加有效地利用了铁磁材料。磁力线通过定子的北磁极的区域，穿越气隙，进入转子磁路，再次穿越气隙达到定子的南磁极。随后，该磁力线穿过定子轭返回北极。沿定子圆周切线方向，磁力线跨越的角度为Δθ≈π。沿切线方向的磁力线不通过定子槽的区域二相反，它们穿过被称为磁轭的定子磁路的外侧部分。该磁轭用来降低磁路的磁阻。另一方面，磁场穿过磁轭对电机的机电转换没有影响，它会增加铁的重量和机器的总质量。在多极电机中，两个磁极之间的磁力线路径更短，等于Δθ≈π/p。因此，通过磁轭的磁通路径更短，从而铁的利用率提高。
设备分类
1．按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。
2．按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。
同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。
异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。
3．按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
4．按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。
驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。
控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。
5．按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。
6．按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。
低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。
调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。
异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。
同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。
设备缺点
给定转子速度时，定子电流和电压的角频率取决于电机的极对数，ω=pΩ。想要得到Ω=Ω，定子频率应近似等于pΩ。因此，对于由逆变器供电的电机而言，同样的转子速度可以通过较低的极对数和电源频率来实现，也可以通过较多的极对数和更高的供电频率来实现。众所周知，磁路中的涡流损耗正比于频率的二次方，磁滞损耗随着频率的增加线性增长。因此，多极电机的铜损要大于二极电机。在电机设计‘过程中．我们有必要对电机进行适当的冷却或降低磁感应强度的峰值B，以确保损耗在允许的范围内。
多极电机要获得定子绕组的准正弦分布更加困难。在一个磁极下放置参考方向为进去方向的导线，在另一磁极下放置参考方向为出来方向的的导线构成定子绕组。二极电机的磁极宽度接近于Δθ≈π，多极电机为Δθ≈π/p，因此，相同参考方向的导线之间互差Δθ≈π/p，宽度为二极电机的1/p。定子导线放置在定子槽中。电机槽数为N时，导线可以放置在确定的离散的位置上。因此，导线只是近似正弦放置，并非按照理想的正弦态分布。由于多汲电机的Δθ≈π/p是二极电机Δθ≈π的1/p，当p>1时，要获得导线的正弦分布就更加困难二其结果就是多极电机的电动势中高次谐波增加，齿槽转矩增加，由高次谐波引起的损耗增加。
注意事项
由于精度是这类电机的关键指标，使用维修中务必注意与精度有关的诸因素。
1）电机铭牌上标示的额定电压和频率是设计和试验的依据，当所接电源与其一致时为额定工况，这时要求电源的电压和频率允许误差在±1%之间，电源波形失真度小于等于1%。
有时系统需要改变频率和改变电压工作，原则上允许在有限范围内升高频率使用，如400Hz的电机用到1000Hz，其精度变化不会太大，而且还可以降低动态误差。但此时电机的剩压和输出电压是有变化的。特别应注意感应移相器在变频的同时，必须重调移相回路的参数。
2）机械安装要准确、牢固，安装止口对轴线的跳动一般应控制在0.01～0.02mm。对分装式结构必须通过精确的调试，以保证气隙均匀和铁心轴向错位很小。
3）接线要正确。当要求同步联结的发送机反向安装时，将发送机同步绕组接线端按序对调后，再与变压器一一对接即可。
4）在双通道控制系统中，必须接人通道切换开关，以保证粗、精机协调而准确无误地工作。即当系统处于输出信号较大的大失调角区段，粗机工作，而精机被短接；随着信号减小，系统进入小失调角位置时，粗机随即断开，使精机投入运行。
5）用电气变速双通道传感元件组成的随动系统，当极对数为偶数时，在系统失调角为180°机械角的位置上，粗机的假零点却与精机的真零点重合，因而会导致系统错误定位或产生振荡。为避免出现这种现象，必须在粗测输出端加一恒定交流偏压U，其大小应等于精机基准、零位的粗机输出电压，相位相反。
6）多极电机有不同安装方式，当要求与整机同轴安装使用时，可选用分装式（环形）或空心轴式结构。其他选用组装式结构，使用较方便。
7）当使用条件恶劣，要求可靠性高、寿命长、抗干扰时，选用无接触式结构较适宜。
8）多极移相器不具备以频率为特性的测距功能，此类系统不得选用。