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同步电机和异步电机竟然有这么大区别

发布时间:2019-07-30 09:57:01点击率:

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同步电机和异步电机的主要区别是:同步电机能与其定子磁场旋转达到同步转速,异步电机转速达不到定子磁场的同步转速。

电机大致分成三种,同步机,异步机(以上两种多与电网相连),还有个直流电机。

下面的内容是一个过渡,只作为对电机(同步机、异步机)原理性的知识进行形象的讲解(懂电机的可跳过)。

同步机和异步机,这两个东西都是交流电机,利用了三相交流电的比较有意思的一个特性:简单的说如果把三个线圈像搅拌器(就是家里用来打鸡蛋的那种东西)那样布置,三个线圈相互不接触,分别加上abc三相电压,于是产生三相电流,接着好玩的事情就发生了,线圈所围的空间内出现了与所加电压同频的旋转磁场(若要更深入的解释,就得说驻波的分解,叠加,比较麻烦)。所以人们把线圈按照上述所说的办法,嵌进定子,于是转子所在的那个空间就产生了旋转的磁场。

同步电机和异步电机竟然有这么大区别

有了这个磁场就好办了,我们就可以想象定子处有一个看不见的磁铁在转,此时如果转子是个磁铁的话,那么转子不就被带动起来了么,就是电动机了,反之如果转子带动那个看不见的磁铁,就成了发电机了(首先转子带动那个虚拟磁铁,转子肯定受个阻力矩吧,虚拟磁铁受个动力矩吧,注意!力是能量转换的中介(或者说是标志),虚拟磁铁毕竟是虚拟的,定子又不动,那么定子肯定地获得电动势喽。如定子带负载的话,就会有电流,还是三相的,有电流就会有磁场,干扰转子产生的磁场,这个叫做电枢反应。于是带上负载后定子处获得的电动势与空载时的不一样)。

在上面的原理指引下,把转子做成个电磁铁,外部单独用个电源给它电,那么这个电机就叫做同步机,之所以叫同步机是转子的磁性是独立产生的,于是转子能达到那个虚拟磁铁的转速。转子磁性独立产生是个大好事,使得同步机调整很容易,比如说调无功功率。

后来人们发现转子不用电磁铁也行,把转子做成个装松鼠的笼子,由于虚拟磁铁的磁力线会切割鼠笼的笼棍,于是由伟大的右手定则,就会产生电流,仔细研究一下你会发现这个电流也是个三相的,于是与定子的产生磁场的原理类似,转子也产生个围绕他旋转的虚拟磁铁,再研究一下你会发现,定转子的虚拟磁铁在空间上转速一样。于是鼠笼子起到了与电磁铁类似的效果,不过鼠笼的电流是由于其与定子虚拟磁铁相对运动产生的,鼠笼的虚拟磁铁也就不是独立的了,鼠笼转速总是要比定子虚拟磁铁转速慢点,达不到同步速(否则就无相对运动,电流就无从产生,鼠笼磁场也就无从产生)。

在分析上,同步机由于有个转子独立的磁场,像电路里的有源负载。而异步机,由于转子的一切都是由定子产生的,所以就相当于无源负载。在设计上,当然同步电机更为复杂些。

下面看看他们的区别吧。

01

同步电机和异步电机在设计上的不同

同步电机和异步电机竟然有这么大区别

永磁同步电动机模型

同步电机和异步电机竟然有这么大区别

三相异步电机结构图

①同步与异步的最大区别就在于看他门的转子速度是不是与定子旋转的磁场速度一致,如果转子的旋转速度与定子是一样的,那就叫同步电动机,如果不一致,就叫异步电动机。

②当极对数一定时,电机的转速和频率之间有严格的关系,用电机专业术语说,就是同步。异步电机也叫感应电机,主要作为电动机使用,其工作时的转子转速总是小于同步电机。

③所谓“同步”就是电枢(定子)绕组流过电流后,将在气隙中形成一旋转磁场,而该磁场的旋转方向及旋转速度均与转子转向,转速相同,故为同步。

异步电机的话,其旋转磁场与转子存在相对转速,即产生转距。

02

为什么会同步,为什么会不同步呢

同步电机和异步电机的定子绕组是相同的,主要区别在于转子的结构。同步电机的转子上有直流励磁绕组,所以需要外加励磁电源,通过滑环引入电流;而异步电机的转子是短路的绕组,靠电磁感应产生电流。相比之下,同步电机较复杂,造价高。

同步和异步电机均属交流动力电机,是靠50Hz交流电网供电而转动。异步电机是定子送入交流电,产生旋转磁场,而转子受感应而产生磁场,这样两磁场作用,使得转子跟着定子的旋转磁场而转动。其中转子比定子旋转磁场慢,有个转差,不同步所以称为异步机。而同步电机定子与异步电机相同,但其转子是人为加入直流电形成不变磁场,这样转子就跟着定子旋转磁场一起转而同步,始称同步电机。

简单的说就是:异步电机的转子上没加直流励磁电流,同步电机的转子上加了一个直流励磁电流使转子的转速与定子与转子切割产生的磁场转速一致。

03

同步发电机转子为什么要通入直流励磁电流

而不通入交流励磁电流

按工频50HZ考虑,转子通入直流励磁电流,可在定子绕组中感应出50HZ电势。

转子通入交流励磁电流后,可分解为正向与反向两个旋转磁场,正向旋转磁场旋转速度与转子旋转速度迭加,在定子绕组中感应出100HZ电势;反向旋转磁场旋转速度与转子旋转速度抵消,与定子绕组相对静止,不产生电势,但定子磁通中出现直流分量,可能饱和。

同步电机和异步电机竟然有这么大区别

同步电机和异步电机怎么选择

(从功能和用途上区分)

①同步电机大多用在大型发电机的场合。而异步电机则几乎全用在电动机场合。同步电机可以通过励磁灵活调节输入侧的电压和电流相位,即功率因数;异步电机的功率因数不可调,一般在0.75-0.85之间,因此在一些大的工厂,异步电机应用较多时,可附加一台同步电机做调相机用,用来调节工厂与电网接口处的功率因数。但是,由于同步电机造价高,维护工作量大,现在一般都采用电容补偿功率因数。

②同步电机效率较异步电机稍高,在2000KW以上的电动机选型时,一般要考虑是否选用同步电机。但是,同步机因为有励磁绕组和滑环,需要操作工人有较高的水平来控制励磁,另外,比起异步电机的免维护来,维护工作量较大;所以,现在2500KW以下的电动机,现在大多选择异步电机。在功率较小时,效率的差别已经变得微不足道了。

③异步电机简单,成本低,易于安装、使用和维护,所以受到广泛使用。缺点是效率低,功率因数低对电网不利。而同步电机效率高是容性负载,可改善电网功率因数。

④同步机需要励磁电压、电流调节,异步机则不需;同步机可以给系统补偿无功,异步机需要专门设备增加功率补偿。

⑤同步电机的主要运行方式有三种,即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式,作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节,在不要求调速的场合,应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来,小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载,靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率,以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。一般的应用场合做为设备驱动选择异步电动机就可以了。

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