同步電機(jī)工作原理知識(shí)要點(diǎn)

 

同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)一樣是一種常用的交流電機(jī)。特點(diǎn)是：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率之間有不變的關(guān)系n=ns=60f/p，ns成為同步轉(zhuǎn)速。

 

若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時(shí)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常數(shù)而與負(fù)載的大小無關(guān)。

 

同步電機(jī)分為同步發(fā)電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代發(fā)電廠中的交流機(jī)以同步電機(jī)為主。

 

工作原理

 

主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。

 

載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。

 

切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng)）。

 

交變電勢(shì)的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三 相 對(duì)稱交變電勢(shì)。通過引出線，即可提供交流電源。

 

交變性與對(duì)稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。

 

一、交流同步電動(dòng)機(jī)

 

交流同步電動(dòng)機(jī)是一種恒速驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電源頻率保持恒定的比例關(guān)系，被廣泛應(yīng)用于電子儀器儀表、現(xiàn)代辦公設(shè)備、紡織機(jī)械等。

 

二、永磁同步電動(dòng)機(jī)

 

永磁同步電動(dòng)機(jī)屬于異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)，其磁場(chǎng)系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)永磁體組成，通常是在用鑄鋁或銅條焊接而成的籠型轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，按所需的極數(shù)裝鑲有永磁體的磁極。定子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)類似。

 

當(dāng)定子繞組接通電源后，電動(dòng)機(jī)以異步電動(dòng)機(jī)原理起動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)，加速運(yùn)轉(zhuǎn)至同步轉(zhuǎn)速時(shí)，由轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩（由轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩合成）將轉(zhuǎn)子牽入同步，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行。

 

磁阻同步電動(dòng)機(jī) 磁阻同步電動(dòng)機(jī)也稱反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)，是利用轉(zhuǎn)子交軸和直軸磁阻不等而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的同步電動(dòng)機(jī)，其定子與異步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)類似，只是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。

 

三、磁阻同步電動(dòng)機(jī)

 

同籠型異步電動(dòng)機(jī)演變來的，為了使電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子還設(shè)有籠型鑄鋁繞阻。轉(zhuǎn)子上開設(shè)有與定子極數(shù)相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)槽（僅有凸極部分的作用，無勵(lì)磁繞組和永久磁鐵），用來產(chǎn)生磁阻同步轉(zhuǎn)矩。

 

根據(jù)轉(zhuǎn)子上反應(yīng)槽的結(jié)構(gòu)的不同，可分為內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子、外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子和內(nèi)外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子，其中，外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子反應(yīng)槽開地轉(zhuǎn)子外圓，使其直軸與交軸方向氣隙不等。

 

內(nèi)反應(yīng)式轉(zhuǎn)子的內(nèi)部開有溝槽，使交軸方向磁通受阻，磁阻加大。

 

內(nèi)外反應(yīng)式轉(zhuǎn)子結(jié)合以上兩種轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直軸與交軸差別較大，使電動(dòng)機(jī)的力能較大。

 

磁阻同步電動(dòng)機(jī)也分為單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式、單相電容起動(dòng)式、單相雙值電容式等多種類型。

 

四、磁滯同步電動(dòng)機(jī)

 

磁滯同步電動(dòng)機(jī)是利用磁滯材料產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩而工作的同步電動(dòng)機(jī)。它分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動(dòng)機(jī)、外轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動(dòng)機(jī)和單相罩極式磁滯同步電動(dòng)機(jī)。

 

內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁滯同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為隱極式，外觀為光滑的圓柱體，轉(zhuǎn)子上無繞組，但鐵心外圓上有用磁滯材料制成的環(huán)狀有效層。

 

定子繞組接通電源后，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使磁滯轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩而起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，隨后自行牽入同步運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在電動(dòng)機(jī)異步運(yùn)行時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)差頻率反復(fù)地磁化轉(zhuǎn)子；在同步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁滯材料被磁化而出現(xiàn)了永磁磁極，從而產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩。

 

軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。

 

這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。

 

待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。

 

軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

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