電動機專題-同步電動機原理

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接上篇：電動機專題-三相旋轉(zhuǎn)磁場

三相交流電動機是用三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來帶動電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的，有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生原理在前面已作介紹，在這里只介紹電機轉(zhuǎn)子是如何在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下旋轉(zhuǎn)的。

永磁交流同步電動機

最簡單的方法是在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的空間放一永久磁鐵，該磁鐵就會跟著磁場旋轉(zhuǎn)了。下圖就是這樣一個永久磁鐵轉(zhuǎn)子。

1--永久磁鐵轉(zhuǎn)子

把永久磁鐵轉(zhuǎn)子放在能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子鐵芯中，它將會跟隨旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場一致，故稱之為同步電動機，下圖便是一個永磁同步電動機模型的示意圖。

2--永磁同步電動機模型

下面是該三相交流同步電動機模型的動畫截圖，為看清線圈與磁力線，定子與轉(zhuǎn)子用半透明顯示。動畫中有輸入三相電流的變化波形，有旋轉(zhuǎn)磁場與跟著旋轉(zhuǎn)的永磁轉(zhuǎn)子。

3--永磁同步電動機動畫截圖

請觀看永磁轉(zhuǎn)子同步電動機原理模型3D動畫

這個三相交流同步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場只有一對磁極，永磁轉(zhuǎn)子也是一對磁極，轉(zhuǎn)速與交流電源相同，用50周的交流電供電時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是每秒50轉(zhuǎn)。

電勵磁交流同步電動機

實際上的三相交流同步電動機轉(zhuǎn)子多數(shù)是電勵磁的，轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組，用直流勵磁電源產(chǎn)生固定磁場，下圖是一個電勵磁三相交流同步電動機原理模型旋轉(zhuǎn)動畫的截圖。

4--電勵磁三相交流同步電動機模型

請觀看三相交流同步電動機原理3D動畫

該三相交流同步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場只有一對磁極，電勵磁轉(zhuǎn)子也是一對磁極，用50周的交流電供電時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是每秒50轉(zhuǎn)，也即每分鐘3000轉(zhuǎn)。兩極同步電動機的轉(zhuǎn)子一般采用隱極式轉(zhuǎn)子。

多極交流同步電動機

許多場合需用低轉(zhuǎn)速，大力矩輸出的交流同步電動機，此時的電機多做成大直徑的多極電機形式，定子繞組產(chǎn)生多對磁極旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子采用多對凸極結(jié)構(gòu)。下圖是一個3對磁極同步電動機模型示意圖，定子有3個3相繞組，轉(zhuǎn)子有3對（6個）凸極，轉(zhuǎn)速為每分鐘1000轉(zhuǎn)。

5--多極三相交流同步電動機模型

交流同步電動機的起動

三相交流同步電動機的起動較麻煩，因為三相交流旋轉(zhuǎn)磁場的速度很快，起動時轉(zhuǎn)子不可能立即加速跟上磁場旋轉(zhuǎn)，所以是轉(zhuǎn)不起來的。為使三相交流同步電動機起動旋轉(zhuǎn)常用以下三種方法：

   輔助電動機起動法

選用一臺與同步電動機極數(shù)相同的小型異步電動機作為起動電動機，起動時，先用起動電動機將同步電動機帶動到異步轉(zhuǎn)速，再將同步電動機接上三相交流電源，這樣同步電動機即可起動，但這種方法僅適用于空載起動。

   變頻電源起動法

先采用變頻電源向同步電動機供電，調(diào)節(jié)變頻電源使頻率從0緩慢升高，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速也從0緩慢升高，帶動轉(zhuǎn)子緩慢同步加速，直到額定轉(zhuǎn)速。該方法多用于大型同步電動機的起動。

   異步起動法

在轉(zhuǎn)子上加上鼠籠或起動繞組，使之有異步電動機功能，在起動時勵磁繞組不通電，相當(dāng)異步電動機起動，待轉(zhuǎn)速接近磁場轉(zhuǎn)速時再接通勵磁電源，就進入同步運行。