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同步电机 编辑词条词条保护

词条创建者 随风

同步电机简介

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同步电动机与感应电动机(即异步电动机)一样,是一种常用的交流电动机。同步电动机是电力系统的心脏,是集旋转与静止、电磁变化与机械运动于一体,实现电能与机械能转换的部件。其动态性能非常复杂,其动态性能对整个电力系统的动态性能影响很大。其特点是在稳态运行时,转子转速与电网频率呈恒定关系,式中n=ns=60f/p,式中f为电网频率,p为电机极对数,ns称为同步转速。在电网频率不变的情况下,无论负载大小,同步电动机在稳态下的转速都保持不变。同步电动机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂的交流发电机主要是同步发电机。同步电机

同步电机工作原理

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建立主磁场
励磁绕组接直流励磁电流,形成极性交变的励磁磁场,为主磁场。

同步电机结构模型

载流导体
三相对称电枢绕组作为电源绕组,作为感应电动势或感应电流的载体。
切削运动
原动机带动转子旋转(向电机输入机械能),极性相之间的励磁磁场沿轴旋转,依次切割各相的定子绕组(相当于绕组的导体沿相反方向切割励磁磁场)。
交变电势的产生
由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,在电枢绕组中会产生具有周期性大小和方向变化的三相对称交变电动势。通过使用出线,可以提供交流电源。
交变性与对称性
由于旋转磁场的极性交替,感应电动势的极性交替;由于电枢绕组的对称性,保证了感应电动势的三相对称性。

同步电机运行方式

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同步电动机有三种主要的工作方式,即发电机、电动机和补偿器。
同步电动机作为发电机,运行是其主要的运行方式。
作为电动机,它是同步电动机的另一种重要运行方式。同步电机的功率因数是可以调节的,在不需要调速的场合,应用大型同步电机可以提高运行效率。小型同步电动机已开始在变频调速系统中得到广泛应用。
同步电机也可以作为同步补偿机接入电网。此时,电机不携带任何机械负荷,通过调节转子内的励磁电流向电网发出所需的电感性或容性无功功率,以提高电网的功率因数或调节电网电压。
与其他类型的旋转电机一样,同步发电机由两个主要部分组成:固定定子和可旋转转子。一般分为旋转同步电动机和枢轴同步电动机。
最常用的类型是磁场同步发电机,其定子铁芯内圆均匀分布有定子槽,定子槽内嵌有按规则排列的三相对称绕组。这种同步电机的定子又称为电枢,定子铁芯和绕组又称为电枢铁芯和电枢绕组。
转子铁芯上装有具有一定形状的成对磁极,磁极上绕有励磁绕组。当施加直流电时,在电动机的气隙中形成相间极性的分散磁场,称为励磁磁场(又称主磁场或转子磁场)。
原动机带动转子旋转(向电机输入机械能),极性相之间的励磁磁场沿轴旋转,依次切割各相的定子绕组(相当于绕组的导体沿相反方向切割励磁磁场)。

同步电机特点

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在稳态运行时,转子转速与电网频率呈恒定关系,其中n称为同步转速。在电网频率不变的情况下,无论负载大小,同步电动机在稳态下的转速都保持不变。

同步电机分类

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根据励磁方式的不同,同步电动机可分为电励磁同步电动机和永磁同步电动机。

电励磁

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它的转子制成极型,安装在磁极铁芯上的磁场线圈以交替相反极性串联,并有两根引线连接到安装在轴上的两个滑动环上。磁场线圈由小型直流发电机或电池激发。在大多数同步电动机中,直流发电机安装在电机轴上,为转子极线圈提供励磁电流。由于此同步电机无法自动启动,因此在转子上还安装了鼠笼绕组,用于电机启动。鼠笼绕组绕在转子周围,其结构类似于异步电动机。
当三相交流电源加到定子绕组上时,电机内部就会产生旋转磁场。鼠笼绕组切断磁力线,产生感应电流,使电机转动。电机旋转后,其转速逐渐增大至略低于旋转磁场的转速。此时转子磁场线圈受到直流电的激励,在转子上形成一定的磁极。这些磁极试图跟踪定子上旋转的磁极,从而提高电机转子的速度,直到它与旋转磁场同步旋转。

永磁

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非励磁转子同步电动机既可用于单相电源,也可用于多相电源。在这种类型的电动机中,有一个类似于分相或多相电动机定子的定子绕组,还有一个鼠笼式转子,转子的表面被切割成一个平面。所以它属于极性转子,转子的磁极是由磁化钢制成的,可以有规律地保持磁性。鼠笼绕组用于产生起动转矩,当电机旋转到一定转速时,转子显示极与定子线圈的电流频率同步。显示极的极性是由定子感应的,因此其数量应等于定子上的极数。当电机以所需速度旋转时,鼠笼绕组失去作用。保持旋转依赖于转子和磁极跟随定子磁极同步。

两者区别

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同步电动机和异步电动机在设计上的差异
同步电动机与异步电动机最大的区别在于其转子转速与定子旋转磁场是否一致。如果电机的转子转速与定子旋转磁场相同,则称为同步电机;否则,它被称为异步电动机。
此外,同步电动机和异步电动机的定子绕组是相同的,但区别在于电动机的转子结构。异步电动机的转子是通过电磁感应产生电流的短路绕组。同步电机的转子结构比较复杂,有直流励磁绕组,因此需要外部励磁电源通过滑动环引入电流;因此,同步电机的结构相对复杂,成本和维护成本也相对较高。
同步电动机和异步电动机无功功率的差异
与异步电机只能吸收无功相比,同步电机可以发出无功,也可以吸收无功!
同步电动机和异步电动机在功能和用途上的区别
同步电动机的转速与电磁转速同步,而异步电动机的转速低于电磁转速。无论负载大小,只要同步电机不失步,转速就不会改变。异步电动机的转速总是随着负载的大小而变化。
同步电机精度高,但结构复杂,成本高,维护相对困难,而异步电机虽然响应慢,但安装使用方便,价格也不贵。所以同步电动机的应用不如异步电动机广泛。
同步电动机多用于大型发电机,异步电动机多用于电动机。

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