什么是交流同步電動(dòng)機(jī)？交流同步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)有哪些？
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dtlxjd 發(fā)布時(shí)間：2013-06-25 17:14:04
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。同步電動(dòng)機(jī)是屬于交流電機(jī)，定子繞組與異步電動(dòng)機(jī)相同。它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度是一樣的，所以稱為同步電動(dòng)機(jī)。正由于這樣，同步電動(dòng)機(jī)的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)容性負(fù)載。為此，在很多時(shí)候，同步電動(dòng)機(jī)是用以改進(jìn)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)的。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同的交流電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁極對(duì)數(shù)p、電源頻率f之間滿足n=60f/p。轉(zhuǎn)速n決定于電源頻率f，故電源頻率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速不變，且與負(fù)載無關(guān)。具有運(yùn)行穩(wěn)定性高和過載能力大等特點(diǎn)。常用于多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)、精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)和大型設(shè)備(如軋鋼機(jī))等。
1．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)子永磁磁場和定子磁場產(chǎn)生的同步電磁轉(zhuǎn)矩（由轉(zhuǎn)子永磁磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁場產(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。
磁阻同步電動(dòng)機(jī)是同籠型異步電動(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。
2．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。
特點(diǎn)
作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的同步電機(jī)。由于同步電機(jī)可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使它在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，因此，大型設(shè)備，如大型鼓風(fēng)機(jī)、水泵、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等，常用同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。低速的大型設(shè)備采用同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，這一優(yōu)點(diǎn)尤為突出。此外，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速完全決定于電源頻率。頻率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就一定，它不隨負(fù)載而變。這一特點(diǎn)在某些傳動(dòng)系統(tǒng)，特別是多機(jī)同步傳動(dòng)系統(tǒng)和精密調(diào)速穩(wěn)速系統(tǒng)中具有重要意義。同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性也比較高。同步電動(dòng)機(jī)一般是在過勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行，其過載能力比相應(yīng)的異步電動(dòng)機(jī)大。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，而同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定于電壓和電機(jī)勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的內(nèi)電動(dòng)勢的乘積，即僅與電壓的一次方成比例。當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降到額定值的80%左右時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩往往下降為64%左右，并因帶不動(dòng)負(fù)載而停止運(yùn)轉(zhuǎn)；而同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩卻下降不多，還可以通過強(qiáng)行勵(lì)磁來保證電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。
結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機(jī)基本相同，轉(zhuǎn)子也分凸極和隱極。但大多數(shù)同步電動(dòng)機(jī)為凸極式。安裝形式也分臥式和立式。為了解決同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問題，在其轉(zhuǎn)子上一般裝有起動(dòng)繞組。它還可以在運(yùn)行中抑制振蕩,故又稱阻尼繞組。除了上述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)外,還有一種無滑動(dòng)接觸的爪極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。以6極電機(jī)為例，在轉(zhuǎn)軸上相向地裝上兩組爪形磁極。一組在爪盤上沿軸向向右伸出3個(gè)極身；另一組反向安裝在右邊,使爪盤上沿軸向向左伸出3個(gè)極身。兩組磁極的極性相反。磁極的外圓周表面裝配后，不再象一般凸極電機(jī)那樣呈圓瓦面，而是楔形瓦面，即一端的極弧較另一端長，整個(gè)轉(zhuǎn)子形狀如圖。勵(lì)磁繞組裝在兩側(cè)磁軛外緣。它產(chǎn)生的磁通經(jīng)過N、S極間的側(cè)向主氣隙gm、轉(zhuǎn)子和定子間的軸向氣隙g1和g2，再經(jīng)端蓋和機(jī)座而閉合，如圖中虛線所示。為防止磁通經(jīng)轉(zhuǎn)軸短路，轉(zhuǎn)軸應(yīng)采用非磁性鋼；或把轉(zhuǎn)軸分成3段,中間一段為非磁性鋼。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)部分沒有繞組，也無集電環(huán)和電刷之間的滑動(dòng)接觸，故運(yùn)行可靠，絕緣結(jié)構(gòu)簡單，維修也方便。但它的主磁路長且有較多氣隙，使勵(lì)磁所需功率增大；電機(jī)外殼有強(qiáng)磁性，這會(huì)引起軸承發(fā)熱；而轉(zhuǎn)軸也必須采用隔磁措施。因此這種電機(jī)并未獲得普遍推廣，只在某些特殊場合下使用，一般容量不超過幾百千瓦。
起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)僅在同步轉(zhuǎn)速下才能產(chǎn)生平均的轉(zhuǎn)矩。如在起動(dòng)時(shí)立即將定子接入電網(wǎng)而轉(zhuǎn)子加直流勵(lì)磁,則定子旋轉(zhuǎn)磁場立即以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),而轉(zhuǎn)子磁場因轉(zhuǎn)子有慣性而暫時(shí)靜止不動(dòng)，此時(shí)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將正負(fù)交變而其平均值為零，故電動(dòng)機(jī)無法自行起動(dòng)。要起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)須借助其他方法，主要有以下兩種方法。①異步起動(dòng)法：在電動(dòng)機(jī)主磁極極靴上裝設(shè)籠型起動(dòng)繞組。起動(dòng)時(shí)，先使勵(lì)磁繞組通過電阻短接，而后將定子繞組接入電網(wǎng)。依靠起動(dòng)繞組的異步電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)升速到接近同步轉(zhuǎn)速，再將勵(lì)磁電流通入勵(lì)磁繞組，建立主極磁場，即可依靠同步電磁轉(zhuǎn)矩，將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子牽入同步轉(zhuǎn)速。②輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法：通常選用與同步電動(dòng)機(jī)同極數(shù)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（容量約為主機(jī)的10～15%）作為輔助電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)主機(jī)到接近同步轉(zhuǎn)速，再將電源切換到主機(jī)定子，勵(lì)磁電流通入勵(lì)磁繞組，將主機(jī)牽入同步轉(zhuǎn)速。
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