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同步電動機基礎知識(圖解)
同步電動機基礎知識

同步電動機和同步發電機結構相同，和dz3w網站講過的直流發電機可作為直流電動機使用一樣．同步發電機也可以作為同步電動機使用。

同步電動機有以極數、頻率所確定的同步轉速，因而轉速恒定。

從同步電動機的特性可知，其功率因數可以調節．能在功率因數100％下運行。

同步電動機的勵磁電流和電樞電流之間的特殊關系可以用所謂的 V 形特性曲線衰示。

同步電動機無包動轉矩，起動麻煩。

因為有這些特性．所以這種電動機一般用于需要恒定速度的特殊場合。



6.1 同步電動機的原理和結構



同步電動機和感應電動機的區別






6 . 1 . 1 同步電動機的原理

（a）空載時不產生轉矩

在旋轉磁場和轉子以同步速度旋轉且完全空載的情況下，轉子的 S 極和旋轉磁場的N 極在旋轉中保持相同位置。

旋轉磁場 N 極左右導體（C'',b ）的電磁力方向可用左手定則確定，由圖 6 . 2 ( a ）可知左右導體受力方向相反，但大小相同。因此，力互相抵消，不產生轉矩。

( b ）負荷時旋轉磁場和轉子之間的位置偏移

δ為旋轉磁場磁極和轉子磁極之間的位置偏移角，因隨負荷功率而變化，故稱功率角。

轉子滯后旋轉磁場δ角，各最大為∏/2[rad]。與空載時不同，因轉子的位置偏移，左右兩邊的導體受力的大小就有差別，雖然電磁力和旋轉磁場方向相反，但這一力的反作用使轉子產生轉矩。

6 . 1 . 2 同步電動機的結構

與同步發電機結構相同，為了產生起動轉矩，在轉子上裝有類似于感應電動機的籠型繞組的阻尼繞組。




6.2同步電動機的性質和特性





6.2.1 同步電動機的向量圖

6.2 . 2 輸出功率和 sinδ成正比

若忽略電動機的損耗，則一相輸出功率 P 為



6.2.3 轉矩和sinδ成正比

電動機功率 P[W]和轉矩T[N*m]間的關系如下：



故轉矩和功率一樣也正比于sinδ.

6 . 2 .4 電動機轉矩特性曲線

特性曲線的橫坐標為功率角sinδ，縱坐標為轉矩。

由于轉矩與sinδ成正比，故在siδ=90度為最大。

功率角是電角度，極數若多，則空間角小。實際運行時的占約為 20度 左右。



6 . 2 . 5 失步停轉

同步電動機總是以同步轉速旋轉，負荷增加時功率角變大，轉矩減小，當不能承擔負荷轉矩時，電動機停轉。這稱為失步，此時的轉矩稱為失步轉矩。實際的失步轉矩在功率角為 50度-70度 的范圍。這是指電動機在額定頻率和電壓下以正常的勵磁運行時，能夠在 l 分鐘時間內繼續運行的最大轉矩。

6. 2 . 6 勵磁和相位的關系

6.2.7 V形曲線（相位特性曲線）

轉子勵磁弱（欠勵）時，電樞電流滯后電壓，而勵磁強（過勵）時，電流超前。

表明電樞電流和勵磁電流關系曲線就是相位特性曲線，也稱 V 形曲線。這根據曲線的形狀而得名。

功率因數為 100 ％的點為曲線的谷。



6.3 同步電動機的起動方法

同步電動機無起動轉矩，轉子有慣量，不能追從旋轉磁場旋轉。轉子、定子互相之間的磁場 NS 作用在轉子的力的左右兩個方向相等，電機不能旋轉（參看圖 6 . 11 ）。

(l)異步起動法利用阻尼繞組（阻尼的作用見下一節）的起動方法，

應用三相感應電動機籠型轉子考慮方法。在轉子磁極表面裝設用短路環（端環）和導條做成的阻尼繞組。起動轉矩雖然小，但籠型感應電動機還是有起動轉矩的。

起動時電樞不施加全電壓，通過起動補償器、串聯電抗器、起動變壓器等把電壓降低后起動。

為了防止起動時過高的感應電壓將繞組損壞，在勵磁電路中接人了電阻r0.

先作為感應電動機起動，等接近同步轉速時，再

給勵磁繞組施加直流電壓（參看圖 6 . 12 ）。

(2)輔助電動機起動法用于大容量電動機，

把起動用的三相感應電動機或直流電動機直接接于被起動電機上。先用輔助電動機將主機拖到接近于同步速度時，再用同步發電機并聯運行的方法將同步電動機投人運行。之后切除起動用的輔助電動機電源，讓其空轉（參看圖 6 . 13 ）。

6 . 3 . 2 同步電動機的振蕩

當負荷、電源電壓或頻率發生變化時，功率角占將過渡到新的功率角。此時由于轉子的慣性，功率角將發生周期性的變化，這稱為振蕩。若激發起嚴重的振蕩，將會失步，電動機將會停轉。阻尼繞組有抑制這種震蕩的作用‘參看圖 6 . 14 ）。